Научная статья на тему 'Технология подготовки химобессоленной и умягченной воды по комбинированной технологической схеме'

Технология подготовки химобессоленной и умягченной воды по комбинированной технологической схеме Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
643
144
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ / ХИМОБЕССОЛЕННАЯ И УМЯГЧЕННАЯ ВОДА / КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Фейзиев Г. К., Джалилова М. М.

Представлены результаты исследования разработанной технологической схемы по комбинированной выработке химобессоленной и умягченной воды без использования кальцинированной соды для осаждения солей жесткости. Определены пределы применения схемы в двух режимах ее работы и выведены математические выражения для определения основных режимных параметров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Technology for Preparation of Chemically Desalted and Softened Water According to Combined Technological Scheme

The paper presents results of investigations pertaining to developed technological scheme on combined production of chemically desalted and softened water without usage of soda ash for deposition of hardness salt. Scheme application limits in its two operational modes have been determined and mathematical expressions for determination of the main operating conditions have been derived in the paper.

Текст научной работы на тему «Технология подготовки химобессоленной и умягченной воды по комбинированной технологической схеме»

УДК 628.543:2(088.8)

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ХИМОБЕССОЛЕННОЙ И УМЯГЧЕННОЙ ВОДЫ ПО КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЕ

Докт. техн. наук ФЕЙЗИЕВ Г. К., асп. ДЖАЛИЛОВА М. М.

Азербайджанский архитектурно-строительный университет

Технологии по выработке обессоленной и умягченной воды, разработанные в Азербайджанском архитектурно-строительном университете (АзАСУ), вошедшие во многие «Руководящие указания...» и внедренные на многих ТЭЦ СНГ, позволяют резко повысить экономическую и экологическую эффективность процессов водоприготовления. Технологии хи-мобессоливания дают возможность снизить удельные расходы реагентов кислоты и щелочи практически до стехиометрического количества, повысить значения рабочей обменной емкости ионитов, особенно катионитов, уменьшить удельный расход воды на собственные нужды установки и тем самым - количество сбросных стоков. Причем стоки, полученные при этом, представляют собой умягченные растворы и могут быть полезно использованы. Технологии же умягчения позволяют ликвидировать образуемые стоки в процессе обработки воды [1-6].

Как показали исследования, дальнейшее повышение эффективности процесса водоприготовления может быть достигнуто комбинированием процессов подготовки вод различного качества. При этом появляется возможность утилизации отработанных регенерационных растворов (ОРР), получающихся в одном процессе, в другом.

В статье приводятся результаты исследования разработанной в АзАСУ технологии подготовки химобессоленной и умягченной воды по комбинированной схеме [7]. Одним из преимуществ данной схемы является отказ от использования кальцинированной соды. Это, с одной стороны, удешевляет процесс водоприготовления, с другой стороны, уменьшает количество Ка-ионов, подлежащих в дальнейшем утилизации.

Принципиальная схема осуществления данной технологии по комбинированной выработке химобессоленной и умягченной воды показана на рис. 1. Согласно этой схеме исходная вода подается в осветлитель, где осуществляется ее известкование с коагуляцией. После предочистки известкованная вода подается в Ка-катионитный фильтр 2, где глубоко умягчается. Затем часть этой воды подается на химобессоливание, а остальное количество направляется потребителю умягченной воды.

Н- и ОН-ионитные фильтры регенерируются практически стехиометри-ческим количеством раствора кислоты и щелочи. Разбавленные порции ОРР этих фильтров, в которых солесодержание не превышает солесодер-жания в исходной воде, собираются в бак разбавленных растворов 5 и оттуда дозируются в осветлитель исходной воды. Концентрированные порции ОРР Н- и ОН-фильтров, в которых содержатся практически только натриевые соли, используются для регенерации Ка-катионитных фильтров.

Незначительные количества кислоты и щелочи, содержащиеся в составе ОРР этих фильтров, совместно нейтрализуются. ОРР Ка-катионитных фильтров направляется в реактор 6, куда в эквивалентном количестве катионов магния подается известь. Здесь все катионы магния осаждаются в виде Mg(OH)2. В результате концентрация Са2-ионов и пресыщенность раствора по Са804 увеличиваются. Происходит осаждение и последнего соединения. Раствор с остаточной жесткостью 35-45 мг-экв/л после реактора умягчается в Ка-катионитном фильтре 7. Умягченный раствор после этого фильтра в месте с концентрированными порциями ОРР Ни ОН-ионитных фильтров химобессоливающей установки подается в концентратор, где осуществляется концентрирование натриевых солей. На-трий-катионитный фильтр обработанных в реакторе стоков регенерируется также концентратом натриевых солей.

Рис. 1. Принципиальная схема осуществления технологии по комбинированной выработке химобессоленной и умягченной воды: 1 - осветлитель; 2, 7 - Ка-катионитный фильтр; 3 - Н-ионитный фильтр; 4 - ОН-ионитный фильтр; 5 - бак разбавленных растворов;

6 - реактор; 8 - концентратор

Указанная технологическая схема в зависимости от производительно-стей химобессоленной и умягченной воды, а также состава исходной воды может резко уменьшить количество натрий-ионов, отводимых в сторону, или же исключить их вообще.

Исследованы два режима обработки вод:

1. Солесодержание умягченной воды, подаваемой потребителям, поддерживается равным солесодержанию в известкованной воде.

2. Солесодержание умягченной воды поддерживается на уровне, не превышающем солесодержание исходной воды.

В первом случае утилизируемое количество Ка-ионов от химобессоли-вания при умягчении каждого кубического метра воды соответствует концентрации катионов жесткости в известкованной воде. Остальное количество Ка-ионов покидает установку в составе концентрата. Учитывая, что С1-ионам, поглощенным из обессоливаемой воды, осаждаться негде, единственным способом вывода их из установки является удаление их из состава концентрата. Поэтому минимальное количество Ка-ионов, покидающих установку в составе концентрата, должно быть равно выводимому от установки количеству С1-ионов. В противном случае происходит накопление хлор-ионов на установке и нарушается нормальный режим ее работы. Для уменьшения количества натрий-ионов, подобных С1-ионам, в схеме анио-

нирования предусматривается отделение последних от остальных анионов. Учитывая указанное, значение относительной производительности умяг-

Г а >

ченной воды

а

имеет ограничение. Написав уравнение балансов на-

V ~ х.о /

трий- и хлор-ионов для максимального значения относительной производительности умягченной воды, при удельном расходе щелочи на регенерацию анионитных фильтров, равном около 1 г-экв/г-экв, т. е. при тщ ~ 1, получаем

Г О ^

а

V ^х.о /

Ка и + 8Р4,и + Дк + Ас Жн.к + ЩИз + Дк

(1)

где Оу и Ох.о - производительность умягченной и химобессоленной воды, м3/ч; Каи, 804и, Жн.к - концентрации соответственно натрий- и сульфат-ионов, а также некарбонатной жесткости в исходной воде; Щиз - щелочность известкованной воды; Дк - доза коагулянта; Асл.к - концентрация анионов слабых кислот, поглощенных в анионитном фильтре второй ступени, мг-экв/л.

Учитывая, что при обработке пресных вод Щиз, Дк и Асл.к имеют практически постоянные значения, относительная производительность умягченной воды по предложенной технологической схеме в первом режиме работы установки зависит от суммарной концентрации натрий- и сульфат-ионов, а также от некарбонатной жесткости исходной воды. Для наглядного представления при значениях Щиз = 1, Дк = 0,4 и Асл.к = 0,4 мг-экв/л на рис. 2 приводятся графики изменения значений максимальной относительной производительности умягченной воды в зависимости от суммарной концентрации натрий- и сульфат-ионов, а также от некарбонатной жесткости в исходной воде. Как следует из рисунка, с повышением суммарной концентрации натрий- и сульфат-ионов и снижением некарбонатной жесткости в исходной воде максимальное значение относительной производительности умягченной воды растет. Это объясняется тем, что при этом увеличивается

количество натрий-ионов на регенерацию натрий-катионитных фильтров, сульфат-ионов - для осаждения кальций-ионов и уменьшается количество катионов жесткости, подлежащих замене натрий-ионами.

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Рис. 2. Зависимость изменения максимальной относительной производительности умягченной воды от суммарной концентрации натрий- и сульфат-ионов, а также от некарбонатной жесткости в исходной воде

\

V . 10 \

N 8 V \

\ ---

...

4

2 _

-- --__

А1П. ; мг-: )кв/п

При исследовании второго режима работы установки, в котором соле-содержание умягченной воды поддерживается не более чем солесодержа-ние в исходной воде, получено, что имеется минимальное значение относительной производительности умягченной воды, при превышении которого натрий-ионы в сторону не выводятся. При этом установка работает в бессточном режиме, а качество умягченной воды получается таким же, как при обычном режиме натрий-катионирования исходной воды, когда солесодержание умягченной воды (мг-экв/л) равно солесодержанию в исходной воде.

Для определения значения минимальной относительной производительности умягченной воды в этом режиме получено выражение

V ах.о у

Ка и + тщ (804и + С1И + Дк + Асл,)

Ж,,

(2)

При тщ « 1 г-экв/г-экв указанное выражение принимает вид

( ау ТП Каи + 80^ + С1и + Дк + Асл.к

V ах.о у

Ж,,

(3)

где С1и и Жи - концентрации в исходной воде хлор-ионов и ионов жесткости, мг-экв/л.

Если фактическое значение относительной производительности умягченной воды больше, чем минимальное, то солесодержание умягченной воды получается меньше, чем в исходной воде, и определяется по формуле

« _ (а + а,о)Каи + Охо(804,и + С1 и + Дк + Аслк)тщ

«у _ а

(4)

При этом концентрации С1 - и 804 -ионов в умягченной воде определяются следующим образом:

С1у _ С1и + («и - «из) С1 С80

С1к + 804,к

(5)

804,у _ 804,и + Дк + («и - «из)

1 --

С1

С1К + 804,К

(6)

где «и и «из - солесодержание в исходной и известкованной воде, мг-экв/л; С1к и 804,к - концентрации сульфат- и хлор-ионов в концентрате, мг-экв/л; С1

- отношение концентрации хлор-ионов к суммарной концен-

С1К + 804,К

трации хлор- и сульфат-ионов в концентрате;

ClK _ _GX.QCln_ (7)

ClK + SO4,K G

X.Q

SO^ + С1И + Дк + mKSm |1 +1001-SB

- Gy S^

где тк - удельный расход кислоты на регенерацию катионитов в Н-фильт-рах, г-экв/г-экв; qН - удельный расход Н-катионированной воды на собственные нужды установки, %.

В Ы В О Д Ы

1. Разработан и исследован режим комбинированной подготовки хим-обессоленной и умягченной воды без применения соды для осаждения ионов жесткости.

2. Изучен режим работы установки по выработке химобессоленной и умягченной воды, согласно которому солесодержание умягченной воды поддерживается равным солесодержанию в известкованной воде.

3. Определен предел применения данной схемы.

4. Изучен режим работы установки, при котором солесодержание не превышает солесодержание в исходной воде.

5. Установлено, что в конкретных условиях установка может работать в бессточном режиме.

6. Определен предел бессточного режима работы установки.

7. Получены выражения для определения солесодержания и состава умягченной воды.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Ф е й з и е в, Г. К. Высокоэффективные методы умягчения и обессоливания воды / Г. К. Фейзиев. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.

2. Д ж а л и л о в, М. Ф. Химическое обессоливание воды на ТЭС сокращенными количествами реагентов и стоков / М. Ф. Джалилов. - Баку: Элм, 1996. - 150 с.

3. М е т о д и ч е с к и е указания по проектированию ТЭС с максимально сокращенными стоками / Ю. Ф. Боднарь [и др.]. - М.: ВТИ, ВНИПИЭНЕРГОПРОМ, АзИСИ, 1991. -152 с.

4. П о д г о т о в к а подпиточной воды теплосети с сокращенным расходом реагентов / М. Ф. Джалилов [и др.] // Энергетик. - 1998. - № 8. - С. 22-23.

5. Н о в а я техника и технологии, внедренные в ОАО «Татэнерго». Ресурсосберегающая технология обессоливания воды на Казанской ТЭЦ-3. http://www.tatenergo.ru/ innovative_ activity.jsp ОАО «ТАТЭНЕРГО», 2005.

6. F e y z i e v, G. K. Treatment of makeup water for heat-and-power engineering factories with environmentally appropriate and resource-saving texnology / G. K. Feyziev, M. F. Jalilov // Natural Cataclysms and global problems of the modern civilization. - Baku-Innsburg, 2007. -Р. 572-576.

7. С п о с о б обработки стоков ионитных фильтров в процессе обессоливания и умягчения: а. с. 1265149 СССР. МКИ С 02 F 1/ 42 / Г. К. Фейзиев // Бюл. изобр. - 1986. - № 39.

Поступила 06.06.2008

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.