Основы современной малой энергетики

Сточные воды водоподготовительных установок

1. Источник образования сточных вод

Современные энергообъекты являются источником сброса кислых и щелочных сточных вод, шлама и вод с высоким солесодержанием. Количество и концентрация отдельных составляющих определяются производительностью и схемой водоподготовительной установки, а также исходным солесодержанием очищаемой воды.

Регенерация ионитов всегда производится с некоторым избытком реагентов по сравнению со стехиометрическим соотношением. Обычно этот избыток для анионитовых и катионитовых фильтров равен 1,5–1,8. Для некоторых видов водоподготовки (например, при обессоливании воды, предназначенной для питания прямоточных котлов) избыток реагентов при регенерации анионитовых фильтров существенно превышает стехиометрическое соотношение.

В настоящее время далеко не везде проводится повторное пользование отработанных регенерационных растворов, и общее количество кислых и щелочных сточных вод вследствие этого может быть значительным.

Концентрация реагентов в сточных водах колеблется в пределах, достигая в отдельных случаях для кислых вод 0,5–1 %, а для щелочных –1–2 %.

2. Влияние сточных вод на фауну и флору водоемов

Шлам, образующийся на предочистке, содержит органические вещества, поступление которых в водоемы снижает в воде содержание кислорода (в результате окисления органических веществ), что может приводить к нарушению процессов самоочищения водоема.

Содержащиеся в шламе хлопья окислов железа, попадая в водоем, осаждаются на слизистой оболочке жабр рыб, вызывая тем самым их гибель. Кроме того, в шламе, как правило, содержатся избытки извести, вследствие чего величина рН в местах сброса шлака обычно существенно повышается. Свободная известь вызывает у рыб сильное отделение слизи и ведет к тяжелым поражениям жабр.

Сброс в водоем кислых или щелочных вод изменяет величину рН вод водоема на протяжении более или менее заметного промежутка времени в определенной зоне. Перемешивание и нейтрализация этих вод в водоеме происходит не сразу, вследствие чего изменение величин рН будет сказываться на фауне и флоре водоема.

Повышение щелочности воды более опасно для фауны и флоры, чем повышение кислотности. При значении рН выше 9,5 у рыб начинает разрушаться кожный покров, ткани плавников и жабры. Страдают также водные растения, изменяются микрофауна и микрофлора водоема.

Сточные воды водоподготовительных установок, как правило, отличаются высоким содержанием нейтральных солей (NaCl, MgSO4, MgCl2, CaSO4 CaCl2 и др.). Если спуск сточных вод производится в пределах населенного пункта в водный источник питьевого или культурно-бытового назначения, то солесодержание сбрасываемых сточных вод не должно превышать 1000 мг/кг, в том числе хлоридов не более 350 мг/кг и сульфатов 500 мг/кг. Следует отметить, что солесодержание вод водоемов часто меняется естественным путем в паводковый период и при сильных ливнях. Химический состав солей, содержащихся в сточных водах водоподготовительных установок, близок к составу солей, содержащихся в обычных водах водоемов. Серьезное внимание на солесодержание сбрасываемых вод следует обратить только при очень малом дебите рек или малом объеме водохранилищ, в которые сбрасываются сточные воды.

Сброс отработанной целлюлозы в водоемы запрещен, так как присутствие ее взвеси отрицательно отражается на рыбе и снижает питьевые качества воды для скота.

3. Эксплуатационные мероприятия по уменьшению стоков

Количество сбросных, кислых и щелочных вод водоподготовительной установки зависит не только от ее схемы, производительности и состава исходной воды, но и от культуры эксплуатации. В тех случаях, когда количество этих вод невелико, возможен спуск их в водоемы малыми порциями, без предварительной нейтрализации. В этом случае сброс должен производиться с постоянным расходом, учитывающим щелочной резерв воды водоема и его изменение по временам года.

«Залповые» сбросы совершенно недопустимы. Сточные воды водоподготовительных установок перед спуском обычно смешивают в специальных емкостях (для кислых и щелочных вод эти емкости будут являться нейтрализаторами) или спускают равномерной струей.

Количество сбрасываемой отработанной целлюлозы и шлама определяется качеством исходной воды и практически мало зависит от условий эксплуатации. Сброс целлюлозы и шлама в водоемы недопустим.

4. Нейтрализация кислых и щелочных вод

Соотношение количества кислых и щелочных сточных вод может изменяться в широких пределах. Применяются различные способы нейтрализации кислых вод. Наиболее распространена нейтрализация в специальной емкости, в которую подают одновременно щелочные реагенты в необходимом количестве.

В тех случаях, когда для нейтрализации применяется щелочной шлам, бак-нейтрализатор устанавливают на нулевой отметке, кислые и щелочные воды с водоподготовительной установки поступают в него самотеком.

При установке бака выше нулевой отметки подача в него сточных вод осуществляется по напорным трубопроводам, а сброс в канализацию происходит самотеком.

Бак-нейтрализатор должен иметь емкость, достаточную для сбора всех регенерационных и отмывочных вод, получающихся при регенерации по крайней мере одного Н-катионитового фильтра. Для удобства эксплуатации, очистки и ремонта в баке-нейтрализаторе целесообразно иметь два отсека. В тех случаях, когда бак-нейтрализатор находится ниже нулевой отметки, включение и отключение насоса следует автоматизировать по уровню воды в баке или величине рН.

При нейтрализации комовой известью, дробленым мрамором или доломитом, загруженным в специальный приямок дренажного канала, наблюдается гипсование, приводящее к тому, что полной нейтрализации сточных вод при этом не происходит. Расход извести, дробленого мрамора, доломита оказывается очень большим: 10 – 15-кратным против стехиометрии.

Нейтрализация кислых вод иногда проводится в потоке, т. е. путем подачи в сбросной канал одновременно с кислыми сточными водами щелочных отмывочных и регенерационных растворов после регенерации и отмывки анионитовых фильтров или известкового молока.

Допускается нейтрализация кислых вод путем сброса их в систему промливневой канализации, выполненной из керамических труб, или в систему гидрозолоудаления при достаточно высокой щелочности воды последней. При прямоточной системе охлаждения конденсаторов сброс кислых и щелочных вод с водоподготовительной установки при малом их количестве иногда производится в сбросной циркуляционный канал.

Недостатком нейтрализации в баках является трудность их очистки, которую приходится производить вручную во избежание повреждения защитных покрытий. Недостатком остальных методов является их меньшая надежность или большой расход нейтрализующих агентов.

5. Нейтрализация сточных вод непосредственно в водоемах

Процессы биохимического самоочищения водоемов успешно протекают при значениях рН=6,5+8,6. Для определения активной реакции водоема пользуются формулой

(1)

При спуске в водоем сточных вод, содержащих кислоту, происходит их взаимодействие с бикарбонатами, сопровождающееся выделением углекислоты

. (2)

Из уравнения (2) следует, что из 1 мг бикарбонат-иона образуется свободной углекислоты.

Как уже указывалось, активная реакция водоема не должна иметь значения рН ниже 6,5, а соотношение , исходя из формулы (1), должно быть не менее 1,047.

При нейтрализации кислот происходит увеличение содержания свободной углекислоты и соответствующее уменьшение содержания связанной (бикарбонатной) углекислоты. Количество углекислоты (х), выделившееся при разложении бикарбонатов, можно определить из уравнения

,

откуда

.

В тех случаях, когда сточные воды содержат щелочь, происходит ее взаимодействие с углекислотой согласно уравнению

или

.

Величина рН воды водоема в результате поступления сточных щелочных вод не должна превышать 8,5, а отношение , исходя из формулы (4.1), должно быть не менее 0,0105.

Расход углекислоты (у), идущей на нейтрализацию щелочи, определяется из уравнения

,

откуда

Пользуясь приведенными формулами и химическим анализом проб воды водоема, контролируют полноту нейтрализации. Однако сброс кислых и щелочных вод в водоемы без предварительной полной или частичной нейтрализации можно допустить только как крайнюю меру, при отсутствии водопользования на данном участке водоема и при обязательном получении разрешения местных органов санитарного надзора. Эти требования связаны с тем, что сбрасываемые сточные воды имеют отличную от водоема температуру и удельный вес, вследствие чего они медленно перемешиваются, а в ряде случаев в толще воды водоема могут иметь свой поток.

300–350 мг/кг

Содержание никеля

100–150 мг/кг

Содержание меди

50–60 мг/кг

В зависимости от режимных факторов и состава мазута межпромывочный период РВП может колебаться в довольно широких пределах, чаще всего от 10 до 20 суток. Средний расход воды на обмывку одного РВП блока 300 Мвт можно принять равным 150–160 м3 при часовом расходе 80–100 м3.

Токсичность вод

Сточные воды после промывки РВП при работе котла на сернистом мазуте отличаются высокой токсичностью, так как содержат биологически вредные вещества в значительном количестве: серную кислоту и растворимые соединения ванадия, меди, никеля, железа. Соединения ванадия обладают способностью накапливаться в организме; они являются ядами с весьма разнообразным действием на организм: вызывают изменения в системе кровообращения, в органах дыхания (бронхиты, пневмонии, пневмосклероз), в нервной системе. Кроме того, нарушается обмен веществ, развиваются воспалительные и аллергические поражения кожи. При попадании в организм человека растворимые соединения ванадия по своей токсичности не уступают соединениям мышьяка и ртути.

Соединения никеля поражают ткань легких, изменяют кровяное давление и, по-видимому, воздействуют на кроветворную систему. Соединения никеля в виде пыли вызывают поражения кожи, раздражают слизистые оболочки, причем у человека часто развивается повышенная чувствительность к их действию.

Соединения меди при избыточном попадании в организм человека воздействуют на желудочно-кишечный тракт и оказывают общеядовитое действие.

Нейтрализация и обезвреживание вод

Для удаления из сточных вод токсичных соединений ванадия, никеля, меди, железа и нейтрализации кислотности могут быть применены известковое молоко, едкий натр и другие щелочи.

Расход СаО составляет 7 кг на 1 м3 воды. При этом достигается полная нейтрализация содержащейся в сточных водах кислоты и осаждение в виде гидроокисей железа, меди, никеля и ванадия. После нейтрализации отстоявшаяся жидкость представляет собой насыщенный раствор сернокислого кальция (гипса).

Промывочные воды содержат соединения преимущественно четырехвалентного ванадия. Состав осажденных соединений ванадия зависит от значения рН среди концентрации исходных растворов и времени, в течение которого эти осадки находились в контакте с маточным раствором.

При обработке промывочной воды едким натром его средний расход при концентрации примерно 2 % составит 9,5 кг/м3.

Состав шлама по усредненным пробам (по данным ВТИ) после нейтрализации промывочной воды приведен в табл. 7.6

Таблица 7.6

Скорость оседания и уплотнения шлама после нейтрализации промывочной воды зависит от отношения диаметра к высоте шламоотстойника. С ростом отношения скорость оседания возрастает. Увеличение этого отношения более 0,15 на скорость осаждения практически не влияет.

Емкость, в которой производится нейтрализация, должна иметь объем, достаточный для того, чтобы вместить всю промывочную воду, полученную от одной промывки, и количество реагента необходимое для нейтрализации. Принимая расход на промывку одного РВП, равным 160 м3, объем указанной емкости следует принимать около 200 м3 на один РВП, а при возможности совпадения обмывок – 400 м3.

В результате нейтрализации и осаждения шлама осветленная вода не должна содержать более 0,5 мг/кг ванадия, никеля, меди и железа: ее можно сбрасывать в естественные водоемы или, что более рационально, повторно использовать для промывки РВП.

Отстоявшийся шлам желательно центрифугировать и направлять на металлургические заводы для извлечения из него ванадия, никеля и меди, а в тех случаях, когда это почему-либо невозможно, удалять в специальные могильники. Однако последнее решение вряд ли является рациональным, так как в уплотненном шламе содержание ванадия на целый порядок превышает его содержание в природных рудах, используемых в металлургической промышленности.

Сброс сточных вод в водоемы после промывки РВП без предварительной нейтрализации совершенно недопустим, если даже при этом и обеспечивается их разбавление до норм содержания в них токсичных веществ, предусмотренных органами санитарного и рыбного надзора.

2 – 3 %

Fe2O3 – 27,64; SiO2 – 33,63; CaO – 0,50; MgO – 0,74; NiO – 0,96; Na2O – 0,47; V – 0,66; нерастворимый остаток – 0,2 мг.

Верхняя секция

Fe2O3 – 52,12; SiO2 – 16,35; CaO – 1,04; MgO – отс.; NiO – 0,95; Na2O – 0,41; V – 1,58; нерастворимый остаток – 1,6 мг.

Примерный состав средних проб промывочной воды: