Читать лекция по экологии: "Сточные воды ТЭС и их очистка". Сточные воды тепловых электрических станций. Очистка и повторное использование их Сточные воды тэс тепловое загрязнение

Теплоэнергетика - отрасль, вносящая существенный вклад в загрязнение природной среды. Степень вреда сточных вод тепловых электростанций для окружающей среды зависит от многих факторов, главный из которых - химический состав сбрасываемых сточных вод. Наиболее опасными для природных водоемов считаются сбросы, содержащие масло- и нефтепродукты , а также тяжелые металлы . Для этих загрязнителей предусматриваются жесткие нормативы по остаточным концентрациям, что требует серьезного отношения к технологиям очистки промышленных сточных вод .

Ввод в действие современных и усовершенствованных технологий водоочистки одновременно решает следующие задачи:

• Реализация процессов умягчения , обезжелезивания и очистки производственного конденсата.
• Очистка отработанных отмывочных и моющих растворов, содержащих едкие и концентрированные соединения (кислоты, щелочи), в том числе растворов для промывки паровых котлов.
• Очистка замасленных технических вод, подвергающихся сбросу.
• Очистка и отделение шламов и масел от ливневых и талых сточных вод , собранных с территории предприятия.

Поэтапная технология очистки сточных вод на предприятиях теплоэнергетики включает в себя следующие процессы:

1. Механическая очистка для удаления из воды крупных частиц, всплывающих и легко осаждаемых взвесей.
2. Этап физико-химической очистки - служит для удаления частично растворенных, эмульгированных и взвешенных в объеме воды загрязняющих веществ.
3. Глубокая очистка (доочистка) . Степень эффективности этого этапа очистки зависит от санитарно-гигиенических требований к стокам и категории водоема, куда осуществляется сброс очищенной воды. Требования к очистке оборотной воды обуславливаются технологией.

Как можно судить из практического опыта, в настоящее время для очистки сточных вод теплоэнергетики по большей части используют традиционные методы, не позволяющие добиться высокой степени чистоты сточной воды. Очистные сооружения работают по принципам механической и химической очистки, а новые эффективные методы почти нигде не внедряются из-за высоких затрат по модернизации и переоборудованию очистных сооружений.

К факторам, негативно влияющим на процессы очистки сточной воды, относят:

• длительный срок эксплуатации очистных сооружений;
• физическое и моральное старение оборудования, накопление изношенности техники;
• малоэффективные, устаревшие технологии очистки;
• нарушения режима эксплуатации водоочистных комплексов;
• большие нагрузки на очистные сооружения, превышающие их проектные показатели;
• недофинансированность и несвоевременность ремонтных работ;
• нехватка и низкая квалификация обслуживающего персонала.

Одно из неприятных последствий неэффективной работы промышленной водоочистки - превышение допустимой нагрузки на городские системы биологической очистки. Решение этих сопряженных проблем требует новых технологий, строительства или глубокой модернизации существующих очистных сооружений.

Новые системы водоочистки необходимо проектировать по принципу модульности. Модульные очистные системы позволят создать очистной комплекс, который будет наилучшим образом подходить под параметры сточной воды (расход, химический состав, степень загрязненности) и соответствовать требованиям к очищенным сточным водам в месте сброса.

Argel

Сточные воды от разных источников очищают соответствующими методами.

· От систем охлаждения теплоэнергетического

оборудования

Применяют оборотные системы охлаждения: с градирнями,

с брызгальными устройствами, с прудом-охладителем. С внедрением оборотных систем охлаждения происходит ухудшение качества воды в процессе испарения и капельного уноса, которое существенно ухудшает технико-экономические показатели работы теплоэнергетического оборудования.

Для борьбы с биологическими обрастаниями и минеральными отложениями в трубках конденсаторов используют следующие методы: механические (резиновые шарики, циркулирующие в трубках конденсаторов); электромагнитную обработку воды; химические (подкисление, декарбонизация, обработка фосфатами – ОЭДФК, хлором и т.д.).

Применяют метод поддержания оптимального солевого баланса в системе, направляя продувочные воды градирен на ВПУ для подготовки подпиточной воды теплосети (этот вариант применен на многих ТЭЦ).

К биологическим методам борьбы относится, в частности, разведение растительноядных рыб в водоемах (в системе с прудами-охладителями). Если в системы охлаждения не производится сбросов других видов сточных вод, то практически с химической стороны они не угрожают водоемам. Однако следует сказать, что в системы охлаждения обычно включаются также и маслоохладители турбин, что часто приводит к перетоку масла в охлаждающую воду, которое затем попадает в водоемы. В последнее время используют надежные пластинчатые маслоохладители, снявшие и эту проблему.

· От водоподготовок и конденсатоочисток

С экономической точки зрения, основным направлением по сокращению количества сбрасываемых солей с установок ВПУ является применение современных технологий обработки воды со сниженными расходами реагентов.

При обработке стоков ВПУ следует различать две группы сточных вод: сбросы с установок предочистки и сбросы с установок обессоливания.

Методы предочистки органично входят в существующие схемы ВПУ и должны сохранять свое значение и в ближайшей перспективе. Важным преимуществом предочистки перед другими методами, с точки зрения охраны водоемов, является то, что сбрасываемые примеси находятся в воде в виде осадков. Это значительно упрощает их отделение от воды.

Наиболее предпочтительны схемы обработки продувочной воды осветлителями, при использовании которых осветленная продувочная вода может быть возвращена обратно в ВПУ. С точки зрения уменьшения габаритов площадей, занятых под установку нейтрализации и утилизации шлама, наиболее интересна схема с возвратом продувочной воды в ВПУ без ее нейтрализации и с обезвоживанием шлама на пресс-фильтрах или барабанно-вакуумных фильтрах. При этом на ВПУ может быть возвращено максимально возможное из всех вариантов количество осветленной воды, а следовательно, возможные расходы реагентов на предочистке и количество сбрасываемых примесей (в частности, в виде шлама) будут минимальны. В этом случае также существенно сокращаются площади, необходимые для организации шламоотвала. В России в свое время проводили опытно-промышленные испытания по обжигу шлама осветлителей в аппаратах погружного горения и получению из него вновь извести, которую можно опять использовать в схеме ВПУ. Широкого применения этот метод не нашел из экономических соображений. В настоящее время, как правило, продувочные воды подвергают отстою, после чего осветленная вода возвращается в цикл, а концентрированный шлам с частью воды направляется через систему ГЗУ на золоотвал.

Если не считать некоторого количества грубодисперсных примесей, поступающих в сточные воды с обессоливающей части ВПУ при взрыхлении фильтров, эти воды представляют собой истинные растворы солей, что в значительной мере затрудняет задачу их обработки. Это относится и к продувочным водам испарителей и паропреобразователей.

В настоящее время такие сточные воды в зависимости от местных условий рекомендуется направлять: 1) в водоемы с соблюдением санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований к качеству воды водоема в расчетном растворе; 2) в систему гидрозолоудаления с использованием на нужды гидротранспорта и золы и шлама; 3) в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях; 4) на выпарные установки; 5) в подземные водоносные горизонты, не пригодные для хозяйственных целей и надежно изолированные от подземных вод, используемых для водоснабжения. Промывочные воды электромагнитных фильтров сбрасываются в золо- и шламоотвалы.

При сбросе сточных вод ВПУ следует учитывать их резкопеременный расход и значительные колебания значений рН. Поэтому рекомендуется собирать сточные воды ВПУ в специальные баки-усреднители. Емкость таких баков надо выбирать с учетом циклов регенераций фильтров. При сбросе сточных вод ВПУ в системе гидрозолоудаления (ГЗУ) эти воды не должны изменять состав воды, циркулирующей в системе, т.е. не приводить к появлению отложений.

Однако наибольшее распространение получил процесс нейтрализации известковым молоком, так как в этом случае не столь резко повышается солесодержание, как при применении других реагентов. Объясняется это тем, что нейтрализация известью сопровождается образованием осадка, который может быть выведен из воды.

Технологический процесс нейтрализации состоит в заполнении баков-нейтрализаторов кислыми и щелочными водами, подаче определенного количества нейтрализующего реагента и перемешивания жидкости в баке до установления постоянного значения рН нейтрализованной воды.

Для снижения выбросов на ВПУ повторно используют взрыхляющие, регенерационные и промывочные воды. Однако существенно сократить сбросы можно лишь в случае применения современных технологий обработки воды (противоточные и двухпоточно-противоточные схемы ионирования), которые позволяют снизить расход реагентов (кислоты и щелочи) до 1,5 стехиометрий по отношению к количеству задержанных солей. Эти технологии в различных модификациях широко и давно применяются за рубежом и все большее применение находят и в России. Обессоливающая установка по данной технологии длительное время находится в эксплуатации на Волжской ТЭЦ-2, при этом удельные расходы реагентов составляют 1,7…1,8 г-экв./ г-экв.

Значительно отличаются от химического обессоливания мембранные технологии обессоливания воды (электродиализ и обратный осмос). В этом случае обессоливание происходит практически без применения реагентов, только за счет ионообменных мембран, т.е. в природу возвращают то же количество солей, которое было взято из нее с водой, но только в более концентрированном виде (в меньшем количестве воды). Необходимо иметь в виду, что мембранные технологии очистки воды экономически целесообразны, как правило, при низком качестве исходной воды в 2…4 раза худшем, чем средняя вода. Установка обратного осмоса (УОО) производительностью 50 м3/ч находится в эксплуатации на Воронежской ТЭЦ. Предварительная очистка воды перед подачей ее на УОО осуществляется на предочистке (коагуляция с известкованием и очистка от взвешенных на механических фильтрах) и последующем умягчении на Na-катионных фильтрах. Одноступенчатая электродиализная установка (УЭО-100-4/25) производительностью 100 м3/ч позволила, например, снизить содержание солей в воде на 75 \%. Принципиальная схема ХВО на базе электродиализных установок строится по принципу: предочистка; доочистка на фильтрах тонкой очистки; обессоливание на электродиализных установках; доочистка на ионообменных фильтрах и ФСД.

Широкое применение в энергетике (как в России, так и за рубежом) нашел метод подготовки добавочной воды паровых котлов с использованием испарителей. Наиболее перспективными и оптимальными с экономической точки зрения являются испарители мгновенного вскипания (ИМВ). Перед подачей воды на испарители необходима такая же предварительная очистка, как и для УОО.

Применяемый в настоящее время практически на всех российских электростанциях с прямоточными котлами кислородный водно-химический режим позволяет увеличить фильтроцикл фильтров конденсатоочистки (БОУ) в 3…5 раз, снижая тем самым сбросы в окружающую среду в такое же количество раз.

· от нефтепродуктов

Отстаивание – наиболее распространенный метод выделения нефтепродуктов из сточных вод различных предприятий. Главные причины этого – самопроизвольность, экономичность процесса и кажущаяся очевидной простота расчета и проектирования отстойных сооружений.

Флотация дисперсных частиц из сточных вод основана на способности их закрепляться на погруженной в воду гидрофобной поверхности. В качестве такой поверхности обычно используют поверхность пузырьков газа, которым до этого насыщают обрабатываемую жидкость. Всплывающие или образующиеся в объеме жидкости пузырьки захватывают частицы и транспортируют их к поверхности, откуда частицы удаляют в виде концентрата.

Насыщение воды воздухом в установках напорной флотации производят растворением его под давлением в напорных резервуарах. Сточную воду забирают насосом из накопительного резервуара и подают в напорный бак. На линии рециркуляции воды из напорного патрубка насоса во всасывающий патрубок установлен воздушный эжектор, подающий воздух в объеме 3…5\%-го расхода воды через насос. Сжатая в насосе паровоздушная смесь выдерживается в напорном резервуаре в течение 3…5 мин, после чего через дросселирующую арматуру подается во флотоотстойник, где пузырьки, проходя через слой воды, флотируют частицы нефтепродуктов.

Средняя эффективность очистки воды по схеме напорной флотации в таких флотоотстойниках при давлении в напорном резервуаре 4,0…4,5 кгс/см2 и с применением коагуляции составляет около 88 \%.

Фильтрование обычно используют на заключительных стадиях очистки сточных вод и на этом основании его часто относят к методам доочистки. Однако метод фильтрования может быть с успехом использован и в качестве основного, если концентрация нефтепродуктов в сточных водах, подаваемых на очистку, не превышает 10…20 мг/дм3.

Процесс фильтрования сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, основан на адгезии (прилипании) эмульгированных капель нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. В общем случае процесс фильтрования определяется множеством технологических параметров, в первую очередь свойствами пористой и фильтруемой сред, гидродинамическими режимами процесса и температурой.

При фильтровании частицы масла улавливаются слоем, заполняя часть объема пор и насыщая этот объем. Увеличение насыщения приводит к тому, что фильтрующий материал не в состоянии удержать захваченное масло и оно в виде пленки стекает по стенкам канала слоя в направлении потока. В какой-то момент времени в сечении слоя устанавливается равновесие между количеством масла, выделяющегося из потока на поверхность слоя, и количеством масла, стекающего из этого объема в виде пленки в более глубокие слои. При этом концентрация достигает критического значения, которое можно считать максимальным насыщением слоя маслом при данных условиях проведения процесса фильтрования. С течением времени фронт максимальной насыщенности сдвигается к нижней границе слоя и концентрация масла в фильтрате увеличивается. Это служит сигналом к отключению фильтра на регенерацию, если он не отключается по перепаду давления воды.

В схемах очистных сооружений тепловых электростанций в более или менее полном объеме представлены описанные выше методы очистки воды от нефтепродуктов. Загрязненные нефтепродуктами сточные воды собираются в усреднительный бак, рассчиты-ваемый обычно на двухчасовую производительность сооружений.

В баке происходит первичное отстаивание грубодисперсных нефтепродуктов и тонущих примесей (песка, продуктов коррозии и др.). Удаление всплывших нефтепродуктов производят через воронку, устанавливаемую на поплавке, а осевших примесей – через патрубок в нижней части бака. После первичного отстоя сточные воды направляются в нефтеловушку. Очищенная в нефтеловушке вода сливается в промежуточный бак и насосом подается в установку напорной флотации, после которой подвергается очистке в двух степенях фильтрования. Обычно в качестве первой ступени используют фильтры, загруженные антрацитом. Во второй ступени очистку производят на фильтрах активированного угля. Отмывку загрязненных фильтров производят горячей водой со сбросом ее в усреднительный бак.

Емкость поглощения нефтепродуктов, г/г, для различных марок активированных углей в среднем составляет: АГ-5 – 0,15; АГ-3 – 0,08; АП-3 – 0,06; БАУ – 0,04; березовский – 0,03. Как видно, наибольшей емкостью обладает уголь марки АГ-5, емкость же остальных намного ниже и примерно одного порядка. Учитывая дефицит активированных углей и их высокую стоимость, ведут поиски других сорбентов. В настоящее время взамен активированного угля предлагается биоадсорбент С-верад, не уступающий ему по емкости поглощения и в несколько раз дешевле. Поскольку С-верад иммобилизует бактерии, перерабатывающие нефтепродукты в активный ил, через определенное время в отработанном адсорбенте нефти не остается, поэтому проблем с его утилизацией не возникает.

При применении реагентной флотации сооружения дополняются реагентным хозяйством (коагулянтом), аналогичным химводоочисткам. Подачу коагулянта производят перед флотоотстойником (в энергетике схемы с применением коагулянта не нашли широкого применения из-за отсутствия существенного эффекта в его применении). Выделенные в установках сооружений нефтепродукты и осадок собирают в специальные баки, откуда перекачиваются насосами на обезвреживание (сжигание, захоронение).

Оптимальным типом сооружений как с точки зрения экономики, так и с учетом получаемого качества очистки являются: отстой, флотация, механические фильтры и фильтры активированного угля, регенерируемые паром – все аппараты выполняются из металла в наземном исполнении. Эта схема позволяет получить качество очищенной воды не более 1 мг/дм3 , при нефтесодержании подаваемой на очистку воды до 100 мг/дм3 .

· ОТ обмывок РВП и поверхностей нагрева котлов

Учитывая наличие токсичных веществ в этих сточных водах, необходимо до сброса в водоем предусмотреть их нейтрализацию и обезвреживание. Обмывочные воды направляют в баки-нейтрализа-торы, причем каждый бак-нейтрализатор должен вмещать обмывочные воды от обмывки одного РВП и реагенты для их обработки. В баках предусматривается осаждение ванадийсодержащего шлама, удовлетворяющего требованиям металлургических заводов.

На первой стадии нейтрализация осуществляется едким натром до величины рН, равной 4,5…5, для осаждения окислов ванадия и последующего отделения ванадийсодержащего шлама – на фильтр-прессах типа ФПАКМ. На второй стадии осветленную воду первого этапа раствором извести обрабатывают до величины рН, равной 9,5…10 – для осаждения окислов железа, никеля, меди, а также сульфата кальция. Полученный шлам направляют на нефильтруемый шламоотвал, а осветленная вода повторно используется для обмывок.

Средний ориентировочный размер стока обмывочных вод для крупной ГРЭС составляет 10…15 т/ч.

· Сточные воды химических очисток

Одним из основных недостатков этих сбросов являются их резкопеременный, «залповый» расход и меняющиеся концентрации, и состав примесей во время промывки. Это приводит к необходимости иметь емкости, которые как минимум должны быть рассчитаны на весь объем сбрасываемой воды с учетом ее трехкратного разбавления.

Наличие и концентрации некоторых примесей полностью зависят от метода промывки (С1-, формальдегид, гидразин и др.), в то время как концентрации железа, образователей пены практически одинаковы для всех методов. Для удобства подбора метода очистки промывочных вод их можно условно разделить на три группы по признаку влияния содержащихся в них примесей на санитарный режим водоемов:

1) неорганические вещества, концентрация которых не превышает значения их ПДК в водоемах; это сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия;

2) токсичные вещества, содержание которых значительно превышает их ПДК в водоемах; это соли железа, меди, цинка, фторсодержащие соединения, гидразин;

3) органические вещества, аммонийные соли, нитриты, сульфиды, которые могут подвергаться бактериальному или непосредственному окислению; сброс таких веществ должен рассчитываться по БПК в водоеме.

Практически при обезвреживании промывочных вод должны подвергаться выделению вещества второй группы, а окислению до допустимых БПК – вещества третьей группы.

В основном способ очистки промывных и консервационных вод зависит от вида применяемого топлива и принятой схемы удале-ния золы. С этой точки зрения есть два варианта очистки таких вод:

1) очистка на ТЭС, работающих на жидком и газовом топливе, а также на ТЭС, работающих на твердом топливе с разомкнутой системой ГЗУ;

2) очистка на ТЭС, работающих на твердом топливе с замкнутой системой ГЗУ. На газомазутных ТЭС сбросы воды от водных промывок, содержащие грубодисперсные примеси, должны для их отделения направляться в открытую емкость, объем которой выбирается в зависимости от типа котлов и объемов промываемых контуров.

На газомазутных ТЭС и ТЭС с разомкнутой системой ГЗУ схема очистки промывных вод предполагает три стадии:

1) сбор всех отработавших растворов и части наиболее загрязненных отмывочных вод (рН < 6) в емкости-усреднители;

2) выделение из раствора токсичных веществ второй группы

с утилизацией осадка в баках-нейтрализаторах;

3) очистка воды от веществ третьей группы.

При обезвреживании сточных промывочных вод основными задачами являются разрушение образовавшихся при промывках комплексов металлов с реагентами, выделение этих металлов в осадок и разрушение органических соединений. Осаждение ионов тяжелых металлов (Fe, Cu, Zn) достигается при повышении рН до 11,0 (раствором извести) в случае применения для промывок растворов соляной, адипиновой, фталевой и дикарбоновых кислот. В случае же применения цитратного раствора при рН = 10 наблюдается полное разрушение цитратных комплексов железа. Комплексы меди и цинка с трилоном не разрушаются во всем интервале значений рН.

На ТЭС с замкнутой системой ГЗУ можно проводить сброс отработавших промывочных растворов непосредственно на золоотвал, если рН осветленной воды золоотвала выше 8,0. В противном случае требуется предварительная нейтрализация промывочных растворов. В любом случае для предотвращения коррозии багерных насосов значение рН в системе ГЗУ в результате сброса не должно быть ниже 7,0. Экспериментальные данные подтверждают высокую адсорбционную способность золы по отношению к примесям второй и третьей групп.

В сбросных водах после консервации оборудования в больших количествах присутствуют гидразин, нитрит натрия и аммиак. Удобным способом разложения гидразина является обработка раствора хлорной известью или жидким хлором.

Для осуществления процесса очистки сбрасываемых консервирующих растворов используется такая схема. Отработавший раствор собирается в баке, емкость которого должна быть достаточной для приема сразу всего его количества. В качестве таких емкостей используют баки для приготовления консервирующих растворов. Если процесс очистки организуется в баке-нейтрализаторе объемом около 20 м3, то в него направляют также реагенты и пар. Для ускорения процесса очистки и продувки раствора воздухом с коэффициентом эжекции не менее 10 организуется циркуляция при помощи насоса производительностью 80…150 м3/ч и напором до 20 кгс/см

с установкой водо-воздушного эжектора.

Для разложения нитрита вводится серная кислота в количестве, на 10…15 \% большем стехиометрического. Установлено, что нитрит разлагается более интенсивно, если кислоту подавать в два приема: сначала 50 \% расчетного количества, а через 1 ч – остальную часть. Продувка воздухом содействует ускорению разложения нитрита и гидразина и отдувке аммиака. Повышение температуры позволяет сократить процесс разложения примесей и расход воздуха на отдувку газообразных компонентов.

Недостатком обезвреживания кислотой является образование вредных окислов азота, утилизация которых при данной схеме не проводится. Общий недостаток описанных выше процессов очистки промывочных и консервирующих растворов – это большой расход реагентов, который существенно увеличивает солесодержание сбра-сываемых потоков воды.

Последние 15…20 лет широкое внедрение находит экологичный способ предпусковых и эксплуатационных очисток без применения реагентов, так называемый метод горячей водо-парокисло-родной очистки и пассивации теплоэнергетического оборудования. Метод заключается в обработке поверхностей горячей водой высокой чистоты (с электрической проводимостью не более 1 мкСм/см) и паром с определенной температурой и скоростью и высокими концентрациями кислорода (до 2…3 г/дм3). В результате этой обработки удается удалить отложения (до 300 г/м2) и создать на металле прочную защитную пленку, которая имеет стойкость по отношению к агентам коррозии такую же, как нержавеющая сталь.

· Системы гидрозолоудаления

ВТИ предложен опытно-промышленный способ очистки воды ГЗУ от фтора, ванадия, мышьяка, а также фенолов, который состоит из двух стадий. На первой стадии осуществляется обработка воды известью и углекислотой от дымовых газов, что приводит к осаждению карбоната кальция из-за превышения пределов его растворимости. При этом частично снижается и содержание фтора. Вторая стадия заключается в обработке полученной жидкости сернокислым алюминием с дозировкой его около 70 мг/дм3 в пересчете на безводный продукт. Такая двухстадийная обработка позволяет снизить содержание фтора от 60 до 1,5 мг/дм3 и полностью освободить от ванадия, мышьяка и фенолов.

С появлением замкнутых систем ГЗУ поддержание оптимального солевого баланса системы стало весьма необходимым и выполняется различными способами исходя из реальных условий и экономических соображений. Где это возможно, осуществляется продувка системы в водные объекты с соблюдением необходимых условий, а также выпаривание продувочной воды при помощи специальных устройств. Для удаления отложений на трубопроводах и оборудовании ГЗУ воду обрабатывают дымовыми газами (очистка системы от отложений). Для предотвращения отложений дозируют комплексоны (ИОМС), которые при чрезвычайно малых количествах предотвращают отложения солей.

· Воды тракта топливоподач

Загрязненные воды в основном подвергают отстаиванию, а осветленную воду используют повторно. Осевшие примеси, шлам периодически удаляют, отвозя его на штабель угля.

· Очистка и повторное использование

поверхностного стока ТЭС

При выборе схем очистки и использовании поверхностного стока нужно учитывать водный баланс электростанции, специфику ее эксплуатации (т.е. необходимую степень очистки стока) и экономическую целесообразность различных вариантов очистки и использования этих вод.

Возникновение дождевого стока вызывает необходимость строительства регулирующей емкости. Схема включает: песколовку, разделительную камеру, водосливное устройство, регулирующую емкость и отстойник. Если технология использования поверхностного стока не позволяет ограничиться полученной глубиной очистки (отстаиванием), необходимо предусмотреть дополнительное фильтрование. Доочищать сток можно на фильтрах, загруженных полукоксом канско-ачинских углей (КАУ) или антрацитом.

В зависимости от условий эксплуатации ТЭС можно рассматривать следующие основные схемы применения поверхностного стока: в оборотной системе охлаждения, для подпитки станционных систем водопользования (на химводоочистке или в испарительной установке), совместно с внутристанционными нефтесодержащими стоками, для смыва золы и шлака в систему гидрозолоудаления.

При использовании поверхностного стока для подпитки оборотной системы охлаждения, несмотря на повышенную в отдельные периоды минерализацию стока, карбонатная щелочность относительно невысока, поэтому подача его в оборотную систему не приведет к заметному нарушению ее водно-химического режима.

На химводоочистку с предварительной очисткой поверхностный сток может быть подан после отстаивания; на водоочистках без предочистки требуется дополнительная фильтрация. Если на электростанции имеются сооружения для очистки нефтесодержащих сточных вод, то поверхностный сток может направляться на них. При наличии нефтеловушек сток только аккумулируется, при их отсутствии он направляется на очистные сооружения после отстаивания. При подаче поверхностных вод в систему гидрозолоудаления требуется только аккумулирование стока. Очистка и использование поверхностного стока в цикле электростанции позволяет уменьшить загрязнение водоемов и водопотребление ТЭС.

Лекция 17

Анализ методов снижения и предотвращения загрязнения водных бассейнов стоками ТЭС

К сточным водам тепловых электрических станций отно­сятся: охлаждающие воды (после охлаждения конденсаторов турбин, масло - и воздухоохладителей и пр.); сбросные воды из систем гидрозолоудаления; сточные воды водоподготовительных установок и конденсатоочисток; отра­ботавшие растворы после химической очистки теплосилового оборудования и его консервации; нефтезагрязненные воды; растворы от обмывок поверх­ностей нагрева котлов, работающих на мазуте. Количество этих стоков и их состав весьма различны и зависят от мощности ТЭС, вида используемого топлива, принятого способа водоподготовки, системы золоудаления и других факторов.

Для уменьшения загрязнения водоемов сточными водами ТЭС возможны два пути:

1) глубокая очистка всех стоков до предельно допустимых кон­центра­ций (связан с большими затратами на сооружение и эксплуатацию соответ­ствующих установок);

2) организация систем повторного использования стоков - оборотных си­стем, с многократным использованием воды. При этом очистка стоков до ПДК уже не обязательна, достаточно довести их качество до уровня, требуемого технологическим процессом, в котором они снова будут использоваться.

Второй путь ведет к резкому сокращению количества воды, забираемой тепловой электростанцией, и создает основы для разработки бессточных систем. В целом, реализация изложенных выше методов и средств очистки в сочетании с рациональным водопользованием на ТЭС позволит сделать их бессточными.

Сточные воды после химических промывок. Из-за использования большого количества различных техноло­гий химических очисток оборудования образующиеся при них сто­ки весьма разнообразны по своему химическому составу и разрабо­тать типовые решения по их переработке очень трудно.

Заводом «Котлоочистка» воды после химических промывок рекомендуется собирать в баки, целесообразнее всего на узле нейтрализации обмывочных вод РВП, а при его отсутствии на специально построенном узле нейтрализации, и нейтрализовать их известью, отделять гидрооксиды тяжелых металлов на вакуумном или камерном фильтре, а шлам подвергать захоронению.

Если для промывки применялись минеральные кислоты, то оставшуюся воду можно небольшими порциями подавать на установку солевых стоков химводоочистки; если использовались органические кислоты, то воду необходимо сбрасывать в бассейны-шлаконакопители или упаривать.

В последние годы предпринимаются попытки при очистке поверхностей нагрева отказаться от применения химических реагентов или резко сократить их количество, отказавшись от органических кислот. Разработанная ВТИ, МЭИ, Мосэнерго, ГЭЦ-25 Мосэнерго парокислородная очистка позволяет для предпусковых очисток на блоках СКД совершенно не исполь-ювать химреагенты, а на барабанных котлах применять минеральные кислоты только для очистки экранных поверхностен нагрева (по упрощенной технологии с последующей пассива­цией их паром и кислородом).

Нефтесодержащие сточные воды. Проблема предотвращения сброса нефтесодержащих сточных вод в основном решена. В настоящее время требуется совершенст­вование существующих установок для очистки этих вод, в частнос­ти, переход на использование малогабаритных маслонефтелову-шек, фильтров «Полимер», а также более широкое применение фильтров с активированными углями. Хорошим сорбентом для установок по очистке нефтесодержащих стоков является полукокс канскоачинских углей. Однако вопрос о промышленном производстве полукок­са (в том числе и активированного) до сих пор не решен, несмотря на многочисленные лабораторные и промышленные исследования, подтвердившие его эффективность и необходимость применения на предприятиях энергетики.

Для предотвращения загрязнения охлаждающих вод через неплотности маслоохладителей целесообразно использовать плот­ные маслоохладители нового поколения МБР.

На ТЭС, где мазут является основным или резервным топливом, необходимо предусматривать в мазутохозяйстве предварительную очистку подтоварных вод на нефтеловушке производитель­ностью 10-20 мУч.

Продувочные воды систем гидрозолоудаления (ГЗУ). Эти воды содержат соединения фтора, мышьяка, ванадия, минеральные соли. Несмотря на содержание токсичных компонен­тов до настоящего времени около 50 электростанций работают с прямоточными системами ГЗУ, воды из которых сбрасывают в водоисточники. Необходимо прежде всего перевести все систе­мы ГЗУ на оборотный цикл и добиться максимального сокращения их продувок.

Сточные воды водоподготовительных установок. Существенную роль в повышении экологической чистоты ТЭС играют совершенствование схем водоподготовки и улучшение вводно-химического режима.

Необходимость предотвращения загрязнений природных водоемов стоками водоподготовительных установок (ВПУ) привела к значительному усложнению их схем, увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов на обработку и утилизацию минерализованных стоков.

Хотя содержащиеся в сточных водах ВПУ нейтральные соли не являются токсичными, эти стоки служат основным объектом природоохранной деятельности. Наиболее простой и дешевый способ их сокращения - совершенствование технологического оборудования, его эксплуатации и ремонтов с целью умень­шения потерь воды и пара, на отдельных электростанциях они составляют 10% и более (на некоторых достигнуты реальные потери менее 1,5%).

Под бессточностью ВПУ подразумевается достижение такого качества сточных вод, которое обеспечивает возможность их повторного использования в цикле ТЭС. При этом если солесодержание обработанной сточной воды не превышает солесодержания исходной воды, допускаются качественные изменения воды по сравнению с исходной (например, замена бикарбонат-иона хлорид - или сульфат-ионом, катиона кальция или магния катионом натрия и т. д.).

Бессточность (малосточность) обеспечивается за счет перевода растворимых солей в нерастворимые непосредственно внутри технологи­ческого цикла или с помощью дополнительных реагентов. Поэтому бес­сточная ТЭС не является безотходной.

При проектировании ВПУ главное внимание должно быть уделено максимально возможному уменьшению объема стоков путем повторного их использования в качестве взрыхляющих, регенерационных и отмывочных вод. Это позволит сократить потребление воды для ВПУ из внешнего источника и уменьшить объем стоков на 30-40%.

На электростанциях, сжигающих твердое топливо, минерализованные стоки обычно используются для транспортирования золошлаковых отходов.

Перспективным является совершенствование технологии ионного об­ме­на для сокращения количества сточных вод.

Перспективны комбинированные методы обессоливания, включающие мембранные аппараты (обратный осмос, электродиализ) или испарители мгновенного вскипания с дообессоливанием воды на ионообменных филь­трах.

Термический способ подготовки добавочной воды отличается от химического обессоливания меньшей чувствительностью к повышенной минерализации и содержанию органических загрязнителей в исходной воде. Количество сточных вод после испарителей может быть сокращено до 5 – 10% исходного, а их минерализация повышена до 100 г/л и более. Однако эти установки требуют дополнительного резервирования из-за их меньшей маневренности, а это определяет высокую металлоемкость схемы в целом.

Использование испарителей мгновенного вскипания позволяет применять для их подпитки воду, прошедшую упрощенную предподготовку.

При переходе к мембранным или термическим методам приготовления обессоленной воды количество забираемых из природного водоема солей будет соответствовать количеству сбрасываемых, но большей концентрации. Однако в пределах зоны рассеивания в водоеме это изменение практически не скажется на общем его солесодержании.

Для существующих оборотных систем охлаждения с кратностями упаривания 1,5-2,0 разработана и широко внедрена эффективная технология стабилизации карбоната кальция, позволяющая во многих случаях без больших капитальных затрат сократить продувку системы. Разработана также технология обработки воды для систем с большими кратностями упаривания (более 10,0) и минимальной продувкой. Ведется проектирование систем с минимальной водной продувкой для ряда ТЭС в районе озера Байкал. Разрабатываются режимы обработки воды в системах охлаждения с учетом подачи в них различных потоков сточных вод.

Градирни необходимо выполнять с минимальным капельным уносом, продувкой, близкой к единице, и отводом максимального количества тепла, что и позволяет иметь пруд-охладитель небольших размеров. Продувочная вода градирен сбрасывается в пруд-охладитель, а подпитка градирен осуществляется из него же. Пруд может одновременно использоваться для разведения и откорма рыбы. Разумеется, должны быть выпол­нены мероприятия по предупреждению его загрязнения нефтепродуктами. Несколько повышенная температура воды в пруде будет способствовать увеличению продуктивности рыбного хозяйства , а его большая аккумулирующая способность позволит исключить резкие, неблагоприятные для рыбоводства, колебания температуры воды при изменениях режима работы ГРЭС. Чтобы предотвратить зарастание пруда, необходимо скашивать расти­тельность, разводить растительноядных рыб и т. д.

Солевые стоки в такой пруд недопустимы. Во избежание опасного концентрирования в пруде солей необходимо предусматривать частичную смену воды в периоды паводков, когда минерализованность поверхностного стока незначительна. Тогда в пруде будет происходить концентрирование не привнесенных, а собственных солей водоисточника, и живой природе и растительному миру будет наноситься минимальный вред.

При уменьшении регулярных продувок градирен надо считать­ся с возможностью концентрирования примесей в оборотной во­де и необходимостью стабилизации качества воды по кальцию для предупреждения накипеобразования. В этом случае соли из системы выводятся с капельным уносом и рассеиваются по территории, окружающей ТЭС. Можно не допускать значитель­ного концентрирования примесей в градирне, отбирая воду из оборотной системы на химводоочистку ТЭС. Но при этом, однако, количество солей, подлежащих переработке и утилизации при химической очистке воды, увеличивается как минимум в 2 раза.

Поскольку капельный унос из современных градирен невелик и составляет около 0,05% общего расхода, реальное концентри­рование солей в них может увеличивать солесодержание в 20 раз, т. е. до уровня, опасного для материалов градирни, циркуляцион­ных водоводов, конденсаторных трубок.

Сброс продувочных вод градирен в пруд-охладитель позволит работать без концентрирования солей. При этом для уменьшения солесодержания продувочной воды градирен до уровня, характерного для исходной воды, при необходимости можно использовать мембранные или испарительные установки. Хотя в настоящее время они требуют больших затрат и связаны с необходимостью утилизации солей, проработка такого метода очистки оправдана с учетом предстоящего введения высокой платы за воду. Эти установки могут быть также одновременно частью систем подготовки воды на восполнение пароводяных потерь ТЭС и тепло­сети.

Обессоливание подпиточной воды градирен при невозмож­ности создания пруда-охладителя потребует больших дополни­тельных капитальных и эксплуатационных затрат. Запасным вариантом может быть применение «сухих» воздушных градирен Геллера, надо учитывать только, что они снижают экономичность ТЭС на 7-8%.

Поверхностные сточные воды . Эти сточные воды содержат, как правило, взвешенные вещества и в зависимости от культуры эксплуатации оборудова­ния и содержания территории ТЭС могут загрязняться минераль­ными солями и нефтепродуктами. Схемы сбора, очистки и исполь­зования поверхностного стока практически отсутствуют.

В масштабах отрасли использование поверхностных сточных вод в технологическом цикле электростанций может дать экономию десятков млн. м3 свежей воды в год. Для этого необходимо при проектировании ТЭС предусматривать емкости для приема ливневых и талых вод, очистные сооружения для очистки их от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Общим недостатком водного хозяйства ТЭС является расточи­тельное расходование свежей воды. До настоящего времени не проектируются раздельные системы канализации для чистых и загрязненных сточных вод. Объединенная канализация приводит к тому, что общее количество сточных вод увеличивается, а кон­центрация загрязнителей уменьшается, осложняя очистку. Нефтесодержащие сточные воды после установок по очистке от нефтепродуктов часто не направляются на повторное исполь­зование. Вода, используемая для охлаждения пробоотборных устройств, цилиндров компрессоров и другого оборудования, как правило, сбрасывается в общий поток сточных вод, хотя и не является загрязненной. По данным обследований, для каждой станции мощностью от 400 до 1500 МВт неэкономное расходование воды увеличивает количество сточных вод на 1 млн. м3 в год.

Целесообразно сооружать на ТЭС резервные емкости для сбора чистых потоков сточных вод (или сточных вод после очистки), которые бы обеспечивали стабильное повторное исполь­зование сточных вод и условия эксплуатации оборудования, например водоподготовительного, не зависящие от колебания расходов сточных вод.

Электростанции необходимо оснащать приборами для контроля за расходованием воды в различных системах водного "хозяйства.