CC BY
83
УДК 628.316.6.081.3:697.34:621.311.22(470.40-21)
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-11135
О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОРБЕНТА ОДМ-2Ф (ДИАТОМИТА) ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРЕДПРИЯТИИ ПАО «Т-ПЛЮС» (ТЭЦ-1, Г. ПЕНЗА)
В. А. Щепетова, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», [email protected], Пенза, Россия,
Т. А. Карпина, магистр ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», [email protected], Пенза, Россия
В статье дана краткая характеристика предприятия ПАО «Т-Плюс» (ТЭЦ-1, город Пенза). Поставлена цель исследования — использование более экономичных и простых материалов для очистки сточных вод на исследуемом предприятии. Дана краткая характеристика сырью, поступающему на предприятие и технологическому процессу. В результате чего были сделаны выводы, что в основном загрязнение вод происходит при эксплуатации и ремонте мазутного хозяйства, в результате неплотностей маслоохладителей турбин, питательных насосов и при охлаждении различных вращающихся механизмов котельного и турбинного оборудования. Загрязнению также подвергаются ливневые сточные воды с территории мазутного хозяйства, складов, мастерских и ремонтно-строительных участков, воды от мойки автотранспорта. Рассмотрены два процесса подготовки воды, которые включают ее предварительную очистку в осветлителях с последующей доочисткой на механических фильтрах и двухступенчатым обессоливанием в ионообменных фильтрах. Проведена сравнительная характеристика активированного угля и предлагаемого диатомита. В статье дано экономическое обоснование замены старого фильтрующего материала на сорбент нового поколения.
The article gives a brief description of the enterprise PAO "T-Plus" (CHP-1 city of Penza). The goal of the research is to use more economical and simple materials for wastewater treatment in the studied enterprise. A brief description of the raw materials entering the enterprise and the process is given. As a result, it was concluded
that water pollution mainly occurs during the operation and repair of fuel oil facilities, as a result of leaks in oil coolers of the turbines, feed pumps and cooling of various rotating mechanisms of the boiler and turbine equipment. Pollution also affects storm sewage from the territory of the fuel oil facilities, warehouses, workshops and repair and construction sites, and water from washing vehicles. Two processes of water treatment are considered, which include its preliminary purification in clarifiers with subsequent purification on mechanical filters and two-stage desalting in ion-exchange filters. The comparative characteristic of the activated carbon and the proposed diatomite is given. The article provides an economic rationale for replacing the old filter material with a new generation of sorbent.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль, органическое топливо, механические фильтры, сорбент, активированный уголь, диатомит.
Keywords: combined heat and power plant, organic fuel, mechanical filters, sorbent, activated carbon, diatomite.
Введение. В современном мире любое предприятие не сможет существовать без непрерывного развития технологий. Конкуренция, изменения законодательства в области экологии и жесткий контроль со стороны проверяющих органов вынуждают активно внедрять в производственную деятельность новейшие природоохранные и ресурсосберегающие технологии [1]. В данной работе объектом исследования будет являться предприятие ПАО «Т-Плюс» (ТЭЦ-1 г. Пензы).
Пензенская ТЭЦ-1 — одна из старейших и крупных теплоэлектроцентралей Пензенской области. Она входит в состав Пензенского филиала ПАО «Т-Плюс». Основным направлением производственной деятельности является производство и отпуск электрической и тепловой энергии в виде пара и горячей воды для обеспечения промышленных и коммунально-бытовых потребностей города Пензы.
Цель данного исследования состоит в попытке предложить использование более экономичных и простых материалов для очистки сточных вод на исследуемом предприятии.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
— изучить характеристики очистных сооружений;
— рассмотреть преимущества нового сорбента;
— экономически обосновать предложенную технологию.
Модели и методы: определялись задачами, целями и
сущностью поставленных практических проблем. В связи с этим использовались следующие методы:
— теоретического уровня: анализ и изучение литературных источников по данной проблеме, законодательных актов в области охраны окружающей среды, нормативных документов;
— практического уровня: внести предложение использовать в качестве фильтрующего материала при очистке сточных вод на предприятии ПАО «Т-Плюс» (ТЭЦ-1 г. Пензы) ОДМ-2Ф.
Результаты и обсуждение
Деятельность любой теплоэнергоцентрали оказывает негативное воздействие, прежде всего на водные объекты, так как работа предприятия связана с обработкой вод.
Для производства (генерации) пара заданных параметров и горячей воды на ТЭЦ-1 используются котельные установки. Тепло, необходимое для генерации пара, выделяется при сжигании органического топлива (газ, мазут) [2].
В качестве сырья для технологического процесса используется органическое топливо, сжигаемое в топочных устройствах паровых котлов. Основным видом топлива является природный газ. Природный газ поступает на ТЭЦ и котельную из магистрального газопровода. Помимо природного газа на ТЭЦ-1 используется мазут, поставка которого осуществляется железнодорожным или автомобильным транспортом.
Проанализировав технологический процесс на исследуемом предприятии, мы пришли к выводу, что в основном загрязнение вод происходит при эксплуатации и ремонте мазутного хозяйства, в результате неплотностей маслоохладителей турбин, питательных насосов и при охлаждении различных вращающихся механизмов котельного и турбинного оборудования. Загрязнению также подвергаются ливневые сточные воды с территории мазутного хозяйства, складов, мастерских и ремонтно-строительных участков, воды от мойки автотранспорта.
Технология обработки воды на ТЭЦ-1 включает ее предварительную очистку в осветлителях с последующей доочисткой на механических фильтрах и двухступенчатым обессоливанием в ионообменных фильтрах.
В качестве фильтрующих материалов в механических фильтрах используется антрацит, кварцевый песок, в ионообменных фильтрах — суль-фоуголь, активированный уголь БАУ, ионообменные смолы (катиониты, аниониты) [3].
В основном механические фильтры используются в следующих установках ТЭЦ-1:
1. Установка очистки замасленных и замазу-ченных стоков.
Загрязнение стоков нефтепродуктами на электростанции происходит при эксплуатации и ремонте мазутного хозяйства, в результате неплотностей маслоохладителей турбин, питательных насосов и при охлаждении подшипников различных вращающихся механизмов котельного и турбинного оборудования.
На территории ТЭЦ-1 существует система ливневой канализации. Дождевые и талые воды поступают в бензомаслоуловитель, находящийся около эстакады мойки автотранспорта и вместе со сточными водами от мойки автомашин направляются на установку очистки замасленных и замазученных стоков.
Стоки и ливневые воды с территории мазутного хозяйства собираются в подземный резервуар емкостью 160 м3 и перекачиваются насосами в приемные емкости установки очистки замасленных и замазученных стоков (V = 200 м3 — 2 шт.). Туда же направляются замасленные стоки с главного корпуса, которые предварительно собираются в две емкости и периодически перекачиваются насосами. Содержание нефтепродуктов в таких водах до 100 мг/л.
В приемной емкости происходит частичное отстаивание воды, всплытие на поверхность легких фракций нефтепродуктов и выпадение в осадок вместе со взвешенными веществами тяжелых нефтепродуктов. После приемных резервуаров содержание нефтепродуктов составляет 60 мг/л. Затем насосами обрабатываемая вода через кави-татор, где струя обогащается пузырьками воздуха, подается на флотатор (Р = 50 м3/ч — 2 шт.). Пузырьки, проходя через слой воды, флотируют частицы нефтепродуктов. Содержание нефтепродуктов после флотаторов 20 мг/л. Дальнейшая доочистка воды производится на механических фильтрах (фильтрующий материал — дробленый антрацит — 3 шт.; концентрация нефтепродуктов — 5 мг/л) и угольных фильтрах (загрузка — активированный уголь марки ДАК или БАУ — 4 шт.; концентрация нефтепродуктов — 1 мг/л).
Уловленный мазут собирается в емкость и периодически насосами подается на мазутное хозяйство для сжигания в котлах. Уловленный осадок собирается в другую емкость и периодически перекачивается на шламоотвал. Очищенные стоки с фильтров частично направляются на повторное использование в цикле станции, т. е. подаются на осветлитель, а частично отводятся в промливне-вую канализацию. Дренажные воды с установки очистки замасленных и замазученных стоков собираются в приямке и затем возвращаются на очистку в эту установку [4].
2. Установка очистки замазученного конденсата.
Назначение данной установки — удаление мазута и снижение жесткости конденсата, применяемого для подогрева мазута в подогревателях на топливоподаче и дальнейшее использование очищенного конденсата на технологические цели (Р = 40 м3/ч; содержание нефтепродуктов до 10 мг/л).
Подаваемый с топливоподачи конденсат направляется в бак замазученного конденсата (V = 100 м3; 2 шт.), где происходит первичное разделение конденсата и мазута. Далее насосами замазученного конденсата конденсат подается на угольные фильтры I, II ступени (загрузка —
активированный уголь марки БАУ или ДАК; по 2 шт.).
Изучив процесс очистки сточных вод на ТЭЦ-1, научную литературу и отзывы различных предприятий Российской Федерации, имеющих станции водоочистки, а также опыт практического применения различных фильтрующих материалов и методов механической очистки сточных вод, на Пензенской ТЭЦ-1 нами предлагается замена используемого активированного угля (БАУ) на ОДМ-2Ф (диатомит) в качестве нового фильтрующего материала [5]. Данный сорбент обладает определенными свойствами, которые подходят для использования на изучаемом предприятии. Во-первых, ОДМ-2Ф является фильтровальным материалом нового поколения, во-вторых, более эффективно удаляет примеси, чем фильтрующие м атериалы предыдущего поколения и, в-третьих, обладает повышенной длительностью использования ввиду своей высокой химической и механической стойкости. Кроме того, диатомит обладает высокой сорбционной емкостью по железу, марганцу и тяжелым металлам. Проанализировав технологический процесс очистки вод исследуемого предприятия, мы пришли к выводу, что при внедрении ОДМ-2Ф не будет требоваться реконструкция очистных сооружений — достаточно при смене загрузки использовать новый материал вместо старого. Пористость, а соответственно и адсорбционные свойства активированного угля и диатомита отличаются незначительно: пористость активированного угля 57—70 %, диатомита — около 75 %.
Кроме того, в данной статье мы можем привести экономическое обоснование замены фильтрующего материала.
На сегодняшний д ень механические фильтры загружены активированным углем и антрацитом. Для заполнения фильтров требуется 6 т чистого сорбента, стоимость которого будет составлять 33 000 рублей. Согласно нормативным
документам замену активированного угля в механических фильтрах необходимо проводить с периодичностью один раз в 12 месяцев. Трудовые затраты на загрузку нового фильтрующего материала составят 30 000 рублей в год, на выгрузку 1 т угля 15 000 рублей. Утилизация отработанного фильтрующего материала V класса опасности производится МУП по очистке города, составляет 196,66 рублей за 1 тонну (угля). Таким образом, работоспособность механических фильтров обходится предприятию в 217 179,96 рублей за 2018 год.
Для заполнения каждого фильтра ТЭЦ-1 требуется 6 тонн чистого фильтрующего материала, стоимость которого составит 1700 рублей за мешок (мешок 40 л = 28 кг). Закупка 6 т ОДМ-2Ф обойдется в 364 285 рублей. Прибавим загрузку, выгрузку и утилизацию и получим сумму 485 464 рубля. В отличие от старых фильтрующих материалов диатомит необходимо заменять в механических фильтрах с периодичностью один раз в 5—7 лет, т. е. в первый год начала эксплуатации кизельгура мы потратим 407 310 рублей. При использовании БАУ за тот же временной отрезок (7 лет) мы потратим 1 520 259 рублей. В итоге при переходе на ОДМ-2Ф предприятие может сэкономить 1 034 795 рублей, или 147 827 рублей каждый год в течение 7 лет. Кроме того, с утилизацией предлагаемого отработанного сорбента также не возникнет проблем, так как класс опасности сохранен.
Заключение. Таким образом, в ходе изучения технологического процесса очистки вод на ТЭЦ-1 города Пензы была доказана возможность замены фильтрующего материала (уголь древесный БАУ) на более экономически выгодный материал (диатомит ОДМ-2Ф), без потери качества воды, сбрасываемой в реку Сура [6].
Внимательное изучение и анализ предприятия показывает, что грамотный подбор различных компонентов системы очистки поможет рацио -нализировать расходы на сохранение благоприятной экологической ситуации в регионе.
Библиографический список
1. Федеральный закон Российской Федерации № 7-ФЗ от 10.01.2002 «Об охране окружающей природной среды» (в ред. Федеральных законов от 22.08.2004 № 122-ФЗ, от 29.12.2004 № 199-ФЗ, от 09.05.2005 № 45-ФЗ, от 31.12.2005 № 199-ФЗ, от 18.12.2006 № 232-ФЗ, от 05.02.2007 № 13-ФЗ, от 26.06.2007 № 118-ФЗ).
2. Щепетова В. А., Назариков П. Ю. Возможные пути образования отходов и способы их утилизации на теплоэлектроцентрали города Пензы // Фундаментальные исследования. 2015. № 2—3. С. 471—475.
3. Ветошкин А. Г. Инженерная защита гидросферы от сбросов сточных вод [Электронный ресурс]: учебное пособие / А. Г. Ветошкин. — Электрон. текстовые данные. — М.: Инфра-Инженерия, 2016. — 296 с.
4. Беспалов В. И. Природоохранные технологии на ТЭС: учебное пособие / В. И. Беспалов, С. У. Беспалова, М. А. Вагнер; Томский политехнический университет. — 2-е изд. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. — 240 с.
5. Щепетова В. А., Ежов А. О. Возможности использования ресурсосберегающей технологии на предприятиях арма-туростроения // Образование и наука в современном мире. Инновации. 2019. № 1 (20). С. 280—285.
6. Щепетова В. А., Кузина В. В. Математическое моделирование как метод прогнозирования изменения состояния водных экосистем на примере Пензенского водохранилища // Фундаментальные исследования. 2013. № 8—6. С. 1373—1377.
ON THE POSSIBILITY OF APPLYING ODM-2F SORBENT FOR WASTEWATER TREATMENT AT THE ENTERPRISE OF PJSC T-PLUS (CHPP-1, PENZA)
V. A. Shchepetova, Ph. D. (Ecology), Associate Professor, FGBOU VO Penza State University of Architecture and Construction, [email protected], Penza, Russia;
T. Karpina, Master of FGBOU VO Penza State University of Architecture and Construction, [email protected], Penza, Russia
References
1. Federal'ny'j zakon Rossijskoj Federacii № 7-FZ ot 10.01.2002 "Ob oxrane okruzhayushhej prirodnoj sredy'" [Federal Law of the Russian Federation No. 7-FZ of January 10, 2002 "On Environmental Protection"](v red. Federal'ny'x zakonov ot 22.08.2004 № 122-FZ, ot 29.12.2004 № 199-FZ, ot 09.05.2005 № 45-FZ, ot 31.12.2005 № 199-FZ, ot 18.12.2006 № 232-FZ, ot 05.02.2007 № 13-FZ, ot 26.06.2007 № 118-FZ). [in Russian]
2. Shchepetova V. A., Nazarikov P. Yu. Vozmozhny'e puti obrazovaniya otxodov i sposoby' ix utilizacii na teploe'lektrocentrali goroda Penzy' [Possible ways of waste generation and methods of their utilization at the heat and power plant of the city of Penza] Fundamental'ny'e issledovaniya. 2015. No. 2—3. P. 471—475. [in Russian]
3. Vetoshkin A. G. Inzhenernaya zashhita gidrosfery' ot sbrosov stochny'x vod [E'lektronny'j resurs]: uchebnoe posobie [Engineering protection of the hydrosphere from wastewater discharges [Electronic resource]: study guide] / A. G. Vetoshkin. E'lektron. tekstovy'e danny'e. Moscow, Infra-Inzheneriya. 2016. — 296 p. [in Russian]
4. Bespalov V. I. Prirodooxranny'e texnologii na TE'S: uchebnoe posobie [Environmental protection technologies at TPPs: textbook] V. I. Bespalov, S. U. Bespalova, M. A. Vagner; Tomskij politexnicheskij universitet. 2nd ed. Tomsk, Izd -vo Tomskogo politexnicheskogo universiteta. 2010. 240 p. [in Russian]
5. Shchepetova V. A., Ezhov A. O. Vozmozhnosti ispol'zovaniya resursosberegayushhej texnologii na predpriyatiyax armaturos-troeniya [Opportunities for the use of resource-saving technology in the valve industry] Obrazovanie i nauka v sovremennom mire. Innovacii. 2019. No. 1 (20). P. 280—285. [in Russian]
6. Shchepetova V. A., Kuzina V. V. Matematicheskoe modelirovanie kak metod prognozirovaniya izmeneniya sostoyaniya vod-ny'x e'kosistem na primere Penzenskogo vodoxranilishha [Mathematical modelling as a method for predicting changes in the state of aquatic ecosystems in the case study of the Penza Reservoir]. Fundamental'ny'e issledovaniya. 2013. No. 8—6. P. 1373—1377. [in Russian]
