автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка малосточной технологии очистки природных вод с учетом фактора влияния органических примесей

- » МАЙ ЮЙ

Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно - исследовательский институт

На правах рукописи УДК 621.182.121+628.161.006(047)

КАЛАШНИКОВ Александр Иванович

РАЗРАБОТКА ЫАЛОСТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВЛИЯНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ.

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции (тепловая часть)

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1995 г.

Работа выполнена во Всероссийском теплотехническом научно-исследовательском институте (ВТИ). НАУЧНЫЙ руководитель: г

кандидат технических наук Федосеев ЬХ.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Шищенко В.В.

доктор технических наук Шарапов В.И.

Ведущая организация: "Тешюэйестропроект", г.Москва

Защита состоится "и^сМ1Э95г. в /у часов на заседании диссертационного совета К. 144. 02. 01 при Всероссийском теплотехническом научно-исследовательском институте (ВТК) по адресу: 109280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института.

Диссертация в виде научного доклада разослана Си^^-СеХЛ^ШЪ г.

Ученый секретарь •диссертационного совета

КоньКО& А .С,

Актуальность проблемы. Развитие энергетики, усиливающееся загрязнение природных водоисточников органическими и минеральными примесями выдвинуло на первый план проблему разработки и внедрения экологически более чистых и экономически выгодных схем очистки зоды, идущей на восполнение пароводяных потерь ТЭС. Особую актуальность эта проблема приобрела в связи с тем, что в последние годы активно внедряются схемы с повторным использованием ряда вод ТЭС (продувочные воды градирен, волы собственных нужд и т.д.) в цикле ЕПУ, что приводит к повышению в них концентрации органических Еещеетв, тснксдасперсних примесей, конов тяжелых металлов и образованию дополнительного количества комплексных соединений, легко проникающих в фильтрат обессоливающих понятных .фильтров. Отрицательные последствия влияния органических веществ природного и техногенного происхождения на процессы очистки зоды изучены еще далеко недостаточно, поэтому как з нашей стране, так и за рубежом возникла проблема более глубокого юс изучения и учета при разработке технологии очистки воды.

При обсуждении проблемы реконструкции 2-х цехов химводоо-чистки Нижнекамской ТЗЦ-1 возник ряд вопросов, которые з отечественной практике не были решены. В частности, не разработаны теоретические и практические вопросы известково-едконатровой обработки воды в осветлителях, нет концептуального подхода к проблеме влияния органических веществ на процессы водоподготов-ки. Решению части этих общих вопросов посвящена настоящая работа.

Цель работы. _Целью работы является разработка некоторых теоретических и практических вопросов малосточной технологии очистки воды с учетом влияния органических веществ, а также об-

I

щей концепции выбора типа предочистки для заданных условий эксплуатации с учетом содержания в исходной воде органических веществ природного и техногенного происхождения. Для достижения этой цели были решены следующие конкретные задачи:

- разработана теоретическая концепция влияния органических веществ на процессы известкования и известково-едконат-ровой обработки воды в осветлителях с коагуляцией;

- исследован в лабораторных и промышленных условиях режим иэвестково-едконатровой обработки воды в осветлителях;

- исследовано влияние органических веществ на основные технологические характеристики шлама осветлителей;

- исследована в промышленных условиях технология иэвестково-едконатровой обработки воды в сочетании с фильтрами с "голодной" регенерацией катионита с учетом влияния органических веществ на первую из них;

- разработаны критерии выбора типа предочистки в зависимости от содержания органических веществ в исходной воде.

Итогом работы явилась разработка комплекса средств малосточной очистки воды. Результаты исследований, промышленных экспериментов, а также практического решения перечисленных еык задач выносятся на защиту.

Научная новизна и значимость работы заключается в научно-техническом решении ряда практических задач, включающих в себя теоретическое обоснование, лабораторную и промышленную проверку практических рекомендаций по технологии известково-едконат-рсвой очистки воды в сочетании с фильтрами, загруженными слабо-кислотнкым катионктом, а также критерия выбора типа предочистки в зависимости от качества исходной воды. Впервые в теоретическом и практическом плане рассматривается вопрос о влиянии орга-2

нических веществ на процесс известкования и известково-едконат-ровой обработки воды а осветлителях, получена зависимость влияния отношения окисляемости воды к ее щелочности на основные технологические показатели пшама, образующегося в осветлителях, разработана технология углубленней предочистки воды от органических веществ и тонкодисперсных примесей.

Практическая ценность работы. Результаты научных исследований внедрены ка Нижнекамской ТЗЦ-1. Разработки автора использованы при подготовке новой редакции "Норм технологического проектирования".

Личный вклад автора. В период работы на Нижнекамской ТЭЦ-1 автор разработал теоретические вопросы влияния органических веществ на процессы известкования и известково-едконатровой обработки воды в осветлителях и на их основе подготовил практические рекомендации по углубленной предочистке воды от тонкодисперсных и коллоидных примесей.

Иод его непосредственным руководством были проведены опытно- промышленные и промышленные исследования основных теоретических положений и в промышленных условиях отработаны предложенные автором практические рекомендации по углубленной предочистке воды от тонкодисперсных и коллоидных примесей.

Публикации по работе. По результатам выполненных работ, рассматриваемых в научном докладе, автором опубликовано 4 труда. Ниже изложены сухость и главные результаты выполненных автором основных работ по рассматриваемым проблемам.

1.Разработка теоретических концепций влияния органических веществ ка процессы известкования и известково-едконат-ровой обработки воды в осветлителях с коагуляцией солями железа.

Существующая теория обработки воды известкованием с коагуляцией в осветлителях, не учитывающая влияния ряда важных факторов на процесс (таких как окисляеыость и жесткость еоды, возможность образования органокарбонатнокальциевых и органо-гидроксидномагниевых осадков), не устраивала специалистов. Сна неадекватно описывала процессы осветления воды и не объясняла ряд явлений. Например, вне поля зрения этой теории остается один из главных вопросов: влияние органических веществ на физико-химические процессы, происходящие в зоне реакции осветлителей.

При разработке теоретических концепций (Л.1) автор исходил из выдвинутого им положения, что анионы природных органических соединений в воде образуют с жесткостью соединения типа СаКг и М£!?2 С где й- анион гуминовых или фу ль новых кислот, условно одновалентных). Такие соединения в разной степени, в зависимости от силы кислот, диссоциируют по следующей схеме:

Следовательно, в воде одновременно находятся катионы Са2+, , СаК+, МвК"'" . При известкован™ или известково-едконатровой обработке воды в составе щелочного реагента в нее дозируется Сай+, поэтому в зоне реакции при образовании осадка с СОв2~ конкурируют ионы СаК+ и Саг+. Аналогично, с 01-Г могут образовывать осадки как М£г+,так и . Отекла, г- результате реакций кальций- и магнийсодержащкх ионов с ССз'"" и ОН" , соответственно, должны образовываться осадки, состав которых метет

Сыть выраден следующими упрощенными структурными формулами:

и -<Ъеа. (1) с-с-о.. ^ Щ

0--С-О' П-Г"0"п

"о'-с'^г (»я.

Возможно образование более сложных структур, так как анионы гумусов поливалентны, но автор в данной работе их не рассматривает, так как здесь важен принцип образования осадков.

Осадки вида 1 и 2- это крайние случаи, не встречающиеся в практике водоподготовки. Е реальных условиях известкования природных вод, когда в осветлителе одновременно присутствуют ионы Са2+,СаК+ ,Ме2+ и образуются осадки состава 3 и 4. Следовательно, свойства шлама должны зависеть от длины образовавшейся цепочки: чем длиннее цепочка, тем крупнее хлопья шлама. Размер цепочки, в свсю очередь, зависит от количества "органики", приходящейся на 1 моль (или 1 г-экв) С0зг~ Отсюда следуют три важных практических вывода:

1. В процессе известкования (или иэвестково-едконатровой обработки) воды в осветлителях основная масса природных органических веществ выводится в осадок в виде СапЯет(СОз)(2п-т)/2 и МгНЮН. Коагулянт должен дозироваться выше эс-ны начала протекания реакции и расходоваться только на связывание тонкодлсперсных взвесей и части непрареагировавпих растворенных органических веществ.

2. Свойства образующегося шлама, главным образом гидравли-

5

ческая крупность частиц, зависят не от абсолютной величина окисляемости исходной воды, а от отношения Й/Щ в ней (где й -окисляеыость как мера содержания органических веществ (мгО/л), а Щ - общая щелочность, мг-экв/л).

3. Если при известковании образуется мелкий шлам, приводящий к нарушению режима работы осветлителя, целесообразно в исходную воду перед ним дозировать некоторое количество коагулянта. Это приведет к химическому связыванию части "органики" к восстановлен™ оптимальной величины 1?/Щ в гоне реакции.

В соответствии с высказанным теоретическим положением рассмотрим влияние основных факторов на глубину удаления органических веществ в осветлителях.

Влияние жесткости веды. Увеличение жесткости исходной (а при известковании - и осветленной) воды сначала приведет к все большему появлению соединений типа СаЯг и МеЕг , диссоциирующих на ионы СаК+ и мей1" , что безусловно должно положительно отражаться на глубине удаления органических веществ е осадком. Дальнейшее увеличение жесткости воды, сверх необходимой для образования указанных ионов, приведет к подавлению диссоциации СаЙ2 и ¡.даг , образованно соответствующих асссциатов, а следовательно 2 растворе останется меньшее количество ¡сатионов СаК+ и способны;! к реакциям с карбонатным и гидроксидным ани-

онами, соответственно. В результате эффективность удаления органических веществ в осветлителях должжка снизиться.

Влияние концентрации анионов сильных кислот. Действие электролитов на гуминовые вещества сводится к оСравоз&шш пористых исостная;.* ¿адмс-ром от 16 дс 50 ангстрем. Г: присутствии с ростек концентрации законов сильных влгктрзлитов вероятность ассоциации гумусон возрастает, поэтому увеличение 6

содержания анионов в воде должно отрицательно влиять на глубину удаления из нее органических веществ.

Влияние окисляемости воды. Содержание гуминовых и фуль-вовых кислот в природных водах оценивается в 80-902 от общего количества органических веществ, однако имеются данные, где их доля ниже - от 25 до 60%. К особенностям гуминовых веществ следует отнести их способность к взаимодействию не только с ионами металлов, аминокислотами, но и с другими органическими соединениями. Таким образом, возможно укрупнение органических молекул по механизму образования цепочки типа : ГФК - Л - ГФК. (где ГФК -гумофульфокислоты, П - аминосахара, протеины, аминокислоты, другие органические вещества и поливалентные неорганические катионы). При этом возрастает молекулярная масса "органики", теряется ее подвижность, возрастает склонность к реакциям с выделением осадков.

Для проверки теоретических положений были проанализированы эксплуатационные данные 56 ТЭС, полученные в результате анкетирования электростанций. Данные охватывают 38 водоисточников (реки,озера,каналы и др.). На рис.1 показана зависимость эффективности удаления органических веществ в осветлителях от жесткости исходной и осветленной воды. Здесь же для сравнения показана аналогичная зависимость при коагуляции воды сульфатом алюминия (без известкования). Ход кривых 1 и 3 подтвердил теоретические положения автора о том, 'что до определенного предела (3 мг-экв/л по исходной и 2,25 мг-экв/л по осветленной воде) возрастание величины жесткости воды оказывает положительное влияние на эффективность процесса, а при более высоких концентрациях наблюдается резкий спад. Влияние суммы анионов сильных кислот на тот же показатель представлено на рис.2. Ход кривой

этого рисунка такие находится в полном соответствии с теоретическими положениями автора.

П.Исследование зависимости скорости осачдения частиц шлама от отношения й/Щ в исходной воде.

В последние годы началось широкое проектирование ыз-лосточных схем ВПУ без достаточного научного обоснования. Одним из распространенных вариантов таких схем является следующий. Циркуляционную воду градирен подкисляют для предотвращения карбонатного какипеобразования, а продувка градирен после многократного упаривания воды направляется на ВПУ, где она должка быть обработана известкованием с коагуляцией. Авторы таких проектов не учитывают, что в згой воде меняется отношение Я/!Ц (по отношению к исходной), что должно отразиться на свойствах шлама.

Для количественного выявления зависимости скорости осаждения шлама (Уч) от Р/Е, была выполнена серия из 24 экспериментов при известковании с коагуляцией речной воды, в которую для варьирования отношения Й/Щ в пределах от 2 до 8 мгО/мг-экв добавлялись гидрокарбонат натрия или гумусы, полученные вытяжкой из торфа. Доза коагулянта во всех опытах составляла 0,3 мг-экв/л. Результаты экспериментов показаны на ркс.З. По экспериментальным данным была составлена система из 24 уравнений и обработана на ПЭВМ. В результате обработки получена следующая эмпирическая формула:

уч_10со.304-0.109е/щ>+ 0135 (мм/с)

Полученные экспериментальные данные, которые хорошо согласуются с высказанными автором теоретическими положениями, были учтены ВТИ при разработке технологических регламентов по проектирование ВПУ ряда ТЭС. 8

&'. Разработка схемы ВПУ с утилизацией реагентов из сточных вод.

При обсуждении вопроса реконструкции ЕПУ Нижнекамской ТЭЦ-1 был рассмотрен ряд вариантов, один из которых по предложению автора был принят для реализации в химцехе N2 ККТ5Ц-1. Автором была разработана принципиальная схема, показанная на рис.4. Сырая исходная вода подается в осветлитель 1, работающий в режиме иэвеегково-едконатровой отработки воды. Туда лее подаются коагулянт, известь и щелочные стоки анионитных фильтров. Осветленная вода собирается в баке 2, откуда насосом 3 подается на механические фильтры 4 и фильтры о "голодной" регенерацией катионита 5. Умягченная вода из емкости о насосом 7 направляется на установку обратного осмоса (УОО). Пермеат через декарбонизатор поступает в бак декарбонизованной воды 10, откуда насосом 11 подается на дообессоливание на Н- (12) и СЕ-филь-тры (13). Щелочные регенерационные стоки анионитных фильтров 13 собираются в баке щелочных стоков 15 и направляются в осветлители для организации иавестково-едконатрозого режима умягчения воды. Кислые регенерационные стоки Н-катионитных фильтров 12 направляются в бак кислых вод 14, и затем используются для регенерации фильтров с "голодной" регенерацией катионита. Вопросы тщательного перемешивания щелочных и кислых вод в емкостях были проработаны автором и представлены в Л.2.

Разработанная схема имеет следующие преимущества перед широко распространенными за рубежом и предложенными рядом отечественных проектных и исследовательских институтов:

- 100%-ное использование реагентов (ИаОН и НаЗОд) на ВПУ;

- сокращение на 30-50% (в зависимости от сезона года) расхода извести на предочистку за счет использования щелоч-

9

ных стоков;

- отказ от дозирования гексаметафосфата натрия в питательную воду УОО;

- отказ от ненадежной системы подкисления воды перед У00;

- практически полное исключение условий образования осадка солей жесткости на мембранах;

- сведение к минимуму объема сточных вод с ВПУ.

Львовский ТЗП по техническому заданию, разработанному

НКТЭД-1 совместно с ВТИ, выполнил проект реконструкции ХВО-2 НКТЭЦ-1 на основе предложенной автором схемы. Первая УОО, производительностью 200 т/ч в соответствии с договором между НК ТЭЦ-1 и А.0."ЗКОНЭФ" должна быть поставлена и смонтирована на ТЭЦ в 1995 году.

Однако для успешной эксплуатации предложенной автором установки необходимо было решить две главные проблемы, которые ни в нашей стране, ня за рубежом до настоящего времени не исследовались. Общий замысел при разработке системы предочист-ки воды перед УОО сводился к тому, что в осветлителе при из-вестково-едконатровой обработке воды должен выдерживаться такой режим ее умягчения, при котором жесткость осветленной воды должна быть равна ее щелочности и находиться на уровне 1,0-1,3 мг-экв/л. В этом случае фильтр с "голодной" регенерацией кати-онитз должен поглощать катионы жесткости до остаточной их концентрации не выше 0,1-0,2 мг-экв/л (т.е. Са'б0.05-0,1 и Ug 0,05-0,1 мг-экв/л), до такого же уровня снижая и щелочность воды, одновременно переводя ее в гидрокарбонаткув. Как указывалось вьс-е, такого опыта эксплуатации в мировой практике нет. Таким образом, необходимо было решить следующие задачи:

а) исследовать технологии иэБестково-едконзтрового умягче-

ния воды в серийных осветлителях;

б) исследовать в промышленных условиях технологию глубокого умягчения воды на фильтрах с "голодной" регенерацией катионита.

1У.Исследование режима известково-едконатровой обработки воды в осветлителях.

Исследование первой из названных проблем проводилось одновременно как в лабораторных, так и промышленных условиях на осветлителе типа ВТИ-6301 N3 ХВО-2 ННТЗЦ-1 номинальной производительностью 630 т/ч в течение 3-х лет (1991-94г.г.).

Из рис.1 следует, что при снижении жесткости осветленной воды ниже 2,25 мг-экв/д должна резко падать эффективность удаления органических веществ. Кроме того изменение соотношения в зоне реакций Са2+ и СаН+ в сторону увеличения доли последних (за счет меньшей дозировки гидроксида кальция) может привести к образованию более коротких "цепочек" органокарбонатнокальци-евых соединений,образующих шлам, с соответствующим снижением его гидравлических характеристик (главным образом скорости осаждения). Однако развитые автором теоретические представления о механизме образования осадков в осветлителе из воды, содержащей органические вещества, позволили предсказать и целенаправленно экспериментально проверить те мероприятия, которые могут не только компенсировать негативные последствия частичного введения щелочи вместо извести, но и достигнуть при этом режиме некоторого повышения эффективности процесса по удалению "органики". Основные результаты исследований приведены в Л.1.

В исходной воде одновременно присутствуют катионы Са2+ и СаН+. В реакционной зоне к-ним поступает дополнительное количество Саг+ с известь», поэтому концентрация последнего значительно превышает Са1?+. Тот и другой с карбонатным анионом

II

образуют осадки. Если в воду ввести скачала КаСН, то карбонатный осадок должен образовываться только с теми ионами Са2+ к СаР?+, которые находились в исходной воде. В результате конкуренция для осаждения Са{?+ со стороны вводимого с известью Са£+ будет исключена, поэтому следует ожидать Солее полного осаждения "органики". Катион кальция, введенный затем с известью, также в результате взаимодействия с карбонатными анионами, образует осадок. Но в качестве центров кристаллизации в этом случае будут служить рыхлые хлопья органокарбонатнокальциевого шлама, образованного ранее при вводе едкого натра.В результате полученный ранее легкий шлам, обогащенный "органикой", будет утяжелен более поздним осаждением на нем карбоната кальция.

Вторым фактором, влияющим на глубину удаления органических веществ, является высота ввода коагулянта. Если коагулянт дозировать в зону реакции, как делается в настоящее время, он расходуется как на связывание высокомолекулярных, так и низкомолекулярных органических соединении. В случае же переноса дозирования коагулянта выше зоны основной реакции он будет расходоваться на связывание оставшихся низкомолекулярных органических веществ и коагуляцию тонкодисперсных частиц, в результате чего эффективность удаления "органики" возрастет.

Проверку предположений проводили в лабораторных условиях на имитатах вод рек Каыа (1) и Стрелка (2) следующего качества:

Тип : Са : И? : Щ : окксл. : Ре : бзз.е-~э : мг-экв/л : мгО/л : мкг/л : ыг/л

5,15 4,10

1,70 2,05

3,С5 3,95

11,5 8,'

130

1

г» /*

Ярсбнке коагуляции проводили с дозой коагулянта 0,5 мг-якв/л. Пслучеккьге обобщенные данные представлены в табл.1.

Таблица 1

NN Порядок догирова- Соотношение Снижение Примечание пп нкя реагентов Са(ОН) /НаОН окисляемое ти от исходной,%

1, Только НаОН - 48 Юльке Са(СН)г - 66

2. МаОН, чауе-з 2 мин.

Са(ОЙ).> 1:1* 70

4. ЛаОН и Па(ОН)о

одновременно 1:1 62

5. Са(0Н>2, через

2 мш. МаОН 1:1 60

★Такое соотношение реагентов было выбрано как оптимальное для конкретного качества воды на основе предварительных опытов.

Как к следовало ожидать, при одновременном дозировании щелочей эффективность удаления "органики" несколько снизилась, по сравнению с до?ярованшм только извести, однако разделение подачи реагентов (сначала добавление МаОН, а через 2 мш Са(ОН)г) позволило не только компенсировать эту потерю, но да-№ повысить эффективность процесса. Далее предстояло выяснить характер влияшя дозирования НаОН на скорость осаждения шлама. Для этого воду указанных составов обрабатывали расчетным количеством щелочгьп: реагентов, добавляя 0,5 ыг-зкв/л коагулянта и стандартным способом определяли скорость осаждения частиц шлама. Усредненные данные экспериментов показаны на рис.5.

Для реальных условий эксплуатации НКТЭЦ-1 в летний период

отношение расчетных доз Са (ОН) 2 и КаОН далкко поддерживаться 751 : 25%, а зимой - 50% : 50%. На этом участке кривой серьезного ухудшения гидравлических характеристик шлама не наблюдается. Промышленные исследования, выполненные на осветлителе типа ВТК-63011, подтвердили теоретические предположения автора. Внедрение известково-едконатрозэго режима осветления воды с одновременным переносом линии дозирования коагулянта на высоту 0,5-0,6 м выше уровня подачи щелочных реагентов позволило снизить окисляемоеть воды в среднем с 6,0 мгО/л (в исходной) до 2,1 мгО/л (в осветленной) против 3,0 мгО/л при обычной схеме известкования воды.

У.Исследование технологии умягчения воды н^ фильтрах с "голодной" рогенерацией катиони?:;. Когда автор разрабатывал схему углубленной г.редочпстки воды НКТЭЦ-1 и предложил технологию ее умягчения и доочистки от взвесей на фильтрах с "голодной" регенерацией катионита,это вызвало споры среди специалистов. Исходя из теоретических предпосылок о практически полной независимости рабочей обменной емкости слабокислотного катионита в режиме Кгод ~т сс к-содержания воды (по мнению автора, такая зависимость характерна лишь для полифункиионалького сульфоугля) п незначительности влияния исходных концентраций жесткости и щелочное?;: (гвдратной и карбонатной) на равновесные концентрации участвующих з реакции ионов, автор полагал, что достаточно глубокое умягчение воды возможно при рабочих обмекшх емкостях катионита в пределах 1000-1500 г-экв/м .

Промышленные исследования были начаты з феврале 1993г. на установке, Еключаощей в себя:

- осветлитель ВТИ-бЗОИ, работающий в ргжиме иззесткозо-ед-

конатрового умягчения воды до жесткости осветленной воды, равной ее щелочности (в разные сезоны года эти величины колебались в пределах 1,1-1,3 мг-экв/л);

- двухкамерные механические фильтры диаметром 3,4 м, загруженные антрацитом;

- фильтр диаметром 3,0 м, загруженный на высоту 1,0 м карбоксильным катионитом КБ-4 (в качестве Нгод);

- бак сбора кислых стоков ХВО, которые являлись регенера-ционннм раствором для Нгол.

Очищение по указанной схеме вода поступала на ионитные фильтры обессоливающей установки. Расход воды через Нгол -70-90 т/ч (10-13 и/ч). Регенерация катионита проводилась одновременно с взрыхлением подачей кислых сточных вод ХВО (кислотность 45-110 мг-экв/л) в нижнюю дренажную систему фильтра с расходом 83-85 т/ч. Расход кислоты на регенерацию стехиометрический; кислотность в стоках Нгол отсутствовала.

В течение первых 10 фильтроциклов средняя рабочая обменная емкость катионита составила 1300-1Е00 г-экв/м. Жесткость и щелочность фильтрата в ходе фидьтроцикла были следующая!:

- первые 6С£ - показатели жесткости и щелочности

практически равны нулю;

- следующие 20-25," - возрастание величины жесткости и ще-

лочности фильтрата до 0,2 мг-экв/л;

- последние 15-20% - увеличение контролируемых показате-

лей воды с 0,2 до 0,4 мг-экв/л.

Скльтр с "голодней" регенерацией катионита от;ашчался на регенерацию при Сикарбснатной щелочности есды 0,4 мг-экв/л. Бри этом длительность фильтроцикла составляла 7-10 суток.

Таким образом, экспериментально доказана работоспособность

15

и надежность разработанной автором схеиы. Такая схема с утилизацией кислых стоков обессоливающей установки молег быть использована для достаточно глубокого умягчения подпкточной воды теплосети, котлов малой мощности, мембранных обессоливающих аппаратов .

VI. Исследование эффективности удаления органических веществ на разных стадиях водоподготовки.

Вопросы эффективности удаления из воды органических веществ на разных стадиях водоподготовки, а также связанные с ним проблемы отравления анионитов и проскока "органики" в пароводяной контур ГЭС практически не изучены в нашей стране. Именно по этой причине в последние годы наблюдаются попытки внедрения схем со стехиометрическим расходом щелочи на регенерацию анионитов. Автор считает это решение недостаточно обоснованным, поэтому на ХВО-2 НКГЗЦ-1 бьши проведены 2 серии экспериментов (Л. 3). Первая из них была пос-вящена выявлению степени удаления органических веществ на разных стадиях очистки воды, чтобы можно было учесть долю "органики" из ее общей массы, которая поглощается на анионитных фильтрах 1 ступени. Результаты представлены в гаСл.2. Там же для сравнения даны сведен"н, взятые ив зарубежных источников.

Вторая серия экспериментов была посвящена выявление процесса регенерируемости отечественного слабоосновного анионита АН-31 гелевого типа от анионов сильных кислот и "органики". Полученные средние данные показаны на рис. 6 и 7. Из рис.7 видно, что при стехиометрическом расходе щелочи вытесняется всего ьО-557. органических вешэств от количества поглощенных в процессе фильтроцикла; на удаление остальной части, чтобы предотвра-

Таблица 2.

Степень удаления органических веществ на равных стадочистки

Гсчкк схРспа прсГ'Ы

-ЗФ^ктивн-шь удаляния органических г,еществ

йз. период : Средняя гэ :По зару-в по 2.ЭТ.92:иарг-ияй 13?аг. гбежным : :данным

Сккгл.,: Статике : Окисл.,: : Сушение

«гС/я : скисл. Д :мгО/л ; окш.т. Д :окисл. Д

Сырал вода ■' » 68 - р. Г»г-\ , ' V / - -

Коагулир. вода 3, 36 56,4 о О, ,8? 47-68

После и» 3, 04 / ,2 о л. 87 1 а ; 0,5-4,0

После К-1 75 15; . л г, " о , ч-: . Г 5-12

Псе^е декарб. 56 -10. ,4* о '-' 1 ¿Я -г:, 4«. 10

После Л-1 3 ¿.и' г. с г . 3 22-40

Пг-гле л-? Г\ о Г,. 0, ,3 о с; 0,2-3,4

Проскок в ф"лъ7-

* Псвь~екп5 содгркания :.рГЗЕ2ЧЭС!Й!Х РЛГС'/ГБ ГС-СГГ лекярбониза-

тсра ;

**Расч?-тН'">е гнк*гни? сод<?рк=ккя органкч-?ск:!Х 7,3115 эхе (снижение окисляемости).

тать прогрессзруетке накопление, требуется еще 0,45 г-?кз/г-чк?. Т!г. г»:о. Ч- к ? также ясно вз'дк« о?лаятк выделения

17

трех разных фракций органических веществ: первая с максимумом К -2,76 (средняя для этой области величина К -2,2 мгО/мг-экв); ее доля составляет 14% вытесненной органики. Вторая - с максимумом К -0,76 (средняя величина К -0,6 мгО/мг-экв), ее доля - 192. Третья с максимумом К -0,26 (средняя величина 0,2 ыгО/мг-экв), ее доля 67%.

Отношение окисляемости к суше анионов сильных кислот в Н-катионированной воде, поступающей на анионит АН-31, составляло 0,56 мгО/мг-экв.

Этот эксперимент ясно показал, что избыток щелочи необходим для того, чтобы избежать прогрессирующего отравления анио-нита органическими веществами, причем расход реагента для слабоосновного гелевого анионита АН-31 не должен Сыть ниже 145% от стехиометрического. Недоучет этого фактора на практике приводит к достаточно быстрой потере рабочей обменной емкости фильтрующего материала.

VII.Разработка критериев применимости известкования воды, содержащей органические вещества.

Разработанные с участием автора критерии выбора типа ВПУ для обработки воды представлены в Л.4. В настоящей работе диссертант поставил целью более подробно остановиться на одном из них, который не рассматривался до настоящего времени ни в отечественных, ни в зарубежных работах: о границах применения известкования воды в зависимости от содержания в ней органических веществ. Ни в одном действующем документе их нет, а изданные в 1973 г. "Руководящие указания по известкованию воды на электростанциях" не только противоречивы в этом вопросе, но и не учитывают тех изменений, которые реально произошли в последние годы в области проектирования малосточных ВПУ. В .18

п.26 этого документа, в частности, говорится о том, что для известкования Благоприятна малая окисляемость (до 10 мгО/л) воды. Это не значит, что они не смогут удовлетворительно работать при более высокой окисляемости воды, но показатели осветления воды снизятся. Однако этот документ относился только к обработке природных вод. В последние же годы в качестве исходной еоды ВПУ стали широко использовать продувочные воды градирен, которые по той или иной технологии подвергли противона-кипной обработке. Их качество существенно отличается от природных вод, поэтому указанный документ к ним неприменим. Кроме того, по мнению автора, руководствоваться одним показателем окисляемости нельзя, гак как при разной щелочности воды и одной и той же окисляемости получаются разные результаты.

Б соответствии с теоретической концепцией автора, свойства шлама осветдиаеля, главным образом гидравлическая крупность частиц, зависят от отношения: окисляемость/щелоч-ность исходной воды, и выведена эмпирическая зависимость, связывающая оба этих показателя со скоростью осаждения частиц (при температуре эксперимента). На стр. 42 "Руководящих указаний по известкованию воды на электростанциях" (г.Москва,1973г.) сказано, что скорость осаждения частиц при 15 С должна быть не ниже 1,8 мм/с. С учетом температурных поправок полученная ранее формула может быть преобразована к виду: 10 (0.304-0, асзя/вд+^зд^ 14

где; 1,8 - допустимая скорость осаждения частиц при 15 С, мм/с;

1,14 - вязкость воды при температуре С, спз;

Л - вязкость воды при температуре известкования, спз.

Если в левой части уравнения принять Ки-Й/Щ (где . под Ки понимается критерий применимости известкования воды), а в пра-

Bctí "-i"."?:-: произвести деление чт.г-?л. я ^кпнчатэльяом виде получим:

10t0.304-0.109kh)+0i35 _ lfgg

После решения уравнения имз«м для температуры известкования воды 30°С: Ки - 3,14 мгО/мг-экв.

Для определения низшей границы применимости известкования, когда по характеристикам шлама производительность осветлителя не можэ? быть выше 50% от номинальной, решим уравнение: 10 со, 304-0, ю9ки)+0)зб . 0j7

Ки-6,97 мгО/мг-зкв .

Учитывая то, что:

- в разных районах России гумусы могут иметь рэ?янй состав;

- то или иное влияние на свойства галама могут оказывать органические примеси техногенного происхождения в воде;

можно сформулировать следующие условия применимости известкования воды (при существующем требовании: Ш> 2,0 мг-экв/л):

- для Ки < 3.0 мгО/мг-экв известкование воды применяется при расчетных нагрузках осветлителя;

- для 7,0 > Ки > 3,0 возможно ограничение нзгруяки осветлителя вплоть до 50% от номинальной, поэтому применение известкования допускается после уточнения технологических параметров для наихудшего пс Ки качества воды (по результатам пробного известкования с коагуляцией з лаборатории);

- для Ки 7,0. известкование воды применять не следует.

ВШОЛЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

Основные результаты выполненных работ:

1. Разработана теоретическая концепция влияния природных органических веществ на процессы известкования п пзвестко-во-едконатровой обработки воды в осветлителях. Показано, что основная масса природных органических веществ выводится б осадок в вид? сложных органокарбонатных и органогид?г:-"сицных "о?-динешга.

1Гок5зано,что свойства образующегося шлама з осветлителях, главнж ебрээом гидравлическая крупность частиц, зависят от отнесения R'H в исходной воде. Получена змн'/пчиеская формула, связывающая эти величины.

3. Разработана и внедренз схема ВПУ, к преимуществам которой стнгсятся:

- 1QPX-HO? использование реагентов на ВПУ;

- сгкрэщение на 30-50% расхода извести на гг^гтоттку;

- отказ от дозирования антетакигглг? » питптегьчуг ?:ду У 00;

- сведение к минимуму объема стсчньгт р-- - РТУ.

4. Исследован и внедрен режиу кзвесткг.вс-едксгэтрс-Еой обработки воды в осветлителях, при которэу ж<?стуг'?тт- осветленной воды раЕна его щелочности. Показано, что з- счет разделения подачи щелочных реагентов и переноса течки --зирсванг- коагулянта на более высокий уровень ГО,5-0.6 и) достигается более глубокая очистка воды от органических соединений.

Б. Разработана, исследована и внедрен? технология глубокого умягчения воды на фильтрах с "голодной" регенерацией ка-тионита КБ-4. При щелочности и жесткости веды 1.0-1,3 мг-эк"'"

21

и средней за фильтроцикл величине этих показателей в фильтрате 0,15-0,2 мг-экв/л рабочая обменная емкость катионита составляет 1300-1500 г-зкв/м .

6. Исследозана в промышленных условиях эффективность удаления органических веществ на разных стадиях водоподготовки. Показано., что при стехиометрическом расходе щелочи на регенерацию слабоосновного анионита АН-31 из него вытесняется не более 60-65£ поглощенной "органики".

7. Разработан и предложен для включения в нормативные документы критерий применимости известкования воды в осветлителях.

Основное содержание выполненных автором работ, обобщенных в научном докладе, изложено в нижеследующих публикациях:

1. Панченко В.В., Ходырев Б.Н., Федосеев B.C., Калашников А.И., Кожевникова О. А., Шелест Л.П. Исследование процессов известково-едконатрового умягчения природных вод. Знергетик, 1992, N 11.

2. Калашников А.И., Улитенко A.C. Опыт применения эрлифтов при нейтрализации регенерационных вод ионитных фильтров. Энергетик, 1991, N 9.

3. Ходырев Б.Н., Панченко В.В., Калашников А.И., Ямгуров Ф.Ф., Новоселова И.В., ФатхиеваР.Т. Поведение органических веществ на разных стадиях водоподготовки. Энергетик, 1993, N 3.

4. Ходырев Б.Н., Федосеев B.C., Панченко Б.В., Коровин В.А., Калашников А.И., Ямгуров Ф.Ф., Новоселова И.В. О критериях выбора типа ЕПУ для обессоливания воды, содержащей органические вещества. Энергетик, 1992, N 12.

Жисх.

X'/Tûi изоесл.к

•Я с

/VOC/V V- гоа 1</л*ааЯ

¿GCSOth

m-при изоеет-КОаании

S 6

ж ост.

РисЛ ЗаЯисалгасть снижений окисли он ости &оды S осветлителя я (£) 0ю ее жесл>*осл>и.

Т-1--1-г

УО if /2 /J -ft *5 Afr-sdl/*

Рис.2. àaêucuMOCWô 3çtpeKmi/à*oo7}o удаления opsa¿/¿/vec*¿¿x аещесл)£ о/п сум/чь/ ани-OmoS C¿í/íóMb№ Лас/го/п.

ñ/tr.3. JaSaca/Wûyrr>û £*срослп/ û<X2Mâe/sty& ча<?/яс/ц Шлама От ссо/пюсиениз) /i/Ш £ исходное/ dod<2 (доза коо гс/яяк/па Q3 л/г-эхо/jrJ.

ч

1

^ / /

V-

Чр

□

Ц> —гр

Jj

J I

Чг

ih

«г

'S

____1

¿г—il¡ reí.

î rCh

1Î!

'M Í

p

il*

Mi

111

fis § !

il

^^ s gSS * i ^ fes4*

1Й! il"

H|!|

ч j , i

,5s Sí J CL. ^ ^^ >i

11

§

5)

Соотношение

Ca (ОМ)? Í'A 0/7Г о&сцеи dojô/) JfaOH i /o о$щ£й дозö/)

Put. & Хйрах/пер Аюяшя Отношения Ca2*//Và* u¿¿ Скорость ocQftàeHUsr шлама..

4 f.Z

\ i

s ^

s

OJÍ 0.6 Of

о

0¿ oft 0,6 es -ip и Jft Í6

Oj %KC/T>exuONSmpuu

•

ff /

к ш

у

* Ж Г* "Ч

/ к. —*• н Уч

100 I 60 ^

40 HO

_0

20 40 60 30 m 170 № #0

% Ж супехио//е/ц&ш

¿J

Рис7.3а8исилюсть степени удаления „ Ofiicwamt" va ътани/па J//-S1 О/к расхода сцо/>о</и.