автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Технология ионитной подготовки воды на ТЭС из природных и городских сточных вод, содержащих органические соединения

'• и у

азербайджанская государственная нефтяная академия

На правах рукописи

А. К. М. САИДУЗЗАМАН (Бангладеш)

ТЕХНОЛОГИЯ ИОНИТНОЙ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ

НА ТЭС ИЗ ПРИРОДНЫХ И ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку — 19Н4

• Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплоэнергетика и технология воды» Азербайджанской государственной нефтяной академии.

Научный руководитель:

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

Научный, консультант:

' доктор технических наук, профессор АБДУЛЛАЕВ К. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ФЕЙЗИЕВ Г. К., доктор технических наук, профессор ГАСАНОВ М. В. Ведущее предприятие — ГГПИ Бакинский Водоканалпро:кт.

Защита состоится » 1994 г. в И. час.

на заседании специализированного совета Н. 054.02.01 при Азербайджанской государственной нефтяной академия по адресу: 370601, г.Баку, проспект Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанской

государственной нефтяной академии.

? 'фз^РоА 9

оЛб. 01.-94 г: разрешена защита по истечении двух недель после выпуска автореферата.

Ученый секретарь специализированного совета ~ ,

к. т. н., старший научный сотрудник -ф/х^Уг АГАМАЛИЕВ М. М.

ОБШ ХШКГЕРИСШКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В практике ионитной обработка природных вод, содоравшЕХ органическая загрязнения., отмечаются серьезные ухудшения технологических характеристик голевых ионитов. Сншгенио ионообменной емкости и производительности ионообменных фильтров, ухудшение качества фильтрата, увеличение расхода реагентов на регенерацию и огмывочной воды, сокрвввнвв срока реботы ионитов обусловлена сорбцией органических ввшвств на поверхности и в объеме зерен синтетической смолы. Все эта негативные факторы будут усиливаться в условиях работ ионообменных фильтров на биологически очиъенных городских сточных водах с более высоки« содэрзаниам растворенных органических веществ (РОВ).

Поступление значительных количеств РОВ а составе умягченной воды в парогенераторы 150 в котельных вызывает ценообразование и набухание уровня котловой воды а барабане, вследствие которого не исключаются забросы котловой воды в лар.

Для предотвращения указанных явлений "отравления" головых ионитов (в первую очередь енионятов) а нарушения водно-химического разима парогонарируюпш установок необходимо удаление из обрабатываемой воды органических ввишстэ. Таким образом актуальность очистка природных и сточных вод о? растворенных органических ва-. цвете обусловлена повышением нядевиости работы IX в котельных на этих водах, а таете возможность» ослабления дефицита природной питьевой вода за спет использования на 130 а в котельных на-традиционных вод.

Цель работы. Целью, работа является вссяодованва и разработка технологических процессов удаления растворенных органических соединенна в схемах ионигной подготовка добавочной воды на ТЭО и котельных из природных а сточных вод, содерзяшх органические соединения. • . '■;.'

В работе решались следуюяив задача;

- исследование процессов удаления органических прииесаЯ па макропористых анионитах в схет уиягчеяая а декарбонизации вра подготовке добавочной воды промышленяо-огопнталышх котельных а ТЭЦ с парогенератора!« давлением до 10 Ша (включительно) а систеи теплоснабгоная; ■ л • ••

- исследование процессов удаления органических прамвсаЗ на ыак-

- й

ропористых иоаигах в схема химического обессоливвния при подго- , трвкв добавочной воды на ТЗС высокого давления - 14 Ща и выше; - разработка технологии рекуперации и утилизация отработанных ре-генерационных растворов, содержащих органические соединения.

Научная новизна работы. Обоснована необходимость удаления растворенных органических веществ (ЮВ) кислотной группа в схеме удаг-чзния и декарбонизации добавочной воды но ТЭО и в котельных .Доказана возможность избирательного удаления РОВ кислотной группы на макропористом аииоынте в'С1-фор.Уэ. Установлен анионообиенный механизм еа поглощения в аелочной средс и обратимый характер сорбции, найдены оптимальные условия регенерации макропористого анио-нвта сыесыо растворов //аС1 и И/аОН. ..•-.■'•

Получены полаиони^ельные зависимости органоеикости макропористого вниокига АВ-17-ЮП и остаточного содержания РОВ кислотной груши в фильтрата ог различных концентрационных ц гидродинамических факторов.

Изучена технологические показатели макропористых ионигов в схе-. не двухступенчатого хшобессоливанв.ч при рабом на доочиишнной городской сточной воде (ГСВ), Определены закономерности сорбции и десорбция ыинералышх и органических приуесеЁ ГСВ, по ступоняи 'химобрссодивения, установлены показатели органоаукостн и ионооб-иониой емкости основных парок ыакродористых ¡зенитов.

Изучены закономерности сорбции РОВ на макропористых анионитах в С1- к ОН-форыах в кислой среде. Для зтих условий установлен преимущественно молекулярный иохашш. поглощения РОЕ в обрзтканй характер сорбции. Подучены уравнения рограссяи для расчета осаов-них технологических пойаэстедеА макропористых аивошагов в кяслоЛ среде.

Разработаны технологические приоры рокушгрзцгш отрабогашгшс регеиорационных растворов макропористшс иоявюв.

• Пра-кт ото екая данность работы. На основания результатов иссяа-довениЕ првдлогоны уеоверааксгвоЕшшыЕ схоаы иоавтной водоподго-товка для условий работы на загрязненной иряродноЗ а городской сточной водах. Вклвчекяо в схему уаягчзния и декарбонизации 01-фвльтра с накроаораогвм гязопагоа (воаяе лЪ-агтионагных фильтров) продотврашаст всиетш?гщо упераваекой .вода в парогенераторах. Вкявчониа в дайствуааиз схеаа задобессоливаиия С1-фвльтров с адкропористым аниона тем (после Н-филыроа перзоЁ ступени) ре-

- 5 -

шаат задачу предотвращения "отравления" гвлевых анионитов. Применение в качестве загрузки обоях ступеней или первой ступени проектируемых установок химобвссолквайия макропористых воиагов обеспечивает надежность работу а стабильность технологически показателей о условиях использования загрязненных прародных я сточных вод.

Результаты исследований рекомендованы для расчета сорбционного узла в сйемв химобессолиЕанкя проектируемой Ново-бакинскоЗ ТЭЦ в условиях ее работа на доочишенной городской сточной вода. Ожидаемый экономический о$$9КГ от внедрения 630 руб_ в год (в цо- . нах 1993 г.). Технологические рвленкя по угилззацци отработанных регенарадаояных растворов, содержания РОВ использованы пра реконструкции ХВО отопительной котельной г.Калуги. Зхононнчаский з$факг составляет 4,17 нян.руб/год, ,

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена щиэдввеикем апробированных и обаепрвзнаиннх иотодик исследований, адекватностью полученных иатемвтичэсикх моделей исследуемым процессам, согласованностью с данными проикалеваых испытаний.

Апробация работа. Основные результаты работа докладывались на каучйсърегтсскол совещании "Утилизация мочявх вод", г.Шноук-яг'а;, " .; ч; "^о-'-ох "5 7 иях профессорско-преподвва-г""7 " ""-¡и *п : «цо-зсслвдовэтельских работ

да* ' ^ . - * нюй академии, Баку, 1691-

1553 гг.

Публикас,«}. По -.аэультп'-пм сс^ладсзевий, изложенных а диссер-гещш. оцуй^жоззно 5 пручкк.*: тзэв*

С ~к ;______1 _. Работа состоит из введения,че-

тарз 1 * -"3 . сиг литература, который вклв-

чеог 169 ,'1з;т;/в;1авг;:!г:'. п пр::ло::ан;зя. Работа пзлолааа на 150 странице.;» со—' г "ог- : "О гсблпц.

со:"" гшт

Во с^ло: -зтс'злышсг» геау, хзрзктерззуекся

сосго"'1."> ,, г;: обсап гсяг*ю работа.

В первой глья приведена обйая харзкгэрткя® органических пркиасой прароянах к городских сгочкая зод. Огкечзегся рзальноогь роста сздер^.сш'я пргаайчзсках гэшэсгй а ловврхносгинх водах, в основной за счзт поступления иедосгагочяо очишенках ГСВ„ Показано, что суиосгвугаиа схемы я оборудование водоподгетонки, рзс-счатаннке не использовании "чистой" природной.вода, в гагах сяу-

чаях не обеспечивают необходимую степень ее очистки, что приводит к нарушению процессов водоподготовки и водно-химического режима на 'ГЭС и в котельных.

Проанализированы причины ухудшения технологических характеристик гелевых ионигов и рассмотрены перспективы их замены не макро-и.изопористые яонигы, Систематизированы данные по сорбции органических веществ на катионитах и анионитвх различной структуры. Сделан прогноз поглощение многокомпонентных систем РОВ на Л'а- , Ci-, Н-, ОН-формах ионитов в схемах умягчения в химобессоливания.

Из рассмотренных методов доочисгки природных и сточных вод по РОВ, в качестве приоритетного направления исследований выделено ааиокированиэ иа ионигах мзкропористой структуры. Это обосновано эффективностью сорбции РОВ; апробированностыз применения аниони-тов в существующих схемах БПУ, возможностью совмещения и сочета- . ния процессов сорбции РОВ с процессами хямобеосоливания и декарбонизации или десульфзтизациа, технологической простотой и экономичностью регенерации. Исходя из изложенного конкретизированы основные направления исследований.

' Во второй главе изложены результаты исследования технологии уделения органических примесей на макропористом анионлге при подготовке добав.очкой' вода по схеме умягчения и декарбонизации.

Поступление значительных количеств РОВ в составе умягченной воды в парогенераторы и их концентрирование сверх определенного содержвйия 150 ыгО^/л по пармаягана'тной окислуемости (ПО) вызн- . вает ценообразование упариваемой воды и ухудшение качества паре, набухание уровня вода в барабане, вследствие которого не' исключаются забросы котловой воды в пар и может иметь место такхе снижение паропроизводительности. Вспенивание котловой воды в значительной степени обусловлено разложением органических кислот под воздействием высокой температуры с образованием пелочннх продуктов. Следовательно, для предотвращения ценообразования в котловой воде необходимо удаление из доочитмой. ГСВ в первую очередь органических соединений кислотной группы составлявшей'v 70^ РОВ. Как показали исследования, ограничение в питательной воде парогенераторов кислотной группы РОВ на уровне 2 игО^/л по окксляемосги исключает дшстижение критических концентраций ценообразования даже при высоких кратностях упаривания 50-100.

Исходя из наложенного, задачей настоящего раздела исследова-

ний являлось изучение закономерностей сорбции РОВ кислотной группы на И-форма макропористого анионита ДВ-17-ЮП и определение оптимальных условий его регенерации в схекэ Ми-СХ-цокпровснпя.

В качестве исходной еодш рассматривались загрязненные природные и биологически очищенные ГСВ прошедмо до очи с тку коагуляцией (известью и Ре$04) и фильтрованием о остаточным содержанием РОЗ 5,1 - 16 мгО^л по ПО или 20 - 45 игО^л по ХПК. Предварительно были проведены хроматографичеснсэ разделение на ионообменных целлюлозах и «идентификация состава РОВ исходной воды и фильтрата анионитного фильтра по основным группам: кислотной, основной и нейтральной (табл.1).

Таблица I

Результаты разделения РОВ на ионообменных целлнлозах

Наименование Содержанио Содержание основных групп, %

прооы РОВ,"

по ХПК кислотной основной нейтральной

•

Исходная а %щ 5,1/16 .20/45 70 9 21

Фильтрат 2/6,4 7,8/20 20 24 53

St . .

Числитель - манкаалымс зкачовля, зцзйвватель - иакскйаяьакв.

¡Сек следует из тгбл.1., основная доля РОВ приходятся на соединения каслотаоа группа, которые эффективно поглигшягся макропористым ^наонитом. /3-17-ЮП.

При изучзшш процесса рогоаерацзя брался анионат ястсаешшЗ по FOB до равновесного состояния. Яредаараеельишй опнгама била установлена целосообразность использования для рогенорациз сиз-' лзиачх растворов //aCI я Л'аОН ара температуре 45~50°с а скорости их пропускания 4-5 г./ч,а глкзд определены интервалы варьирования значшшх факторов: хонцентрацпи раствора соли Сс«5-10$, от-«ouietmj ¿.-роцвнтюих концентрацай соля а щелочи С0у^ »2-10, расхода см» 6-с*=100-300 кг/м8, .Широкий длйпезой значений G-q объясняется слабой внутрйДйффузиовнай кинетикой органических ионов.

В качестве целевой функции принято удзльноз кодичосмо РСВ $РОВ^» Десорбирозашгах кз макропористого анионига ДВ-17-10П, игО-/л ло ПО. Был реализован план полного факторного эксперимента (П-М) типа 23..Полученное уравнение рогрессии в натуральном мло-..л-гС« идеег вид:

=1616,5+10,15 0-с-149,2 Сс - 27,75 Сс/щ - 0,14 &сСс -

' - °.75Сс %Ы + 9'4 Сс Сс/ц ^ Сс Сс/щ ' Ф

Наибольшее отклонение экспериментальных и расчетных данных не превышает 7 %. Графическая интерпретация уравнения (I) приведена на рис.1., где показаны зависимости §рфВ от6с (а,б), Сс(в,г), ^с/щ постоянных значениях одного из факторов на среднем

уровне.

Как видно из рис.1« ^

.та

№ т

'XX

особенностью рассматриваемого процесса регенерации мэкропорис- '№ того анионига АВ-17--ЮИ является увели-ченае степени дэсорб-Ши РОВ с повышением концентрации /УеСГ на верхней границе отношения концентраций ЛзС1 я Л'аОН и обратная зависимость иа ншшей граница отношения этих реагентов. Максимальная степень десорбции РОВ в рас- . смотренном диапазоне• значений факторов дос-■тигается при значениях расхода' Л'вСХ-ЗООкг/ы3, концентрации раствора 10», отношении процентных концентраций МаС1 и /аОН в регеноранте -- 10.

Слздуший цикл исследований был лосвяшен

МГ&М

ш я*

ко

.яо

№ хо.%%, при Сс= %

4>

Сс-1С0

№

¡00 хо ■«Ли"

г;

7 ? з *>Сс,% при с^^в

гОг/Л

6 3 Д?

ПРИ Сс®7,5% ПРИ <3С »200кг/м5

Рис.1. Зависимость удельного количества РОВ,, десорбированных из I л енио-нига {Ррод*; от: а,б - расхода раствора //аС1 (&а); в,г - концентрации раетворв //аС1 (Сс); д,е - смоления процентных концентраций >аС1 и Л'аОЫ в регенеранте (Ссущ).

изучении закономерностей сорбции РОВ кислотной группы на макро-

пористом анионите АВ-17-ЮП при найденных оптимальных условиях регенерации.

В качества независимых факторов были выбраны: концентрация органических соединений кислотной группы в исходной воде - Сдрг, гдгО^/л по ПО} значение рН обрабатываемой воды - рН; скорость рорб-ции - V , м/ч. Б качестве целевых функций были ппиняты органоем-кость АВ-17-ЮП (Е), мг02/л достаточное содержание РОВ кислотной группы в фильтрата (Ф^У, мг02/л по ПО.

Диапазон концентраций С*рг=3,6*11,2 мгО^/л соответствовал реальному содержанию РОВ в природных водах и досчитанных ГСВ после предочиспш, диапазон значений рН=7,0-Ю,4 обусловлен использованием на стадии поедочистки сернокислого алшиния ила ж плаза с известьв, интервал значений • =10-30 и/ч соответствует условиям эксплуатации иокитных фильтров.

Был проведен ПФЭ типа 23. Получены уравнения регрессии:

Е=1544-1,8 С^рг -130,4 рН +0,6У+5,Б с£рг.рН -0,9 с£р1У (2)

3|0В = 0,03 С^рг «0,09 рН +0,01V -0,52 (3)

Наибольшее отклонение экспериментальных и расчетных данных по уравнении (2) не превышает - 2,6 по уравнению (3) - 7,5

Графическая интерпретация уравнении' (2) приведена на рис.2.а. . Как видно -из рисунка, большие значения ррганоемкостя достигаятся на нижней граница интервала изменения рН обрабатываемой вода и верхней границе содержания РОВ кислотной группа. Особенно сильно влияние рН проявляется а области поииазшшх исходных концентра- ' .,ций РОВ (здесь ивблядаегся расхоздеиш пряшх рН= сст-г*). Увеличение скорости фильтрования обрвбагавааиой воды с 10 до 30 м/ч приводит к некоюроау сщисшш» • орраноагшсги.

Графическая интерпретация уравнения (3) приведена на рис.26. . Как видно яз рисунка, яаназвьшш остаточнка значения РОВ кислотной группы в фильтрата достигаются на шишей граница интервалов значений всех трех факторов. V .'■

Результата проведенных илслвдовений свидэтальсгвузт об избирательной сорбции РОВ кислотной группы на макропористом енионитэ /В-17-10П в шэлочной среде. Нзхвнизм сорбцаа органических соединений - акионообменннй, поскольку кислотная группа РОВ пра значениях рН > 7 диссоциирована. В области высоких значений рН

(рН —10,4) наблюдается сяйкение-;^ органоешсости к увеличение оста- . точного содерва-ния РОВ, кисло гной группы в фильгра- ч!

гс, что, по-вщш-1Л0ЗД , IJOSUO объяснить наличие« про-гиаоаонного эффекта вследствие со- ; дергания в рзге-нераате //аОН.Ус-тановлен обратш&Ш характер сорбции указанной грушш РОВ - соблвдвзтся примерный материал; яый баланс яогло-ешнкых (на стадии сорбции) ü вытесненных (на стадии регенерации) ор~ гашпаскик соединений.

Текиы образом включение в схему умягчения и декарбонизации фильтра

VJCA h

«Я*

fy

Б.

у

Гпо.2.

Зависимость органоемкости ашюнита ДВ-Г7-ЮД (Е) и остаточного содержания РОВ няслотной группы в фильтрате (&рдв) от исходного содержания РОВ кислотной группы в обрабатываемой воде и значений рН..При скорости фильтрования: 10, 20, 30'и/ч.

с макропористым авионигом АВ-17-ЮП (после Л'а-катионитных фильтров) решает задачу избирательного удаления РОВ кислотной группы.

Третья глава ппсвялена ваучеияю технологических показателей макропористых ионигов в схеме полного двухступенчатого химобес-саливания природных вод й доочишенных ГСВ, загрязненных органическими веществами.

Объем исследований включал,определение закономерностей сорбции и регенерации минеральных и органических примесей, сопостяв-

- II -

ления показателей отключения фильтров на регенерацию и .оптимального распределения поглощения ггоимесей между ступенями, определение основных технологических показателей испытуемых марок попито в, выявление целесообразности замены голевых ионитов макропористыми по каждой ступени и включение в схему дополнительных узлов сорбции.

Исследования проводились на стендовой установке двухступенчатого химобессоливания, вшшчашйй предочистку (осветлитель и механический фильтр) и динамические колонка диаметром 0,015 м с загрузкой катионига КУ-23 (Н-фильтры I и П ст.),анионитов ДД-41 и АВ-17-ЮП (ОН-фильтры соответственно I и П ст.). Высота загрузки ионитов в фильтрах I .ст. составляла - 0,5 ы, в фильтрах - П ст. -- 0,4 м.

Б качестве исходной воды использовали доочишенные (коагуляцией и известкованием) ICB г.Баку разбавленные до концентрации анионов сильных кислот 5 мг-экв/л. Был изучен состав РОВ этой воды методом хроматографического фпакцнонирования на ионообменных целлюло— зах (табл.2). Анализ РОВ выполнялся различными методами.

Таблица 2

Содержание органических веществ различных групп в ГСВ

Показатели Содержание основных групп РОВ, %

кислотная основная нейтральная

Окисляеыость * 6,0-6,5 мг02/л ХПК 18-22 мг02/л ООУ 5,7-6,1 мг/л ЛШ 34-37 мм 74-78 75-77 78-80 73-78 3,7-6,0 4,5-4,8 3,5-4,5 4,9-7,4 15,9-18,1 15,7-17,8 16,0-16,2 16,0-16,5

Примечание: ЯШ-хиадческое логребленкэ кислорода, ООУ - обший

органический углзрод, лШ-ламинесценпшй анализ (высота пика).

Результата исследований обобиэны в габя.З.

Как видно из табл.3., степень .сорбции РСВ на Н-катиопитных фильтрах существенно превышает долэ основной группы, что, по-видимому,. обьяснязгся сорбцззЯ такэо соединений кислотной группы. Степень сорбции РОВ на аниовитных фильтрах несколько вижа процентного содержания кислотной группы, что портверздэег факт частичной ее сорбции на Н-катионигно.ч фильтре I ст. Основное количество РОВ сорбируется на 1 с\ Д ст. практически не участвует

Таблица 3

Сорбция РОВ макропористыми ионигами в схема

ХКМОбЗССОЛХЕВКИЕ

Показатель Фильтры I ст. Фильтры П ст.

% OHj «11 • онп

Степень сорбции РОВ,,»:."

-от концентрации,поступающей к а каждый фильтр 21-23 75-80 22-27 54-56

-от исходной концентрации .поступавшей на Нт 21-23 62-66 6-7 7-8

Органоемкость по ПО, . мгС£/л 80-S0 460-480 200-240 180-220

Ионообменная емкость, мг-зкв/л 450-520 700-800 90-100 II0-I30

•в удалении РОВ (всего 6-У/в or исходного количества).'Закономерность сорбции РОВ II- и ОК-фильтрами обеих, ступеней характеризуется стабильностью глубины поглощения на всем протяжений фильтроцг1 лов. Остаточное содержание РОЗ в фильтрате начинает возрастать •только в момент истощения К-кагиокигных фильтров I и П ст, по //в' и ОН-анионигных фультров 1 ст. по С1~. На П ст. ОН-вкиокитных фильтров истощение по SL03 - ионам не сопровождается истощением по РОВ, го есть 'сильноосновной анионкг способен сорбировать РОВ и после истошенкя по

В табл.3 поиЕедены таю&е показатели органоемкости и ионообменной емкости испытуемых.макропористых ионитов. Представляют интерес данные ионообменной емкости гелевых ионитов, полученные на той же исходной воде (500-600 и 250-270 ыг-экв/л для Н-фильтров, 800-880 и 150-170 мг-зкв/л для ОН-фильтров,соответственно, I и Пет). Сопоставительный анвлиз показывает, что в целом макропористые ио-ниты характеризуются технологически приемлемыми показателями ионообменной емкости.

Органоемкость макропористых катиокятов и слабоосноаных г.и!:онь-тов в тех же условиях выиш, чем гелевых: 80-90 против 60-70 ллк Н-фильтров I ст. , 200-240 против I8Q-I90 для Н-фильтров П ст. и 460-480 против 340-360 ыг02/л для ОН-фильтров I ст. (по окисляе-ыости). Обратное соотношение получено для едлы-'оо сковных макропористых и-гелевых анионигов: 180-220 против 600-700 мгО^/л для

ОН-Фвлыров Ц ст. Последнее объясняется: тем, что степень сорбики РОВ г елевым;. аниовктами на I ст. невысока - 45-60^. Вследствие этого на И от. поступали более ¿-похие концентрация РОВ, чем в схема с макропористыми ионитаия. Другой причиной является больная продолжительность филыроциклов сильнооснобных гелевкх анионитов, обеспечиваилих возможность сорбции соответственно больших количеств РОВ.

Анализ полученных технологических показателей макропористых ионитов позволяет сделать следушие выводы. Низкая- относи тельная . концентрация РОВ после I сг. (в результате чего на фильтрах П сг. сорбируется всего 6-в/о исходного содержания РОВ) ставит под сомнение целесообразность применениям макропористых анконитов на П ст, а достаточно эффективна?! сорбция проскокояых концентраций РОВ сильноосноеным голевым внионигом АВ-17 обеспечивает необходимую степень доочисткя не только по минеральным, но и органическим примесям, что соответствует критериям ульграчистой воды.

Наряду с исследованием сорбции РОВ из ОН-форме знионитов -изучены показатели сорбции РОВ С1-формой макропористого анионкта.

Макропористые аниениты в.С1-форме могут применяться в традиционных действующих схемах химобессолявакая загрязненных природных и сточных вод (перед ОН-фильтрами I ст.) с целью предотвращения "отравления" гелевых знионитов и улучшения качества обессоленной воды по электропроводимости..Отличием'этого.раздела исследований от ранее выполненных (глава -2) является иной диапазон значений рН 2,0-7,0 соогаегсгвуюзий качеству фильтрата Н-фильтров

1 с г. Кроме того, диапазон исходных концентраций РОВ сникен до "орг=3-7 мгО^/л по Ш, что является-результатом разбавления ГСЗ

•перед пидачей на химобессоливание до ггакямлемого уровня генерализации. Третий фактор - скорость сорбции остался без изменений ( V =10-30 м/ч). Отключение фильтра на регенерацию производилось по достижению суммарного содержания РОВ в фильтрате, равного .

2 мг02/л. В качестве целевых функций были приняты органоемкосгь АВ-17-ЮП (В) мгО^/л и остаточное содержание РОВ в фильтрате (Фр0В) ,. мг02/л по ПО.

проведен 114Э типа 23. Получены уравнения регрессии:

Е = 635,5 + 89,2 Сорг - 23,8 рН + 5.2У - 2,2 СоргУ (4)

4Р03 =0,0740,143 Сорг +0,031У +0,01 Сорг.рН-О.ООЗСоргУ (5)

поо

<01 о

3 « 5 6

т**

1 /

Л Г Я. /

А

/ /

у

/

Л/

У л -—

* ■т в

Наибольшее отклонение экспериментальных и рао. четных данных . по уравнении (4) не правы-ааег 1,9», а по уоавнекию. . С5) - З.&. Графическая интерпретация уравнения (4) приведена на . • рис.3.а. Как видно из рисунка, большие значения ор-ганоеыкости достигаются не никней границе интервала значений рН обрабатываемой воды, ю есть в • сильнокислой среде. В большей степени влияние рН проявляется в области повышенных значений скорости фильтрования, для. которой получены наименьшие значения органоемкосги.

При низких.значениях рН подавляется степень диссоциации органических кислот- преобладающей группы РОВ. В связи с этим механизм сорбции органических вешеств в рассматриваем кислой среде будет носить преимущественно молекулярный характер. Как известно -молекулярная сорбция характеризуется слабой кинетикой и сильно

Д 1 Г «■

б.

Сар1, мСЬ/л

Рис.3. Зависимость органоемкости иакролористого

аниона га 'АВ-17-ЮП (Е) и остаточного содер-кания РОВ в фильтрате (®роз> от исходного содержания РОВ в обрабатываемой воде и значений рН. При скорости фильтрования: 10, 20, 30 м/ч.

зависит от скорости фильтрования вода., ¿следствие этого наблюдается рост влияния скорости фильтрования обрабатываемой вода на величину органоемкости макропористого анионита при снижении рН.

Графическая интерпретация уравнения (5) поиведена на рас.36. Как видно из рисунка, наименьшие остаточные знячения РОВ обеспечиваются при минимальных значениях основных факторов. Причем влияние рН на качество фильтрата особенно сильно проявляется в области высоких исходных значений РОВ в обрабатываемо!! воде.

Результаты настоящего цикла исследований свидетельствуют о том, что макропористый внионит АВ-17-10П в кислой сиеде эффективно сорбирует РОВ различных.груш. Обратимый характер сорбции РОВ. подтверждает примерный материальный бвланс сорбированных и десор-бировэнных органических взшеств.

Включение в схему химобесооливания (с голевыми ионитвми) фильтра с макропористым зиионитом "АВ-17-10П (после Н-фалыра I ст.) релзег задачу предотвраиения "отравления" гелевых анионитов и ухудшения качества обессоленной воды.

■В четвертой главе на основании результатов экспериментальных исследований сорбции РОВ предложены различные схемы ионитной во-доподготовки для условий работы ТХ и котельных нг. загрязненной природной и городской сточной воде.

Для схемы двухступенчатого химобесооливания проработаны несколько вариантов организации технологического пооцесса:

- применение в качестве загрузки Н-натионитных и ОН-анионитных. фильтров обеих ступеней макропористых ионигоа (рис.4а);

- применение в качества загрузки Н-катиснитных и ОН-анионитных фильтров I ст. макропористых ионитов, а в качестве загрузки фильтров Л ст — гелевых ионитов (рис.4.6); :

- включений в схему химобассоливаная с талевыми ионигами дополнительных С1-анионитных фильтров, загруженных макропористьа анио-нитом (рис.4.в).

Применение первого варианта оправдано при обассоливании пра-. родных Ъ сточных вод, содержащих повыленные концентрации РОВ (более 20 мгО.;/л по ЯШ), как кислотной, так и основной природы. В этом случае одна ступень макропористых ионитов не обеспечивает эффективную сорбцию РОВ (до 3-4 мг02/л по Ш), необходимую для ппедогврашенш "огравления" гелевых ионитов П ст.химобессоливания. Кроме этого, не исключается "проскок" РОВ и через П ст., в разуль-

1Щ.

О Г' 1

ли —Ф

таге чего возможно ухудшение качества обессоленной воды по электропроводимости (>1 мкСм/см).

Н-катиокигные фильтры П сг. незначительно сорбируют РОВ, оставшиеся после I ст. химобессоливакия.для ; условий использоизкик хозяйственно-бытовых ГСВ. Целесообразность использования макропористых катеонитов на П ст. может быть обоснована использованием производственных и , производственно-бытовых сточных вод с повышенным содержанием РОВ основной природа.

. ОН-аняонипше фильтры а сг. глубоко сорбируют остаточные концентрации РОВ после I ст. (до 0,5 мгО^/л по ПО). Необходимость использования макропористого анисшига на И сг. отвечает условиям использования природных и сточных вод с повышенным содержанием РОВ кислотной группы.

Применение второго варианта рекомендуется при обессоливаьии вод с относительно низким содержанием РОВ (менее 20 мК^/л по ХИК). Э-го городские (тзеимуаественно хозяйственно-битовые) в некоторых случаях весьма разбавленные сточные вода, проведшие биологическую очистку и физшсо-химаческув (коагуляционную) доочист-ку, а такхе загрязненные поироднье води. Одна ступень химоб^ссо-лявания: таких вод на макропористых ионкгах сиккаег содогсекие Рои ¿о 3-4 мгО^/д по ЛИК, что удовлетворяет условиям эшиузгэцга слшшоакшшх гелеаых анионитов II сг.

Применен! е рассмотренных двух ьздоанго-' рзкикекд**; ?•-.>• прз со:«-

Рис.4. Схема химобессолиеания с загрузкой:

а) макропористыми иокитами фильтров I и II сг.;

б) макропористым;: ионитвми фильтров I ст.;

в) гелевыни ионнтами и дополнительным С1-ф:йлыром (А' ) с загрузкой макропористым ЙНИОНИТОМ,

дакии новых установок хкмобессолиЕашш. В этом случае на стадия проектирования могут быть учтены технологические характеристики маквопорястых ионитов, несколько отличавшиеся от гелевых по ионообменной емкости, а также предусмотрена утилизация органосодер-каших отработанных растворов.

Применение третьего варианта в первую очередь рекомендуется при переводе действующих установок химобессоливания.(с загрузкой tf-ильтров геларшли ионигем») на использование природной или сточной воды с содержанием РОВ. В этом случае дополнение установки химобессоливания еае одной ступень» ионитной обработки.связано с меньшими затратами, чем перезагрузка действуших фильтров макропористыми ионлгеми и связанная с этим реконструкции схемы хиы-обессолизекия для обеспечения проектной производительности. Однако это не исключает ппкмокекие GI-ионитных фильтров и в новых установках.

Другим фактором, обосновывавшим целесообразность применения' третьего взпизнте, является сочетание умеренных концентраций РОВ ' (10-20 MrOg/n по аПК) и повышенных концентраций солей (свыаз 6-7 мг-экв/л по анионам сильных кислот). В указанных условиях повышенной ионной нагрузка на яонишыз фильтры I ст. целесообразно применять гелоЕые иониты, обладавшие более высокой ионообменной емкостью, чем макропористые.

Как известно, подготовка добавочной воды для питания испарителей, пзропреобрааовзгелей, паровых котлов давлением до 10 Шз включительно осуществляется, по схеме умягчения и декарбонизации. Для условий работы нв природных и сточных вод, загрязненных органическими соединениями, рекомецауэгся организация процесса по, схема <Уа~С1-ионирования (рис.5). В отличие от схем /Уа-С1-ионированиг, пря-кеняемых для "чистых" природных вод, GI—вни0нит1шй фильтр загружается макропористым аняонитом и работает .не в режиме двкапбонизации, е в режиме сорбции РОВ с отключением по этому показатели.

XI7

I со,

с-Гг4~©

Рис.5. Схемэ /fe-CI-яонирования для умягчения и удаления, РОВ.

Iô -

При этом одновременно обеспечивает: и десульфагазация воды.

С целью создания условий для избирательной сорбции'РОЗ кислотной группа предусматривается предварительна; коагуляция известь» и сернокислым келезоы и декарбонизация подавлением. Это обеспечивает слабощелочную реакции воды и как следствие, анионообменкый механизм поглощения РОВ кислотной группы на С1-анконите.

Схема утилизации отработанных регенерационных растворов (ОРР) предлагаемой установки • /^а-С1-йонивовакия показана на рис,6а. Отработанные растворы ■

«32

АР.*-

«Г"

л

s

Уа- и CI-фильтров наряду с УаС1 содержат, соответственно, CaV M^V S0|* и РОВ, ОН". Концентрированная часть ОРР Ла- и С1-$,илыров собирается 'и подается на взаимную обработку в отстойник.

Учитывая, что РОВ сорбируются, в основном,на хлопьях выпадающего осадка Ыд(0Ш2, при. недостаточной концентрации в смеси в отстойник дозируется расчетное количество MjjCIg, В результате в •отстойнике ' происходит кристаллизация и осаздение CaS04 и СаС03. Умягченный раствор после отделения осадка доукреп-ляегся HbQI до исходной концентрации и разделяется на два объема. Первый после нейтрализации подкисла нием подается на регенерацию

.. /Уа-фильтров.' Второй объем после доукрелления УаОН до 1% подеет-

Рис.6. Схема утилизации ОРР:

а) установки /Уа-С1-ионировнкия с загрузкой CI-фильтра макропористым зшонитш;

б) дополнительного CI-фильтра установки химобессоливания,загруженного макро-"пористык «иионитом.

ся на регенерации CI-знионитного фильтра. По предлагаемой технологии достигается ЛвС$-ное осакдеииз РОВ.

Нэ рис.66 показана схема утилизации отработанного раствора CI-ионишого фильтра с загрузкой мако¿пористым шшоптом, включенного в качестве дополнительной ступени в схему химобессоливания с целевыми ионитвми. Отработанный рзгенерационгшй раствор, содержания Л'аСХ. УаОН, So|"* и органические веизства, собирается в отстойник. Реагентная обработка проводится в два стадии. На первой -раствор обрабатывают МдСУ^'в количестве эквивалентном содержании ОН - конов. Растворенные органически вещества сорбируются на хлопьях кристаялазуззогося Mg(0H)2-. Степень удаления РОВ ~75-8С$, После отделения осадка осветленный раствор обрабатывают Ca(0H)g.. При'этом достигается удаление*из раствора'сульфатов до остаточной концентрация 150-200 мг-зкв/л и восстсновлоикв исходной концентрации ОН-иоиоз. Рекуперированный- раствор по содержанию CI- и ОН -ионов идентичен исходному.

ВЫВОДЫ

1. Тосрзтпчссйя з ркспергаеигздыго-■ разработана концепция при-иеаепея i-зхаологяа сорСцзопной остста природных и городских сточных вод, содс^ших рзстгорзшыэ орггяичвсяив вевисгва (РОВ) на макропористых шштах а escuaz пг>дро?опкд добавочной воды.

2. Техяодогв'тюш обосвсаснз гэтйбходимосгь удаления РОВ в "схемах умягчения п декевбовпзаиза (досульфагизации) ^а-С1-йонирова-нней с загрузкой G-фкльгра макропорист! авионигом. Методом математического плсшфоланая эхспоргковга изучена динамика процесса сорбции РОЗ анионами А8-17-ЮП а аелочной среде и получены полиномиальные зависимости оргвноемкеотп смола и остаточное со-деряаниа РОВ в фильтрате.

3. Хроматографичесюш рэазаяенявм. п икдекггфгкациэй РОВ обрабатываемой воды устеаовланз возможность избирательного удаления праобладаицэЯ кислотной группы РОВ на макропористом акиониге в CI-форма (с 70 до 20 %). Выявлен аяповообиэншй механизм сорбции РОВ в шэлочной сраде. Определены оптимальные условия регенерации макропористого знионята : рвсгод //aCI- 300 кг/м3, концентрация рзсгвора /УзИ-Юр, отношение процентных концентраций Л'вС! а /УаОН - 10.

4. Изучены закономерное ти' сорбции РОВ макропористыми иона теми

а схеме двухступенчатого хинсбессолиаанил прирбдных и городских сточных вод, загрязненных органическими примесями. Определены показатели ионообменной емкости и органоемкосги макропористых иони-. тов, изменение качества обрабатываемой воды по ступеням химобес-соливзкия. Установлено, что в схеме двухступенчатого химобвссоли-вания основное удаление РОВ (62-665» от исходного количества) обеспечивается на анионитных фильтрах первой ступени. С применением математического планирования эксперимента выведена эмпирическая зависимость ионообменной емкости слабоосновного макропористого, анионига от исходного содержания РОВ, расхода //аОН на регенерацию л соотношения С1~ и So|~ в исходной воде. . •

5. Рекомендовано включение в схему химобессоливания. с гелевы-ми ионитами дополнительного CI-анионитяого фильтра, загруженного макропористым анионитом. Построены автоматические модели, характеризующие .зависимость органоемкосги макропористого анионита в .

'кислой среде а остаточного содержания РОВ в фильтрате от расхода реагента, исходного содержания РОВ в обрабатываемой воде и скорости ее фильтрования. Установлено, что в кислой среде эффективно 'сорбируются РОВ различных групп. Основной механизм поглощения органических соединений в указанных условиях - молекулярная сорбция.

6. Предложат! технические решения по утилизации отработанных регенерационных растворов (ОРР) ионигкых фильтров установок умягчения и хиыобессоливания. Разработана технология реагентной очистки ОРР от органических соединений CaCOlOg и MgGI2 (M¿)S0¿). Эффективность .осаддения РОВ поверхностью хлопьев кристаллизирующегося осадка .М^(0Н)2 составляет 6Q-bQjí.

7. До результатам выполненных исследований рекомендованы схемы химобессоливгния и; Tte-GI-ионирования, адаптированные к условиям использования ппиродных и сточных вод, содеряаших органические, примеси. В зависимости от уровня минерализации и концентрации РОВ в обрабатываемой воде, а также условий реализации технологии (действующие или проектируемые ВПУ) предложены различные варианты организации процесса химобессоливаяия.

8. Экономический эффект.от внедрения предлагаемых технологий

, очистки от органических примесей (в ценах 1993 г.) для установки химобессоливания проектируемой Ново-бакинской ТЭЦ составляет 630 млн.руб/год, а для установки умягчения отопительной котельной г.Келугя - 4,17 млн./руб в год.

Основное содержание диссертации опубликовано п следующих работах:

1. Полетаев I.E., Саидуззаман А.К.М.,. Малахов И.А. Доочистка бытовых сточных вод, используемых на ТЗС и АЭС, от хаоэктерных загрязнений. - Матепиелы всесоюзного научно-технического совещания / "Утилизация сточных вод", - ХЬноукраинск. .1991. - с.24-95.

2. Абдуляйев K.M., Малахов И.А., Саидуззаман А.К.М. Подготовка добавочной воды на ТЗС из городских сточных вод по схеме химического обессоливания. - Ученые записки АГНА, 1992. - Я 2. -

- С. 72-73,

3. Очистка природных и сточных вод от.растворенных органических всшеста в схемах зодоподгоговки ТЭС и котельных / А.К.М.Саидуззаман,- Л.Й.Пологаев, Э.А.Мамедова, В.А.Даалилов. - Ученые записки АГНА, IS92. - Ü 3. - С. 35-36.

4. Саидуззаман А.К.М. Эффективность поинепения макропористого анионига в схема химического обессоливания доочишанных городских . сточных вод. - Ученье записки АГНА, 1992. - Л 4. -С.39-40.

5. Малахов И.А., Полетаев Л.Н., Саидуззаман А.К.М. Исследование технологий обессоливания доочяезшшх городских сточных вод ш максопористых ионлгзх. - Химия и технология воды, 1992. - т.14 -

- И 12. - С. 919-9241 . • - .

Шзвг гаса назову»

Тагдягл одунан па таркиблпдэ узвп бярлапмэлар олан чдркаб кз тэ&ш сулардан ШЗ es газавхаваларда ала!» cyjys :шпъ' усулу ;:лэ Ьазирлапиасы ■ ехемлар:*вдэ' Ьалл олглуи Узва бпрлашмалэрпн (МБ) ряч-олунмасшшн гехнолез« просе сларпшш »дглгп во пкавглаакт» ha op олунуб»МаД9 аяагцдака масалэлэр Ьаял елуиуб: зушалш ва кар-бонсузлашна схе;.«»рЕВДэ (тэзjатз 10 ¿Ша-гад&р бу::ар кеверагорлсра ада ашгаЗав. S2J-pa учуп) ■еэ кв^азг дузсузлаодаргл схо-гндг (jyx~ сак ï98j!,Ta.T-.ï4 Ша ва чох- ояаи !Е2-рк тчУн)пгкромэсаг.!э;п псгат-лардэ МБ харлч едплиасл просесларпш аадгота.

Тэбск ва чиркаб суларпи МБ-дан 5га:.пз;к>п!1эа:1г>:в 'аккуаллуп; бу суларда ишла^ан газинхака Ба !Е0-ш "я;шин еЧяОаржяагапж ар. масыпа,<5ундав а лева 5а б::г> ач:.»яя су голяигапкн ПТЗ вэ газаюсапала-ркв rejpa ан"акэьй су ца^оаларлва квч?»сд Ьесабына арадав галдири; масыиа асаслаппр.Нвав едмн jenaaajn вэйУфоруада алая гсп-:ромэс£ :.»дн айаоя:?ю»рда лУБ coptfCBja насалаларгп .н даЬа хеига змаппя?»-сп лла харак1вряза олунур.Гадэви ;гудих:шдэ глкромасамала авнлопат-да туршу груплу hYE сечд*н.характерла харлч едклмасл' cr6ys олуиуб. Онув удул.;астшн авиов мубадплалц механизма вэ сорбсизакив денар характер:; i.nrajjaH олупуб,АЗ-1?-1Ш накроласамал:) 'авионнтпн рекепе-•расиЗасипнв оптптд в»р*ларя гаяалыб: J/off-yn свр£з - ЗОСкг/м8 %

■ маЬлулувув ковсентрасизасы -10», ШС0 т&ЛШ-т ч&т га*ыл*гдареный алсбэти - 10.Шйфомасачаля AB-I7-IO аняоняяаит узвп йарлаилолар тугуыуиув sa йдагерагда ?уршу rpyny h УБ гадаг tnmapvmm мясяга® гатолыг вэ 'ипдродлнймпя. ашжардэп помпвал асшпшглпри алпвиб.

Тури мггштда Г/ва йУ'йбрмада шкромасамаля авяопятяэр\а МБ еорбвазасыныв гавунауЗгувлуглары. еЗраня.таб.Бу варант учув copScnja-внв денар характера вэ МБ уадздасйВЕН мояаку^ар уехавяз:.«! ïa-jmr вдали,б.!Гури мгЬнтда мажр№эса'.»ла вввои'.-т scac асхколс;.;;; ксс-уарачаларявя Ьесабламаг учув perpeiscKja ?авз:кларп алиннб..

¡.¡акромэсамалп гоавглэрин яалэпжи per.enepacnja :!гЬ.:улларнг:п" peKyn^pacaja хехволоая 'усулларякив :;az9'.ni.v.too!U Тадтпгагларгв па-зшчэдарЕВэ асаслаиараг чкркла тэ6в:»о шаЬар ч"ркаб суларанда .нллг-мэ щараам 'тчув аонк?ла • су ЬазьтшУга-'Схеплагатшв сэмэрал-шг^рил:»-с;: laiuicO- олувуй1у1!шл?.;а -ва нароопоуз::аи."1р"а с::ег-.-ар:!ва Се -суз-аэчгтн щкрбмэсакэлк ан:Ш!П1Лэ б:;ркэ гоаул-асы -какпопкг ovs-качларйпдав' сопга) бухарке^гра^орлпчь'.чда бухардапап oyjyn j.onr::.^«-маслшш гаршысыви алир," CP •:п;:ро;!аоа."зл:! ап"Сгга-

"wa бирка ii?!MjaDH- дузоуэла!!Цда]й?а т^микк Ci " ■ • •

-zy-

й-отэкэчларчндэн coupa) . апяовятлэряпяп "заЬэрлэпмэспнпн" гариы-сынн ал!р.ЛаЗяЬ9Лэадпрплэн ^П!.^зЕП дуасузлашдцрма гургуларнида мак-ро/.:эсанэлл лопптлэр hap лип пагла сузкачлэрпппп еэ ja блрпнчл ппл-лэ стзкачииян долдурулмасы чярклз табии во' чиркаб суларшшп :шла-нйялэсп шэрадтпида технологу хэстэрпчлларпн сабтлэямэспнл вэ о тар барли лшянв тэ"шв вдар.

Тэнлаф олунан уэвя гатнашглардав такяздаимэ тезсиолопг;)оекнын Jeun Бага ИЗгА-да ла;) гЬалэпдярплай кпгг)эва дуйоувлашдырма гургусун-да тэтбиг едилмэсявдэв алынав игггисади сапере вддэ 630 мля.'руб, Калуга шэЬэрявдэ ястилэшдирячя; газааханаларында Зумшалма гургусу учти аса млда 1,17 шя.руб, ташкил еднр.

Ion-exchange media technology of water preparation

at thermal power stations for use of natura] and city waste waters containing organic compounds.

. A.K.M SA1DUZZAMAN

ABSTRACT

The work is dedicated to the problem arising from the use of contaminated natural and tertiär;/ treated city waste waters as make-up water Ter the sieam-w.iter cycle at thermal power stations and boiler-houses after chemical desalination and Na-CI-ion-exchange treatment. The problem can be solved by the use of macroporous ion-exchange media, which efficiently remove organic poiiuIar4.> preserving exchange capacity and output quality of make-up water.

increase in reliability of water-prcparatoiy aid steam-generating plants when working oil contaminated iwtutsl and city waste waters and the possibili ty of eliminating (he water supply deficits by the use of unusual water resources at thermal power stations ana boiler-houses lave brotzln about the urgency of the woik.

Scientific novelty of the work is characterized t-y kirye-scsle iavcstisatb;» of the sorption of dissolved organic matter by rracroporous ion-exchange media in Ci-änd OH-fnm in the schcmc of chemical desalination (i.e. ionic exchange in acidic media) and i:i Cl-forn. in the scheme of Na-CI ion exchange treatment (i.e. ionic exchange in weakly basi.:. media). The nature . of the sorption is reversible.

Optimum'conditions for regeneration of macroporous ion-cxchange renins have beers determined.

Technological processes are developed for treatment ef the spent rejeneranis containing organic compounds.

On the basis of the results of the investigations various schemes arc developed for water preparation ¡:r,der the conditions of using natural and waste waters cnot.-umr.3iod with organic impurities.