УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ЩЕЛОЧНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области утилизации промышленных щелочных сточных вод (ЩСВ), а именно к утилизации высокоминерализованных щелочных сточных вод, образующихся при работе водоподготовительной установки (ВПУ) ТЭЦ и других промышленных предприятий.
Сточные воды ВПУ являются самыми минерализованными стоками ТЭЦ и промышленных предприятий и содержат в своем составе щелочь, остатки солей и органические примеси.
Для утилизации ЩСВ применяют методы упаривания, нейтрализации, реагентной обработки, электрохимические и другие.
Известна установка электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализованных промышленных стоков (патент РФ №2548985, МПК B01D 61/42, опубл. 20.04.2015).
Недостатками известной установки являются:
1. Низкая производительность - не более 0,1 т/ч по сточным водам, из-за параллельно-последовательной схемы работы первой и второй ступени электромембранной обработки.
2. Сложная технологическая схема, из-за наличия двух электромембранных аппаратов и блока предварительной очистки промышленных стоков.
Прототипом является установка для переработки промышленных сточных вод и получения концентрированного раствора и умягченного солевого раствора (патент РФ №121500, МПК C02F 9/08, B01D 61/44, опубл. 07.10.2012).
Согласно описанию установка включает расположенные в технологической последовательности блок накопления и предварительной очистки перерабатываемых сточных вод, блок рециркуляции рабочих растворов, блок многокамерных электромембранных аппаратов, при этом блок многокамерных электромембранных аппаратов состоит из блока первой ступени электромембранной обработки для отделения щелочного раствора от исходного раствора, а также получения умягченного солевого раствора, и блока второй ступени электромембранной обработки для получения концентрированного щелочного раствора, блок рециркуляции рабочих растворов содержит четыре бака, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала, причем первый бак установлен с возможностью заполнения промывочным раствором, второй бак установлен с возможностью заполнения обессоленной водой, третий бак установлен с возможностью накопления щелочного раствора с блока первой ступени электромембранной обработки, четвертый бак установлен с возможностью заполнения очищенным щелочесодержащим стоком и соединен с блоком накопления и предварительной очистки перерабатываемых сточных вод, причем входы блока первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого, второго и четвертого баков блока рециркуляции рабочих растворов, выходы блока первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с входами первого и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов, а входы блока второй ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого, третьего и четвертого баков блока рециркуляции рабочих растворов, выход блока второй ступени электромембранной обработки соединен с входом первого бака блока рециркуляции рабочих растворов.
Недостатками прототипа являются:
1. Низкая производительность - не более 0,1 т/ч по сточным водам, из-за параллельно-последовательной схемы работы первой и второй ступени электромембранной обработки.
2. Сложная технологическая схема, из-за наличия двух электромембранных аппаратов и четырех баков для рабочих растворов,
3. Суммарное потребление электроэнергии 13 кВт⋅ч, из-за использования 2 многокамерных электромембранных аппаратов.
4. Дополнительный расход обессоленной воды для вывода умягченного солевого раствора из блока первой ступени электромембранной обработки.
Задачами полезной модели является разработка конструкции установки для утилизации щелочных сточных вод и получения концентрированного щелочного раствора и частично обессоленного умягченного раствора, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является упрощение технологической схемы утилизации ЩСВ с получением концентрированной щелочи и частично обессоленного умягченного раствора за счет использования одного электромембранного аппарата, исключающего ввод химических реагентов в виде обессоленной воды.
Технический результат достигается тем, что установка утилизации щелочных сточных вод содержит расположенные в технологической последовательности линию подачи щелочных сточных вод, блок рециркуляции рабочих растворов и многокамерный электромембранный аппарат для получения концентрированного щелочного раствора и частично обессоленного умягченного раствора, при этом блок рециркуляции рабочих растворов содержит три бака, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала, первый бак установлен с возможностью заполнения промывочным раствором, а второй и третий баки установлены с возможностью заполнения щелочными сточными водами, входы многокамерного электромембранного аппарата соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов, а выходы многокамерного электромембранного аппарата соединены соответственно с входами первого, второго и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов, причем многокамерный электромембранный аппарат выполнен в виде трехтрактного многокамерного электромембранного аппарата, исключающего дополнительный ввод химических реагентов в виде обессоленной воды, с чередованием анионообменных и катионообменных мембран с двумя приэлектродными промывочными камерами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена технологическая блок-схема предлагаемой установки утилизации щелочных сточных вод, а на фиг. 2 - трехтрактный многокамерный электромембранный аппарат с чередованием анионообменных и катионообменных мембран.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - первый бак блока рециркуляции рабочих растворов (бак промывочного раствора),
2 - второй бак блока рециркуляции рабочих растворов (бак концентрата),
3 - третий бак блока рециркуляции рабочих растворов (бак дилюата),
4 - многокамерный электромембранный аппарат,
5 - анионообменная мембрана,
6 - катионообменная мембрана,
7, 8 - приэлектродные камеры,
9, 10, 11, 12, 13 … N - рабочие камеры.
Установка утилизации щелочных сточных вод содержит расположенные в технологической последовательности линию подачи щелочных сточных вод, блок рециркуляции рабочих растворов, и многокамерный электромембранный аппарат 4 для получения концентрированного щелочного раствора и получения частично обессоленного умягченного раствора.
Блок рециркуляции рабочих растворов содержит три бака 1, 2, 3, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала.
Первый бак 1 - бак промывочного раствора - установлен с возможностью заполнения промывочным раствором.
Второй бак 2 - бак концентрата, и третий бак 3 - бак дилюата - установлены с возможностью заполнения щелочными сточными водами.
Входы многокамерного электромембранного аппарата 4 соединены, соответственно, с выходами первого, второго и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов.
Выходы многокамерного электромембранного аппарата 4 соединены, соответственно, с входами первого, второго и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов.
Многокамерный электромембранный аппарат 4 выполнен в виде трехтрактного многокамерного электромембранного аппарата с чередованием анионообменных 5 и катионообменных 6 мембран и двумя приэлектродными промывочными камерами 7 и 8.
Многокамерный электромембранный аппарат 4 содержит рабочие камеры 9, 10, 11, 12, 13 … N. Рабочие камеры 9, 11, 13, N являются камерами дилюата, а рабочие камеры 10, 12 - камерами концентрата.
В многокамерном электромембранном аппарате 4 применяются два вида мембран: мембраны, селективно проницаемые для анионов - анионообменные мембраны 5, и мембраны, селективно проницаемые для катионов - катионообменные мембраны 6. Трехтрактный многокамерный электромембранный аппарат 4 показанный на фиг. 2, имеет две изолированные друг от друга группы камер - камеры дилюата 9, 11, 13, N и камеры концентрата 10, 12. Конструктивно многокамерный электромембранный аппарат 4 представляет собой пакет, набираемый последовательным чередованием ионообменных мембран 5, 6 и межмембранных прокладок, заключенный между стяжными плитами с встроенными электродами (на чертеже не показаны). Каждая межмембранная прокладка с двумя соседними мембранами 5 и 6 образуют рабочую камеру (9, 10, 11, 12, 13 … N), представляющую собой герметичный проточный канал, в полость которого помещены сепараторы-турбулизаторы (на чертеже не показаны), назначение которых создавать требуемую турбулентность потока раствора и предотвращать непосредственный контакт мембран между собой. В процессе работы промывочный раствор, концентрат, дилюат непрерывно протекают через соответствующие камеры аппарата. Вытекающие потоки каждого тракта объединяются в сборных отводящих каналах. Крайние камеры 7 и 8 пакета, расположенные непосредственно у электродов, являются приэлектродными, с раздельной промывкой. Многокамерный электромембранный аппарат 4 выполнен в варианте трехтрактной сборки: тракт концентрата, тракт дилюата и тракт промывочного раствора.
Сущность способа утилизации щелочных сточных, реализуемого предлагаемой установкой, заключается в направленном переносе диссоциированных ионов (растворенных в воде солей) под влиянием постоянного электрического поля через селективно проницаемые ионообменные мембраны.
Процесс утилизации щелочных сточных вод осуществляется следующим способом.
Щелочные сточные воды подают в баки 2, 3. Бак 1 заполнен 1-2% щелочным промывочным раствором. Из баков 1, 2, 3 щелочные воды подают на фильтры тонкой очистки (на чертеже не показаны). Предварительно очищенные в фильтрах тонкой очистки и осветленные растворы направляют в трехтрактный многокамерный электромембранный аппарат 4, который разделен на камеры дилюата 9, 11, 13, N и концентрата 10, 12 ограниченные анионообменными 5 и катионообменными 6 мембранами. В крайних камерах 7 и 8 установлены биполярные платино-титановые электроды (на чертеже не показаны). В камерах концентрата 10, 12 происходит концентрирование и очистка щелочного раствора, в камерах дилюата 9, 11, 13, N - обессоливание стоков. Концентрированную щелочь насосом (на чертеже не показан) отводят на повторное использование. Дилюат - частично обессоленный умягченный раствор - отводят насосом (на чертеже не показан) для технических нужд. Через приэлектродные камеры 7 и 8 и бак 1 насосом (на чертеже не показан) производят циркуляцию щелочного промывочного раствора.
Пример конкретного выполнения
Установка утилизации щелочных сточных вод была испытана на электромембранной установке (ЭМУ) Казанской ТЭЦ. Установка включает модернизированный, согласно настоящей полезной модели, многокамерный электромембранный аппарат - ЭМА-120/2. Характеристики аппарата приведены в таблице 1.
С баков накопителей (БН) химического цеха Казанской ТЭЦ ЩСВ подают на установку утилизации щелочных сточных вод. При работе многокамерного электромембранного аппарата исходные ЩСВ разделяются на два продукта - концентрат и дилюат. Химический состав исходных ЩСВ и продуктов переработки ЭМА-120/2 приведен в таблицах 2 и 3.
Согласно результатам химического анализа концентрат электромембранного аппарата - это концентрированный щелочной раствор с концентрацией щелочи 3,12 масс. %, а дилюат - это умягченный частично обессоленный раствор. Получаемый концентрированный щелочной раствор подают в бак крепких щелочных вод химического цеха для повторного использования при регенерации анионитовых фильтров первой ступени. Умягченный частично обессоленный раствор подают в бак химически очищенной воды, и далее используют, например, для подпитки теплосети. Таким образом, при утилизации ЩСВ на установке утилизации щелочных сточных вод нет дополнительного расхода реагентов, отходы не образуются.
Скорость утилизации ЩСВ на предлагаемой установке составляет 0,5 т/час. При этом массовое соотношение получаемых продуктов (концентрированный щелочной раствор : умягченный частично обессоленный раствор) - 1:4. Удельный расход электроэнергии на утилизацию 1 т ЩСВ составляет 6 кВт⋅ч.
Предлагаемая установка обеспечивает безреагентную и безотходную утилизацию щелочных сточных вод простым и эффективным способом.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет:
1. Повысить производительность получения концентрированного щелочного раствора из щелочных сточных вод до 0,2 т/ч,
2. Упростить технологическую схему утилизации ЩСВ с получением концентрированной щелочи и частично обессоленного умягченного раствора.
3. Снизить суммарное потребления электроэнергии с 13 до 6 кВт⋅ч.
4. Исключить ввод химических реагентов в виде обессоленной воды.