Методы термической обработки отходов сточных вод

     Если  концентрат после ДОУ или ИМВ  поступает на дальнейшую переработку  в ВВКУ, то в зависимости от конечного  продукта, получаемого на ВВКУ при  предельном выпаривании, возникают  специальные требования к предварительной  обработке сточных вод.

     Первые  требования к сточным водам, поступающим  на переработку, - обеспечение стабильности качества и формирование определенной совокупности свойств, под которые  подбираются определенные ДОУ, ИМВ, ВВКУ и вспомогательное оборудование. Стабильность качества обеспечивается установкой приемных баков определенного  объема, как правило, обеспечивающих 8 - 24 ч работы оборудования, а для  формирования определенной совокупности свойств все сточные воды предлагается разбить на три группы.

     При рассмотрении способов обработки сточных  вод первоначально выявляется наличие  взвешенных веществ и органических соединений. Если взвешенные вещества достаточно полно удаляются в  осветлителях и механических фильтрах, то органические соединения удаляются  только частично, создавая в последующем  проблемы с вспениванием упариваемого раствора и кристаллизацией солей.

     Солесодержание  стоков в группе рассматривается  как "заданность" и мало поддается регулированию. Но это важный показатель, определяющий степень концентрирования стоков на первом и втором этапах упаривания, а также чистоту поверхности нагрева аппаратов. От значения солесодержания исходных стоков зависит состав цепочек по переработке стоков.

     Ключевым  показателем по химическому составу  стоков в группах является содержание накипеобразующих катионов кальция  и магния. При упаривании достигается  произведение растворимости карбоната  и сульфата кальция, гидроокиси и  гидросиликата магния, что приводит к загрязнению теплопередающих  поверхностей аппаратов накипью  и необходимости вывода их на химическую промывку, поэтому обеспечение минимального содержания катионов кальция и магния в водах, поступающих на переработку, является главным требованием при  предварительной обработке вод.

     Для удаления вышеназванных загрязнений  предусматривается предварительная  обработка стоков. Для вод первой и третьей групп рекомендуется  обработка в осветлителях путем  коагуляции с содощелочением или  содоизвесткованием с последующей  фильтрацией в механических фильтрах. В результате обработки должна быть получена вода следующего качества:

1. жесткость ≤ 1,0 мг-экв/л;
2. щелочность ≤ 1,5 ÷ 2,0 мг-экв/л.

     Сточные воды второй группы, как правило, не требуют предварительной обработки. В зависимости от качества вод  в группах возможна частичная  обработка вод, например только содирование  или щелочение. Конкретные требования к качеству питательной воды для  установок определяют разработчики оборудования.

     Для предотвращения карбонатной накипи и углекислотной коррозии вода после  предварительной обработки должна подкисляться до рН 4,5 - 5,5 (до деаэратора) и щелочности 0,7 - 0,9 мг-экв/л. Для проведения подкисления предусматривается  соответствующее баковое оборудование для приема, хранения и дозирования кислоты, дозировочные насосы и т.д.

3.5. Критерии выбора термодистилляционного и выпарного оборудования

     Все сточные воды объединяются в три группы.

     Воды  первой группы самые большие по количеству и представляют опасность для  выпарного оборудования с точки  зрения образования сульфатно-карбонатно-кальциевой и гидро-силикатно-магниевой накипи.

     Количественное  содержание сульфата или хлорида  натрия в обрабатываемых стоках определяет целесообразность их переработки на конечный продукт. Эти два фактора, как правило, определяют технологическую  схему переработки вод этой группы, схемы для различных сточных  вод могут различаться только фрагментами. Рекомендуемая технологическая  схема, приведенная на рис. 1, содержит полный набор оборудования, позволяющего переработать стоки на конечный продукт. В зависимости от упомянутых выше двух факторов разрабатываемые схемы  могут не содержать отдельных  фрагментов по сравнению с рекомендуемой.

     Схема содержит следующие технологические  переделы:

1. отделение нейтрализации и усреднения стоков;
2. отделение предварительной обработки воды с механической фильтрацией;
3. отделение частичного концентрирования стоков;
4. ВВКУ;
5. отделение фильтрации и хранения готовых солевых продуктов;
6. отделение сгущения шлама осветлителей;
7. отделение сушки и обжига шлама осветлителей и хранения строительной извести;
8. конденсатоочистку.

     Определяющим  фактором для нормальной работы установки  в целом является успешная работа отделения нейтрализации и усреднения стоков.

Рис. 3. Принципиальная схема установки по обработке вод первой группы:

1 - установка  нейтрализации; 2 - перекачивающие насосы; 3 - бак-усреднитель; 4 - осветлитель; 5 - бак  осветленной воды; 6 - механический  фильтр; 7 - деаэратор; 8 - промежуточный  бак; 9 - ДОУ или ИМВ; 10 - выпарная  установка; 11 - классификатор; 12 - приемный  бак; 13 - центрифуга; 14 - бак фугата; 15 - приемный бункер; 16 - трансформатор; 17 - автопогрузчик; 18 - бак-мешалка; 19 - фильтр-сгуститель; 20 - бак воды; 21 - распылительная сушилка; 22 - установка газоочистки; 23 - пневмотранспортный  реактор; 24 - шнековый разгрузчик; 25 – конденсатоочистка [4]

Рекомендуемая схема узла нейтрализации и усреднения стоков показана на рис. 4. Предусматривается раздельный сбор кислых и щелочных вод в баки. В дополнение к кислым водам от ВПУ в эти же баки подаются кислые и щелочные воды от химических промывок оборудования. Емкость должна быть рассчитана на 8-часовой запас сточных вод и снабжена эрлифтом для перемешивания вод. Дополнительно перемешивание вод осуществляется циркуляционными насосами. Кислые и щелочные воды после баков подаются в смеситель, где происходит их взаимная нейтрализация. Время нахождения воды в смесителе - 15 - 20 мин. Для нейтрализации избыточной кислоты или щелочи в смеситель подводится дополнительно от специальных установок концентрированная кислота или щелочь. Нейтрализованные стоки из смесителя направляются в гидроциклон, где освобождаются от взвеси, а затем - в приемные баки-усреднители установки предварительной обработки воды, рассчитанные на 8-часовой запас работы установки. В эти же баки в зависимости от технологии подаются воды ГЗУ, продувочная вода градирен (если есть ограничения на ее сброс в водоисточник). Очищенные замасленные и замазученные воды, промливневая вода после очистки на локальных сооружениях могут быть возвращены в цикл электрической станции. Необходимость направления их на термообработку рассматривается индивидуально. После усреднения и подогрева стоки подаются на предварительную очистку воды в осветлители. Рекомендуются два типа обработки воды:

• содо-щелочной;
• содо-известковый.

Рис. 4. Принципиальная технологическая схема узла нейтрализации:

1 - бак  кислых вод; 2 - бак щелочных вод; 3 - циркуляционные насосы; 4 - смеситель; 5 - гидроциклон; 6 - бак кислоты; 7 - бак  щелочи; 8 - дозатор кислоты; 9 - дозатор  щелочи [4] 

     Продувочные воды после осветлителей направляются в отделение сгущения, а обработанная в осветлителе вода, пройдя механические фильтры, поступает в приемные баки первой стадии частичного концентрирования и получения дистиллята, рассчитанные на 8 - 24 ч работы установки. На стадии частичного концентрирования в ДОУ  или ИМВ осветленная вода дополнительно  обрабатывается кислотой для корректировки pH, после чего проходит декарбонизацию и деаэрацию в декарбонизаторах и деаэраторах.

     На  стадии частичного концентрирования вода упаривается в 20 - 25 раз и направляется затем в ВВКУ для предельного  упаривания, а полученный дистиллят  направляется на конденсатоочистку. Качество дистиллята, полученного в ДОУ, следующее:

• жесткость - 60 мкг-экв/л;
• содержание меди - 20 мкг/л;
• содержание железа - 70 мкг/л;
• содержание двуокиси углерода - 1,5 мг/л;
• сухой остаток - 10 мг/л.

     Качество  получаемого дистиллята в каждом конкретном случае согласовывается  с заводом-изготовителем или разработчиком  оборудования.

     В состав конденсатоочистки рекомендуется  включать механические фильтры и  ФСД. В ВВКУ происходит кристаллизация солей сульфата и хлорида натрия. В зависимости от того, будет ли получаться одна или две соли, схема ВВКУ проектируется в одну или две стадии. На первой стадии выделяется сульфат натрия, на второй - хлорид натрия.

     Выпавшие  кристаллы сульфата или хлорида  натрия через классификатор и  промежуточный бак направляются на фильтрацию и обезвоживание на центрифугах, после которых попадают в бункер хранения, а из него направляются потребителю.

     Продувочная вода после осветлителей в отделении  сгущения фильтруется через фильтры-сгустители, сгущается до определенной концентрации и направляется в распылительную сушилку, а осветленная вода вновь  возвращается в осветлители. Высушенный шлам, пройдя систему газоочистки  и промежуточных бункеров, поступает  на термический обжиг в пневмотранспортный реактор. В результате обжига получается строительная известь, которая направляется на склад или в производство. Возможна сушка и обжиг шлама в одну стадию, но этот процесс неэкономичен с точки зрения энергетических затрат.

     Узел  нейтрализации и установка предварительной  обработки воды являются типовыми для  энергетики и проектируются в  основном в соответствии с существующими  нормами технологического проектирования ТЭС и АЭС.

     На  первой стадии частичного концентрирования сточных вод тип устанавливаемого оборудования зависит от производительности установки. При производительности до 100 т/ч рекомендуется устанавливать ИМВ, горизонтально-трубную пленочную ДОУ ГТПА (рис. 6) или ДОУ мгновенного вскипания (рис. 7); свыше 100 т/ч - ДОУ ГТПА или ДОУ мгновенного вскипания. Первичная температура переработки стоков в первом аппарате установок должна быть не выше 100°С. Выбор оборудования определяется технико-экономическим расчетом.

Рис. 5. Испаритель мгновенного вскипания:

1 - подогреватель; 2 - камера расширения; 3 - камера конденсации; 4 - эжектор; 5 - циркуляционный насос; 6 - бак дистиллята; 7 - насос дистиллята; 8 - бак циркуляционной воды [4]

Рис. 6. Принципиальная схема ДОУ:

1 - испаритель  горизонтально-трубный, пленочный; 2 - подогреватели; 3 - промежуточный  бак упаренных стоков; 4 - промежуточный  бак дистиллята; 5 - перекачивающие  насосы; 6 - вертикальный испаритель  с принудительной циркуляцией; 7 - отстойник; 8 - бак сбора дистиллята; 9 - конденсатор; 10 - деаэратор; С1 - самоиспаритель;

——— - исходные стоки;---------- - греющий пар; −∙−∙дистиллят;

 водопроводная вода [4]

Рис. 7. Принципиальная схема ДОУ:

1, 2 и  3 - аппараты мгновенного вскипания; 4 - головной подогреватель; 5 - вспомогательный  конденсатор; 6 - деаэратор; 7 -отстойник; 8 - бак - сборник дистиллята; 9 - конденсатоотводчик; 10 - расширитель; 11 - пароэжекторный  блок; 12 - насосы циркуляции раствора; 13 - насосы подачи исходных стоков; 14 - насосы откачки дистиллята; 15 - насосы откачки конденсата;

——— - раствор; ∙— — дистиллят;

 пульпа; --------- пар [4] 

     Упаривание  в ВВКУ рекомендуется производить  в вертикальных аппаратах с принудительной циркуляцией, вынесенной греющей камерой  и зоной кипения (рис. 8). Как правило, необходимо предусматривать не менее двух аппаратов в одной установке (рис. 9). Оборудование ДОУ, ИМВ является нестандартным, за чертежами следует обращаться в НИИХИММАШ, г. Екатеринбург (ДОУ) и УралВТИ, г. Челябинск (ИМВ).

Рис. 8. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:

a₁ и a₂ - вход раствора (D_y 150 мм); б- выход раствора (D_y 200 мм); в- вход греющего пара (D_y 600 мм); г- выход пара промперегрева (D_y 1000 мм); d_{1, 2} - опорожнение (D_y 150 мм); e₁ и e₂ - вход дистиллята (D_y 100 мм); ж- выход дистиллята (D_y 150 мм);

C₁-C₅ - люк (D500 мм); и - вход неконденсирующихся газов (D_y 80 мм)

Примечание. Масса  аппарата 26800 кг, при гидроиспытании - 151300 [4]