автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка малоотходных процессов умягчения и деминерализации природных и сточных вод с получением однородных осадков на ТЭС

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АЗИЗБЕКОВА

На правах рукописи

МАНАФОВ ШАХИД МАНАФ оглы

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ УМЯГЧЕНИЯ И ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД С ПОЛУЧЕНИЕМ ОДНОРОДНЫХ ОСАДКОВ НА ТЭС

Специальность 05.14.14. — Тепловые электрические станции

(тепловая часть)

Работа выполнена в Азербайджанском ордена Трудового Красного Знамени индустриальном университете им. М. Азизбекова.

Научный руководитель;

доктор технических наук, профессор АБДУЛЛАЕВ К. М.

Научный консультант;

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ПОЛЕТАЕВ Л. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ФЕЙЗИЕВ Г. К., кандидат технических наук, старший научный сотрудник САДЫХОВ Н. Я.

Ведущее предприятие: ПО «АзЭНЕРГО». Защита состоится «./.» дгжа&.Я . 1991 г. в

ф » час.

на заседании специализирован^® совета К 054.02.07 при Азербайджан-скем ордена Трудового Красного Знамени индустриальном университете им. М. Азизбеквва по адресу: г. Баку, 370601, пр. Ленина, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «/£.» //О^^/?^ . . . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. п., вед. научн. сотр.

ПОЛЕТАЕВ Л. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность -работы. В настояиее время, несмотря на принимаемые меры по охране природа, во многих регионах отмечает-, ся повышение минерализации природшх вод поверхностных водоемов. Соле содержание некоторых водоисточников за последние десятилетия возросло с 0,5-1,0 г/л (пресше вода) до 1,0-3,С г/л (слабосолоноватые воды). В отдельных притог-ax крупных рек и особенно в малых реках солесодержание поднялось до уровня солоноватых вод.

•Источниками поступления солей в природные водоемы являют • ся бытовне, производственные и сельскохозяйственные ewnajo воды. Среди производственных сточных вод существенная доля принадлежит минерализованным сточным водам тепловых электростанций (ТЭС). Сточные вода водоподготовитеньшх установок (ВПУ) ТЗС условно можно разделить -на разбавленные и концентрированные. Разбавленные (к ним относятся отмывочные и взрыхляющие воды ионитных фильтров, промывочные вода механически "^фильтров, продувочные вода систем оборотной) охлаждения) содержат 1,0-^,0 г/л ссяей а сбрасываются в водоем ллбо подвешиваются к добавсяной (неочищенной) годе технологических систем.

Концентрированные сточные вода (отработанные растворы ионитных фильтров, продувочные вэдн испарителей и ютлов до 10 МПа включительно), солесодержание которых на порядок и более превышает разбавдэшне, подвергаются переработке или упариванию до сухих солей, складируемых на пиамоотвале. Указанные схемы требуют значительных капитальных затрат и потому не нашли широкого распространения на ТЭС,

К другим недостаткам известных схем обработки концентрированных стслных вод следует отнести расхода реагентов и неоднородность состава поду чаемых осадаох, вследствие которой посдедйив нельзя использовать как .товарные продукты. .

В тоге время обрабатываемые вода содержат значительное количество слаборяствсримых соединений, которые при определен-, нет условиях комбинировалия к ноядентрярэвэндя цоыпоненгоз будут выделяться из раотворов в виде осадку твердой фазы.' Ука-

!занные процессы кристаллизации мощт быть организованы без затрат товарных реагентов за счет естественного осаждения компонентов из пересыщенных растворов в солевых стоков. Поэтому разработка процессов подготовки технической вода из"слабосолоноватых и солоновашх вод с получением однородных осадков является актуальной задачей водопользования на ТЭС.

Цель работы. Разработка малоотходных процессов умягчения и деминерализация цряродных я сточных вод повышенной минерализации с получением карбонатных и сульфат.х осадков однородного состава. Целесообразность получения таких осадков обоснована возможностью их использования в качестве сырья для переработки и получения товарных химпродуктов.

В работе реиалисв следующие задачи:

- подготовка добавочной вода в теплосеть (ТС) и систему оборотного охлаждения (СОО) Щ - На -кагионитшм умягчением пресных и слабозолоноватых вод по лимитируемому компоненту -кальцию о рекуперацией отработанных ре генерационных растворов за счет кристаллизации Са304 и полученная однородно го осадка;

- предварительная подготовка добавочной вода в технологические системы ТЭС частичной деминерализацией слабосолоновашх и солоноватых еод Са-хатионирсвашшм или Са-НС03-йонированием и кристаллизацией СаС03 из фильтрата с получением однородного• осадка;

- глубокое умягчение отработанных регенерагиондах сульфатных растворов иошшшх фильтров ВПУ /Ис-катионированиек перед шпариванием и регенерация истощенного-по кальвдю катиснита концентрированными сульфат содержащими продувочными водами о получением однородного осадка Са$04.

Ндучная новизна работы,. Изучены закономерности процесса Щ- Мс/ -катионировения пресных и' сяабосояонова шх вод при регенерации' понятных фильтров сульфатными.растворами с получением однородного осадка Са§04. Определено влщние принеси М^ в. регенерациопнсм растворе па показатели £ гяониравания и найдены . условия увеличения шработки декалыдашрованной вода. . ,/* , Методом матэгггтесксго.шинирования аксперимента получерны голшсмисльвда' эавасимоягв шработки декальцшгаровашюй вода,три различных режима;; рабоп; М^-лЬ-катяонитЕого фильтра? ^ С'7.- Впервые; испдадовдн -тодесс 'ри ^черада Са-хадг-исната ьнсоко-/¿овднтриговцнл^й уухьЛатлади растрами в' ^се'вдэо&чясешЯы

.слое с подачей диспергированного воздуха. Определены оптимальные параметры регенерации.

Установлена адекватность послойной математической модели ионного обмена процессу Са-катионирования минерализованных вод. Осуществлен расчет на ЭВМ технологичесшх показа тела1 процесса Са-катяонкрования. . '

Ояредаяеш условия максимального осадившая карбоната кальция из Са- и Са-НС03 -ионирсваншх слабосолоноватых и солоноватых вод.

йсслвдована технологи? глубокого умягчения отработанных минерализованных сульфатных растворов с ш луча ниш однородного осадка Са504.

Достоверность результатов. Достоверность результатов работы обоснована применением апробированных и общепризнанных методик, адекватностью математических моделей я эмпирических зави-симосте! исследуемым процессам, согласованностью с результатами прошилешшх есштшей.

Практическая ценность работа. Результата исследований:

- расширяют диапазон составов природных д сточных вод, ио-лользуешх в теплоэнергетике, и в частности на ТЭС.и АЭС, за счет привлечения слабосолоноватых и солоноватых "природных я сточных год;

- позволим эффективно проводить частичное умягчение и деминерализацию слабо солоноватых и солоноватых природных а сточных вод о минимальными затрат &ми товарных реагентов;

- обеспечивают сокращение расходов сточных вод и получение отходов от прсцессов частичного умягчения и деминерализации в виде однородных твердых осадков СаСОз, Мо(0Н)2 и Са304, пригодных к дальнейшему использованию;

- обеспечивав? возможность безреагентного глубокого умягчения и последующего упаривания отработанных сульфатных растворов ВПУ с получением отходов в виде концентрированных рассолов

и тверда х осадков Са$04.

Результаты исследования диссертационной работы били использованы в проекте Краснодарской ТЭЦ с ожидаемым экономическим эффектом 127 тыс.рублей, а такзмз приняты к исгользованиго в проектных разработках бакинского отдаления Союзводоканалпроекг.

Ашзобшш работы. Результат работа докладывались ка Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы и пути совершенствования системы водоснабжения и водоотведения крупных городов", Баку, 1989 г., а такяв ш ежегодных научных конференциях проо^ессореко-прэподайательского состава Азербайджанского Индустриального Университета им.Ы.Азязбекова, Баку, 1967-1990 гг.

Публикации. По тале, диссертационной работы опубликовано 6 печатных трудов.

Объем работа. Диссертация состоит ю ввэденйя, шести глав, общих шводов, списка литературы, которыЗ. ветшает 131 наименование работ отечественных и заргубекных авторов и приложения. Работа изложена на 153 страницах, содержит £6 рисунков я 30 таблиц.

С0ДЕР2АШШ РАБОТЫ

Ро введение обосновывается, актуальность темы диссертации, характеризуется состояние проблемы,, формулируется даль работы.

В первой главе приведена краткая характеристика природных водоисточников. Отмечается реальность роста минерализации вода, используемой на ТЭС, зследствие повышения минерализации природных пресных вод, необходимость использования природных слабосо-лоновашх и солоноватых юд, в связи с обострением дефицита пресной вода, вовлечения в техническое водоснабжение значительных объемов слабоминералвдоваяных сточных вод. Б последнем случае • / имеется в виду применяемое на ГЭС техническое решение по утилизации разбавленной части отработанных растворов БПУ путем подмешивания к исходной вода, подаваемой в теплосеть (ТС) и системы оборотного охлаждения (СОО), При этом происходит изменение соотношений концентраций .основных компонентов с образованием преимущественно иапшэшх и/илл сульфатных вод пошшенной минерализации.

. Выподаен апалитгя зский обзор состояния осношых методов уцягчения и деминерализации природных и сточных вод указанного типа и намечены пути совершенствования технологий уиьиления и деминерализада. При этом с целью уменьшения расходов товарных реагентов и совращения отходов процесса гадообработки могут быть задействованы ранее не используемые резервы составов елабосолэ-новатих и солонозашх природных и стенных вод, а сами процессы

сориентированы в направления получения отходов в виде твердых однородных по составу осадков слаборастаорпшх солей.

Исходя из вышеизложенного бьши сформулированы цели и задачи диссертационной работы.'

Вторая глдва посвящена исследованию цроцесса Мд- ¿/а -ка-тионированш слабо солоноватых природных п сточных вод при регенерация катионитных фильтров сульфатными растворами по замквд-тоад циклу с получением однородного осадка Са$04 .

В процессе подготовки добавочной вода ТС и СОО достаточно обеспечить ее умягчение по кальциевой яесткости и декарбонизацию, то есть по условиям водопользования указанных систем удаление магния не требуется. Вынужденное совместное удаление кальция и магния при Ма -патронировании добавочной бодц ТС и СОО снижает полезную обменную емкость фильтров по калыцю и требует затрат извести или едкого натра на удаление М^"1" из отработанных растворов. Применение Щ -N<5 -катионирования известно в практике обработки морской вода. Однако близость исходных значений Са2+ и м<|2+ в пресной и слабосолоновашх водах не позволяет в данного случае добиться значительного увеличения выработки фильтрата по сравнению с Л4?-катионированием только за счет отключения фильтров по калытю, а не по общей жесткости. Поэтому бши исследованы условия увеличения выработай декалыхинирован-ной вода при перевода фильтра из реши а Ж?-катионирования в режим -катионирснакиг., включая наличие примесей-магния в сульфатном регенерационнсм растворе.

На катионирование (объем КУ-2-100 мл) подавалась водопроводная вода следующего катионного состава, мг-экв/л: 3,5 Са , 2,7 1^2+ ^ х,54&+. Регенерацию проводили 2^-нил раствором

/^2 при удеяьнш расхода 120 кг/м3 КУ-2., Характерные кривые катионирования по Са2+ л Са2++М^ 2+ приведены на рис Л.

Рабочая обменная емкость катионита до проскока общей жесткости 0,5 мг-экв/л (кривая I) состашла 780 мг-экв/л. При этом полезно используемая емкость по Са2+ составляла 56,5$ (44р мг- ■ -экв/л), а "бесполезная" по _ 43,5^ <340 мг-экв/л).':

Удеяьнай выработка умягченной вода составила 137 л/л катяогшта. При перевода фильтра из режима умягчении в режим декальциниро^ вания (проскок по Са2+ = о,5 мг-экв/л, кривая-11 ) .количество.■ фильтрата увеличилось всею на 6,8$ и достигло 146 л/Д датиоця4,

\2Р

X

кг

I

к

0 75 37,5- ЮО ¡/2.5 7*5 /515 760 /62.5

объем ершгшре/та , -л¡4 !Рлс,1. Выходные крлше кагдонирования: I - по ионам

Са2+ +М4 и I' - по ионам Са2+ посла регенера-' ция КУ-2 чистым раствором //82804; 2 - по ионам' Са2+ + 2+ и 2' - по ионаы Са2+ после регенерации КУ-2 раствором Л^ЗО^ с пршесью '¡Л^ 2+ = = '200 мг-экв/л.

та. Увеличение общей обменной адаости го Са2+ и 2+ незначительно. Б основном, происходит некоторое перераспределение обменной емкости: по Са2+ она становится равной 65$ (510 иг-экв/л), а.из уменьшается до 35$ (270 мг-экв/л) за счет шхош 8,5%

ионов махния в фильтрат.

• В последующих фильтроциклах регенерация проводилась тем ко раствором //ад 5 О4» но с содержа ниш примеси магния 200 мг-экв/л (характерным дая отработанного раствора в рассматриваемых-условиях). В этом случае рабочая обменная емкость катионита до даос-кока общей жесткости 0,5 ыг-эюв/л (кривая 2) составила по Са 605 (360 мг-экв/л); а по - 40% (240 мг-экв/л). Удельная

выработка умягченной вода - 105 л/л катионита.

При переводе фильтра из режима л^у-кагионировшил в режим Мд -Л'а- кагионированш (декальцинирования - фивая 2' ) количество' фильтрата увеличилось на 23% и достигло 129 л/л катионита. Обменная емкость по Са2+ возросла до 87,5$ (525 мг-экв/л), а

по Мд 2+ уменьшилась до 12,5;? (75 мг-экв/л). Таким образом, применение дам восстановления катионига раствора с примесью Ма существенно уменьшает "бесполезную" емкость по М^ что особенно проявляется в режиме М^ -катионирования.

Участок АВ, отражавший различие величин удельной выработки фильтрата в режиме умягчения и декальцинированяя (после регенерации катионита раствором А/ а25 04 с примесьн Мф 2+), примерно в 2,5 раза больше участка ВГ - отражающего то же различив при регенерации кагиошгга чистым раствором N Таким образом

присутствие магния в регенерационном растворе Д^а25о4 способствует "транзитному" прохождению .через кагионит одноименных ионов на стадии сорбции и как следствие снижает "бесполезную" обменную емкость по магнию. Указанный эффект в еше бол: лей степени проявится для слабосолоноватых вод с преобладавшим содержанием Мя относительно Са2+. Поэтому последующие исследования Ш-/Уа - катионирования были соориентированы на указанные типы зод.

Му — Г/ а - катионироваиив рекомендуется сочетать с предварительным известкованием в бикарбонатном режиме. Наряду о сокращением расхода извести и получением отходов в виде- однородного осадка СаС03, удобного для обжига, это обеспечивает получение осветленной воды с благоприятным для Мя -/Уа-катионирозания соотношением Са2+ и Мд

При щелочнсоти известкованной вой! 0,6-0,7 мг-экв/л и повышенном остаточном содержании иона кальция после предо^шстки допустимо истощение фильтра по до I мг-экв/л, так как сред-неостаточшя концентрация Са2+в фильтрате будет оставаться на уровне 0,4-0,5 мг-экв/л к, следовательно, значение карбонатного индекса будет удовлетворять самым кесткиы требованиям 0,5-0,8. Указанное качество вода также будет удовлетворять условиям ее использования в С00 даяа при повышенных крайностях характерных для беспродувочного режима, Бикарбонаишй режим известкования слабосолоноватых вод, а танка утилизация в ТС и ООО разбавленных отработанных растворов ВПУ позволяет ориентироваться на следующие показатели жесткости исходной воды, (в мг-экв/л): Ж0 = 2,5 + 9,0, Са2+ = 1,3-2,6.

Для всестороннего исследования процесса Мо -IV а -катионирова ния был поставлен полный факторный эксперимент типа 23,в котором наряду с указанными факторами (Ж0, Са2*) в качестве третьего фак-

тора варьировалась скорость фильтрования води 10*30 и/ч.

В качестве {дикций отклика были принята величины удельной выработки фильтрата (м3 на I3 загрузки КУ-2) до проскока обшей жесткости ус , до проскока кальциевой жесткости 0,5 мг--экв/л - , 0,75 мг-экв/л - Ц0Г5, 1,0 мг-зкв/л - 9»,о • Получены уравнения регрессии и дана их графическая интерпретация (рис.2 а,б).

Рис.2. Зависимость удельной выработки умягченной еоды ( ^ ) от обгаей (а) и кальциевой (б) жесткости исходной воды при различных проскоках ионов жесткости в фильтрат (0, 0,5, 0,75, 1,0 мг-экв/л).

- II -

Как видно из рис. 2 а,б изменение соотношения кальциевой и обще:! нестизсти незначительно влияет на величину удельной выработки .фильтрата при ограничением проскоке жесткости ( ) и наоборот суцостхохю сказывается в диашзоне повншоншх проскоков иесткостп ( %75> Уг.о Дредставлешше уравнения и грайигш очорчиЕают область эффективного применения рассмотрело« технологии: низкие значения обаен (до 6,5 мг-экв/л) и кальциевой (до 2 мг-экв/л) жесткости и поышешше ее проскоки в фильтрат (0,75-1,0 мг-экв/л).

В результате провз денных исследований найдены условия и доказана возможность прпиененш Щ - ЛЪ'-катионировандя дая пресных и слабосолоноватнх вод, рекомендованы уравнения для практических расчетов процесса в принятых интервалах варьирования факторов.

Третья улгрз посвящена разработке технологии глубокого умягчения (доумягчения) минерализованных сульс&атних растворов (отработанных растворов установок Ж7-катионированш и хлмобессоливания, стэчн&х вод РВП, золоотвалов) с цельв последующего глубокого упаривания. Особенностью этой технологии являлось проведение регенерации истощенного катионита в Са-фор-ме сульфатны,!и растворами повнцвнней концентрации 10-15% с получением однородна гр осадка Саб04. При этом с цельв достижения высоких избытков ре го нз ран та возможно многократное повторное использование сульфатного раствора после кристаллизации Са$04 и отделения осадка.

Увеличение концентрации А/ъ^Оц свыше 3$ приводит к гипсованию при регенерации катиоцита в закатом слое. Указанное ограничение фактически исключало возможность использования концентрированных растворов Л/а^ЗО^ для регенерации Л£у-катионит-ных фильтров в схеме умягчения или доумягчения растворов сульфата натрж повы пенной минерализации (\% и шие) перед последующим концентрированием. Сопоставимость концентраций регенеранта с концентрацией умягчаемого раствора не обеспечивала требу ему» в данном случае высокую степень регенеращш катионита.

По предложенной технологии концентрированный (5-1УЯ сульфатный раствор пропускают снизу вверх через предварительно расширенный слой катионита при одновременной подаче диспергированного воздуха.

Прием предварительного расширения слоя катионита является

обязательна, поскольку подача регенерацяовного раствора в спокойный или неподвижный слой катионита с последующим его переводом в расширенное состояние самим регенерациошшм раствором приводит к гипсованию катионита. Экспериментальным путем были установлены границы расширения слоя катионита 60-110% для различной степени истоцения КУ-2 10-в0% и концентрации регенерашон-ного раствора /Va2S04 5-I9iS. Стабильное расширение слоя на 60110$ достигается одновременной подшей в Уа-катионитный фильтр воздуха и умягчаемого раствора. •

Воздух подается в нижнюю часть расширенного слоя чврез специальное распределительное устройство с калиброванными отверстиями, обеспечивающее получение мелкодисперсных пузырьков. Экспериментально установленный расход диспергированного воздуха, гарантирующий надежность регенерации, составляет » 5 мэ на I м3 ре генерационного раствора. При указанна.! расхода диспергированного воздуха предотвращается нападение С'а SО4 на зернах загрузки, то есть создается необходимое количество пузырьков,-выполняющих роль центров кристаллизации Оа SO4, и, обеспечивающих его шнос из фильтра.

На основе применения рассмотренной технологии регенерации наполнено исследование двухступенчатого ЛЬ'-катионирования 1-2^-ных сульфатных сточных вод с содержанием кальциевой жесткости 20-50 мг-зкв/л. Сточные вода указанного состава соответствуют отработанным ре генерационным растворам /Va-катионитных фильтров установок умягчения при регенерации их раствором . /Ф^ЗОд а Н-Ш-яонитных фильтров установок химобессоливания после частичного соаждеяия катионов жесткости.

Технологические пока за тал и двухступенчатого /У а - катиониро-вания 1,3^-ного раствора сульфата натрия с содержанием кальциевой жесткости 35 мз^-экв/л приведены в таблице.

Таблица

Технологические показатели двухступенчатого /Уа-катио-нирсшяия сульфатных сточныг вод

Наименование показателей Размерность I ступень П ступень

Рабочая обменная емкость з>-экв 850 250

КУ-2 мз

Жесткость фильтрата .ИГ-3.™. • 3

^ -800 1000

- 13 --

Таблица (продолжение)

I /2 3 4

Коншнтрация регенерацион- 10-12 12-15

ного раствора /Уа^ 80^ %

Регенерацш /Уа-катионитнях фильтров П ступени прово днтся 12-15%-шм концентрата.! ^2804 , а ^/а-катионитшх фильтров I ступени - отработанным раствора.! после фильтров П ступени.

Умягчение сульфатных растворов до указанной жесткости 0,2 мг-экв/л позволяет осуществлять глубокое их концентрирование в ви-паршх установках до 32^-ной концентрации.

Повышенные расхода регенершта обуолоадеиы составом умягчаемого раствора (высокая концентрация натрия создает большой про-тивоионянй эйсект на стадии сорбции), а гакае условиями регенерации в псевдоошженнш слое. Поскольку в предлагаемой технологии регенерации раствор сульфата натрия исшльзуется по' замкнутой схеме (фильтр-отстойник-фильтр), то при такой циркуляции достигается практически равновесная регенерация катионата восстановленным (после осавдзквд Са в04) раствором. Доукрегидаив восстановленного раствора осуществляется стехиометрическим количеством /Уа2504 , поступающего с цродувочной водой выпарной установки.

Известные технологии катионятного умягчения минерализованных стоюв сшзаш с образованием новых жестких столов - отработанных регеюравдоншх растюров. Разработанная технология характеризуется воздюккостьв многократного повторного использования регенерацяоняого раствора за счет его естественной рекуперации без товарных реагентов. Избыто'здоо количество отводимого растЕора сульфата натрия может быть у'А*1лизированно непосредственно на ТЭц для регенерации //а-катяонитшх фильтров ВПУ, либо реализовано в виде товарного реагента Д^ЗО^

Таким обра за,1 предлагаемая технология обеспечивает возможность глубокого безреагентного умягчения шнерализованннх сульфатных растворов, их последувдее глубокое ушривение я излучение отходов процесса в виде концентратов Л/а^О^ и твердой фазы -слаборастзгоримого Саб04.

В четвертой главе выполнено исследование процесса Са-кати-онпрованкк минерализованшх вод, приведены результаты проверки адекватности выбранной послойной математической модели ионного обмена указанному процессу с целью использования современных расчетных методов исслздования на ЗШ. Расчэтиш путем на 3Ш CM-I600 ш программам НТП Центроэнергочерыет определены техно ло-■ гачесние показатели процесса Са-катионирования.

В р^сла обдего напраБЛэния работы - обработка слабоеоло-новашх и солонова'шх природных и сточных вод-процесс Са-кати-онирозания мояет применяться самостоятельно, либо в сочетание с НС03 -локированием, но в обоих случаях' имеет место последующая кристаллизация и осаждение СаС03>

Адекватность математической модели процессу проверялась сопоставлением результатов расчета и эксперимента на стадиях сорбции и регенерации. На стадии сорбции оценивались количество и качество получаемого фильтрата, на стада ре генерации-- количество ионов , mf+, Са оставшееся в катиониге после частичной регенерации. Величина расхогщения экспериментальных а расчетных данных не превышала 2$. Доказательство адекватное- . ти матештической модели процессу Са-катионяроваяия позволило определить его технологические показатели на ЭК.!.

Ери расчете различных режимов работы фильтра эффективность регенерации КУ-2 раствора.! CaCl2 оценивалась по величине отношения расхода хлористого кальция на одну регенерацию ( ) к объему получаемого фильтрата (щ).

Устаношено, что эффективность регенерации КУ-2 увеличивается с пошшениаы концентраций расавора CaCIg. Однако диапазон концентраций ниш 2$ нежелателен в связи с увеличением продолжительности регенерации.

На рис.3 , показана 'зависимость степени регенерации кати-онита сС от расхода 2$-ного раствора CaCIo {& ). Яри О более 120 кг/ы3 увеличение оС незначительно.

На рис.4 показаны выходные крише катионита КУ-2 по (катионный состав исходной вода, мг-экв/л: 10,0 /Va+, 8,0 Mg.2+f q ca2+) после регенерации его разл®шми расходами 2Í-hoix> раствора CaCIg. Из графика следует, что при & более 120 кг/м3 прирост количества фильтрата заметно уменьшается.

10 0,35 0,95 № ОМ

Рис.3. Зависимость степени регенерации (оС ) от расхода 2^-нохо раствора хлористого кальция ( & ).

^40 80 /£0 /60 200 3'СаС.£г , *гг/м3

Ю 20 - \30 № 50 60 70 75

Удельный объем срмьт/эа/ту, л/л

Рис.4. Расчетше шходные крише иона магния после регенера-хдаи К>-2 растворш СаС12 с расходом:

1-0,4 экв/экв (41кг/м3), 2-0,6 экв/экв(61,7 кг/м3), 3-0,9 экв/экв (92,5 кг/м3), 4-1,2 экв/экв(123,3 кг/м3), 5-1,5 экв/экв (154,2 кг/и3), 6-1,8 экв/экв(185 кг/мз).

Таким образсм , эксплуатационный расход регенерационного раствора СаС12 рекомендуется принимать в диапозоне 90-120 кг/м3. В этом случае достигаются цриемлшше технологические показатели Са-кэтиояятного фильтра: удельный объем фильтрата 65-70 мэ/ м3, рабочая обменная емкость 420-455 г-экв/мэ.

Для солоноватых вод с относительно низким соотношением

НСОэ / Са2+ целесообразно Са-катионированную воду доюлнитетыю пропускать через НСОд - ионмсше фильтры. В результате Са-Н00з -ионирования в обработанной вода увеличивается концентрация потенциально слаборастворимой карбонатной жесткости. Последующая кристаллизация СаС03 обеспечивает для указанного типа вэд более глубокое сшшашю Са2+ а шсокуо степень дшинерализации.

Пятая глаза посвящена разработке услоеий максимального осавденая карбоната кальция при аэрации надетой Са- или Са-НС0з~ -иодированной вода с целью получения исходной-частично демяне- • рализоваяшл воды, используемой для приготовления добавка в технологические систеш ТЭС.

Устанавлшие зависимости остаточной концэнтрации £са^+]0СТ проводилось с учетом основных факторов, влияющих на эффективность процесса осаждения СаС03: исходных концентраций кальция [Са23исх и бикарбонатов [НССГ^ температуры нагрева вода ( / ) и продолжительности ее аэрации ( Т ).

Диапазон варьирования концентраций кальциевой аесткосги в аэрируемой Са-каммнпроЕашой вода составлял {Са2+]исх =5-15 мг-зкв/л, а. щелочности - [КСО3] ЕСХ = 3-3 мг-акв/л. Повышенная верхняя граница кальциевой жесткости объясняется рассмотрением варианта смешения добавочной исходной воды с Са-со-деряащши сгочшдш водами ВПУ. Диапазоны изменения значений

/= 30-60°С и 10-40 шн. бшя шбраны на основании пред-

варительных оштов, проведенных на вода с [ра2+3исх ~ -экв/л и [НС03] исх =' 6 м1>экв/л. Интенсивность аэрации принималась равной 7 д/л.шн, так как варьирование этого фактора в диапазоне 5-т0 лД.мин. несущественно вдшло на глубину осаждения Са2+.

С учэтсм выявленной в предварительных опытах линейной зависимости [Са2+}ост от[Са +']исх, [НСО^] исх , { , ^ в принятых диапазонах изменения факторов был использован план полного факторного эксперимента типа .

■ Полученное уравнение регрессии в натуральном маснтабе дда

- 17 - .

определения остаточного содержания кальция (в мг-экв/л) имеет следующий вдд:

[Са2+]ост =1,15 [Са2^]исх + 0,22 ,[НС05]исх+. 0,05^ +

.+ 0.025Г- 0,026 [Са2+]исх • [_НС0~]исх - 0,003 Са2+^_

- 0,004 [са2+]И0Х • г - 0,008 [нсо;] исх . <Г - (5)

- 0,00? [НСОд]^^. -Г - 1,74

Если в уравнение (5) подоташть оптимальные значения факторов: {Ьа2+]цвх = 5» [нсс^ Зисх ='8, * = 60, 40'

то моайо го лучить значение 1ра2+10СТ = 0,95 мг-экв/л. В этом случае снишние кальциевой жесткости составляет 8155.

Дня любого найденного значения соответствующее

значение остаточной концентрации бикарбонат-ионов (в мг-экв/л) определяется из шраяенш:

. [нсо;]ост = [нсодисх - ( - У*!.) (6)

В целом подученные результаты Са-катионирош ния солоноватых вод с последующим осаждемем СаС03 показывают возмож-нооть: умягчения на 20-81$,' декарбонизации на 30-955? и деминерализации на 20-35$.

При обработке солоновзшх вод Са-НС03 - ионированием эффективность умягчения декарбонизации и деминерализации при последующем осаждении СзСОр' будет еще шше. Был проведен полный факторный эксперимент в расширенных диапазонах значений факторов [Са2+]1;сх = 10-20' мг-экв/л я [НСО^ дг,х = 10-20 мг-экв/л. Диапазон температур нагрева аэрируемой вода был оставлен тот же ? = 30-60°С, диапазон продолжительноо-ти аэрации был снижен до Т'- 6-20 мин в связи с интенсификацией осаждения СаС03 при повышенных исходных концентрациях [Са2+]исх и[НСо;}

Полученное уравнение регрессии в штуральнш масштаба имоет следукдай вид

[Са2+]ост = ~6'5 + 1'7 Миох + °'48 М исх +

+ 0,09/ + 0,01? - 0,054 [Са2+] исх • [HG0¡ ] исх -- 0,0048 [Са2+-]исх£ - 0,0136 [Са2*] шх t ~ (?)

. - 0,0136 pCCrj^^ + 0,0009 [Са2+] ,pG0-.J wJ

Значение [НС<£]

ост' соответствующее любовд найденному значены» [ра2*^^ определяется из н.¿¡акания (6),

В отличие от общеизвестных Технологий известкования' шш содоизвестковашн природных или сточных вод в предложенной схеме обработж вода достигается, получение однородного осадка СаС03.без примесей магния, железа, взвешзнных и коллоидных загрязнений. Получение ■ "чистого" СаС03 позволяет аффзктивко ио-пользшзать его в качества сырья доя получения СаО.

В шестой главе приводятся технико-экономические и экологические показа? ли разработанных технологических схем умягчения и деминерализации природах и сточных вод.

На рис.5 приведена принципиальная схема М^ - /^а-катио-нировааия пресных и слабосолоноватах вод с рекуперацией отработанных растворов. Особенность этой технологии заключается в том, что концентрированная часть отработанного регенерационно-го раствора (СЕР), направляемого в отстойник, умягчается без обработки реагентов, за счет самопроизвольной кристаллизации и осавдания сульфата кальция. После доукрепления tfsgoO^ восстановленный ОРР с содержанием Mg2+ повторно используют для , регенерации^ Разбавленная часть ОРР вместе с отмывочной водой также без обрайотки подается на смешшие с исходной водой. Осаждение Mg 2t из ОРР по разработанной технологии не требуется.. Присутствие ионов в восстановленном регенеранге является необходимым условием прохокдашш ионов магаия "тран-. зитда" на стадии сорбции. Единственным отходом проце оса является однородный осадок Са S О4, который г ^ализует как химпродукт.

Проведена технико-экономяче екая оценка предлагаемой технологии,. В качестве базового варианта сравнения была принята на-'нболее близкая во'технической сущности технология, включающая еледаквдз стадии обработки: -дзвеоткованяз .в глщатком решив, освегтленЕэ известкованной вода на механических фильтрах, умягчение Ма -катионированием, содовзвесткованиз ОРР. Годовой , экономический ефуект от внедрения разработки дая ВПУ произво-

Рис.5.' Принципиальна1! схема Мл - /Уа -катионирования пресных и слаб о солоно вз тих вод.с излучением однородного осадка . Сав04.

СС&.

•лянт ^у^

\имс

имам

Раз5а§<!Тсняая у ость ОРР

Со/т);

О?,

ото

Кстлчю демгера-/ию&ты) бой,

шш ^

ЩХ

/гаипрс-ссор

Рис.6. Принципиальная схема частичной деминерализации Са-катконированной вода осазденлем СаС03»

-

дательностью 550 мэ/ч составил 103 тыс.руб. Кроме того, реа-лизацш однородного осадка Ca SO4 позюжет получить дополнительно свыне трех-тысяч рублей. В базовом вариште такая возможность исключается в виду смешанного состава получаемого осадка, направляемого на шламоотвал.

На рис.6 приведена принципиальная схема частичной демине-■ ралазацид слабосолоноватых и солонсвашх вод Са-катионированием с последующим ■"оавдением СаС03. Согласно предлагаемой схеме обрабатываемая вода последовательно проходит предочистку, Са-'катионированае и аэрацию. Пусковая регенерация Са-катионитного фильтра проводится 2$-тм раствором CaCI?. Концентрированная часть 0РР собираемся в отстойнике и обрабатывается известью с получением осадка Mg(0H>2 . Восстановленный раствор нейтрализуют HCl а направляют на повторную регенерацию Са-катионита. Сз-катионирг.ванная вода поступает в аэратор где подогревается до 40°С и аэрируется воздухом в течешв 20 мин. Нижняя . часть аэратора оборудована системой для равномерной подачи воздуха в объем растора от компрессора (К). Образующийся осадок СаС03 однородного состава может быть использован дан обжига с целью регенерации извести и последующего ее применения на стада обработки QPP.

Проведена технико-зкономичэ екая оценка предлагаемой технологии. В качестве базового варианта сравнения была принята близкая; по достигаемой степени очистки минерализованной вода технология, включающая следующие стадии обработки: содоизвест-кованив в осветлителях, осветление на механических фильтрах, умягчение Уа-катионирсеаниам, обезвелвзиваняе на патронных фильтрах, элоктродиализ. Степень деминерализации принималась согласно данным ШБТИ 5С$. С целью получения одинаковой степени деминерализации обрабатываемой вода и возможности сопоставления предлагаемой и базовой технологий предусматривалась электроднаяизнач обработка лшь 5С$ исходной вода (против 100$ по предлагаемой технологии). 1Ъдовой экономшеокий эффект от внедрения разработки для ВПУ производительностью 200 м3/ ч составил 312 гас,руб. без учета реализации образующихся осадков одаородюго химсостава СаС09 и {ОН)2.

Область применения рассмотренных ехал и технологий постоянно расширяется в связи с ростом минерализации природных вод;

л

в качестве объектов внедрения на ТЭО рассматриваются ТС И СОО.

ВЫВОДЫ

1. На основании анализов, систематизации и обобщения данных по составам природах и сточных вод установлена тенденция повышении минерализации исходных вод, используемых в техпмогических системах ТЭС, и обоснована целесообразность разработка специальных технологий, обеспечивающих частичное умягчение и деминерализацию слабосолоноватых (1-3 г/л) и солоноватых (3-5 г/л) вод.

2. Обоснованы принцилы создания малоотходных технологий подготовки добавочной воды на ТЭС из слабосолоноватых и солоноватых природных и сточных вод, основанные на концентрировании компонентов слабррастворимых соединений, создании условий для их 1фистадли-'' зации и получения твердых осадков однородного химсостава, представ^ ляющих ценные химпродукты.

3. Разработана техюлоггл Jig- Л^-катиояирозанкя пресных и слаб осолоноватых вод с регенерацией катионитннх фильтров сульфат-нши растворами по замкнутому циклу с, получением однородного осад-, ка CaS04. Выведены уразнения регрессии дая проведения практических расчетов указанного 'процесса при различных редимах, показывающие возможность увеличения удельной наработки фильтрата на 25-ЗС$ относительно традиционного Лб'-катионирования. Предложена технология реге'нерации - Уа~катиошгашх фильтров восстановленным сульфатным раствором с содераанием ионов магния, исключаво-щая расход реагентов на его рекуперацию.

4. Разработана техгологщ безреагентного глубокого умягчения минерализованных (.1-2%) сульфатных сточных вод (отработанных растворов умягчения и обессоливания, обшвочшх вод РВП, сточных вод золоотаалсв) перед их выпариванием. Технология базируется на регенерации Уа-кагионитных фильтров, истощенных по Са2+, 10-15$-ными сульфатными растворами (концентрата,, выпарных аппаратов) в псевдоожшеннсм слое о подачей диспергированного воздуха. Отходами 'разработанной технологии являются рассол ^2^04 я однородный

',осадок СаС03, щшгодшэ к использовании в качестве химцродуктов. .

5. Предложена схема и технология .частичного умягчения, декарбонизации й деминерализации слабосолоноватых и солоноватых вод, основаннаа щ последовательней осущэстшачям процессов Са-катиоцг^ роьаяш (или^Са-НСОз-ионированля) и осаядекия,СаСС3 из обрабалв^р-мой вода путем ее напева и аэрродя. Доказана адекватшмц». itooioftL

но£ математической модели ионного обмена процессу Са-катиони-рованш. G применением указанной математической ыоявяи расчетнш путем на ЭВМ шшлнены исследшанЕя закономерностей процесса Са-катионирования. Разработана технология регенерации Са-катио-шткого фильтра по замкнутой схеме с излучением отхода в виде однородного осадка Щ (0Н)2.

6. Установлена зависимость значений остаточных концентраций кальция, бикарбонатов и степени деыикераи ации Са-(Са-НС03-) копированной вод» от основных факторов: температур/, продолжительности аэрации, исходного.содержания Са2+ _ и НСО" - ионов, показывающая возможность умягчения сдабосолоновашх и солоноватых вод на 20-81$, декарбонизации на 30-95$ и деминерализации на' 20-35$.

7. Выполнена технико-экономическая и экологическая оценка эффекттноети'разработавных технологических схем, которые характеризуются снижении затрат товарных реагентов ва подготовку вода и обработку ОРР, исключением сбросов жидких минерализованных растворов и получением отходов в виде однородных рассолов или твердах осадков, пригодных к использованию в качестве химпродук-тов. ' .

■ ■ Основное содержание диссертации опубликовано в работах:'

1. Абдуллаев K.M., Манафов ¡U.M. Исследование процесса Sj - Ab-za-тионирсшания прэсш-х вод повышенной минерализации с применением математического планирования эксперимента. Тематический сборник научных трудов. АзШШКШМ. - 1988. - С.3-9.

2.' Бессточная ' технология регенерации катионитных фильтров УЛ.Н. Полетаев, В.Е.КосдадашаяскЕй, Ш.Ы.Манафов, ОЖОшурксва// Информационный листок. Серия "Охрана о кружащей среда а использования' природных ресурсов". - Баку:-АаНШШ, 1990. - JSI. - 4 с.

3. Исследование технологии частичного умягчения,; декарбонизации я даминорашзацшг солоноватых вод /Й.А,Малахов, М.М.Агамалиев, ■ Л.Н.Полетаев,. Ш.М,Манатов JJ Изв.вузов ССОР. - Энерготика.-1991. -К. -'О.^-ЮЗ. .

4.' Полетаав Л.Я.,' ооболь A.C., Манатов Ш.М.' Расчет ж экспершаен-' ^а^ьнаг проверка'Са-Еатионяровакш природных и.сточных вод на

адшжйте КУ-2-8. Тезиса; докладов' Всоооюзиоп научно-техндаэской

конференции «Проблемы и пути совершенствования системы водоснабжения и водоотведения крупных городов». Баку: ВНИИ ВОДГЕО. — С. 133.

5. Манафов Ш. М., Якобишвили И. Ш. Бессточная подготовка добавочной воды систем теплоснабжения и оборотного водоснабжения с рекуперацией сульфатных растворов. — Тезисы докладов научно-технического совещания «Проблемы сокращения сточных вод и создания замкнутых систем водопользования электростанций». — Челябинск: Урал. ДНТП. — 1988. — С. 55.

6. Исследование технологии ^\.g—¡Ма — катионирования природных и сточных вод с рекуперацией отработанных растворов/Л. Н. Полетаев, М. М. Агамалиев, Э. Г. Мамедова, Ш. М. Манафов «Химия и технология воды». — 1991. — Т. 13. — N° 3. — С. 264—269.

Зак. 1109. Тир. 100. Печ. лист 1,0. Тип. АзИУ им. М. Азпзбекова. Паку—ГСП, проспект Ленина, 20.