Сточные воды

 
 

 

Системы водоподготовки методом обессоливания для предприятий теплоэнергетики. Концепция бессточной системы водопользования

В настоящее время в России и странах ближнего зарубежья активно развивается рынок по производству оборудования для подготовки воды для технологических нужд теплоэнергетики. Развитие этого рынка обусловлено, в свою очередь, массовым проектированием и строительством парогазовых установок для снижения дефицита электрической энергии в регионах.

Все теплоэнергетические комплексы имеют две основные проблемы, связанные с получением и переработкой основного теплоносителя – воды:

  1. Проблема подготовки технологической обессоленной воды.
  2. Проблема утилизации и очистки сточных вод (отработанных элюатов и продувочных вод).

 

1. Подготовка технологической обессоленной воды

Одним из направлений компании «Экотехстрой» является разработка и производство водоподготовительных систем. Подготовленная вода используется в ряде технологических процессов теплоэнергетического оборудования:

  • подпитка паросилового цикла и для впрыска в камеры сгорания газовых турбин;
  • подпитки тепловых сетей с открытой системой горячего водоснабжения;
  • подпитка для восполнения потерь оборотной системы охлаждения.

Подготовленная вода используется для подпитки водогрейных и паровых котлов, а также котлов-утилизаторов, работающих под давлением до 140 атм.

Для каждого из технологических процессов требуется уровень обессоливания воды, который регламентируется соответствующими нормативными документами: РД 24.031.120-91, ГОСТ 20995-75, правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и техническими условиями (ТУ), разрабатываемыми изготовителями того или иного типа теплоэнергетического оборудования.

Руководствуясь этими документами, а также составом источника подачи исходной воды (артезианская скважина или поверхностный водный объект), компания «Экотехстрой» осуществляет разработку технологии и подбор того или иного водоподготовительного оборудования индивидуально под требуемые нормативы заказчика.

Компания «Экотехстрой» использует комплексные современные высокотехнологические приёмы подготовки воды, обеспечивающие изготовление оборудования с наиболее оптимальными технико-экономическими характеристиками. Оборудование гарантированно обеспечивает требуемое качество очистки при минимальных эксплуатационных затратах.

В последние два десятилетия активное развитие получили мембранные методы очистки. Процесс фильтрации на мембране имеет свои особенности. Фильтруемая среда, как правило, движется тангенциально к поверхности мембраны и разделяется на два потока: фильтрат и концентрат.

Мембранные системы классифицируются в зависимости от рейтинга фильтрации задерживаемых частиц (микро-, ультра-, нанофильтрация, обратный осмос) и задерживают частицы размером от десятков микрон до тысячных долей микрона.

В водоподготовке используются мембраны с различными видами пористых структур. Соответственно, разработаны и различные виды мембранных фильтрующих элементов: рулонные, трубчатые, плоскопараллельные, половолоконные. Их использование позволяет решать широкий круг задач и решать проблемы индивидуально под запросы заказчиков.

В технологи водоподготовки реализуется принцип очистки, предусматривающий постадийное удаление, от крупных коллоидных частиц к более мелким, вплоть до молекул солей (от макрофильтрации частиц размером свыше 50 мкм до нанофильтрации и обратного осмоса, обеспечивающего задерживание растворённых солей). Это позволяет работать каждому узлу установки в оптимальном для него технологическом режиме.

Стадии микро- и ультрафильтрации обеспечивают высококачественную предварительную подготовку воды и позволяют удалить примеси с молекулярной массой, опасной для работы обратного осмоса. Непосредственный процесс обессоливания производится на стадии обратного осмоса, который, в свою очередь, может состоять из одной или двух ступеней по фильтрату. Вода, прошедшая первую ступень обратного осмоса, характеризуется удельной электропроводностью не более 20 мкСм/см и жёсткостью не более 0,3 мг-экв/л, после второй ступени удельная электропроводность составляет не более 2 мкСм/см и жёсткость – не более 0,05 мг-экв/л.

Обратный осмос одной или двух ступеней по фильтрату позволяет достичь степени обессоливания воды, которая соответствует требованиям для водогрейных котлов, для подпитки систем горячего водоснабжения и для подпитки оборотной системы охлаждения.

Однако этого уровня обессоливания недостаточно для использования воды непосредственно в парогазовых установках (турбины, котлы-утилизаторы и т. п), удельная электропроводность для которых не должна превышать 0,1 мкСм/см и жёсткость не более 0,001 мг-экв/л. Для достижения указанного уровня обессоливания ООО «Экотехстрой» использует два варианта технологий глубокого обессоливания:

  • дообессоливание на базе электродеионизатора;
  • дообессоливание на базе ионообменной технологии.

Оба варианта дообессоливания имеют свои достоинства и недостатки, тем не менее, гарантированно обеспечивают удельную электропроводность воды, не превышающую 0,1 мкСм/см. Принципиальная схема подготовки технологической обессоленной воды с двумя вариантами дообессоливания представлена на рисунках №№ 1 и 2.

Рис. 1-2

На рисунках №№ 1 и 2 не указаны сопутствующие узлы:

  • по обработке промывной воды после ультрафильтрации, что обеспечивает экологичность технологии очистки, исключает сброс промывной воды и сокращает потребление исходной воды;
  • по коррекционной обработке воды – ввод щёлочи и реагентов для связывания кислорода, что снижает агрессивно-коррозионные свойства обессоленной воды и повышает срок эксплуатации трубопроводов и теплоэнергетического оборудования.

Оптимальный выбор того или иного метода обессоливания осуществляется совместно с заказчиком водоподготовительного оборудования после проведения окончательной технико-экономической и экологической оценки проекта, которая зависит от целого ряда сопутствующих факторов, уточняемых на стадии разработки.

 

2. Утилизация и очистка сточных вод (продувочных вод и отработанных элюатов)

Для тепловых электростанций и котельных актуальной является не только проблема водоподготовки, но и проблема очисти сточных вод. Количество сточных вод достигает 15% от количества технологических обессоленных вод, поступающих на тепловые станции. Сточные воды представляют собой:

  • воды, образующиеся в результате непрерывной или периодической продувки котлов, испарителей, оборотных систем градирен;
  • регенерационные воды (элюаты) после аппаратов ионного обмена химводоочистки, а также их шламовые воды.

Существенные объёмы этих сбросов приводит к нерациональному расходованию обессоленной воды, а также оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду. Эти воды представляют собой нейтральные засоленные стоки, характеризующиеся повышенным солесодержанием до 15 г/л, солями кальция и магния (включая нерастворимые фракции), взвешенные вещества.

Предлагаемые технологии ООО «Экотехстрой» позволяют очистить стоки от обозначенных примесей и вернуть в технологический процесс до 95% сточных вод в виде обессоленной воды.

Рис. 3

Суть технологии заключается в предварительной реагентной обработке с целью глубокого удаления солей кальция, магния, карбонатов и сульфатов. Последующая фильтрация позволяет удалить остаточные количества взвешенных частиц, а сорбционные фильтры – следовые количество органики. Подобная предварительная подготовка воды позволяет должным образом подготовить воду перед двухступенчатой по концентрату мембранной системой обессоливания и концентрирования. Двухступенчатая система мембранного концентрирования позволяет максимально уменьшить объём высокоминерализованного концентрата (в среднем, в 10-15 раз), подаваемого на испарительную установку.

Испарительная установка позволяет получить твёрдые отходы в виде солей с влажностью около 80%. ООО «Экотехстрой» предлагает современное высокотехнологичное оборудование, обеспечивающее высокую степень энергосбережения (до 80%). Как правило, классические методы выпаривания требуют до 800 кВт электроэнергии на испарение 1 т влаги из рассола. Предлагаемое ООО «Экотехстрой» оборудование на основе выпаривания в вакуумной среде требует энергопотребления не более 130-150 кВт на 1 т испаряемой влаги. Всё оборудование изготавливается из коррозионно-стойких в данной среде материалов и оснащено необходимыми приборами КИПиА.

В изложенных выше технологиях используются различные способы обессоливания: обратный осмос, ионный обмен, выпаривание. Техническими специалистами ООО «Экотехстрой» при постановке конкретной задачи заказчика при разработке технологий осуществляется математическое моделирование процессов обессоливания и оптимизация применения тех или иных методов обессоливания по техническим и экономическим критериям. В качестве исходных данных для оптимизации лежит состав исходной воды, объёмы очищаемых сточных вод, наличие существующей системы ХВО, желаемый уровень её модернизации, требуемая Заказчиком степень сокращения сбросов и их повторного использования.

В применяемом оборудовании используются современные технологии сбережения энергетических, ресурсов, воды и реагентов, в частности:

  • Высоконапорные насосы на мембранных установках второй ступени по концентрату обратного осмоса работают под давлением до 6 МПа. Применяемые на них рекуператоры кинетической энергии концентрата позволяют снизить удельные энергозатраты с 10 кВт*ч на 1 м3 в классических насосных системах до 2,8 кВт*ч на 1 м3 обессоливаемой воды в системах с применением рекуперации.
  • В технологии ионного обмена используются приёмы, позволяющие сократить количества реагентов, используемых для регенерации. Для достижения удельной электропроводности до 0,1 мкСм/см благодаря применению специальных технологических приёмов нет необходимости использовать дорогостоящие фильтры со смолой смешанного действия.
  • В технологии термического обезвоживания (выпаривания) применяются технологии выпаривания под вакуумом, что позволяет сократить потребление электроэнергии на выработку греющего пара как минимум на 80% по сравнению с классическими методами выпаривания.

Комплектующие для изготовления оборудования (высоконапорные насосы, корпуса фильтров, мембранные элементы, ионообменные материалы, КИПиА, элементы обвязки) ООО «Экотехстрой» приобретает, как правило, у прямых поставщиков из Европы и Америки, что обеспечивает минимальный ценовой уровень при их максимальном качестве.

ООО «Экотехстрой» готово предложить предприятиям теплоэнергетики технологические решения, позволяющие осуществить реконструкцию существующих систем химводоподготовки; спроектировать и изготовить новое водоподготовительное оборудование, а также сооружения по утилизации и очистке сточных вод, что позволит сократить объёмы сбросов, соответственно, сократить объёмы потребления свежей воды и, таким образом, повысить экологическую безопасность объектов теплоэнергетики; осуществить монтаж, пусконаладочные работы и сервисное обслуживание.

Таким образом, современные технологии водоподготовки воды, разрабатываемые ООО «Экотехстрой» позволяют решать широкий спектр задач водоподготовки и водоочистки, обеспечивают высокой уровень технологичности процесса, низкую себестоимость получения 1 м3 подготовленной воды, высокий уровень экологичности процессов.

 

Система водоподготовки для Калининской атомной станции