CC BY
36
УДК 621.311.22:628.543.5
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ВОДОХРАНИЛИЩ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКИМ
СПОСОБОМ
Н.А. БЕЛОКОНОВА*, Э.Л. ЗУБАРЕВА**
* УГТУ-УПИ,
** Фирма «Гидробиология»
В водохранилищах-охладителях ТЭС возникает повышенная температура воды (на 5-7°С), в связи с чем предприятия энергетики являются источниками «теплового» загрязнения водоемов, возникают производственные проблемы, связанные с качеством воды, которая используется в производственном процессе. Показано, что для решения проблем эффективен биологический метод.
В энергетической промышленности используется около 70% воды, потребляемой промышленностью в целом [1]. Это связано с необходимостью расходования ее на отведение тепла от конденсаторов. По сравнению с водоемами с естественным температурным режимом, в водохранилищах-охладителях возникает повышенная температура воды (на 5-7°С), что способствует интенсивному развитию в них высшей водной растительности -макрофитов (элодеи, рдеста, тростника, камыша и др.) и низшей водной растительности - фитопланктона. Таким образом, предприятия энергетики являются источниками теплового загрязнения водоемов.
Высшая водная растительность сокращает активную зону охлаждения водохранилищ, забивает решетки на водозаборе, а при отмирании - ухудшает качество воды. Низшая водная растительность вызывает «цветение» воды, загрязняет водоприемные устройства и теплообменные агрегаты ТЭС. В первую очередь, увеличение биомассы в водоисточнике негативно влияет на состояние конденсаторов: биологическое обрастание трубок приводит к снижению вакуума и увеличению расхода пара на поддержание номинальной мощности
энергоустановки. Более того, увеличивается рН исходной воды и
«окисляемость», что приводит к проблемам на водоподготовительной установке: от органических соединений необратимо загрязняются и
разрушаются аниониты.
На Среднеуральской ГРЭС (СУГРЭС) для борьбы с водной растительностью используют биологический способ: вселение в водоем
растительноядных рыб (белый амур, белый толстолобик) и плавающий
биомодуль. Белый амур питается высшей водной растительностью, белый толстолобик - фитопланктоном. Биомодуль -- специальное сооружение, которое
© Н.А. Белоконова, Э.Л. Зубарева Проблемы энергетики, 2007, № 1-2
установлено в 2000г. в сбросном канале СУГРЭС [2], включает в себя три ступени очистки:
1 ступень - механическое удаление фитопланктона: биомасса
концентрируется перед биомодулем за счет образования угла сгона;
2 ступень - расселение макрофитов (тростника, манника, камыша, эйхорнии), которые являются конкурентами фитопланктону, снижая питательные вещества - азот и фосфор;
3 ступень - рыбофильтр из растительноядных рыб - толстолобиков, которые питаются фитопланктоном.
Методы и приборы контроля
Содержание общего органического углерода (ООУ) измерено на анализаторе ТОС С-ша1-5500 («Штроляйн», Германия). Содержание
растворимого органического углерода(РОУ) определено
спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра СФ-2000. Методики определения ООУ и РОУ аттестованы в Уральском научноисследовательском институте метрологии (УНИИМ).
Показатели рН, окисляемость, содержание азота, фосфора, нефтепродуктов, БПК5 определены по методикам, утвержденным для контроля качества поверхностных вод.
Общее количество биомассы за сезон рассчитано с учетом площади, на которой концентрировался фитопланктон перед биомодулем, и его содержания на 1 м2 этой площади.
Основные результаты
В результате вселения белого амура площадь зарастания водохранилища-охладителя снизилась с 15 до 4%. Следует заметить, что разведение этих рыб в данных климатических условиях стало возможным именно благодаря более высокой температуре водохранилища-охладителя по сравнению с другими естественными водоемами.
Общее количество биомассы, удаленной за счет образованного угла сгона, в летний период 2001 - 2004 гг. составило от 10 до 46 тонн. Снижение биомассы фитопланктона за сезон (по сравнению с углом сгона) достигает 98 %, при этом в воде после биомодуля уменьшается содержание азота и фосфора до 72 %, нефтепродуктов - до 98-100 %, показателя БПК5 - до 72 %.
В процессе проведенных работ было установлено, что в центре водохранилища при биомассе водорослей 0,77 - 0,79 мг/л (или 12,0 - 10,6 % от общей биомассы фитопланктона) показатель рН был низкий и соответствовал значениям 6,8-6,7, в то время как в прибрежной зоне, при биомассе 2,86, 2,28, 2,96 мг/л, значение рН - 8,1, 8,4 и 8,3 соответственно. Важно отметить, что в летний период времени до установки биомодуля, значение рН в исходной воде, поступающей на химводоочистку, достигало значения 8,1 - 8,2, а после установки стало ниже значения 7,6.
На рисунке представлены показатели работы конденсатора турбины К-300-240-1 в 1999году (до установки биомодуля) и в 2005 г.
В таблице представлены результаты анализов производственной воды после анионитовых фильтров I ступени по содержанию растворенного органического углерода природного происхождения (РОУ) и общего органического углерода (ООУ).
Показатели химконтроля качества воды и расчетные значения РОУ после первой ступени ОН-анионирования на ВПУ СУГРЭС и РефтГРЭС
СУГРЭС РефтГРЭС
РОУ, мг/дм3 ООУ, мг/дм3 РОУ, мг/дм3 ООУ, мг/дм3
21.06.04 0,30 0,29; 0.31 24.05.04 0,47
22.06.04 0,30 0,35; 0.29 25.05.04 0,37
23.06.04 0,24 0,23; 0.24 26.05.04 0,28
24.06.04 0,24 27.05.04 0,47 0,76; 0,50
25.06.04 0,24 28.05.04 0,33
26.06.04 0,24 31.05.04 0,33
27.06.04 0,20 01.06.04 0,28
28.06.04 0,22 02.06.04 0,23
29.06.04 03.06.04 0,33
30.06.04 0,10 04.06.04 0,33
29.06.04 0,19 0,62; 0,2
06.07.04 0,24 0,39; 0,23 05.07.04 0,33
06.07.04 0,60
26.07.04 0,39 02.07.04 0,51
27.07.04 0,37 07.07.04 0,51
28.07.04 0,34 08.07.04 0,51 2,4; 0,5
29.07.04 0,37
30.07.04 0,34 0,32; 0,56 26.07.04
27.07.04 0,37
30.08.04 0,34 28.07.04 0,47
29.07.04 0,33
06.09.04 0,17 0,65; 0.17
07.09.04 0,15 03.08.04 0,19 0,21; 0,5
08.09.04 0,27
09.09.04 0,17
10.09.04 0,24
99
Рис. Показатели вакуума в конденсаторе 300-КЦС-1 блока №9 (СУГРЭС) с турбиной К-300-240 © Проблемы энергетики, 2007, № 1-2
Обсуждение результатов
Известно, что если показатели фактического вакуума больше нормируемых показателей, то вакуум считает оптимальным. Из данных, представленных на рисунке, видно, что если в 1999 г было около 70 % результатов, при которых фактический вакуум ниже нормативного значения, то в 2005 г. - около 40 %. Следует отметить, что расхождения наиболее характерны для летнего периода времени и связаны не только с качеством воды в системе охлаждения, но и с особенностями работы оборудования в данный период.
Очевидно, что снижение биомассы в воде, поступающей на ГРЭС, привело к стабилизации значения рН (ниже 7,6), поскольку ионный состав воды в данный период времени не претерпел существенных изменений. Учитывая, что от значения рН зависит состав и свойства природных органических примесей [3], можно предположить, что снижение рН исходной воды должно непременно повлиять на качество очищенной воды и состояние анионитов.
Как правило, схемы обессоливания для подготовки добавочной воды ГРЭС включают три стадии ионного обмена. Основная масса органических примесей задерживается на предочистке и первой ступени анионирования (ОН-1 ст.). Именно на первой ступени анионирования под воздействием природных органических примесей происходит наиболее существенное разрушение ионитов [4]. Из данных, представленных в таблице, следует, что в июле, в период максимального развития фитопланктона, в обессоленной воде (после ОН-1 ст.) увеличивается содержание РОУ. Кроме того, содержание ООУ нестабильно. Это свидетельствует о том, что в исходной воде увеличивается доля органических примесей нейтрального типа, а также примесей, которые являются продуктами деструкции ионита и находятся в нерастворенном состоянии, поэтому значение показателя ООУ не стабильны. К сожалению, до 1999г. не было методики определения РОУ и не существовал методологический подход к оценке деструкции ионитов, поэтому нет соответствующих данных за этот период времени, но в таблице приведены аналогичные результаты по качеству обессоленной воды после первой ступени анионирования на водоподготовке Рефтинской ГРЭС (РефтГРЭС). Сравнивая данные, можно заключить, что содержание РОУ также увеличивается в июле, более того, содержание РОУ и ООУ - значительно выше. Безусловно, что это связано с содержанием и свойствами органических примесей в исходной воде, а также процессом предварительной очистки воды (предочистки).
По показателю «окисляемость», косвенно характеризующему содержание природных органических примесей, содержание природных органических примесей в исходной воде, поступающей на РефтГРЭС, несколько ниже: окисляемость исходной воды СУГРЭС в летней период времени составляет 18 - 20 мгО/дм3, на РефтГРЭС - 14-16 мгО/дм3. Однако рН исходной воды на РефтГРЭС имеет значение 8,1 - 8,2. Более того, предочистка осуществляется процессом известкования с коагуляцией при рН 10,1 - 10,2 т.е. максимальное количество органических примесей, поступающих на ОН-1 ст., находится в растворенном состоянии.
Выводы
Состояние конденсаторов, анионита на I ступени водоподготовки и качество очищенной воды зависят от содержания и свойств органических примесей в исходной воде.
Свойства органических примесей в исходной воде зависят от величины рН, которая определяется не только ионным составом воды, но и содержанием в исходной воде водохранилища фитопланктона.
Для решения проблемы «теплового» загрязнения водохранилищ-охладителей целесообразно использовать биологический метод.
В водохранилищах-охладителях ТЭС возникает повышенная температура воды (на 5-7°С), в связи с чем предприятия энергетики являются источниками «теплового» загрязнения водоемов, возникают производственные проблемы, связанные с качеством воды, которая используется в производственном процессе. Показано, что для решения проблем эффективен биологический метод.
Summary
In water basins-coolers ТЭС there is a raised{an increased} temperature of water (on 5-7°С) in this connection the enterprises of power are sources of "thermal" pollution of reservoirs, there are the industrial problems connected with quality of water which is used in production. It is shown, that for the decision of problems the biological method is effective.
Литература
1. Лавров Ю.А. Экологические проблемы энергетики. - Новосибирск: НГТУ, 1998. - 113.с.
2. Пат. 2276109 Российская Федерация. Способ биологической очистки воды водохранилищ-охладителей тепловых и атомных электростанций / Зубарева Э.Л., Злодеев В.П. Опубл 10.05.06., Бюл.№13.
3. Механизм сорбции гумусовых веществ слабоосновными анионитами Мамченко А.В., Вайнман А.Б., Пилипенко И.В. и др. // Химия и технология воды. - 1997. - Т.19. - № 5. - С.488-505.
4. Белоконова Н.А., Корюкова Л.В. Методологический подход к контролю содержания органических соединений в обессоленной и питательной воде // Воднохимические режимы и водоподготовка на ТЭС: Сборник докладов научнотехнического семинара. - М.:РАО «ЕЭС России», 2004. - С.5-17.
Поступила 12.10.2006
