CC BY
100
Оптимальные пути модернизации существующих систем очистки сточных вод Сакмарской ТЭЦ
ЕВ.Левин, к.ф.-м.н, РФ. Сагитов, к.т.н, ООО НИПИЭП; В.Д. Баширов, д.с.-х.н., С.В. Шабанова, к.т.н., С.П.Василевская, к.т.н., Е.В.Волошин, к.т.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ
Предприятия теплоэнергетики традиционно считаются одними из основных источников загрязнения окружающей среды. Степень загрязнения зависит от многих факторов: вида используемого топлива, износа технологического оборудования, эффективности и современности используемых очистных сооружений [1 — 6].
Сакмарская ТЭЦ расположена на территории г. Оренбурга и предназначена для обеспечения города горячей водой, отоплением и электроэнергией. Станция имеет: установленную мощность — 460 МВт, установленную паропроизводительность — 2260 т/ч. Технологическое топливо — газ.
Применяющаяся технология водоподготовки предусматривает:
1. Двухступенчатое обессоливание — 300 т/ч
2. №-катионирование — 520 т/ч
3. Конденсатоочистка — 164 т/ч
4. Предочистка: известкование с коагуляцией - 800 т/ч.
Имеющаяся на предприятии система водоподго-товки и очистки сточных вод не полностью удовлетворяет современным экологическим требованиям, что приводит к загрязнению водоёмов — приёмников очищенных сточных вод. Так, концентрация загрязняющих веществ по некоторым компонентам в водоёмах сброса (оз. Малахово и оз. Тёплое) существенно превышает допустимые нормы. В оз. Малахове пиковое превышение допустимых значений составляет: по сульфат-аниону — 1,27 раза, по железу — 1,8 раза. В оз. Тёплом (Кривом) установлены превышения фоновых показателей по сульфат-аниону в 1,37 раза [2].
Цель исследования — поиск оптимальных путей модернизации существующих систем очистки стоков с целью доведения качества сбрасываемой воды до нормативных значений.
Материал и методы исследования. В ходе работы проведено обследование существующих на предприятии систем очистки сточной воды на предмет возможного полного или частичного их использования для обеспечения необходимой степени очистки.
Составляющими сточных вод Сакмарской ТЭЦ в общем случае являются: воды, загрязнённые нефтепродуктами; обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей (РВП) и поверхностей нагрева котлов при сжигании сернистых мазутов; воды после химических промывок и консервации теплоэнергетического оборудования; воды водо-
подготовительных установок (ВПУ).
Сбросы, прошедшие очистные сооружения, подвергаются контролю на взвешенные вещества, БПК, сухой остаток, фосфаты, хлориды, железо общее, медь, сульфаты и аммонийный азот [3].
Результаты исследования. Система очистки воды, эксплуатирующаяся на Сакмарской ТЭЦ, фактически состоит из двух взаимосвязанных подсистем — системы подготовки воды для технологических нужд самой ТЭЦ и системы собственно очистки сточных вод.
Для выяснения вопроса эффективности использования элементов имеющейся системы, для доведения качества стоков до нормативных значений необходимо рассмотреть, где (на каких участках технологического процесса) формируются загрязнения тех или иных видов.
Вода из природного источника после водозабора проходит этап водоподготовки для последующего использования на предприятии, где и начинается изменение её химического и физического состава [4]. Подпитка современных котлов осуществляется обычно обессоленной водой, а в теплосети подаётся умягчённая и декарбонизированная вода. Подготовка вод такого качества осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе проводится осветление воды с одновременным снижением содержания в ней органических и кремнекислых соединений путём коагуляции.
На втором этапе добавочную воду котлов подвергают обессоливанию. Применяемый в данной схеме метод — химическое обессоливание, включающее двухступенчатое Н-ОН-ионирование в фильтрах, регенерируемых серной кислотой и гидроксидом натрия. Химическое обессоливание применяют также для очистки конденсата, образующегося как на ТЭЦ, так и у внешних потребителей пара.
Подготовка подпиточной воды теплосети осуществляется путём натрий-катионитного умягчения осветлённой воды. Регенерация катионитных фильтров производится хлоридом натрия. Сбросные воды катионитных фильтров в своём составе содержат сульфаты. Сбросные воды анионитных фильтров имеют высокое солесодержание.
Соли фосфорной кислоты образуются на Сак-марской ТЭЦ в обмывочных водах регенеративных воздухоподогревателей (РВП) и поверхностей нагрева котлов, хлориды — в сточных водах во-доподготовительных установок и при кислотной химической промывке оборудования [5]. Сульфаты образуются в сточных водах водоподготовительных установок.
Предварительная очистка исходной воды, необходимая для работы Сакмарской ТЭЦ, про-
изводится в осветлителях. Для этого воду обрабатывают известью (СаО) и коагулянтом, в качестве которого используют сернокислое закисное железо ^е804-7Н20). Увеличение его дозы приводит к увеличению общей жёсткости и содержания сульфатов.
Загрязнение воды аммонийным азотом происходит при химической промывке оборудования с использованием спецреагентов (заполнение котла растворами аммиака и нитрита натрия), в результате химических превращений которых и образуется аммонийный азот.
Сточные воды, загрязнённые нефтепродуктами, представляют собой воды от сальниковых уплотнений насосов, открытых распредустройств (ОРУ), компрессорной, мазутного хозяйства, гаражей и др. Растворимость нефтепродуктов в воде зависит от температуры их кипения и для высококипящих нефтепродуктов (мазуты) практически может не приниматься во внимание [6].
Причин сложившейся ситуации несколько. Одна из них — организационно-техническая — поступление на очистные сооружения избыточного количества сточных вод (значительно превышающего расчётное), что обусловлено ситуационными нарушениями при эксплуатации систем водопользования. Кроме того, налицо моральный и физический износ очистных сооружений, которые используются с 70-х годов прошлого столетия и с тех пор коренной модернизации не подвергались, хотя ремонт и замена изношенных элементов оборудования проводятся регулярно.
На основании предварительного обследования элементов системы и их взаимодействия можно предположить, что для повышения эффективности работы имеющейся системы очистки сточных вод желательно повышение качества воды на этапе предварительной водоподготовки. Это снизит как собственно потребление первичных водных ресурсов, так и повысит эффективность последующей очистки сбросовых вод.
Таким образом, по результатам анализа технологического процесса и процесса очистки сточных вод на предприятии можно сформулировать следующие предложения на первом этапе модернизации:
— изменение движения воды таким образом, чтобы стоки (зима/лето) от захолаживания и продувки котлов и стоки (зима/лето) от химцеха направлялись во вновь созданный отстойник-усреднитель, откуда после усреднения и отстаивания образовавшийся осадок перемещается на пруды-испарители (или шламонакопитель), а жидкая фаза перекачивается на установки дисковых фильтров и затем на установку удаления железа, где после разделения твёрдая фракция также перемещается на пруды-испарители или шламонакопитель, а жидкая фаза перекачивается в бак коагулированной воды, откуда передаётся на блок установки ультрафильтрации (УФФ) или напорные намывные фильтры. После фильтрации очищенная вода перемещается в бак
для осветлённой воды, а затем на блок установки обратного осмоса (УОО), откуда очищенная фаза (пермеат) поступает в бак пермеата, а концентрат (ретентат) — на пруды-испарители. Затем из бака пермеата очищенная вода снова поступает в химцех перед ступенью глубокого обессоливания;
— изменение схемы водоподготовки в химцехе с отказом от ионообменных фильтров таким образом, что все стоки химцеха поступают на установку дисковых фильтров, откуда очищенная фаза передаётся на установку обратного осмоса (ОС), а вторая фаза поступает в бак коагулированной воды, оттуда — на блок установки ультрафильтрации (УФФ). С блока УУФ очищенная фаза идёт на установку обратного осмоса, а вторая фаза поступает в бак осветлённой воды. Затем осветлённая вода насосами подаётся на блок обратноосмотической установки, а часть этой воды тратится на периодичную промывку блока ультрафильтрации и затем сбрасывается в пруды-испарители. Из установки обратного осмоса очищенная фаза поступает на декарбонизатор, а вторая часть уходит в сброс.
Декарбонизированная вода с декарбониза-тора поступает в бак пермеата, откуда частично поступает на второй блок установки обратного осмоса, частично подаётся в тепловую сеть. Из узла доочистки электродеионизацией очищенная вода поступает на подпитку котлов, а остаток возвращается в бак пермеата.
Кроме вышеперечисленных (технологических) пунктов имеет смысл смонтировать на прудах-испарителях передвижную установку для обезвоживания осадка, что позволит проводить их обслуживание более эффективно [4].
Перечисленные предложения (при их внедрении в полном объёме) позволят исключить стоки в озеро Тёплое и в целом снизить как объёмы общих стоков, так и существенно, в полном соответствии с современными экологическими нормами, уменьшить количество загрязняющих веществ в сбросах до допустимых значений. Предлагаемая конечная схема реконструкции приведена на рисунке.
В ходе поэтапной модернизации функционирующей системы на первом этапе могут быть предложены следующие изменения. До подачи воды на разбавление в градирни необходимо установить на линии напорные фильтры. Это позволит уплотнить использование водных ресурсов, взятых из первичного источника (р. Сакмары) и повысить как качество самой рабочей воды (и как следствие, снизить потребности в её объемах), так и снизить эксплуатационные нагрузки на градирни и сопутствующую инфраструктуру, а также в последующем даст возможность использовать такую воду (после дополнительной очистки) в основном контуре повторно (с необходимой подпиткой первичной водой).
Принимая во внимание развитие современных технологий в области водоподготовки и с учётом
Рис. - Предлагаемая конечная схема реконструкции
растущих требований со стороны экологического контроля, а также тенденций к росту стоимости химических реагентов и стоимости использования первичных ресурсов представляется необходимым модернизация технологических систем водопод-готовки и водоочистки таким образом, чтобы минимизировать сбросы как таковые; повысить степень использования оборотной воды; используя современные безреагентные технологии очистки, максимально уменьшить расход необходимых химических агентов, что оказывает комплексное влияние — как с чисто экономической точки зрения (закупка, транспортировка, хранение, перемещение и контроль), так и с практической — повышение экологической безопасности производства, высвобождение площадей.
Вывод. По результатам исследования предлагается следующая поэтапная схема модернизации уже имеющейся на предприятии системы очистки стоков:
1-й этап — внедрение обратноосмотической технологии вместо первой ступени Н-ОН фильтров;
2-й этап — замена осветлителей и механических фильтров на установку ультрафильтрации;
3-й этап — замена второй ступени Н-ОН фильтров и ФСД на мембранную электродианизацию.
Литература
1. СанПиН 2.1.5.980 — 00. 2.1.5. Водоотведение населённых мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы /утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 22.06.2000) (с изм. от 04.02.2011, с изм. от 25.09.2014);
2. Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. М., 1979 г. 58 с.;
3. Гамм Т.А. Экологический менеджмент и аудит: учебное пособие / Т.А. Гамм, С.В. Шабанова, В.Д. Баширов, Р.Ф. Са-гитов / Оренбургский гос. ун-т. Оренбург: ОГУ, 2016. 101 с.
4. Шабанова С.В. Оценка качества питьевой воды по некоторым химическим и микробиологическим показателям / С.В. Шабанова, А.С. Голофаева, Е.А. Сердюкова, Л.Р. Вильданова, Р.Ф. Сагитов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (54). С. 156 — 159.
5. Шабанова С.В. Исследование качества питьевой воды г. Оренбурга по некоторым химическим показателям / С.В. Шабанова, В.Д. Баширов, Р.Ф. Сагитов, В.Г. Смирнов, А. Голофаева, Е. Сердюкова, А. Угленков // Международный журнал экспериментального образования. 2014. № 8 — 2. С. 70 - 74.
6. Шабанова С.В., Сагитов Р.Ф., Перехода Д.П. Воздействие выбросов предприятий энергетики на прилегающую территорию // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 6 (56). С. 205 — 208.
