Технология очистки минерализованных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

ресурсосбережение технология очистка минерализованный вода

Для того, чтобы обеспечить свое существование, человек вынужден вступать во взаимодействие с природой. Поэтому природа является для человека и местом обитания, и кладовой самых разнообразных веществ и материалов, и источником удовлетворения культурных, эстетических и других запросов.

С развитием производительных сил общества его взаимодействие с природой приобретает все более интенсивный характер. В условиях современной научно-технической революции производительные силы общества неизмеримо выросли, в результате чего хозяйственная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимой с процессами самой природы.

1. Ресурсосбережение и его основные принципы

Изучение многообразного влияния науки на окружающую природную среду является одной из важнейших проблем современности. Конечная цель такого изучения - изыскание возможностей более рационального использования вовлекаемых в хозяйственный оборот природных ресурсов, защита и улучшение окружающей среды для благополучного существования людей нашего и будущего поколений. Фундаментальные исследования по дальнейшей разработке проблем рационального использования ресурсов биосферы, охраны и улучшения окружающей среды, получили название "экология".

Наиболее актуальными экологическими проблемами в современных условиях являются:

- загрязнение Мирового океана, которое может вызвать понижение температуры воздуха Земли;

- пылевое загрязнение атмосферы. За последние 10 лет в атмосфере Земли накопилось около 20 млн. т пылевых частиц, 600 тыс. т меди, 4,5 млн. т свинца, 3 млн. т цинка;

- повышение содержания углекислого газа в атмосфере.

Состояние современной экономики усугубляет положение дел в экологической сфере. Имеется серьезная опасность дальнейшего ухудшения экологической ситуации. Ее обусловливают: несоблюдение предприятиями технологической дисциплины, рост аварийности производства; финансовые трудности, испытываемые предприятиями, не позволяют осуществлять природоохранные и очистные мероприятия; хронический дефицит государственного бюджета, не позволяющий- финансировать в полном объеме отрасли экономики, отвечающие за воспроизводство и охрану природных ресурсов (лесное, рыбное, водное хозяйство, геологоразведка, природоохранные органы, гидрометеорологическое обеспечение): несогласованность решений, принимаемых органами власти всех уровней в области использования природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности из-за отсутствия в законодательстве положений о разграничении их полномочий.

Изменить радикальным образом экологическую ситуацию в стране возможно лишь на основе проведения активной экологической политики. Под экологической политикой следует понимать систему мероприятий, направленных на решение задач в области рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Основные направления ресурсосбережения на уровне низовых звеньев экономики общеизвестны - снижение материалоемкости единицы продукции прежде всего за счет более экономичных конструктивных решений и широкого применения ресурсосберегающей техники ч безотходной технологии; сокращение потерь топливно-энергетических и других материальных ресурсов в производственном процессе; утилизация и полное использование всех отходов сырья, материалов и вторичных тепловых ресурсов, бытовых отходов; комплексная переработка первичных сырьевых ресурсов, природных богатств. Здесь должны быть найдены и умело применены наиболее эффективные в новых условиях хозяйствования экономические рычаги и стимулы ресурсосбережения на каждом участке производства, в каждом трудовом коллективе.

В условиях экономической реформы возрастает воспроизводственная функция процесса ресурсосбережения. В динамике национального дохода не только изменяется соотношение между потреблением и накоплением, но и в самом фонде накопления все большее значение получает та часть производственного накопления; которая формируется за счет ресурсосбережения. Поэтому важно на практике использовать закономерности ресурсосберегающего накопления в обеспечении расширенного воспроизводства. Оптимизация накопления как стратегический параметр интенсивного типа воспроизводства одновременно является гарантом нового качества экономического роста на основе ресурсосбережения.

Экономия ресурсов является определяющим фактором, важнейшей функцией ресурсосберегающего типа развития и его хозяйственного механизма в смешанной экономике. Однако ресурсосбережение в Казахстане еще не стало глобальным, стратегическим направлением роста социально-экономической эффективности экономики, особенно материального производства. Мы недостаточно эффективно используем ресурсы. Так, в несколько раз превосходя США по производству наиболее важных видов продукции, мы имели в 1990 году национальный доход лишь 64% по отношению к США, а его металлоемкость в два раза более высокую.

Теперь проанализируем потенциал оптимальной экономии материальных ресурсов. Вообще, он определяется, во-первых, их объемом, как вовлеченных, так и неиспользуемых в воспроизводственном процессе. Например, в Казахстане балансовые запасы по железным рудам составляют 4852,5 млн. т и забалансовые запасы -10775 млн. т. Соответственно, по марганцевым рудам - 45,8 млн. т и по хромитовым рудам - 399,1 млн, т. Во-вторых, фактической реальной способностью общества к использованию имеющихся сырьевых ресурсов и созданию максимального объема материальных благ. В-третьих, происходящей радикальной экономической реформой.

Содержание потенциала должно отражать не только материальные ресурсы, но и многообразные возможности роста самого потенциала, а резервы в этом значительны. Например, добывая нефти и газа почти в 1,5 раза больше, чем в США, мы выпускаем синтетических смол и пластиков в пять раз меньше. Удельный вес производства проката из стали в бывшем СССР составлял 79% против 81% в США, 92% - во Франции и 95% - в Японии. Выпуск цемента из клинкера, получаемого по "сухому" способу, составляет 15%, в США - 56%, ФРГ - 90%, Японии - 78%. то есть имеются большие резервы для более рационального использования и извлечения ресурсов.

Таким образом, составной и важнейшей частью содержания оптимальной экономии сырьевых ресурсов должно быть также и рациональное использование имеющихся в республике природных ресурсов, уменьшение негативных последствий загрязнения вредными веществами атмосферного воздуха и воды. Также следует особое внимание уделять усилению научно-исследовательских и конструкторско-технологических работ по проблемам вторичного сырья в отраслевых институтах, вузах, а также проведению фундаментальных исследований академическими институтами. При этом в первую очередь необходимо обеспечить внедрение уже законченных разработок.

Отметим, что дальнейший рост эффективного общественного производства с объективной необходимостью требует правильного использования механизма действия системы экономических законов и особенно закона накопления в условиях ресурсосбережения. Это относится в первую очередь к расширенному воспроизводству основных фондов. Реализация этого положения является важным фактором ускорения научно-технического прогресса и интенсификации развития экономики.

Анализ как социально-экономической экологической, так и политической обстановка позволяет выделить пять основных направлений по которым нужно выходить из экологического кризиса.

В качестве первого направления обычно называется совершенствование технологии технологическое направление; создание экологически чистой технологии, внедрение безотходных, малоотходных производств, обновления основных фондов, совершенствование технологических процессов.

Второе направление - развитие и совершенствование экономического механизма охраны Окружающей среды. Экономическое направление, включая экономическое стимулирована реализуется в охране окружающей среды путем внедрения платежей за выбросы вредны веществ, введение налоговых льгот, льгот за выпуск экологически чистой продукции и других экономических мер. Экономическое направление решает главную задачу, а именно: сделать oxpану окружающей среды составной частью производственно-коммерческой деятельности, чтобы предприниматель, хозяйственник был заинтересован в охране окружающей среды не меньше, чем он заинтересован в выпуске конкурентоспособной продукции.

Третье направление - применение мер административного пресечения и мер юридической ответственности за правонарушения (административно-правовое направление), то есть приостановление, прекращение деятельности предприятий, нарушающих природоохранительные законы; привлечение к административной, гражданской и уголовной ответственности за нарушение законов и причинение вреда природной среде.

Четвертое направление - гармонизация экологической структуры (эколого-просветительное направление). Оно заключается в развитии системы экологического образования, просвещении, воспитании, в перестройке потребительского отношения к природе, иначе говоря, в экологической революции мышления человека.

Наконец, пятое направление - гармонизация экологических международных отношений, указывающих нам пути преодоления экологического кризиса (международно-правовое направление). Высокоразвитые страны берегут природно-сырьевые ресурсы, используя дорогостоящую экологически чистую энергию ветра, солнца, тем самым, решая проблемы экологического кризиса.

Особенно важно решение экологических проблем для нашей страны, поскольку страна богата природными ресурсами, которые мы постоянно черпаем из недр нашей богатой земли.

Первое. Сегодня для наших предпринимателей выгоднее платить штрафы за загрязнение окружающей среды, чем строить очистные сооружения. Это положение недопустимо, и государство должно делать все, чтобы изменить это положение.

Второе. Стимулирование тех предприятий, которые пытаются что-то сделать в виде, например, налогового послабления.

Третье. Совершенствование законодательства в области усиления охраны окружающей среды в сторону ужесточения. Подготовка новых и совершенствование действующих законов - важнейшая сторона природоохранной деятельности.

2. Ресурсосберегающая технология очистки минерализованных вод

Горнодобывающие работы сопровождаются образованием большого количества минерализованных дренажных вод, которые, как правило, сбрасывают в природные балки. Эти воды представляют собой смесь вод подземных горизонтов, встречающихся по ходу увеличения глубины выработки. Средняя минерализация шахтных вод имеет тенденцию к возрастанию. В настоящее время 70 % шахт Донецкого угольного и Криворожского железорудного бассейнов сбрасывают воду с минерализацией до 3,0 г/дм³, около 25 % -- с минерализацией 3,0--5,0 г/дм³ и 5 % шахт -- с более чем 5,0 г/дм³.

Нами разработана ресурсосберегающая технология глубокой очистки минерализованных вод, которая предполагает вывод всех нежелательных примесей в виде товарных продуктов (рисунок).

Принципиальная схема ресурсосберегающей установки для очистки минерализованных вод:

1 -- насос; 2 -- эжектор; 3 -- пруд-отстойник; 4 -- коагуляционный осветлитель; 5 -- фильтр-пресс для обработки осадка из коагуляционного осветлителя; 6 -- фильтр тонкой очистки; 7 -- осветлитель умягчения; 8 -- фильтр-пресс для обработки осадка из осветлителя умягчения; 9 -- зернистый фильтр; 10 -- установка ультрафиолетового облучения; 11 -- блок обратного осмоса; 12 -- 1-я ступень выпаривания; 13 -- кристаллизатор; 14 -- центрифуга; 15 -- рекуперационный теплообменник; 16 -- 2-я ступень выпаривания; 17 -- центрифуга

Исходная вода специальными насосами 1 под избыточным давлением 0,3--0,4 МПа прокачивается через эжектор 2, где смешивается с большим количеством атмосферного воздуха. При этом из воды отдуваются газообразные примеси, затрудняющие ее дальнейшую обработку (сероводород и др.). Одновременно вода насыщается кислородом воздуха. Затем она поступает в пруд-отстойник 3, где выдерживается не менее 10 суток. За это время происходит полное окисление и удаление железа, осаждение взвешенных веществ и других нестабильных примесей.

Из пруда-отстойника воду направляют на реагентную обработку, которая включает коагуляцию и реагентное умягчение. Нами предложено осуществлять эти процессы отдельно. Такое нововведение позволяет использовать в качестве коагулянта десятиводный кристаллический сульфат алюминия. При коагуляции в осветлителе 4 образуется осадок, который подают в фильтр-пресс 5. Полученный шлам реализуют в качестве глиноземсодержащего сырья для цементной промышленности.

После прохождения через фильтр тонкой очистки 6 вода поступает в контактный осветлитель 7, где происходит ее умягчение при смешивании с известковым молоком и раствором кальцинированной соды. Ионы кальция и магния осаждаются в виде СаСO₃ и Mg(OH)₂. После обработки в фильтр-прессе 8 шлам можно использовать как сырье для цементной промышленности.

Умягченную воду с общей жесткостью не более 3,0 мг·экв/дм³ из зернистого фильтра 10 подают в установку ультрафиолетового облучения 10, а затем в блок обратноосмотического обессоливания 11. Здесь под давлением 2,5 МПа примерно третью часть воды фильтруют через мембраны и получают пермеат с солесодержанием 200--220 мг/дм³. Оставшаяся вода вытекает из модулей в виде концентрата. Далее раствор выпаривают на установке 12. Затем из него последовательно выделяют сульфат натрия в виде десятиводного мирабилита Na₂SO₄ * 10H₂O и хлорид натрия. Кристаллы мирабилита отделяют от маточника в центрифуге 14, промывают охлажденной деминерализованной водой, фасуют и отгружают потребителям, производящим стекло. Кристаллы хлорида натрия отделяют в центрифуге 17 и реализуют предприятиям для использования в процессах умягчения воды и коммунальном хозяйстве. Пермеат смешивают с конденсатом выпарных установок и используют для технических нужд предприятия.

3. Способ очистки минерализованной фенолсодержащей сточной воды

Сточные воды окисляют в анодной камере диафрагменного электролизера под вакуумом при 70 - 75^oС и подаче в катодную камеру очищенной воды. Газовоздушную смесь, удаляемую из анодной камеры, обрабатывают в абсорберах. Католит и анолит смешивают, и полученную смесь обрабатывают в адсорбционных фильтрах с активированным углем. Окисление ведут при соотношении расходов анолита и католита (0,85 - 0,88) : (0,12 - 0,16) и pH в анодной камере 6,0 - 6,5. В качестве очищенной воды для подачи в катодную камеру используют часть воды, удаляемой из адсорбционных фильтров. Получаемый католит частично используют в качестве абсорбента при обработке газовоздушной смеси, а частично - для регенерации активированного угля в адсорбционных фильтрах.

В результате электрохимической обработки фенолы могут подвергаться полному деструктивному окислению с образованием углекислого газа, воды, азота и других газообразных продуктов. Переход в нетоксичные соединения происходит в результате деструкции на аноде, а также вследствие окисления гипохлоритом натрия, образующимся в результате электролиза обрабатываемой воды, содержащей Cl^--ионы. При электрохимическом окислении процессы деструкции фенолов протекают более энергично, так как окислители в этих условиях обладают повышенной активностью.

Очистка сточных вод этим методом связана с необходимостью определенного стехиометрического соотношения между концентрацией окислителя и окисляемого вещества, а также значительного избытка активного хлора для полной деструкции фенолов. Это требует специального процесса дехлорирования. Кроме того, при взаимодействии некоторых фракций фенолов с активным хлором может образовываться хлорфенол ClC₆H₄OH (ПДК 0,0004 мг/л), предельно допустимая концентрация, которого на порядок меньше, чем фенола.

Для восстановления поглотительной способности сорбентов применяются деструктивные методы, основанные на полном окислении адсорбированных веществ и рекуперативные, сопровождающиеся извлечением адсорбированных продуктов. Однако методы деструктивной регенерации требуют больших капитальных вложений и энергетических затрат, а методы рекуперативной регенерации связаны с проблемой утилизации больших объемов продуктов регенерации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является окислительно-сорбционный метод очистки воды от привкусов и запахов фенольного характера [2] Метод представляет собой сочетание предварительного окисления загрязнений хлором с дальнейшим фильтрованием через слой активного угля. При такой обработке воды происходит не простое суммирование эффектов окисления и сорбции, а более сложные процессы. Согласно теории, выдвинутой А.М.Когановским, продукты взаимодействия фенола с хлором лучше самого фенола сорбируются активным углем. С другой стороны, уголь выполняя роль катализатора, ускоряет процесс образования этих продуктов и их окисления.

Однако данному методу присущи следующие недостатки. Многочисленные исследования позволили установить, что из класса фенолов наиболее устойчивыми по отношению к хлору являются фенолы присутствующие в геотермальной воде (оксибензол, о-крезол) и именно эти фенолы способны образовывать хлорфенол. Иными словами, несоблюдение технического регламента процесса очистки (нарушение стехиометрического соотношения, избытка активного хлора, скорости фильтрования через угольную загрузку и т.д.) может привести к проскоку хлорорганических соединений через фильтрующую загрузку. Практика показывает, что соблюдение технологического процесса обслуживания персоналом очистных сооружений характерно лишь для 20-30% действующих очистных сооружений и трудно осуществимо на практике.

Цель изобретения повышение эффективности и надежности процесса очистки отработанных геотермальных вод и снижение расхода сорбента.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи охраны природной среды при эксплуатации геотермальных циркуляционных систем (ГЦС), на которых в ряде случаев возникают ситуации, при которых неизбежен сброс теплоэнергетических вод, содержащих токсичные ингредиенты в водные объекты хозяйственно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Такие ситуации могут возникнуть в отопительный период при повышении давления нагнетания и выхода из строя насосного оборудования и других причин.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки сточных вод окисления хлором с последующей сорбцией в качестве первой ступени очистки используется накопитель (циркуляционный канал, биопруд и т.п.), способный предотвратить залповый сброс. Очистка сбрасываемых геотермальных вод осуществляется в анодной камере диафрагменного электролизера под вакуумом при температуре 70-75^оС. Предложенный способ позволяет предотвратить проскок хлорорганических соединений, снизить концентрацию фенолов в очищаемом стоке практически на 100% и сократить в 10-15 раз расход активированного угля.

Отличительными признаками способа являются:

· обработка геотермальной воды в анодной камере диафрагменного электролизера под вакуумом при 70-75^оС;

· соотношение расходов анолита и католита (0,84-0,88):(0,12-0,16), при которых в анодной камере достигается величина рН 6-6,5;

· удаление из анодной камеры с паровоздушной смесью наиболее легко кипящих, токсичных, способных образовывать хлорорганические соединения и трудноокисляемые хлором фенолы (оксибензол, о-крезол и др.);

· подача в катодную камеру очищенной воды с целью получения раствора щелочи для абсорбера и регенерации АУ.

По предложенному способу минерализованные геотермальные воды (NaCl до 20 г/л), содержащие фенолы, подвергаются обработке в анодной камере диафрагменного электролизера проточного типа при температуре 70-75^оС.

При движении воды в анодном пространстве под вакуумом, создаваемым вакуум-насосом, и пузырьков газа, выделяющихся при электролизе, происходит вскипание воды. Величина рН в анодной камере опускается до величины 6-6,5. Тем самым создаются оптимальные условия для выделения с паровоздушной смесью наиболее токсичных легкокипящих фракций фенола: оксибензол (ПДК0,001 мг/л), о-крезол (ПДК 0,004 мг/л). Именно эти фенолы способны образовывать при окислении хлором хлорфенол ClC₆H₄OH (ПДК 0,0004 мг/л).

Разрушение фенола происходит непосредственно на аноде в анодной камере электролизера. Газовоздушная смесь, содержащая Н₂, Cl₂, C₆H₅OH, проходит очистку в абсорберах где пропускается через слой жидкости (NaOH) с образованием гипохлорита натрия и окисления фенолов в контактном резервуаре. После электролизера геотермальная вода содержит не выделившийся в атмосферу Cl и незначительную часть нелетучих фенолов (ПДК 0,1-0,4 мг/л), которые разрушаются под действием хлора значительно интенсивнее. Каталитическая доочистка сточных вод происходит в адсорбционных фильтрах с загрузкой АУ.

Схема эксплуатации системы ГЦС и очистки аварийного сброса минерализованных геотермальных вод включает в себя эксплуатационную 1 и нагнетательную 2 скважины, теплообменник 15, нагнетательный насос 3, накопитель (циркуляционный канал) 4, отстойник 5, песчаные фильтры 6, диафрагменный электролизер 7, контактные резервуары 9, адсорбционные фильтры 10, вакуум-насос 11, абсорбер 12, емкость 13 для сбора раствора щелочи с нагревом геотермальной водой, теплообменник 14 для нагрева сбрасываемой воды, механический аэратор 16.

При нормальной работе системы ГЦС в отопительный период геотермальная вода с t 95-100^оС из эксплуатационной скважины 1 подается в теплообменник 15, нагревает сетевую воду и закачивается насосом 3 в нагнетательную скважину 2. При повышении давления нагнетания во избежание порчи насосного оборудования 3 часть воды, а при выходе последних из строя весь объем собирается в накопитель 4 (циркуляционный канал, биопруд, и т.д.) в период ликвидации аварии в системе ГЦС. Сбрасываемые геотермальные воды проходят первую ступень очистки в накопителях 4, где снижается концентрация фенола за счет его неконсервативности по уравнению: C_tC_i·10^-ki^t (где k_i коэффициент неконсервативности фенола). Из накопителя 4 вода поступает в отстойник 5 и песчаные фильтры 6 для механической очистки от взвешенных веществ, а затем в теплообменник 14, где нагревается геотермальной водой до температуры 70-75^оС. Дале геотермальная вода поступает в анодную камеру диафрагменного электролизера, где в результате создания вакуума и пузырьков газа образующихся при электролизе происходит кипение воды и удаление с паровоздушной смесью легкокипящих фракций фенола (оксибензол и ортакрезол), которые образуют хлорфенольные соединения ClC₆H₄OH. Отходящие газы, содержащие Cl₂, H₂, C₆H₅OH и др. летучие органические соединения, направляются в абсорбер 12, где поглощаются раствором щелочи NaOH. После электролизера вода из анодной камеры с рН 6-6,5 и катодной с рН 9-10 смешивается в контактном резервуаре 9 с образованием гипохлорита натрия. В контактном резервуаре происходит окисление незначительной части оставшихся многоатомных фенолов, не образующих хлорорганические соединения и наиболее легко поддающиеся окислению активным хлором.

После контактного резервуара температура воды падает до 40^оС. Каталитическая доочистка воды происходит в адсорберах 10 с загрузкой АУ. Очищенная вода сбрасывается в водоем. Часть очищенной воды направляется в катодную камеру электролизера 7, где образуется щелочь NaOH, которая отбирается в накопительную емкость 13 и используется по мере надобности для абсорбера 12 и регенерации адсорбционных фильтров 10. В абсорбере 12 происходит контакт на поверхности пузырьков и струй, возникающих при пропускании газовоздушной смеси через слой жидкости с образованием гипохлорита натрия, который окисляет абсорбированные фенолы. Сточная вода из абсорберов может сбрасываться на повторную очистку или утилизироваться.

4. Переработка минерализованных сточных вод промышленных предприятий с использованием техники и технологии опреснения

Разработками ученых, инженеров и изготовителей многих стран мира опреснение морской воды превратилось в самостоятельную отрасль производства, базирующуюся на новейших достижениях науки и техники в различных областях: тепло- и массообмен, физическая химия, электрохимия, гидравлика, газовая динамика и т.д. В 2005 г. мировое производство пресной воды - самой массовой по объему и жизненно необходимой для человека продукции достигло более 50 млн. м³/сутки. Из многих разрабатывавшихся методов опреснения основными на настоящее время стали дистилляционный и мембранный.

Высокий современный уровень техники и технологии опреснения позволил существенно расширить область его применения. Так в химической и в ряде других отраслей опреснительная техника успешно используется как для приготовления подпиточной воды котлов-утилизаторов различного давления, так и для переработки отработанных растворов, минерализованных стоков и других вод с целью повторного использования воды и защиты окружающей среды от загрязнений.

В настоящее время в стадии отработки и внедрения находятся дистилляционные опреснительные установки (ДОУ) третьего поколения - с горизонтальнотрубными пленочными испарителями.

Основным элементом этих установок являются многоступенчатые испарители, в которых исходная вода орошает наружную поверхность горизонтальнотрубных теплообменных пучков и выпаривается из тонкой плёнки орошающей жидкости за счёт конденсации пара, вводимого внутрь горизонтальных труб. Испарители этого типа характеризуются:

- высокой интенсивностью теплопередачи за счёт более высоких коэффициентов теплоотдачи от стенки трубы к пленке орошающей жидкости и при конденсации пара внутри горизонтальных труб в сравнении с этими процессами на вертикальных и горизонтальных теплообменных пучках при конденсации пара на наружной поверхности труб и движении потока жидкости внутри труб;

- значительным снижением потерь температурного напора от гидростатической и кинематической депрессии, весьма существенных для испарителей других типов, что позволяет на располагаемом перепаде температур иметь большее число ступеней и вследствие этого меньший расход теплоты на единицу продукции;

- значительным сокращением размеров, поскольку испарение и первичная сепарация пара происходят непосредственно в трубном пространстве пучка и нет необходимости в громоздких испарительных камерах, характерных как для вертикальнотрубных испарителей, так и для испарителей мгновенного вскипания;

- существенно меньшими циркуляционными потоками опресняемой воды в контуре испарителей, что приводит к сокращению затрат эпектроэнергии, габаритов аппаратов и трубопроводов;

- - стабильностью качества получаемого дистиллята вследствие значительно меньших объемов жидкости внутри аппаратов, эффективной первичной сепарацией пара в межтрубном пространстве, незначительных требований к герметичности самих теплообменных труб и к стыковочным соединениям труб с трубной доской;

- - возможностью быстрого перехода с переработки одного раствора на другой из-за малых объемов жидкости внутри установок.

Перечисленные достоинства третьего поколения ДОУ по сравнению с предыдущими дают возможность примерно вдвое сократить энергетические затраты (тепло, электроэнергия, охлаждающая вода) и в 1,5-2 раза металлоемкость и площадь застройки [3].

Установки этого типа просты в эксплуатации и ремонте, надёжны, маневренны и высокоэффективны. Разработанный к настоящему времени типоразмерный ряд включает ДОУ производительностью 0,1; 0,25; 1,0; 10; 25; 50; 160; 200; 400; 700, 840 м³/ч.

Методики инженерных расчетов ДОУ третьего поколения, их основные технические решения и технологические параметры обоснованы результатами исследований с экспериментальным моделированием протекающих в них процессов [4-8]:

- теплоотдачи при течении плёнки орошающей жидкости по наружной поверхности горизонтальных труб и при конденсации пара в этих трубах;

- дробления и уноса влаги с паром и сепарации его;

- отложения накипи и регулирования скорости ее образования с помощью комплексонов-антинакипинов (например, отечественного производства ПАФ-13А, ИОМС, СК-110);

- коррозии и защиты конструкционных материалов.

В отличии от установок на базе стандартных энергетических испарителей типа "И" ДОУ могут работать на сырой речной, озерной, подземной и т.д. воде, не требуя предварительного её натрий-катионирования, так как они снабжаются собственной системой защиты от отложений щелочной накипи, которая сводится к дозировке 1-5 мг/л комплексонов-антинакипинов при умеренной щелочности воды и к сочетанию дозировки этих реагентов и кислоты при высокой щелочности. Более того, в отличии от традиционного для теплоэнергетики химического обессоливания (Н-ОН ионирования) ДОУ, обеспечивая производства подпиточной воды такого же или даже лучшего качества, не требуют для технологического процесса расходования больших объемов реагентов в виде поваренной соли, кислоты, щелочи, которые в виде отработанных регенерационных растворов формируют стоки, загрязняющие водоемы. Существенным преимуществом ДОУ перед химобессоливанием является также то, что они работают длительно и безостановочно в стационарном автоматическом режиме и поэтому требуют для обслуживания значительно меньшее количество эксплуатационного персонала и меньших физических затрат.

Отечественными примерами использования ДОУ для переработки монерализованных промышленных стоков и приготовления при этом подпиточной воды котлов-утилизаторов и котлоагрегатов являются цех холодной прокатки трансформаторной стали (ЦХП) Верх-Исетского металлургического завода (ВИЗ, г. Екатеринбург, Россия), Первомайский химкомбинат (ПХК, Харьковская обл., Украина), Туркменский завод азотных удобрений (г. Мары, Туркменистан), Ферганская ТЭЦ (г. Фергана, Узбекистан), Тобольская и Уренгойская пуско-резервная ТЭЦ (Россия) и др. Разработаны проекты для таких российских предприятий как Южно-Сахалинской ТЭЦ-1, Ново-Чебоксарской ТЭЦ, Березниковской ТЭЦ, Волжской ТЭЦ-1 и т.д.

К более широкому применению ДОУ в народном хозяйстве подвигают всё более ужесточающиеся требования надзорных органов охраны окружающей среды и поэтому многие предприятия сегодня заинтересованы в создании систем с минимизацией или сведением к нулю жидких отходов.

И хотя минерализованные сточные воды промышленных предприятий весьма разнообразны, но в большинстве своём они представлены системами из хлоридов, сульфатов, карбонатов натрия, кальция и магния и ионов тяжелых металлов. Как показывает опыт во многих случаях использование техники и технологии опреснения позволяет наиболее экономичным и целесообразным образом перерабатывать такие воды с получением высококачественного дистиллята и товарных солепродуктов.

Рис

На наш взгляд, наиболее рациональной является схема переработки сточных минерализованных вод, отработанных регенерационных растворов и т.д. (рис.1.) с получением подпиточного дистиллята и с минимизацией или сведением к нулю сброса жидких отходов, включающая в себя:

- предподготовку исходных стоков (УП);

- опреснение их в многоступенчатой ДОУ с горизонтальнотрубными плёночными испарителями (УО) и с предвключенным выпарным аппаратом с кристаллизацией в нём карбоната кальция и гидрида магния, с доведением концентрации упаренной воды до близкой к насыщению по сульфату кальция (ПУ);

- доупаривание рассола после ДОУ в многоступенчатой выпарной установке с кристаллизацией сульфата кальция и доведением концентрации упаренной воды до насыщения по хорошо растворимым солям (сульфату или хлориду натрия) (ДУ);

- кристаллизацию сульфата и/или хлорида натрия, или их смеси в аппаратах с принудительной циркуляцией или в струйных контактных воздухоохлаждаемых кристаллизаторах (УСК).

На стадии предподготовки исходные стоки подвергается только механической фильтрации, если их щёлочность не превышает 3,0 мг-экв/л; при более высокой щелочности вода подвергается известкованию с коагуляцией и механической фильтрацией.

Для борьбы с накипеобразованием используются на стадиях:

- опреснения - дозировка комплексона-антинакипина ПАФ-13А или аналогичного реагента;

- в предвключенном выпарном аппарате, упаривающем рассол после ДОУ и обеспечивающем греющим паром опреснительную установку, - ввод затравочных кристаллов карбоната кальция;

- в доупаривающей установке - ввод затравочных кристаллов сульфата кальция.

Основное оборудование для всех стадий переработки вод по предлагаемой схеме - это горизонтальнотрубные пленочные испарители, выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора и с затравкой отработаны и освоены в многолетней эксплуатации на опреснительных установках в г.г. Актау (Шевченко) и Красноводск, ЦХП ВИЗ, ПХК, аналогично кристаллизационные установки с принудительной циркуляцией суспензии - в производствах пищевой поваренной соли и технического сульфата натрия.

По предложенной схеме разработан целый ряд установок для химической и других отраслей промышленности по переработке минерализованных сточных вод, например, для завода «Полимир» (г. Новочеркасск) на базе ДОУ-10 (рис. 2), для ОАО «Уралэлектромедь» (г. Верхняя Пышма) на базе ДОУ-3 (рис.3), для Северодвинского завода на базе ДОУ-0,25 (рис. 4), для Березовского механического завода (Свердловская область) на базе ДОУ-1,5 (рис. 5).

Технико-экономические расчеты показывают выгодность применения такой схемы. Так, например, при переработке 810 м³/ч воды промливневой канализации Волжской ТЭЦ-1 (г. Волжский), включающей отработанные регенерационные растворы Н-ОН катионирования, грунтовые воды инженерной защиты от подтопления территории ТЭЦ, продувок градирен, паровых котлов и конденсатоочистки, с получением 800 м³/ч подпиточного дистиллята для котлоагрегатов, 200 кг/ч сульфата кальция, 200 кг/ч хлорида натрия расчётная себестоимость дистиллята, ожидается в два раза ниже, чем себестоимость химобессоленной воды, получаемой из речной воды на станции сегодня.

ресурсосбережение технология очистка вода опреснение

Литература

1. А.Б. Котельников, П.К. Лебедев, Л.В. Мелинова и др. “Современное состояние техники термодистилляционного опреснения в России”. Труды международного научно-практического семинара «Мир Воды - 2003». г. Обнинск, 12-14 мая 2003 г. Инв. №01/160.

2. Ю.С. Баранов, Н.А. Каблучко, П.К. Лебедев, В.Л. Подберезный и др., “Опыт эксплуатации опреснительных установок г. Шевченко”. //"Desalination". Elsevier, Vol. 45 p. 167-174. 1983.

3. Podbereznyi V.L., Smirnov Ju.K., Putilin Ju.V., "Some Aspects of the Development and Operation of the Desalination Installations with Horizontal-tube-thin-film Evaporators". Desalination, vol.73, p.447-456, 1989.

4. Rifert V.G., Podbereznyi V.L., Putilin Ju.V., Nikitin Ju.G. and Barabash P.A., "Heat Transfer in Film-type Evaporators with Profiled Tubes". Proceedings of the Fourth World Congress on Desalination and Water Reuse. Kuwait, vol.2, p.363-372, 1989.

5. Rifert V.G., Sardak A.I., Trokoz Ya.E., Podbereznyi V.L., "Heat Exchange Intensification at Condensation inside Tubes of Film-type Evaporators of Desalination Installations". Proceedings of the Twelfth International Symposium on Desalination and Water Reuse. Malta, vol.1.p.367-382, 1991.

6. Ilyushchenko V.V., Podbereznyi V.L., Golub S.I., "Interaction of Spraying Liquid and Vapour in Horizontal Tube Film Evaporators". Desalination, vol.74, p.391-396, 1989.

7. Linnikov O.D., Podbereznyi V.L., Belyshev M.A., Balakin V.M. and Talankin V.S., "Inhibition Efficiency of Scale Formation by Chemical Additives". Desalination, vol.74, p.355-362. 1989.

8. Лебедев А.Н.,"Коррозия теплообменных труб в горячей морской воде по опыту эксплуатации дистилляционных опреснительных установок". Защита металлов, Т.18, 1982.

Размещено на Allbest.ru