Бессточный комбинированный метод обессоливания и частичного умягчения воды Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.311.2.22

БЕССТОЧНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ОБЕССОЛИВАНИЯ И ЧАСТИЧНОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Докт. техн. наук, проф. ФЕЙЗИЕВ Г. К., канд. техн. наук, доц. ГУСЕЙНОВА Г. Г.

Азербайджанский архитектурно-строительный университет E-mail: gulnа[email protected]

DRAINLESS COMBINED METHOD FOR WATER DESALINATION AND ITS PARTIAL SOFTENING FEYZIYEV H. G., HUSEYNOVA G. H.

Azerbaijan University of Architecture and Construction

В статье приводится режим работы комбинированной технологии подготовки частично умягченной воды для тепловых сетей и глубоко умягченной подпиточной воды для установки обратного осмоса с использованием H- и Na-катионирования. В зависимости от ионного состава исходной воды и соотношения расхода воды, подаваемой в тепловую сеть, и расхода подпиточной воды, подаваемой на установку обратного осмоса, даны расчетные формулы для подсчета регенераций H- и Na-ионов катионитных фильтров.

Ключевые слова: комбинированный метод, умягченная вода, обратный осмос, регенерация ионов.

Ил. 1. Табл. 1. Библиогр.: 3 назв.

The paper presents an operational mode of the combined technology pertaining to preparation of partially softened water used for thermal networks and deeply softened make-up water for installation of a reverse osmosis with H- and Na-ca-tion exchange. Depending on ionic composition of initial water and a consumption ratio of water fed to a thermal network and a consumption of make-up water which is fed to an installation of the reverse osmosis calculation formulas for regenerations of H- and Na-of ions in the cation-exchange filters have been given in the paper.

Keywords: combined method, softened water, reverse osmosis, ion regeneration.

Fig. 1. Та^ 1. Ref.: 3 titles.

При комбинированном (совместном) производстве электрической и тепловой энергии, осуществляемом на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), потребляется одновременно обессоленная и умягченная вода. Для обессо-ливания пресных вод наиболее эффективными методами являются дистилляция, обратный осмос и химическое обессоливание. Умягченную воду обычно получают H-, Na- или H-Na-катионированием. При всех этих методах обессоливания и умягчения воды получается большое количество концентрированных солевых стоков, загрязняющих водоемы. Для защиты водоемов от загрязнений сточными водами водоподготовительных установок (ВПУ) должны быть предусмотрены соответствующие очистные сооружения. По данным [1, 2], установка очистных сооружений приводит к увеличению расчетных затрат более чем в два раза.

При разработке технологии и выборе схемы ВПУ необходимо учитывать все возможности уменьшения или полного исключения образования сточных вод за счет применения в технологическом процессе более совершенного оборудования и рациональных схемных решений [2, 3].

При этом основными критериями являются экономическая и экологическая эффективности выбранного метода обессоливания и умягчения воды.

По данным [2], эффективность отмеченных выше методов обессоливания воды можно существенно повысить, если исходную воду перед этим умягчить. Исследования показали, что можно объединить предочистку и умягчение воды на катионитах и тем самым упростить процесс обработки воды на ТЭЦ. Схема разработанной технологии бессточного обессоливания и частичного умягчения воды представлена на рис. 1.

Н2$04

Исх. вода

Рис. 1. Технологическая схема комбинированной выработки обессоленной и подпиточной воды теплосети

Исходная вода в осветлителе подвергается известкованию и коагуляции и собирается в бак осветленной воды (БОВ). Осветленная вода пропускается через предвключенный Н-катионитный фильтр (Нщ,), загруженный слабокислотным или полифункциональным катионитом. В Ндр-фильтре происходит поглощение части ионов жесткости и естественное снижение щелочности. Часть воды после Нпр-фильтра со средней щелочностью 0,5 мг-экв/л через буферный фильтр (БФ) направляется для подпитки теплосети, а другая часть пропускается через Ка-катионитный фильтр и собирается в баке умягченной воды (БУВ). В некоторых случаях после Ка-катионитного фильтра необходимо поставить буферный фильтр. Надобность в буферном фильтре может возникнуть в случае относительно высокого значения удельного расхода кислоты на регенерацию Ка-ка-тионитного фильтра.

Глубокоумягченная вода из БУВ насосом подается на обратноосмоти-ческую установку (ООУ). Концентрат ООУ собирается в баке БК.

Регенерация Ка- и Ндр-фильтров последовательно производится сначала раствором серной кислоты с таким расчетом, чтобы вся кислота, т. е. избыток кислоты от регенерации Ка-фильтра, и кислота, которая вытесняется из Ка-фильтра при регенерации последнего концентратом ООУ, полностью поглощалась в Ндр-фильтре, загруженном слабокислотным катионитом, а затем концентратом ООУ. Ка-катионитный фильтр загружается сильнокислотным катионитом.

Концентрированная часть отработанного регенерационного раствора (ОРР) от совместной регенерации Ка- и Нпр-фильтров собирается в бак концентрированного раствора (БКР), а затем пропускается через сатуратор (С), загруженный суспензией извести, и собирается в бак отработанного раствора (БОР). В БОР подается также разбавленная часть ОРР. Из БОР ОРР равномерно поступает в осветлитель (О), где совместно с исходной водой подвергается известковой обработке. В сатураторе осаждаются ионы магния, кальция, поэтому в составе концентрированной части ОРР отсутствует некарбонатная жесткость. Отсюда можно принять, что в составе осветленной воды увеличивается только содержание ионов натрия. Численная величина повышения содержания ионов натрия в осветленной воде, а также в подпиточной воде теплосети и в питательной воде ООУ зависит от соотношения расходов обработанной воды для подпитки теплосети (ТС) и питательной воды ООУ: ()■]<■/()<,<,у = £. Учитывая, что все ионы натрия, поступающие с исходной водой для питания ООУ, попадают в подпиточную воду теплосети, можно написать

0ооуНаисх = бтсАКа, (1)

где АЫа - повышение содержания ионов натрия в осветленной воде.

Из (1) после некоторых преобразований получим

АНа = %^Ыа„сл =-^Ыа„сл = (2)

0ГС 0тс е

Qooy

Из условия неповышения солесодержания умягченной воды по сравнению с солесодержанием исходной воды можно написать

Сизв + АКа<Сисх. (3)

Солесодержание известкованной воды выражается формулой

Сизв Сисх - ЩИСх + Щизв + Дк. (4)

Подставив значение Сизв из формулы (4) в (3), после некоторых преобразований получим

ДИа < Щисх - Щизв - Дк (5)

С учетом (2) выражение (5) примет вид

Ыа

--Щ -Д , (6)

„ "-"1ИСХ """1ИЗВ ' V /

или

Ыа

£>--. (7)

Щ -Щ -Д

Таким образом, предел применения разработанной схемы можно определить по формуле (7). Суммарный удельный расход кислоты и солей натрия через Ка-катионитный фильтр рассчитывают по формуле

тНш = шн + шш. (8)

Расход кислоты на регенерацию Нпр- и Ка-катионитных фильтров определяют из условия поглощения всех кислот Нпр-фильтром, которая затрачивается на снижение щелочности всего потока воды в Нпр-фильтре на величину ДЩ = Щосв - Щост:

Л, = (бтс + бооу)АЩ, (9)

где РН - расход кислоты на регенерацию.

С учетом уравнения (9) можно определить удельный расход кислоты через Ка-катионитный фильтр

Рн__ (6ТС+6ооу)АЩ

(Ж^-ДЦЩюу (Жосв-АЩ)бооу С учетом, что <2тс/(2ооу = получим

(1 + е)ДЩ т„ —-.

жосв-дщ

(10)

(11)

Располагаемое количество солей натрия в концентрате ООУ определяют по формуле

Ыа

^а =(Сосв _ ДЩ)боОУ Н ~ бооу' (12)

е

Удельный расход соли для регенерации Ка-катионитного фильтра будет равен

р

тш =---• (13)

(Жосв-АЩ)бооу

С учетом уравнения (12) после некоторых преобразований получим

№

тш =-—• (14)

№ Жосв-АЩ ' '

Для ионного состава Джейранбатанского водохранилища (Са = 3,0; Ме = 1,1; Ка = 2,1; 804 = 2,4; С1 = 1,6; НСОз = 2,2 мг-экв/л) по формулам (11) и (14) определены значения тН и тКа, а по (8) найден суммарный удельный расход кислоты и солей натрия для регенерации Ыа-катионитного фильтра в зависимости от значения £. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость от = ф(с) для воды Джейранбатанского водохранилища

е 0,5 1,0 3,0 5,0 7,0 10,0

ты 0,26 0,35 0,69 1,03 1,38 1,90

тыа 3,17 2,45 1,96 1,87 1,83 1,80

тНЫа 3,43 2,80 2,65 2,90 3,21 3,70

Как следует из табл. 1, суммарный удельный расход кислоты и солей натрия т^^ достаточно большой и обеспечит высокую степень регенерации катиоиита от ионов жесткости. Причем с увеличением значения £ удельный расход кислоты увеличивается, а соли, наоборот, уменьшается.

Вытеснение ионов водорода ионами натрия происходит довольно интенсивно, поэтому даже при относительно небольших избытках солей натрия ионы водорода будут отрегенерированы концентратом ООУ. Предварительный пропуск через Na-катионитный фильтр раствора кислоты позволяет искусственно повысить кратность расхода регенерационного раствора и увеличить обменную емкость катионита. Это особенно эффективно, когда значение тш относительно невелико и не может обеспечить достаточную степень регенерации Na-катионитного фильтра.

Отметим, что когда £ = 0, т. е. работает только ООУ, суммарный удельный расход кислоты и соли получается также высоким. Такая технологическая схема подготовки питательной воды ООУ является частным случаем предложенной технологии комбинированной выработки термически обессоленной и подпиточной воды теплосети.

В Ы В О Д Ы

1. Разработана технологическая схема комбинированной выработки обессоленной и подпиточной воды тепловой сети, позволяющая объединить предочистку и умягчение воды на катионах, что сокращает затраты на обработку воды на ТЭЦ.

2. Для подсчета регенераций H- и Na-ионов катионитных фильтров получены формулы, учитывающие ионный состав исходной воды и соотношения расхода воды, подаваемой в тепловую сеть, и расхода подпиточной воды на установку обратного осмоса.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. П р и м е н е н и е испарителей для водоподготовки - основа создания бессточных ТЭС / Р. Ш. Бускунов [и др.] // Теплоэнергетика. - 1976. - № 2. - С. 60-62.

2. Ф е й з и е в, Г. К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоли-вания воды / Г. К. Фейзиев. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Ф е й з и е в, И. Г. Комбинированные методы обессоливания и умягчения воды / И. Г. Фейзиев. - Баку: ЭЛМ, 1999.

R E F E R E N C E S

1. A p p l i c a t i o n of Evaporators for Water - Basis for Creation of Drainless Thermal Power Stations / R. Sh. Buskunov [et al.] // Teploenergetika [Heat Power Engineering]. - 1976. -No 2. - P. 60-62.

2. F e y z i e v, Н. G. Highly-Efficient Methods for Softening, Distillation and Desalination of Water / H. G. Fayziev. - М.: Energoatomizdat, 1988.

3. F e y z i e v, I. G. Combined Methods for Water Desalination and Softening / I. G. Feyziev. - Baku: ELM, 1999.

Представлена кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции Поступила 21.03.2013