Технология подготовки химобессоленной и умягченной воды по комбинированной технологической схеме

УДК 628.543:2

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

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

(а

V ах.о у

Ка и + тщ

Ж,,

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

( ау ТП Каи + 80^ + С1и + Дк + Асл.к

V ах.о у

Ж,,

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

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

С1у _ С1и + («и - «из) С1 С80

С1к + 804,к

804,у _ 804,и + Дк +

1 --

С1

С1К + 804,К

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_

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