3. Снижение вредного воздействия золошлаков на окружающую среду

ХИМИЧЕСКИЙ И ФАЗОВО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗОЛЫ И ШЛАКА

Золошлаки по объему образования занимают одно из первых мест сре­ди отходов энергетического производства. Их ежегодный суммарный вы­ход при сжигании углей, сланцев и торфа на ТЭС и котельных РАО «ЕЭС России» составлял около 30 млн т. Около 85 % золошлаков размещается на золошлакоотвалах, суммарная площадь которых превышает 20 тыс. га, и примерно 15 % используется в товарной продук­ции].

В соответствии с государственной научно-технической программой «Экологически чистая энергетика» использование золошлаков в про­мышленности на экологически чистых ТЭС предполагается довести до 50 %, что является сложной научной и практической задачей. Решение ее связано с необходимостью существенного изменения традиционного под­хода к системам золошлакоудаления (ЗШУ) ТЭС.

В соответствии с отраслевыми нормативно-техническими документа­ми система ЗШУ — это комплекс зданий, сооружений, установок и обо­рудования, предназначенный для эвакуации золы и шлака от котлов, пе­реработки и отгрузки их потребителям и складирования на золошлако-хранилищах невостребованной части золошлаков .

Такие системы ЗШУ имеют неудовлетворительные экологические показатели, гак как в целом по отрасли около 85 %о золошлаков транспорти­руется в виде пульпы низкой концентрации идля размещения на гидрозолоотвалах. которые являются одним из основных источников загрязне­ния окружающей среды при производстве энергии.

В процессе сгорания топлива происходят сложные химические и фазо­вые превращения его минерального вещества. Основной глинистый минерал некоторых -утлей —каолинит А1₂О₃ * 2SiЮ₂~*2Н,О — при нагревании до 450—650 С разлагается и переходит в химически активный безводный метакаолинит А1₂О₃ • 2SiO₂. а при температуре выше 900 °С образуется фаза муллита ЗАl₂О₃ • 2SiO₂. При образовании соответ­ствующих оксидов в диапазоне температур 400—500 °С происходит раз­ложение карбоната железа, а в диапазоне температур 600—1000 "С — разложение карбонатов кальция и магния. Кварц претерпевает полиморф­ное превращение при 573 °С. Окисление пирита происходит при темпера­туре 400—700 °С с образованием оксидов железа и серы. В полувосста­новительной среде гематит переходит в магнетит, FеО может восстанав­ливаться в железо или соединяться с кремнеземом в легкоплавкие сили­каты. В зоне высоких температур (1200 °С) появляются эвтектические смеси, которые составляют стекловидную фазу. В результате превраще­ний минеральной части топлива образуются вещества с новыми свойст­вами — зола и шлак. При факельном сжигании углей большая часть ми­нерального вещества топлива переходит в золу и меньшая часть — в шлак.

Главные составляющие золошлаковых материалов — это оксиды SiO₂, А1₂О₃, Fе₂О₃, СаО, МgО. Небольшая доля приходится на сульфаты СаSО₄, МgSО₄, FеSО₄; в еще меньших количествах присутствуют фoсфа-ты, оксиды щелочных металлов К₂О и Nа₂О. В золошлаковых материа­лах могут содержаться биогенные (фтор, марганец, кобальт, свинец, медь и др.) и токсические микроэлементы (бор, ванадий, мышьяк, стронций, бериллий и др.).

Химический состав золы может колебаться в значительных пределах при сжигании одного и того же топлива на ТЭС, однако в среднем хими­ческий состав золы в течение длительного периода времени можно счи­тать достаточно стабильным для практического применения. Многообра­зие энергетических топлив приводит к образованию золы самого разно­образного химического состава.

Особую роль в формировании свойств золы играют гипс СаSО₄ • 2Н₂О, кальцит СаСО₃ и доломит СаМg(СО₃)₂, а также продукты их частичного термического разложения — ангидрит Са(ОН)₂ и свобод­ный оксид кальция СаО. В золах всех типов содержатся сульфаты и кар­бонаты кальция .

Из новообразованных минералов следует отметить так называемые клинкерные минералы — силикаты, алюминаты и ферриты кальция раз­личной основности, определяющие способность намываемых золошлако­вых материалов на гидрозолоотвал к самопроизвольной цементации.Промежуточное положение между кристаллическими и стекловидными группами веществ занимают продукты термообработки глинистых мине­ралов с высокой температурой плавления.

Практически во всех золах содержатся органические включения (недо­жог) в виде кокса и полукокса — в форме либо самостоятельных частиц, либо включений в крупные фракции золы. В зависимости от типа топоч­ной камеры (с твердым или жидким шлакоудалением) при сжигании топ­лива образуются две разновидности шлака — твердый и жидкий. При жидком шлакоудалении практически все шлаки представляют собой стекло, при твердом шлакоудалении — в основном стекло, и кристалли­ческая часть этих шлаков образована преимущественно кварцем, магне­титом, гематитом, муллитом.

Для оценки возможности образования карбонатных отложений в кана­лах и трубах при гидротранспорте золошлаковых материалов, а также для оценки качества золы и шлака при использовании их для возведения дамб золоотвалов и в качестве сырья для производства строительных ма­териалов получила распространение предложенная ВТИ классификация зол в оксидной форме по химическому составу минеральной части. При этом в качестве основного показателя принято использовать содержание кальция в золошлаковых минералах.

Согласно этой классификации зола и шлак разделены на три основные группы. К первой группе отнесены золошлаковые материалы сланцев и канско-ачинского угля. Эта группа характеризуется большим содержани­ем общего и свободного кальция, массовая концентрация которого может достигать 60 %. Зола и шлак указанных топлив обладают свойством са­мостоятельного твердения, и их можно применять в качестве вяжущего при возведении дамб золоотвалов и изготовлении строительных изделий преимущественно методом автоклавного твердения.

Ко второй группе принадлежат золошлаковые материалы челябинско­го, азейского, райчихинского, печорского и некоторых других углей. От­личительная черта этой группы — общее содержание оксидов кальция составляет 5—20 %, а содержание свободного оксида кальция не превы­шает 2 %. Основное направление использования золошлаковых материа­лов этой группы — производство изделий, твердеющих при тепловой об­работке с активизаторами.

К третьей группе отнесены золошлаковые материалы экибастузского, кузнецкого, донецкого, карагандинского, подмосковного и других углей. Для золы и шлака этой группы характерно высокое содержание кислых оксидов (SiO₂ и А1₂О₃) и низкое содержание оксидов кальция. Макси­мальное содержание свободного оксида кальция, который является активизатором процесса твердения, не превышает 1 %, а в некоторых золо­шлаковых материалах его может не быть совсем. Золу и шлак этой груп­пы можно использовать в дорожном строительстве, при производстве кирпича и зольного гравия.

-

ВЛИЯНИЕ ЗОЛОШЛАКООТВАЛОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Для электростанций, сжигающих твердое топливо, характерным явля­ется наличие значительных площадей земли, занятых под золошлакоотва-лы. В настоящее время в золоотвалах находится около 1,5 млрд т золошлаков ТЭС, которые удалялись системами гидрозолоудаления (ГЗУ).

Как отмечалось, из-за пыления золоотвалов загрязняется окру­жающая среда прилегающих районов, что отрицательно влияет на здоро­вье людей, а также на продуктивность сельскохозяйственных угодий. В ряде случаев из-за пыления были закрыты расположенные вблизи ТЭС золоотвалы, на которые еще имелась возможность складировать золошлаки в течение длительного времени. В результате пришлось строить новые дорогостоящие золоотвалы на значительном расстоянии от ТЭС. Однако это не устранило загрязнения атмосферы, а перенесло его на сельскохозяйственные угодья,

Высокодисперсные грунты наряду с низкой фильтрацией обладают способностью поглощать токсичные элементы, поэтому в некоторых слу­чаях для адсорбции вредных веществ в течение всего периода эксплуата­ции золоотвала достаточно активности таких грунтов.

Негативное влияние золы, сдуваемой с поверхности золошлакоотвала, проявляется при определенных ее концентрациях в ат­мосферном воздухе и в почве, а этот фактор зависит от ряда условий, та­ких, как:

площадь и высота над уровнем земли отработанного золошлако­отвала;

конфигурация золошлакоотвала в направлении господствующих ветров;

скорость ветра и количество ветреных дней в сухой теплый период года;

фракционный состав и влажность золошлаков.

Исследования и расчеты рассеивания золы, поступающей в атмосферу с поверхности золошлакоотвала, показывают, что при сильном ветре кон­центрация золы, превышающая предельно допустимую, может наблю­даться на расстоянии до 4 км от кромки отвала. Для исключения негатив­ного влияния отработанных карт золошлакоотвалов на окружающую природную среду проводится их рекультивация (консервация).

Одной из наиболее серьезных и сложных проблем является защита подземных и поверхностных вод от загрязнения токсичными химически­ми элементами и их соединениями, содержащимися в оборотных и фильтрационных водах золоотвалов.

Чтобы обеспечить максимальное ослабление неблагоприятного воз­действия фильтрационной воды на грунтовый поток, необходимо пра­вильно выбрать место расположения золоотвала. Предпочтение отдается площадкам, состоящим из высокодисперсных грунтов с низкой водопро­ницаемостью и максимальным удалением их от водоемов и водотоков.

Для контроля за эксплуатацией золоотвалов и уровнем фактических загрязнений подземных вод во всех проектах вновь сооружаемых и нара­щиваемых золоотвалов необходимо предусматривать комплекс наблюда­тельных скважин, которые размещают в створах, идущих от наиболее ве­роятных источников загрязнения (золоотвалов, бассейнов осветленной воды) до открытых водоисточников или водозаборов. Наблюдательные скважины оборудуются пьезометрами для контроля за уровнем грунто­вых вод, с их помощью проводится отбор проб для химического анализа на загрязняющие и регламентируемые компоненты.

Регулярный кон­троль за скважинами позволяет следить за изменением химического со­става грунтовых вод и продвижением фронта загрязнения, а также оцени­вать эффективность работы противофильтрационных и дренажных уст­ройств золоотвала.

Для уменьшения утечки фильтрационной воды из золоотвалов приме­няют экранированные ложа отвалов. В качестве экрана можно использо­вать полиэтиленовую пленку. При содержании свободного оксида каль­ция в золе свыше 2 г-экв/кг осветленная зола в системе ГЗУ будет пере­насыщена Са(ОН)₂, и для снижения гидратной щелочности часть освет­ленной воды сбрасывается в виде продувки. В сбрасываемых в водоемы водах ГЗУ (в том числе и продувочных) должны отсутствовать грубодис-персные вещества со скоростью оседания 0,25—0,75 м/с. Концентрация токсичных веществ в водоемах после сброса в них вод ГЗУ не должна превышать ПДК.

Проведенные российскими специалистами ис­следования о воздействии на окружающую среду золы с повышенным со­держанием оксида кальция показали, что в зонах интенсивного осажде­ния золы длительное ее воздействие изменило реакцию почвенных рас­творов со слабокислой на слабощелочную, способствовало накоплению в почве повышенного содержания кальция, железа и магния, уменьшило содержание органического углерода, т.е. произошло существенное изме­нение свойств почвы, что не могло не сказаться на растительном мире.

На таких почвах деревья интенсивнее поглощают магний, железо и медь и испытывают недостаток в марганце и барии, что ведет к наруше­нию обменных процессов. У молодых сосен это выражается в гигантизме стволов и карликовости побегов и хвои и в конечном результате — в от­мирании побегов. У березы и осины наблюдаются явления преждевре­менного старения, замедленного прироста и усыхания верхушек взрос­лых деревьев.

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ЗШУ .

Для создания систем ЗШУ с высокими экологическими показателями следует руководствоваться указанными ниже основными методическими положениями.

1. Тепловые электростанции на твердом топливе являются источни­ком не только тепловой и электрической энергии, но и ценного мине­рального сырья техногенного происхождения в виде золы и шлака.

2. Системы ЗШУ должны выполнять следующие основные задачи:

обеспечивать максимальную отгрузку золошлаков с исходными и из­мененными свойствами для использования их в качестве заменителей природного сырья при производстве товарной продукции на предприяти­ях различных отраслей экономики;

размещать невостребованную часть золошлаков экологически прием­лемыми способами на золошлакохранилищах (ЗШХ).

3. Так как золошлаковая смесь имеет наименьший спрос со стороны потребителей, удаление золы и шлака должно быть раздельным, за ис­ключением тех случаев, когда имеется гарантированный и долгосрочный рынок сбыта всего объема образующейся золошлаковой смеси.

4. Для расширения возможности отгрузки сухой золы существующим и потенциальным потребителям при отличающихся требованиях к каче­ству поставляемых материалов в технических условиях на ее поставку от исходных свойств золы в узлах и установках ее отгрузки необходимо предусматривать устройства для отгрузки разнофракционной золы из бункеров или силосов склада. Такие смесители просты по конструкции, а затраты на создание и издержки на их эксплуатацию пренебрежимо малы в общей стоимости систем пневмозолоудаления.

5. С целью удовлетворить специальные требования потребителей на поставку золы можно создавать узлы (производства) как по кондициони­рованию (неглубокой переработке) золы с исходными свойствами, так и по существенному изменению ее свойств (извлечение отдельных фрак­ций, производство промежуточного продукта и т.п.). В этом случае целе­сообразность создания специальных производств должна определяться по изменению технико-экономических показателей всей системы золо­удаления с учетом экологических требований], а не по экономической эффективности утилизации отдельно взятого рассмат­риваемого продукта.

6. Наилучшим известным в настоящее время способом повышения надежности систем внутреннего золоудаления является внедрение пневмотранспортных установок, которые при квалифицированном их созда­нии обладают гораздо большей технологической гибкостью по сравне­нию с системами ГЗУ. Кроме того, диапазон регулирования нагрузок по расходу транспортируемой золы у них значительно шире, а изменение режимов работы существенно проще.

7. Наиболее эффективный способ улучшения экономических показа­телей систем золоудаления — максимально возможная реализация золы потребителям в объеме до 100 % текущего выхода. Следовательно, одной из наиважнейших задач является не только постоянное исследование существующего и возможного рынка сбыта золы, но и его формирование благодаря проведению комплекса мероприятий:

кондиционирование свойств золы; создание собственных (находящихся в полной собственности ТЭС) производств по выпуску товарной продукции в виде промежуточного продукта и готовых изделий;

создание на долевых условиях совместных производств по переработ­ке золы в товарную продукцию;

установление льготных тарифов на все виды используемой энергии потребителям на период освоения технологий производства товарной продукции с использованием золы и т.п.

8. Из общемировой практики известно, что 100%-ное полезное использование золошлаков ТЭС встречается крайне редко. Следовательно, невостребованную часть золошлаков необходимо складировать на ЗШХ.

Для достижения минимальных уровней удельной стоимости удаления зо­лы по системе ЗШУ в целом и загрязнения окружающей среды золошлакохранилищами нужно руководствоваться следующими положениями:

создание новых ЗШХ в виде гидрозолоотвалов не позволяет достичь поставленных целей;

максимальную часть невостребованной золы на ЗШХ следует разме­щать в виде продукции сезонного или отложенного спроса (хранение до ввода в эксплуатацию строящихся или проектируемых предприятий);

часть золы, которая не имеет характера сезонного или отложенного спроса, необходимо складировать только экологически приемлемыми способами, предпочтительно в виде продукции неглубокой переработки (гравий, щебень и т.п.) с минимальной стоимостью производства;

решения о видах, способах и технологиях размещения невостребован­ной части золы на ЗШХ необходимо принимать на основе анализа техни­ко-экономических показателей систем ЗШУ в целом

9. Для достижения наилучших эксплуатационных показателей надеж­ности, экономичности и экологичности предпочтение следует отдавать автоматизированным технологическим узлам системы.

10. Для наилучшего адаптирования систем ЗШУ ТЭС к изменению по­требностей рынка сбыта по объемам и качеству золошлаков, ужесточе­нию природоохранного законодательства и условий экономической дея­тельности в схемах технологических узлов (внутреннего и внешнего транспорта, устройств и установок отгрузки золы и шлака, производств по переработке золошлаков и ЗШХ) должна быть заложена возможность их изменения с минимальными затратами.

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаков и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде необходимо прежде всего при создании и модернизации систем ЗШУ соблюдать следующие основные принципы:

а) раздельное удаление золы и шлака;

б) возможность 100 %-ного сбора и отгрузки сухой золы;

в) отбор и отгрузка сухой золы по группам фракции;

г) экологически приемлемые способы размещения невостребованной части сухой золы и шлаков (грануляция, заполнение горных выработок и карьеров и др.);

д) минимальные издержки или максимальная прибыль по системе ЗШУ в целом;

е) возможность дальнейшего технического совершенствования обору­дования и схемных решений отдельных узлов, установок и системы ЗШУв целом — один из основных показателей качества проекта системы ЗШУ;

ж) максимальная механизация и автоматизация технологических процессов, исключение неоправданного применения ручного труда.

Система сбора и отгрузки золы обеспечивает отбор, транспортировку, переработку и отпуск сухой золы потребителям по фракциям. Невостре­бованная часть золы перерабатывается на безобжиговый гравий в уста­новке грануляции и поступает на склад гравия. Далее гравий забирается местной стройиндустрией или доставляется на экономически целесооб­разные расстояния различным потребителям.

-

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛОШЛАКОВ ТЭС

Характеристика золошлаковых материалов. В отечественной теп­лоэнергетике, когда речь идет о золе и шлаке угольных ТЭС, широко рас­пространен термин «золошлаковые отходы». Подобная терминология за­трудняет понимание возможности практического применения зол и шла­ков ТЭС в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве страны и реализации их как товарного продукта. В зарубежной литерату­ре принято говорить о побочных, или попутных, продуктах сжигания уг­ля (ПСУ). В результате подготовки и высокотемпературной обработки угля на выходе ТЭС образуются золошлаковые материалы (ЗШМ) — но­вое минеральное сырье определенного химического, минералогического и гранулометрического состава.

По зерновому составу ЗШМ принято делить на золу и шлаки. Услов­ной границей можно принять фракцию 0,25 мм: отходы менее 0,25 мм от­носят к золам, более крупные — к шлакам.

При удалении мелкой и легкой фракции золы, которая уносится дымо­выми газами из топок и улавливается фильтрами ТЭС в золосборники (такая зола называется золой-уноса), получают золу сухого отбора. Зола сухого отбора поступает с помощью пневмотранспорта либо непосредст­венно в транспортирующие средства, либо в силосы потребителя. При очистке золосборников водой зола и шлак в виде золопульпы удаляются в отвалы и образуют золошлаковые смеси гидроудаления. На этих отва­лах, имеющихся при каждой ТЭС, хранятся основные массы ЗШМ.

Исследование проб золошлаковых смесей, отобранных из отвалов на разных расстояниях от места слива золопульпы, показало, что по мере удаления от него дисперсность смесей возрастает, и если на расстоянии до 50 м преобладают шлаковые фракции, то на расстоянии 200—300 м — зольные с частицами размером менее 0,25 мм. Это дает основание для выделения в пределах отвала зон фракционирования: шлаковой — с пре­обладанием фракций шлака (более 0,25 мм), золошлаковой — с преобла­данием фракций золы (менее 0,25 мм) и зольной — в ее пределах фрак­ции шлака почти отсутствуют. В зависимости от расстояния участка от­вала от места слива золопульпы и зернового состава золошлаковых сме­сей протяженность шлаковой зоны обычно не более 50 м, золошлаковой — до 200 м, зольная же зона, как правило, расположена на расстоянии более 200 м.

Золошлаковые материалы имеют хорошую перспективу широкого применения в целях ресурсосбережения. При этом нужно учитывать, что ЗШМ представляют собой ценное минеральное сырье, которое можно ис­пользовать в металлургии, строительной индустрии, при сооружении до­рог, в сельском хозяйстве и др.

Существует до 300 технологий, основанных на использовании ЗШМ. Однако широкое распространение получили не более 10 % из разработан­ных технологий использования ЗШМ.

По химическому, гранулометрическому и фазово-минералогическому составу ЗШМ во многом идентичны природному сырью. Это позволяет использовать их для производства строительных материалов и изделий самой широкой номенклатуры: портландцемента, смешанных и бесце­ментных вяжущих, обжиговых (зольного гравия, золоаглопорита) и без­обжиговых заполнителей, стеновых материалов (силикатного и глино-зольного кирпича, керамических камней, плитки, пенокерамики) и др.

Сложность использования ЗШМ из отвалов заключается в том, что, как правило, эти ЗШМ неоднородны и представляют собой, за редким ис­ключением, смесь золошлаков от сжигания различных видов углей. Кро­ме того, ЗШМ из отвалов обладают повышенной влажностью и не разде­лены по химическому и гранулометрическому составу. При этом доста­точно эффективное оборудование для разделения и предварительной сушки золошлаков из отвалов отсутствует как у нас в стране, так и за ру­бежом. Для подачи ЗШМ из отвалов в бетоносмесительные узлы с целью использовать их при производстве строительных бетонов и растворов не­обходимо строительство дополнительных трактов.

Наиболее качественной для практического применения является зола уноса сухого отбора, поскольку она всегда отсортирована по фракциям с помощью электрических полей электрофильтров. Такая зола может хра­ниться в силосах в сухом виде и применяться в производстве без допол­нительной подготовки. Система подачи золы-уноса в бетоносмеситель­ные узлы аналогична трактам подачи цемента.

На основании исследований многих ТЭС, сжигающих топливо различ­ных угольных месторождений, все ЗШМ в зависимости от состава можно разделить на три группы: активные, скрытно активные и инертные.

В пределах этих групп ЗШМ распределены по форме содержания кальция в оксиде: общий, свободный, связанный в сульфаты и вхо'дящий в состав клинкерных минералов.

Золошлаковые материалы первой группы (активные) способны к са­мостоятельному твердению, поэтому их можно использовать взамен це­мента для устройства оснований из укрепленных грунтов и местных ма­лопрочных каменных материалов. Способностью к самостоятельному твердению обладает только зола-уноса сухого отбора. Ее называют само­стоятельным медленно твердеющим вяжущим материалом.От портландцемента она отличается меньшим содержанием клинкерных минералов, отсутствием алита, содержанием минералов низкой активности, извести, ангидрита и полуводного гипса, округлых сплавившихся частиц, оксидов щелочнозе­мельных металлов, наличием стеклообразной фазы и органических ве­ществ, что определяет замедленную гидратацию и замедленное по срав­нению с укрепленными портландцементом твердение укрепляемых ею материалов.

Активная зола-уноса сухого отбора может быть использована в каче­стве минерального порошка в производстве пористого и высокопористо­го асфальтобетона марок I, II и в горячих и теплых смесях марки III для плотного асфальтобетона, а также в бетонах, применяемых для строи­тельства покрытий и оснований дорог.

Золошлаковые материалы второй группы (скрытна также применять для производства асфальтобетона совместно с цемен­том или в качестве добавок к нему в целях его экономии,

Что касается наиболее распространенных ЗШМ третьей группы (инертных), то они в качестве техногенного грунта могут служить мате­риалом для сооружения земляного полотна, а также для устройства осно­ваний из этих ЗШМ или их смесей с песком, укрепленных цементом.

Согласно Закону Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг» № 51514 от 10 июня 1993 г. и Постановления Правительства Российской Федерации от 13 августа 1997 г, № 1013 «Об утверждении пе­речня товаров, подлежащих обязательной сертификации, и перечня работ и услуг, подлежащих обязательной сертификации» ЗШМ не подлежат обязательной сертификации. Однако предприятия, использующие ЗШМ, для сертификации своей конечной продукции, как правило, должны иметь данные по радиоактивности ЗШМ, В последние годы вопросами радиоактивности ЗШМ занимались многие организации. Было доказано, что в своем большинстве ЗШМ не радиоактивны. Повышенная же радио­активность некоторых видов углей после высокотемпературной обработ­ки в топках котлов может снижаться до фонового уровня.

Использование золы-уноса сухого отбора и ЗШМ отвалов гидро­удаления. Очень широк диапазон использования ЗШМ в бетонах: от гид­ротехнического бетона, в котором сухая зола применяется как замени­тель части цемента (до 25 %), до шлакобетона и стеновых бпокоъ та н^го, в которых в качестве мелкого и крупного заполнителя используются зола и шлак из отвалов и текущего выхода [7.10].

В настоящее время развивается очень важное направление примене­ния золошлаковой смеси с целью частично или полностью заменить при­родный крупный и мелкий заполнитель (песок) в тяжелом бетоне, ис­пользуемом на комбинатах по производству сборных железобетонных изделий и конструкций, в связи с появлением в ряде районов острого де­фицита в таком заполнителе.

Перечислим некоторые технико-экономические эффекты, связанные с введением золошлаков в бетоны различных видов:

улучшение технологических свойств бетонных смесей и сокращение времени и энергозатрат, связанных с укладкой и уплотнением бетонных смесей;

улучшение качества лицевой поверхности изделий;

обеспечение нормативных показателей по прочности и морозостойко-

сти при сокращении расхода цемента на 10—30% (50—150кг/м ) для всех видов бетонов;

снижение себестоимости благодаря сокращению расхода более доро­гостоящего мелкого природного заполнителя и его частичной или полной замене золошлаками (определяется конкретными ценовыми показателя­ми на строительный песок и золошлаковую смесь в данном регионе).

В отечественной практике применения золы в бетонах предпочтение отдается использованию низкокальциевых зол, образующихся при сжига-

нии каменного угля. Эти золы менее гидратически активны, чем высоко­кальциевые, но имеют относительно более стабильный и однородный хи­мический и зерновой состав и не оказывают отрицательного влияния на равномерность изменения объема смешанного вяжущего вещества.

Высококальциевые золы можно применять после предварительной пе­реработки, которая сводится к гашению свободного оксида кальция или к дальнейшему размолу золы.

Высококальциевые золы обладают бесспорными преимуществами для более широкого их использования: низкая водопотребность (на уровне или ниже водопотребности цементов), малое, обычно до 3 %, содержание частиц несгоревшего топлива, более высокая морозостойкость бетона с добавками высококальциевой золы, чем с добавками низкокальциевой.

Весьма эффективно использование золы для производства ячеистых бетонов так называемых пенобетонов, газозолобетонов и ячеистых золошлакобетонов. При этом используется как автоклавная, так и безавто­клавная технология.Использование золы и шлака ТЭС в качестве выгорающих и отощающих добавок при производстве красного (обжигового) кирпича позволяет повысить массообменные характеристики сырца и ускорить процесс сушки с одновременным снижением расхода топлива (на 20—40 %), по­высить прочность кирпича и снизить долю брака после сушки и обжига.В силикатном производстве кирпича достигается значительная эконо­мия извести (до 20 %) при одновременном повышении прочности сырца и самого кирпича после термообработки.

Применение ЗШМ в промышленности строительных материалов по­зволяет использовать всю номенклатуру существующего оборудования, как правило, без каких-либо дополнительных доработок.

Золошлаковые материалы можно использовать для производства лег­ких заполнителей, таких, как золоаглопоритовый гравий и щебень, золь­ный гравий, безобжиговый зольный гравий, шлакозит и др. Для произ­водства этих изделий могут быть применены отечественные тарельчатые грануляторы и спекательные машины. Для производства искусственного щебня путем расплава золошлаковой смеси (каменное литье) использу­ются также отечественные плавильные печи и дробилки.

На основании многочисленных исследований создана база и накоплен промышленный опыт применения золы и шлака ТЭС в производстве це­мента. Применение золы и шлака идет по двум основным направлениям — в качестве активной добавки к цементу и в качестве алюмосиликатного компонента цементной сырьевой шихты. Пылевидные золы, получае­мые при сжигании углей, могут быть использованы в качестве активной добавки при производстве обычного (добавка золы до 15 %) портландцемента (добавка золы 25—30 %).

Перспективной является технология производства сухих строитель­ных смесей с использованием золы-уноса. При этом на заводах железобетонных изделий вместо цемента и песка для производства бетона и строительных растворов может быть применена сухая строительная смесь, что позволит использовать существующие бетоносмесительные узлы без какой-либо доработки.

Экономия природных инертных и традиционных вяжущих материалов в дорожном строительстве может быть достигнута применением ЗШМ. Можно выделить следующие области применения ЗШМ ТЭС в строи­тельстве автомобильных дорог:

1. Золы-уноса могут быть использованы в качестве:

самостоятельного медленно твердеющего вяжущего для устройства оснований дорожных покрытий из укрепленных грунтов и каменных ма­териалов;

активной гидратической добавки в сочетании с цементом или изве­стью для устройства тех же оснований,

материала, заменяющего минеральный порошок при приготовлении асфальтобетонных смесей;

добавки, заменяющей часть цемента и заполнителя при приготовлении тяжелого бетона и раствора.

2. Золошлаковые смеси гидроудаления могут быть использованы в ка­честве:

техногенного грунта для сооружения дорожных насыпей;

материала, укрепленного цементом или другими вяжущими, для уст­ройства оснований и дополнительных слоев дорожных покрытий;

малоактивной гидратической добавки к извести при приготовлении золоизвестковых вяжущих для укрепления грунтов и каменных материа­лов;

материала, заменяющего минеральный порошок и частично песок при приготовлении асфальтобетона;

заполнителя при приготовлении тяжелого песчаного бетона.

Результаты укрепления цементом золошлаковых смесей гидроудале­ния показывают, что эти смеси при взаимодействии с цементом проявля­ют скрытую активность, что выражается в весьма существенном их отли­чии от естественных грунтов — твердении, замедленном во времени, но при значительно меньшем количестве цемента. С увеличением расстоя­ния участка отвала, из которого берется золошлаковая смесь, от места слива золопульпы, увеличивается количество цемента, требуемое для по­лучения материала I—II классов прочности.

Экономия цемента при укреплении им золошлаковых смесей по срав­нению с его расходом при укреплении естественных песчаных грунтов составляет 25—30 %. При этом обеспечивается достижение аналогичных или, более высоких показателей прочности и морозостойкости смесей в соответствии с действующими требованиями.При использовании ЗШМ в дорожном строительстве применяется тра­диционная дорожно-строительная техника.

В результате плавления минеральных компонентов при сжигании уг­лей, последующего дробления расплава в газовом потоке на отдельные мельчайшие капли и раздувания последних благодаря увеличению газо­вых включений в составе золы-уноса образуется микросфера (ценосфе-ра). Микросфера — полые стекловидные шарики, имеющие ряд ценных специфических свойств, обеспечивающих их применение в самых раз­личных областях. Благодаря правильной сферической форме и низкой плотности микросферы могут служить прекрасным наполнителем для са­мых разнообразных изделий.

В настоящее время наиболее широкое применение микросферы нашли:

легкий заполнитель пластмасс, резины, красок, бумаги;

легкий жаропрочный заполнитель стройматериалов и керамических изделий;

теплозащитный материал (в том числе для жаропрочного покрытия космических кораблей);

легкий заполнитель электроизоляционных материалов; катализатор в нефтепереработке;

сорбент для ликвидации нефтепродуктов на поверхности воды; пожаротушитель легковозгораемых материалов;

почвенный слой для быстрого выращивания растений методом гидро­поники;

наполнитель для эмульсионных взрывчатых веществ.

Возможны два основных направления извлечения микросфер из ЗШМ энергетического производства: из потока гидросмеси и после ее естест­венной сепарации на золоотвале. Эффективность оборудования, приме­няемого в настоящее время для извлечения микросферы из потока, неве­лика, а качество ее существенно ниже, чем качество микросферы из золоотвала, поэтому основное внимание уделяется сбору естественно отсор­тированной на золоотвале плавающей микросферы.

Микросферу можно собирать с помощью плавающих средств автоном­ного и неавтономного принципа действия. К автономным плавающим средствам следует отнести средства, имеющие собственный двигатель, к неавтономным — средства, имеющие энергетическую (кабельную) связь с берегом или снабженные папильонажной системой. В качестве вариан­та можно рассмотреть и создание буксируемого средства сбора микро­сферы. Папильонажная система может работать по принципу землесо­сного снаряда, когда лебедки установлены непосредственно на судне (понтонах), или по принципу «волочения» (лебедки расположены на бор­ту золоотвала).

В качестве примера использования ЗШМ при производстве высоко­экономичных и эффективных в эксплуатации изделий назовем примене­ние ЗШМ в производстве контактных щеток электродвигателей с целью уменьшить расход графитовых материалов. Российскими специалистами запатентована высокоэффективная технология применения золы в производстве медно-графитовых контактных вставок для пантографов трол­лейбусов, трамваев и электропоездов.

Для успешного решения задачи, поставленной Государственной науч­но-технической программой «Экологически чистая энергетика» в части использования 80 % ЗШМ экологически чистых ТЭС в промышленности, может оказаться полезным опыт, накопленный за рубежом.

Средний европейский уровень утилизации (переработки и использова­ния) ЗШМ за период 1995—1999 гг. составляет от 60 до 100 % годового выхода золошлаков. Так, в 1999 г. в Европе было произведено 47 млн т угольной золы и продуктов газоочистки, 87 % этих побочных продуктов сжигания угля было утилизировано главным образом в строительной ин­дустрии, промышленности, дорожном строительстве, обратной засыпке шахт, сельском хозяйстве, а также для создания искусственных ландшаф­тов. В Германии 99 % из 9,9 млн т побочных продуктов сжигания угля на ТЭС в 1999 г. было направлено на дальнейшую утилизацию по тем же на­правлениям.

По данным Европейской Ассоциации по использованию продуктов сжигания угля в 15 странах Европейского сообщества золошлаковые ма­териалы в 1999 г. использовались следующим образом:

45—48 % — в строительной индустрии;

30—40 % — для восстановления открытых разрезов, выработок и карьеров;

2 % временно хранились в силосных башнях (для последующего ис­пользования);

10—19 % хранится в золошлаковых отвалах.

Рекультивация нарушенных земель. Для предотвращения негатив­ного воздействия полигонов ЗШМ (золошлакоотвалов) на природу и че­ловека возможна рекультивация отработанных полигонов с целью:

предотвратить загрязнение воздушного бассейна, почвы отработан­ным золоотвалом, путем фиксации поверхности (нанесением специаль­ных покрытий, слоя грунта, насаждением трав, кустарниковых и древес­ных пород);

исключить загрязнение водных объектов, в том числе грунтовых вод, при вымывании токсикантов из золошлаков путем осушения отобранного отвала;

обеспечить соответствующей обработкой отвала наиболее эффектив­ное хозяйственное использование территории золоотвала с учетом хозяй­ственных и иных потребностей.

Золошлаки — это «стерильные» материалы, лишенные органических веществ, имеющие лишь следы азота; количество подвижных форм фос­фора и калия в них недостаточно для питания растений, поэтому самоза­растание золошлакоотвалов — процесс очень медленный: похрытие его поверхности растениями до прекращения пыления длится от 10 до 15 лет. 200

Следует подчеркнуть, что чаще всего рекультивация золоотвалов не может вернуть изъятые под них площади в первоначальное состояние. В большинстве случаев экономически и экологически нецелесообразна сельскохозяйственная рекультивация в целях производства товарной про­дукции растениеводства или выращивания кормов для скота. Для обеспе­чения экологической чистоты товарной продукции или кормов необходи­мо уложить на отвал огромный объем грунта и плодородной почвы (сло­ем толщиной не менее 1 м), так что выращенная продукция становится явно убыточной, а разработка и перемещение плодородной почвы и грун­та для укрытия отвала создают новые площади нарушенных земель. Ог­раничены также возможности использования территории рекультивиро­ванного золоотвала для выпаса скота, так как это связано с опасностью нарушения поверхностного слоя и его ветровой эрозии.

Основными направлениями рекультивации нарушенных земель явля­ются:

биологическая или техническая консервации нарушенных земель, ока­зывающих отрицательное воздействие на окружающую среду, рекульти­вация которых для использования в народном хозяйстве экономически невыгодна;

приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для граждан­ского и промышленного строительства;

создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий.

Санитарно-гигиеническая рекультивация (консервация) — основной вид восстановления отработанного золошлакоотвалов, в результате кото­рого решаются санитарно-гигиенические задачи; рекультивация проводит­ся в один (технический) или в два (технический и биологический) этапа.

Технический этап рекультивации должен включать в себя планирова­ние (выравнивание) поверхности, покрытие ее грунтом (сплошным"слоем или полосами). Наиболее рационален гидравлический способ транспор­тировки и распределения органического материала по поверхности зо-лошлакоотвала, использующий золошлакопроводы или самотечные лот­ки, имеющиеся на золошлакоотвале.

Биологический этап рекультивации включает в себя:

внесение в покрывающую золошлаковую почву или в золу минераль­ных или органических удобрений;

посев многолетних злаковых и бобовых либо местных, неприхотли­вых, наиболее устойчивых видов трав;

посадку саженцев деревьев и кустарников;

уход за посевами и саженцами.

При покрытии золошлакоотвала сплошным слоем грунта проведение биологического этапа рекультивации необязательно, поскольку в плодо­родном грунте всегда находится некоторое количество семян растений, что в дальнейшем приведет к самозарастанию золошлакоотвала.

Одним из видов санитарно-гигиенической рекультивации является по­садка деревьев на отработанном заяоошакоотвале (на дамбах и примы­кающих к ним участках зольного поля).

-С целью уменьшить поступление в атмосферу золы с отработанного золошлакоотвала целесообразна посадка пылезащитных лесополос. По­мимо уменьшения пыления посадка саженцев, особенно с наветренной стороны, будет способствовать самозарастанию поверхности золошлако­отвала.

Территории отработанных полигонов ЗШМ, расположенных в город­ской черте либо вблизи населенного пункта, целесообразно передавать органам местного самоуправления или отдельным организациям под воз­ведение зданий и сооружений. Проектирование и возведение строитель­ных объектов выполняются в соответствии с требованиями действующих строительных норм и правил.

Сельскохозяйственную рекультивацию следует проводить только при остром недостатке земель, пригодных для выращивания растениеводче­ской продукции. Растения, произрастающие на золошлакоотвале, поверх­ность которого не покрыта или покрыта недостаточно мощным слоем почвы, не предотвращающим проникновения корней растений в золу, мо­гут накапливать в биомассе большое количество микроэлементов, кон­центрация которых может достигать потенциально опасного уровня для животных, пасущихся на подножном корму, и для человека. Следует учи­тывать, что при проведении сельскохозяйственной рекультивации потре­буется значительный объем плодородного или потенциально плодородного грунта (от 5 до 20 тыс. м на 1 га золошлакоотвала) и большое коли­чество минеральных удобрений (до 500 кг/га).

Золоотвал, подвергнутый санитарно-гигиенической рекультивации (законсервированный), не может быть использован для произвольного се­нокошения и выпаса скота, поскольку скот может нанести значительный урон посевам и нарушить плодородный слой, а трава — содержать повы­шенную концентрацию микроэлементов.

4.ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ГИДРОСФЕРУ.

4.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ НА ТЭС

1. Системы гидрозолоудаления

На ТЭС, сжигающих твердое топливо, зола и шлак обычно удаляются водой на золоотвалы. Более экологичные сухие систе­мы не нашли пока широкого распространения. Используют прямоточные и оборотные системы гидрозолоудаления (ГЗУ). Расход воды в них со­ставляет 15—40 м³/т золы и шлака. В прямоточных системах грубодисперсные примеси отстаивают на золоотвалах, а осветленная вода сбрасы­вается в водоемы. Такие системы применяют, если в воде не растворяют­ся токсичные примеси золы и шлака.

Более совершенны оборотные системы. При их работе часть золы и шлака растворяется в воде. Состав золы и шлака зависит от марки топли­ва. Кроме того, при мокром золоулавливании (очистке газов) растворяют­ся оксиды серы, азота, углекислый газ. Возможно растворение и токсич­ных веществ: ванадия, мышьяка, фтора, ртути и др. Значение рН воды в оборотных системах гидрозолоудаления может быть от сильнокислотно­го до сильнощелочного. Возможно образование отложений в виде СаСО₃, Са(ОН)₂, СаSО₄ • 2Н₂О и др. Для поддержания солевого баланса и пред­отвращения интенсивного образования отложений часть оборотной воды сбрасывают в водоемы и заменяют ее свежей.

В соответствии с действующими «Правилами технической эксплуата­ции электрических станций и сетей» системы ГЗУ должны быть оборотными, однако еще на многих ТЭС эксплуатируются системы ГЗУ по разомкнутой схеме. Водный баланс систем ГЗУ за годичный период определяется приходной и расходной частами

Приходная часть баланса:

1). объем водной составляющей пульпы, поступающей в с с учетом сточных вод от других систем, сбрасываемых в систему;

2). объем осадков, выпадающих на поверхность золошлакового бассейна и каналов осветленной воды; 3). объем поверхностного стока, поступающего в систему ГЗУ;

4). объем сбросных от других цехов электростанции или других предприятий, направляема посредственно на золоотвал;

Расходная часть баланса:

1). объем воды, забираемой из отстойного пруда для повторного использования в системе ГЗУ, с учетом потребностей внутристанционной системы золоулавливания и шлакоудаления, включая внутристанционные потери воды;

2) потери на фильтрацию через ложе отстойного пруда;

3) потери на фильтрацию через ложе бассейна и канала осветленной воды;

4) потери на испарение с водной поверхности отстойного пруда, бассейна и каналов осветленной воды

5) воды на заполнение пор намытого золошлакового материала;

6) потери на испарение с поверхности золоотвала;

7) потери воды на подъем уровня отстойного пруда в целях обеспечения необходимости осветления (в связи с частичным заполнением емкости пруда золовыми отложениями).

Все указанные составляющие водного баланса системы ГЗУ определяются по проектно-технической документации или расчетным путем .

Минимальный расход продувочной воды оборотной системы необходимый для обеспечения концентрации растворенных солей на опасном в отношения образования солевых отложений уровне, опре; ется по методике ВТИ .Если расход продувочной воды, определенный по этой методике, превышает значение, полученное из уравнения баланса, его принимают в качестве расчетного расхода сточных вод нормировании.

Для расчета норм находят расход свежей воды в систему из вод объекта, суммарный расход оборотной и повторно или последовательно используемой воды, а также расход продувочной воды с учетом фильт рации.

Качество сбросных вод системы ГЗУ зависит от вида сжигаемого топлива и типа установленного оборудования, поэтому дать расчетные зависимости не представляется возможным

. Состав и степень загрязненности этих вод должны приниматься на основе фактических данных химического контроля. Однако по современной классификации продувочные воды ГЗУ относятся к токсичным стокам, в связи с чем оборотные системы на строящихся и реконструируемых ТЭС должны быть бессточными. Допускается и рекомендуется максимально возможное использование воды из оборотных систем ГЗУ для производственных нужд при условии, что образующиеся при этом стоки возвращаются в систему ГЗУ или полностью используются с со­блюдением экологических требований .

2. Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами

Источниками нефтепродуктов в стоках ТЭС являются мазутное хозяй­ство, маслосистемы турбин и подшипников различных механизмов (на­сосов, дымососов, вентиляторов, мельниц и др.), электротехническое оборудование, гаражи, оборудование вспомогательных служб. Загрязнен­ные нефтепродуктами воды ТЭС содержат мазут, смазочные и изоляци­онные масла, керосин, бензин и пр.

Объемы вод, загрязненных нефтепродуктами, определяются по дан­ным технических паспортов на оборудование, проектно-технической до­кументации или СНиП и уточняются при проведении производственных испытаний. В мазутохозяйстве такие воды образуются при охлаждении насосов, аварийных упусках мазута и ремонтных работах, поступают с грунтовой водой и др. Имеет место загрязнение мазутом конденсата па­ровых спутников и лотков, приемных и расходных резервуаров. Концен­трация мазута в охлаждающей воде сальников насосов составляет в ряде случаев 5000 мг/кг и более.

Значительное количество замасленных вод образуется при охлажде­нии маслосистем турбин и подшипников вращающихся механизмов в главном корпусе. Низкая культура эксплуатации приводит в ряде случаев к увеличению потерь масла в трансформаторах в 3—5 раз по сравнению с

нормами.

В результате количество сточных вод, загрязненных нефтепродукта­ми, оказывается значительным, что создает проблему их очистки и по­вторного использования. Сброс недостаточно очищенных от нефтепро­дуктов сточных вод представляет особую опасность для водоемов. Лег­кие нефтепродукты образуют пленки на поверхности воды, ухудшая ус­ловия аэрации водоемов. Тяжелые нефтепродукты оседают на дне, губи­тельно действуют на флору и фауну. Воздействие нефтепродуктов на во­доемы имеет длительный характер, так как они являются слабо окисляю­щимися веществами.

В связи с этим по нефтепродуктам установлены очень низкие ПДК. В водоемах, не имеющих рыбных хозяйств, ПДК нефтепродуктов не долж­на превышать 0,1—0,3 мг/кг, а при наличии рыбоохранных и рыбных хозяйственных организаций 0,05 мг/кг. Сточные воды этого типа должны использоваться на ТЭС повторно.

3. Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей и конвективных поверхностей нагрева котлов

В процессе эксплуатации на конвективных поверхностях нагрева кот­лов и в регенеративных воздухоподогревателях (РВП) при контакте с ды­мовыми газами образуются отложения, что приводит к росту сопротивле­ния газового тракта котла и повышению температуры уходящих газов. В результате периодически возникает необходимость в очистке этих по­верхностей.

Для удаления образовавшихся отложений часто используют промывку водой, при этом отложения растворяются в ней и делают ее очень токсич­ной. Особенно остро эта проблема стоит для котлов, сжигающих жидкое и твердое топливо.

На ТЭС в основном используются сернистые и высокосернистые (со­держание серы 2—3 %) мазуты. При их сжигании образуется зола, кото­рая содержит высокотоксичные соединения ванадия, никеля и др. Часть золы оседает на поверхностях нагрева котлов, в результате чего и возрас­тает сопротивление проходу газов.

В местах, где температура газов ниже точки росы, образующаяся влага поглощает 5О₃ и SО₂ из дымовых газов с образованием серной кислоты. Это приводит к интенсивной низкотемпературной коррозии металличе­ских поверхностей с образованием отложений сульфата железа, также увеличивающих сопротивление прохождению дымовых газов.

Образующиеся при обмывке сточные воды содержат до 0,5 % серной кислоты и токсичные соединения ванадия, никеля, меди и др.

При обмывке хвостовых поверхностей котлов, сжигающих твердое то­пливо, сточные воды в зависимости от характеристики топлива содержат механические примеси, различные растворимые соли, фтор, мышьяк и другие загрязнители.

Объем водопотребления на промывку РВП и пиковых водогрейных котлов зависит от ряда факторов, в том числе от вида и качества сжигае­мого топлива, типа и режима работы котлов, схемы очистки промывоч­ных вод и устанавливается индивидуально для каждой ТЭС. При отсутст­вии нормативно установленных расходов целесообразно принимать сле­дующие значения :

для промывки РВП: расход воды 5 м³ на 1 м² площади сечения ротора; продолжительность 1ч; периодичность 1 раз в месяц;

для промывки конвективных поверхностей нагрева котла: расход воды на промывку котла паропроизводительностью 300 т/ч и более 300 м³ ; продолжительность 2 ч; периодичность 1 раз в год перед ремонтом;

для промывки пиковых котлов: расход воды на промывку водогрейно­го котла марки: ПТВМ-50-1 15м³; КВГМ-100(ПТВМ) 20 м³; КВГМ-180 (ПТВМ) 25 м³ ; продолжительность 30 мин; средняя периодичность 1 раз в 15 сут.

Периодичность промывок пиковых котлов, оборудованных устройст­вом дробеочистки, составляет 1 раз в год.

Объемы оборотной и сточной воды в системе промывок РВП зависят от применяемой схемы очистки и установленного оборудования и опре­деляются индивидуально по каждой ТЭС.

Состав и степень загрязненности сточных вод от промывок РВП зави­сят от конкретных условий эксплуатации (топлива, оборудования, каче­ства исходной воды и т.п.) и принимаются на основе фактических дан­ных химического контроля.

При отсутствии данных химического контроля состав промывочных вод после известковой обработки (наиболее распространенной) можно принимать следующим, г/м³ взвешенные вещества 25; сухой остаток 2000—2400; SО₄ 1400; Ni < 0,1; Си < 0,1; Fе < 0,1; V < 0,1; Рн 9,5—10.

4. Сточные воды химических промывок и консервации оборудования

Для очистки оборудования (в основном котлов) от отложений приме­няют предпусковые и эксплуатационные промывки различными химиче­скими растворами. Обязательными являются промывки впервые вводи­мого в эксплуатацию оборудования — предпусковые промывки. Экс­плуатационные промывки проводят периодически. Для этой цели исполь­зуют неорганические кислоты (соляную, серную, плавиковую), различ­ные органические соединения, комплексоны и композиции на их основе, а также ингибиторы коррозии. С учетом трудностей по переработке и утилизации растворов, содержащих органические соединения, их исполь­зование при химических очистках оборудования не рекомендуется [10.14]. Запрещается применять реагенты, для которых не установлена ПДК для водоемов различного назначения, а также реагенты, которые не могут быть обезврежены. Технология промывок и состав реагентов зави­сят от состава отложений, удаляемых с поверхности нагрева, и типа обо­рудования.

При консервации оборудования применяют аммиак, гидразин, оксидециламин и др.

При химической очистке оборудования возможны следующие техно­логические операции:

водная промывка технической водой;

обезжиривание внутренних поверхностей растворами щелочи или по­верхностно-активных веществ (ОП-7, ОП-10);

вытеснение раствора технической водой с последующей заменой ее на обессоленную;

химическая очистка соответствующим раствором;

пассивация очищенных поверхностей;

дренирование или вытеснение пассивирующего раствора обессолен­ной водой.

В результате химической очистки образуются сточные воды, содержа­щие как используемые реагенты, так и отложения, удаленные с поверхно­стей нагрева. В состав сточных вод входят: сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия, всевозмож­ные токсичные соединения (соли железа, цинка, фторсодержащие соеди­нения, гидразин), а также органические вещества (нитриты, сульфиды, аммонийные соли), для окисления которых необходим кислород.

Качество сточных вод от химических очисток зависит от типа уста­новленного оборудования и использованного метода очистки и принима­ется по данным химического контроля.

Наибольшую угрозу в этих сточных водах представляют собой ток­сичные вещества и вещества, потребляющие кислород.

Расходы воды и периодичность химических очисток зависят от типа и режима работы установленного оборудования, от используемого метода химической очистки и определяются по данным проектно-технической и эксплуатационной документации.

При отсутствии нормативно установленных расходов их целесооб­разно принимать по данным таблицы.

Объем сточных вод в зависимости от схемы их обработки может быть равным объему использованной воды или меньше его на значение потерь воды с обводненным шламом при его отделении от осветленной воды

5. Сточные воды мокроизвестнякового способа очистки дымовых газов от оксидов серы

На ТЭС, особенно в США и ФРГ, большое распространение для очист­ки дымовых газов от оксидов серы получил мокроизвестняковый скрубберный способ. Аналогичная схема была применена в проектных разработках для некоторых электростанций РФ и стран СНГ. Схема и принцип МИС описаны ранее .

В качестве исходной воды при мокроизвестняковом скрубберном спо­собе очистки дымовых газов обычно используют техническую воду. Часть ее при контакте с горячими дымовыми газами испаряется. В ре­зультате упаривания и растворения примесей из дымовых газов минера­лизация воды увеличивается. Для поддержания необходимого водного режима часть воды продувается.

В сточных водах установок десульфуризации такого типа наряду с ок­сидами серы которые является побочным продук­том окисления серы, имеются соединения хлористого НС1 и фтористого НР водорода, азотная НNО₃ и кремниевая Н₂SO₃ кислоты, другие соеди­нения. В первую очередь это кальций, концентрация которого достигает 1500—2000 г/м . Концентрация магния и других щелочных металлов пре­вышает 100 г/м , а ионов водорода, мг-экв, составляет в среднем полови­ну общей концентрации катионов, в результате чего сточные воды из аб­сорбера имеют очень низкое значение рН (около 1).

Среди анионов преобладают хлориды и сульфаты. Нитраты, , фториды и кремниевая кислота содержатся в количестве от 100 до1000 г/м . Органические соединения имеют преимущественно форму гумматов, что придает стокам желто-зеленую окраску. В среднем концен­трация гумматов составляет 50 г/м³.

Продувочную воду после очистки и разбавления часто сбрасывают в водоемы.

В процессе очистки дымовых газов от оксидов серы мокроизвестняковым способом, а также при нейтрализации кислоты известью образуется гипс. Для повышения его качества и снижения в нем вредных примесей проводят предварительную очистку дымовых газов от сильнокислотных компонентов, главным образом от хлористого и фтористого водорода, для чего перед стадией абсорбции серы осуществляют газоочистку .

Подобная установка мокроизвестнякового способа очистки дымовых газов от оксидов серы успешно эксплуатируется на электростанции

Среди анионов преобладают хлориды и сульфаты. Нитраты, дитионаты, фториды и кремниевая кислота содержатся в количестве от 100 до1000 г/м . Органические соединения имеют преимущественно форму гумматов, что придает стокам желто-зеленую окраску. В среднем концен­трация гумматов составляет 50 г/м³.

Продувочную воду после очистки и разбавления часто сбрасывают в водоемы.

В процессе очистки дымовых газов от оксидов серы мокроизвестняко-вым способом, а также при нейтрализации кислоты известью образуется гипс. Для повышения его качества и снижения в нем вредных примесей проводят предварительную очистку дымовых газов от сильнокислотных компонентов, главным образом от хлористого и фтористого водорода, для чего перед стадией абсорбции серы осуществляют газоочистку [10.17].

Подобная установка мокроизвестнякового способа очистки дымовых газов от оксидов серы успешно эксплуатируется на электростанции

6. Сточные воды водоподготовительных установок

При работе котлов и турбин имеют место следующие основные поте­ри пара и конденсата: потери рабочего тела через неплотности; потери, связанные с продувкой барабанных котлов, с использованием пара на по­догрев и распыл мазута, на нагрев воздуха в калориферах; потери кон­денсата, используемого при приготовлении растворов для промывки и консервации внутренних поверхностей нагрева и оборудования; на собст­венные нужды блочной обессоливающей установки (БОУ). Эти потери, называемые внутренними, как правило, не превышают 2—3 % расхода пара на турбину. На промышленно-отопительных ТЭЦ при непосредст­венной подаче пара на производство из отборов турбин имеют место внешние потери рабочего тела и загрязнение возвращаемой части кон­денсата. Это приводит к дополнительному расходу исходной воды и об­разованию сточных вод, связанных как с воспроизводством потерянного конденсата, так и с очисткой конденсата, возвращаемого с производства.

Для восполнения потерь парового цикла на современных ТЭС приме­няется обессоленная вода. Расходы этой воды и воды на собственные ну­жды обессоливающих установок и установки очистки конденсата состав­ляют объем водопотребления парового технологического цикла. Кроме того, при подаче с ТЭС горячей воды имеют место потери сетевой воды. Для восполнения этих потерь также используют природную воду, обра­ботка которой до соответствующего качества сопровождается образова­нием сточных вод.

Качество воды для компенсации потерь воды и пара как на самой ТЭС, так и за ее пределами регламентируется ПТЭ в зависимости от условия ее последующего использования. Подготовка воды такого ка­чества обычно осуществляется в несколько этапов.

На первом этапе воду осветляют, одновременно снижая путем коагу­ляции содержание в ней органических и кремнекислых соединений. Час­то этот процесс совмещают с известкованием воды, что обеспечивает снижение ее жесткости и щелочности. Осветление воды обычно осущест­вляют в осветлителях со взвешенным слоем осадка.

При осветлении исходной воды образуются шламовые воды с концен­трацией твердых частиц от 5 до 50 кг/м³ . Сброс таких вод в водоисточни­ки запрещен.

При обработке вод с пониженной щелочностью используют только коагуляцию. В качестве реагента-коагулянта наибольшее распростране­ние получил сернокислый алюминий (глинозем) Аl₂(5О₄)₃ • 18Н₂О. Коа­гуляция сернокислым алюминием осуществляется при рН обрабатывае­мой воды 6,5—7,5, так как в более щелочной среде вследствие амфотерных свойств алюминия образуется легко растворимый алюминат натрия.

В последнее время начали использовать оксихлориды алюминия типа АlСl₂ОН, АlС1(ОН)₂, Аl₂Сl(ОН)₅.

При смешении воды с коагулянтом происходит образование осадка, состоящего из продуктов гидролиза солей алюминия и веществ природ­ного и органического происхождения, содержащихся в воде. Механизм образования осадков очень сложен и основан на процессах гидролиза, сорбции и коагуляции

Осадки, получающиеся при использовании алюмосодержащих коагу­лянтов, представляют собой сложную многокомпонентную пространст­венную систему с сильно развитой поверхностью. Основу осадков со­ставляет свежеосажденный гель гидроксида алюминия в сочетании с ми­неральными и органическими веществами, находящимися в воде и вно­симыми в воду вместе с неочищенными коагулянтами. Влага в осадке на­ходится в различных формах связи с компонентами осадка (химически, физико-химически и физико-механически связанная), а также в свобод­ном состоянии, захваченной и защемленной структурой осадка.

При совмещении процессов коагуляции и известкования в качестве коагулянта используют сернокислое железо (железный купорос)и хлорное железо.

В отечественной практике наибольшее распространение получило сернокислое железо, которое обеспечивает эффективную коагуляцию во­ды в диапазоне рН = 4—10

Приведенные уравнения реакций не совсем точно описывают проис­ходящие процессы, так как не учитывают образования сложных комплек­сов карбонатов кальция и магния, а также кремнекислых и органических соединений. Однако при определении расхода извести и количества об­разующихся осадков обычно используются именно эти уравнения.

При умягчении воды известью образуются осадки, содержащие мало­растворимые вещества: карбонат кальция, гидроксид магния, диоксид кремния, оксиды железа, оксиды алюминия и непрореагировавшую из­весть. Скоагулированные органические и неорганические загрязнения обычно составляют малую часть массы осадка. Эти осадки легче подда­ются сгущению, чем осадки после коагуляции. Содержание твердой фазы в осадках при известковании воды изменяется от 2 до 15 %.

В связи с тем что вода после осветлителя содержит некоторое количе­ство взвешенных веществ, ее доосветляют на механических (осветлительных) фильтрах, загруженных зернистым материалом (антрацитом, кварцевым песком, циолитом и др.). Сточные воды, образующиеся при периодической взрыхляющей промывке этих фильтров, собирают и рав­номерно подают в осветлители.

Шламы, образующиеся в осветлителе при коагуляции или коагуляции и известковании, выводятся с непрерывной и периодической продувкой и обычно подаются на специально сооружаемые шламонакопители, рас­считанные на 5—10 лет работы. Шлам в шламонакопителях оседает и уп­лотняется, а вода возвращается в осветлители. Сброс таких шламов в во­доемы запрещен.

Технология обработки воды на втором этапе связана с последующим ее использованием. При подготовке воды для подпитки теплосети или котлов низкого давления известкованную и осветленную воду обычно подвергают умягчению, в процессе которого основная часть ионов Са заменяется на ионы Nа, а анионный состав воды ос­тается без изменения. Остаточная жесткость умягченной воды зависит от ее исходного состава, количества ступеней обработки и условий регене­рации катионита.

В тех случаях, когда исходная вода не подвергается известкованию, снижение ее щелочности осуществляется путем Н-катионирования или добавления кислоты и доведения значения общей щелочности до 0,2— 0,8 мг-экв/л.

В отечественной практике в основном применяют одно- и двухступен­чатое Nа-катионирование, Н-катионирование с «голодной» регенерацией катионита, когда расход кислоты на регенерацию близок к стехиометрическому, а также различные сочетания Н- и Na-катионирования Наибольшее распространение получили параллельно-точные схемы работы фильтров, при которых обрабатываемая вода и регенерационные растворы подаются в одном направлении — сверху вниз.

По мере работы фильтров качество обработанной воды начинает ухуд­шаться, и после достижения заданного уровня фильтры отключаются на регенерацию. Истощенный фильтр вначале взрыхляют, в результате чего образуются сточные воды, содержащие взвесь, отфильтрованную в про­цессе работы фильтра, а также продукты разрушения ионообменного ма­териала.

Регенерация Nа-катионитных фильтров осуществляется 8—10%-ным раствором хлорида натрия, а Н-катионитных фильтров — раствором сер­ной кислоты различной концентрации (от 0,8 до 4 %). Для обеспечения необходимой глубины регенерации катионита расход регенерационного раствора в большинстве случаев в 2—3 раза превышает стехиометрическое количество. В результате в отработанном регенерационном растворе содержится весь избыток реагентов, а также Са и Мg, поступившие в не­го в процессе регенерации.

После ввода расчетного количества регенерационного раствора катионит отмывают от продуктов регенерации, что приводит к образованию дополнительного количества сточных вод повышенной минерализации.

Сточные воды, образующиеся при взрыхлении фильтров, собирают и равномерно подают в осветлители вместе с водами взрыхляющих промы­вок механических фильтров.

Сточные воды, образующиеся в процессе регенерации и отмывки катионитов, содержат до 40 кг/м минеральных соединений, а их количест­во составляет от 3 до 10 % количества обработанной воды. Обычно такие сточные воды разбавляют маломинерализованной водой до ПДК и сбра­сывают водоисточники.

Для питания котлов высокого давления с естественной циркуляцией и прямоточных котлов используют обессоленную воду]. Подготовку добавочной воды для таких котлов осуществляют путем ионитного (хи­мического) или термического обессоливания. Химическое обессоливание применяют также для очистки конденсата, образующегося на ТЭС и воз­вращаемого внешними потребителями пара. Для этой цели сооружают блочные (БОУ) и автономные (АОУ) обессоливающие установки, конденсатоочистки (КО) различного типа.

Для более глубокого химического обессоливания наряду с двумя сту­пенями Н-катионирования применяют две ступени анионирования, при­чем первую ступень загружают низкоосновным анионитом, а вторую — высокоосновным .При работе по такой схеме основными ком­понентами обессоленной воды являются проскоки кремниевой кислоты, а также продукты регенерации при неполной отмывке Н- и ОН-фильтров второй ступени. Глубокое химическое обессоливание используется для подготовки добавочной воды барабанных котлов высокого давления.

При полном химическом обессоливании воду дополнительно обраба­тывают в фильтрах смешанного действия (ФСД), загруженных смесью катионита и анионита соответственно в Н- и ОН-форме. Такая обработка воды применяется для подготовки добавочной воды прямоточ­ных котлов. Концентрация натрия в ней не превышает 5 мкг/кг, кремневой кислоты 10 мкг/кг.

Процесс регенерации фильтров установок химического обессоливания также включает в себя три основные стадии: взрыхляющую промывку, ввод регенерационных растворов и отмывку от продуктов регенерации. Регенерация катионитных фильтров осуществляется обычно серной ки­слотой. Для предотвращения образования сульфата кальция в процессе регенерации ее проводят с постепенным ступенчатым увеличением кон­центрации серной кислоты от 0,5 до 4 %. Регенерацию анионитов осуще­ствляют в основном 4 %-ным раствором едкого натра. При этом чем вы­ше минерализация исходной воды и больше ступеней обработки, тем больше расход реагентов, количество сточных вод и содержащихся в них солей.

При суммарном содержании анионов сильных кислот в воде 5 г-экв/м и более для ее обессоливания рекомендуется использовать термический метод .Суть термического обессоливания заключается в испа­рении воды и конденсации полученного пара. Так как в процессе испаре­ния с паром уносится лишь незначительная часть воды в виде капель с содержащимися в ней примесями, солесодержание дистиллята испарите­лей оказывается очень низким и близким к солесодержанию глубоко обессоленной воды, получаемой при химическом обессоливании. Основ­ная часть растворенных в воде веществ, поступающих с питательной во­дой в испаритель, концентрируется в процессе ее упаривания и выводит­ся с продувкой.

7.Ливневые и талые воды

Качественный состав поверхностного стока электростанций определя­ется интенсивностью, повторяемостью и продолжительностью дождей, способом уборки снега, благоустройством территории. Поверхностный сток может содержать почти все загрязняющие вещества, имеющиеся в производственных сточных водах, однако основными загрязняющими компонентами этого типа сточных вод являются нефтепродукты и взве­шенные вещества.

Основная масса (до 90 %) взвешенных веществ в поверхностном стоке представлена мелкодисперсными частицами размером до 40 мкм, а ос­тальное (до 10 %) — песком, размер частиц которого составляет от 0,1 до 3 мм. Разработаны методики расчета количества дождевых и талых вод в зависимости от региона расположения ТЭС и занимаемой территории. К ним обычно добавляются поверхностные стоки, образующиеся в процессе поливомоечных мероприятий, в том числе при мойке дорож­ных покрытий.

8. Грунтовые воды систем водопонижения

На многих ТЭС в последнее время возникла проблема повышения уровня грунтовых вод. Для поддержания безопасного уровня производят откачку грунтовых вод, состав которых колеблется в очень широком диа­пазоне. В большинстве случаев сброс таких вод в водоисточники без со­ответствующей обработки запрещен.

Таким образом, на ТЭС в зависимости от типа сжигаемого топлива и наличия грунтовых вод образуется от шести до девяти основных видов сточных вод, значительно различающихся как по количеству, так и по со­ставу. На экологически безопасной ТЭС эти сточные воды должны быть использованы либо очищены до уровня, при котором их сброс не приве­дет к необратимому негативному воздействию на окружающую среду.

Кроме того, на ТЭС образуются хозяйственно-бытовые сточные воды, которые обычно отводят в отдельную канализацию и подвергают очистке совместно со сточными водами городов и других населенных пунктов.

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ГИДРАЗИНА В СТОЧНЫХ ВОДАХ .

Гидразин широко применяется в теплоэнергетике как антикоррозионный агент. При проведении консервации и пассивации оборудования, после химических очисток образуются значительные количества сточных под с высокими концентрациями гидразина .

Так как он является высокотоксичным веществом 2 класса опасности, прямой сброс таких вод в канализационный коллектор и природные водоемы запрещен.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) гидразина в воде для водоемов санитарно-бытового назначения составляет 0,01, для рыбохозяйственных водоемов 0,00025мг\дм ³.Перед сбросом сточных вод необходимо снизить его концентрацию до значения ПДК, поэтому важной становится нейтрализация избыточных количеств гидразина.

Единственным способом нейтрализации гидразина в сточных водах, рекомендуемым нормативно-техническими документами, является его окисление хлорной известью. Однако несмотря на простоту и дешевизну, на трудность дозировки хлорной извести (она плохо растворима в воде

медленное протекание реакции окисления при нормальной температуре;

опасность передозировки хлорной извести, в результате , чего восточных водах появляется свободный хлор (ПДК по свободному хлору 0,00001мг\дм^3.

Методы удаления гидразина из сточных вод.

1.Адсорбирование растворенного гидразина. Высокую эффективность в процессах сорбции проявляют гидратированные триполифосфаты алюминия и хрома. Этот способ очистки сточных вод позволяет в различных режимах полностью извлечь гидразин из водных растворов при нормальной температуре.

Основным недостатком всех адсорбционных способов является высокая чувствительность адсорбентов к веществам, присутствующим в сточных водах, а также к механическим примесям. Часто значительную сложность представляет и регенерация адсорбента.

2.Разложение гидразина. Гидразин является термодинамический неустойчивым соединением , и теоретически способен самопроизвольно разлагаться в кислой и щелочной средах. Разложение - это процесс с получением продуктов окисления и восстановления. Два предельных случая могут быть представлены следующими уравнениями реакций:

3N₂H₄=4NH₃+N₂;

N₂H₄=N₂+2H₂

В реальных условиях образуются, как правило, все три продукта

В водных растворах при обычных условиях гидразин практически не разлагается. Увеличить скорость можно используя катализаторы, высокую температуру и различные излучения. Каталитическое разложение гидразина происходит с существенным выделением энергии, поэтому этот процесс представляет большой интерес с точки зрения использования гидразина в качестве ракетного топлива.

Широкому применению этого метода мешает высокая стоимость катализаторов (платиновая чернь, скелетный никель₇ иридий, рутений и др.).

3.Окисление гидразина. Наиболее распространенным методом является его окисление различными окислителями. Основная особенность гидразина- значительная восстановительная активность. Азот, который может иметь степени окисления от -3 до +5.

Следовательно, при окислении гидразина можно получить самые разнообразные продукты.

Термодинамически наиболее вероятным продуктом окисления является азот. Электроокисление гидразина в тех же средах обычно происходит с образова­нием азота. Практически этот процесс можно осуществить пропусканием сточных вод через электролизер, на анодах которого гидразин окисляется. При малых концентрациях гидразина на неактивных анодах выделяется кислород и хлор,которые дополнительно являются окислителями гидразина. К недостаткам такого метода можно отнести: использование специальной аппаратуры (электролизеров), высокую энергоемкость и появление избыточных концентраций активного хлора. На практике является окислителем хлорная известь.

Взаимодействие гидразина с хлорной известью в растворе происходит по уравнению:

2СаОС1₂ + N₂H₄ = 2CaCl₂ + N₂ + 2Н₂О

В соответствии со стехиометрией этой реакции на окисление одной массовой доли гидразина необходимо восемь массовых долей хлорной извести. Именно такие количества хлорной извести, к тому же увеличенные на 5%, рекомендуется применять для обезвреживания гидразина в сточных водах в сочетании с перемешиванием сжатым воздухом, благодаря чему гидразин окисляется кислородом. О недостатках этого метода сказано ранее. Однако следует отметить, что предлагаемый расчета количества хлоркой извести не совсем корректен, так как используемый на практике технический продукт может иметь разное содержание активного хлора (от 20 до 32 %), Кроме того, предусматривается дополнительное снижение массовой доли активного хлора до 10 % даже при хранении в течение одного года. Все это приводит к значительному увеличению расхода хлорной извести .После приведения окисления гидразина в сточных водах предлагается нейтрализовать хлор раствором сульфита натрия и только после этого сливать их в места, согласованные с санэпидемстанцией. Та же технология применяется и при использовании гипохлорита натрия (NaOCl) и других хлорсодержащих окислителей. С учетом сказанного процесс обезвреживания гидразина с помощью хлоркой извести становится очень сложным и трудоемким.

Несмотря на то , что гидразин является сильным восстановителем, окисление его кислородом воздуха в водных растворах при нормальной температуре идет крайне медленно. Активные восстановительные свойства гидразин проявляет только при повышенной температуре, в щелочной среде в присутствии катализаторов. Также замечено, что окислению гидразина способствуют не только высокое значение рН, но и повышенная жесткость воды и присутствие органического материала.

В кислых растворах или в отсутствие ионов металлов, особенно меди, в аэрированной дистиллированной воде заметного окисления гидразина не наблюдается. Каталитическое влияние следов ионов меди на скорость окисления гидразина кислородом воздуха в водных растворах было замечено еще в начале 50-х годов. Тогда же было высказано предположение о том, что оно обусловлено равновесием между ионами одновалентной и двухвалентной меди. Менее активны ионы кобальта, железа, марганца.

В реакциях окисления гидразина каталитическим действием обладают также металлы платиновой группы, закрепленные на твердых носителях. Предложен способ удаления остаточного кислорода из питательной воды гидразином при низких температурах (2О...4О°С) с использованием в качестве катализатора платины или палладия на анионите полистиролъного типа. Высокую эффективность проявляет хлорид иридия на порошковом или гранулированном оксиде алюминия. Катализатором окисления гидразина может служить и активированный уголь.

В качестве сорбентов можно использовать пористые порошкообразные отходы электростанций, предприятий химической, металлургической и других. Рекомендуется принудительная циркуляция кислорода через сорбент с катализатором, которым может быть медь, нанесенная на пористую основу, или ионы меди в растворе. Удаление гидразина из вод окислением его при контакте с золой, остающейся после сжигания угля.

Кроме кислорода окислителями гидразина служат активные компоненты золы, что доказывают эксперименты по окислению гидразина золой в инертной атмосфере азота. Практически полное окисление гидразина водной суспензией золы при рН = 11... 12 происходит примерно за 1,5 ч. Можно сбрасывать сточные воды электростанций, работающих на угле, на золоотвалы.

Более эффективным окислителем по сравнению с кислородом является озон. Перекись водорода окисляет гидразин в водных растворах по реакции N₂H₄+2H₂O-N₂+4H₂O

Установлено, что эта реакция катализируется ионами меди Cu(II). Реакции способствуют следовые количества гидрохинона, хинона., ортофемилендиамина и ионов цезия.

Необходимо отметить, что в природ пых условиях гидразин кроме химического окисления может подвергаться и биодеградации.

Нитрифицирующие окисляют гидразин до азота азотофиксирующие бактерии восстанавливают его до аммиака. Биологические очистные сооружения перерабатывают сточные воды без снижения очищающей способности активного ила лишь при концентрациях ниже 5 мг\дм^{3 .} На основе анализа приведенных данных, был выбран наиболее приемлемый вариант окисление воздухом и перекисью водорода с применением в качестве катализаторов ионов железа, кобальта и меди.

ОБРАБОТКА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ КОНДЕНСАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

1.Гигиенические и технологические аспекты биоцидной обработки охлаждающей воды циркуляционных систем электростанций

В настоящее время основным источником технического водоснабжения

являются поверхностные водоемы. Вместе с тем, по данным Департамента Госсан­эпиднадзора Минздрава России, на урбанизированных территориях страны подавляющее большинство (более 90%) поверхностных источников относится ко 2—3 классам.

Гигиенические, технические требования и правила выбора в 1 л воды допускают уровень мутности от 1 500 до 10 000 мг, содержание лактозоположительных кишечных палочек — от 10 000 до 50 000 тыс.. Фактически вода многих рек должна классифицироваться как разбавленные городские сточные воды, а применение такой воды для технического водоснабжения вообще в пред­приятий энергетики в частности по терминологии Всемирной организации здравоохранения является примером «непреднамеренного косвенного повторного использования сточных вод».

В то же время нормативные технические и гигиенические документы, регламентирующие использование в техническом водоснабжении природных вод, загрязненных в той или иной степени сточными водами, практически отсутствуют. Требования СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», касающиеся этого вопроса, весьма расплывчаты % имеют общий декларативный характер. Так, согласно этому документу качество воды, подаваемой на производственные нужды, должно соответствовать технологическим требованиям с учетом его влияния на выпускаемую продукцию и обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала.

В связи с этим использование загрязненных поверхностных вод для технического водоснабжения сопряжено с необходимостью решения не только технологических, но и гигиенических задач, среди которых биоцидная обработка охлаждающей воды оборотных систем имеет первостепенное значение.

При применении воды в градирнях, брызгальных бассейнах, прудах-охладителях и других сооружениях подобного рода возможно загрязнение атмосферного воздуха патогенными бактериями и вирусами. Кроме того, не исключено неблагоприятное воздействие микробиологических загрязнений на персонал электростанций при неорганизованном контакте с технической водой. Особое опасение вызывает гидроаэрозоль технической воды, в связи с возможностью передачи возбудителя эпидемического легионеллеза. Легионеллы являются естественными обитателями пресноводных

источников. Их высокие адаптивные способности исключительная устойчивость к действию дезинфектантов позволяют бактериям успешно колонизировать искусственные водные системы: охлаждающие градирни, пруды-охладители, водоводы, баки-накопители, буферные емкости. Условия для выживания легионелл в искусственных сооружениях оказываются более благоприятными чем в естественных ,что приводит к накоплению возбудителя в значительных концентрациях.

Это не только повышает эпидемическую опасность технической воды, но и может явиться причиной коррозии материалов и ухудшения процессов теплопередачи. Последнее связано с обогащением воды коррозионно активными продуктами жизнедеятельности этих микроорганизмов и образованием биологических отложений на поверхностях теплообмена.

Как показывает опыт эксплуатации некоторых систем технического водоснабжения, использование воды, содержащей высокие концентрации легионелл, является безусловным фактором риска для здоровья персонала. Так, крупная вспышка (заболело 236 чел) легнонеллезгюй инфекции на заводе резиновых изделий (г. Армавир) в 1987 г. возникла из-за распространения возбудителя составе гидроаэрозоля из градирен и конди­ционеров.

В развитых странах Запада на протяжении уже двух десятков лет ведется гигиенический контроль и принимаются меры по предотвращению распространения легионеллеза через системы хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения.

Загрязнение поверхностных вод бытовыми, промышленными и ливневыми сточными водами привело к тому, что во многих водохранилищах ТЭС и АЭС создались благоприятные условия для массового развития биоценозов и комплексов микроорганизмов — обрастателей твердых субстратов. Наличие бактериальной флоры способствует склеиванию взвешенных частиц между собой и с минеральными отложениями, а также с поверхностью трубок конденсаторов. Теплопроводность органических отложений гораздо ниже, чем минеральных, поэтому даже незначительный их слой по экономическим потерям может быть эквивалентен преобладающему минеральному слою. В некоторых случаях вследствие загрязнения конденсаторов указанными отложениями температурный напор превышает нормативный на 12... 15 "С, а вакуум снижается до 86...88%, Поэтому для уменьшения органических отложений необходимо уничтожение биологических примесей в охлаждающей воде, так как они стимулируют образование слизистых отложений.

Биофонды комплексов и ценозов обрастаний, сформированные в водохранилищах, являются рассадниками личинок обрастаний, которые в массовых количествах поселяются в водоводах ТЭС и АЭС. В системах технического водоснабжения электростанций в громадных количествах развиваются также моллюски (различные виды дрейсены). Максимум их отмечается в июне-июле.

Для борьбы с биообрастаниями необходима специальная обработка воды. В частности, для борьбы с дрейсеной требовалась очень сложная многочасовая (иногда в течение 2—3-х суток) обработка: ингибированной соляной кислотой, щелочью, медным купоросом и хлором.

Одним из характерных признаков нарушения биоценоза является «цветение» водоема. Масса планктонных водорослей загрязняет конденсаторные трубки, что приводит к снижению вакуума. Отмирая, водоросли оседают, заиливая дно охладителя. Таким образом, необходимость биоцидной обработки добавочной или охлаждающей оборотной воды на предприятиях энергетики обоснована: требованиями обеспечения надежной ее дезинфекции и необходимостью исключения повторного заражения воды в оборотной системе; необходимостью предотвращения развития микробиальных и растительных обрастаний на поверхностях тенлообменного оборудования.

Следовательно, при выборе реагента для биоцидной обработки следует исходить из; эффективности его дезинфицирующего воздействия па бактерии и вирусы, степени токсичности; влияния на органолептические показатели качества воды и на санитарный режим водоема (охладителя); длительности сохранения биоцидного воздействия; обладания широким спектром действия

для контроля развития различных микроорганизмов и растительности (бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, моллюски и др).

Хлорирование имеет существенные недостатки. Так, при остаточной концентрации хлора 1,5...2,0 мг/л и длительности контакта 30...60 мин хлорированная вода приобретала неблагоприятные органолептические свойства. Степень неблагоприятного влияния хлорированной воды на организмы зависит от уровня загрязнения органическими веществами. Причем чем выше содержание последних, тем большие дозы хлора требуются для обеззараживания. При неадекватном хлорировании происходит усиление общетоксического действия на организм вследствие трансформации химиче­ских веществ с образованием более опасных соединений, чем исходные В частности, установлено, что в хлорированных загрязненных водах были обнаружены все основные тригалометаны, причем хлороформ в наиболее значительных концентрациях. Для загрязненных вод характерны повышенная хлоропоглощаемость.

Применение только хлорирования не исключает развития растительных обрастаний, в связи с чем требуется дополнительная обработка медным купоросом.

Озонирование рассматривается в качестве альтернативы хлорированию. После озонирования вода полностью обеззараживалась. Озон инактивировал вирусы, в том числе при массивном экспериментальном заражении. Озонирование обладает мгновенным воздействием , не исключающим повторного заражения воды в системе водопользования. Среди альтернативных хлорированию методов одним из наиболее перспективных является ультрафиолетовое облучение, которое уничтожает большинство патогенных микроорганизмов. Оно более эффективно, чем хлорирование и при передозировке отсутствуют отрицательные эффекты. Ультрафиолетовое облучение практически не меняет химический состав воды и не приводит к образованию побочных продуктов, представляющих опасность для человека. Длительность обеззараживания при ультрафиолетовом облучении составляет не более 10 с в проточном режиме, в то время, как при окислительных технологиях(хлорирование и озонирование) для обеззараживания требуется от 10 до 60 мин и необходим соответствующий контактный резервуар.

Однако при всех преимуществах ультрафиолетовое облучение имеет недостатки : вторичный рост микрофлоры водоснабжения, а также невысокая эффективность в борьбе с биологическими обрастаниями.

Практически лишены этих недостатков современные биоцидные препараты па основе политексаметиленгуаксидина (ПГМГ). В настоящее время на этой основе серийно выпускаются ряд таких препаратов, предназначенных для борьбы с биологическими обрастаниями в оборотных системах промышленного водоснабжения.

Все продукты на основе гуанидииа являются высокоэффективными антисептическими препаратами с широким спектром антимикробного действия.

Соли ПГМГ эффективны против многих патогенных микроорганизмов ,вызывающих гнойные респираторные и другие заболевания.

Они обладают антимикробной активностью в отношении штаммов легнонелл разных видов, причем его минимальные ингибирующие концентрации составляют 0,1...0,5мг\л.

ПГМГ является стабильным в водной среде соединением и в концентрациях, имеющих практическое значение, не придает воде посторонних запахов, привкусов и окраски.

При концентрации 1 мг/л и длительности контакта 1 час происходит обеззараживание как от бактериального,так и от вирусного загрязнения.

Повторное заражение полностью обезза­раженной воды исчезает (без дополнительных добавок реагента) в течение 20...30 мин даже через 2-3 суток после введения первоначальной дозы. Другими словами, полимер обладает пролонгированным бактерицидным действием в водной среде.

Относится к умеренно токсичным со слабо выраженными кумулятивными свойствами и является соединением 3-4 класса опасности. Максимально недействующая концентрация ПГМГ условиях длительного поступления в теплокровный организм составляет 2,0мг\л. .Пороговая концентрация ПГМГ по влиянию на общий санитар­ный режим водоемов установлена на уровне 0,1 мг/л и принята в качестве ПДК для водных объектов (лимитирующий признак вредности — общий санитарный).

Для вод циркуляционных систем допустимая остаточная концентрация его в воде не должна превышать пороговый уровень по органолептическому показателю вредности 1,5мг\л..

Механизм микробиоцидного действия ПГМГ заключается в работе активного компонента реагента - сильного катионного поверхностноактивного биоцида - как агента широкого действия,разрушаюшего клеточные оболочки большинства организмов. Кроме того, он нарушает работу различных систем энзимов и реагирует с анионными группами клеточных мембранных систем, тем самым нарушая ихпроницаемость и механизмы переноса.

Рабочий раствор биоцида подается непосредственно в линию добавочной воды до точки смешения с циркуляционной водой. В этом случае в систему будет поступать уже обеззараженная вода. Достаточная доза может быть принята в пределах 1,0 мг/л при 0,5... 1 ч контакта

Установка хранения и дозирования проста в исполнении, надежна в эксплуатации и может быть размещена в любом удобном для потребителя помещении.

1 .Процессы протекающие, в водоемах, и условия сброса сточных вод

Водоемы и водотоки представляют собой сложные экологические системы (экосистемы) существования биоценоза — сообщества живых организмов (животных и растений). Эти системы создавались в течение длительного времени эволюции. Водоемы являются не только сборниками воды, в которых вода усредняется по качеству, но в них непрерывно протекают процессы изменения состава примесей — приближение к равновесию, которое может быть нарушено в результате многих причин, но особенно в результате сброса сточных вод.

Отклонение экосистемы от равновесного состояния, вызванное, в частности, сбросом сточных вод, может привести к отравлению (а часто и гибели) определенного вида (популяции) живых организмов (гидробионтов). Отклонение от равновесия интенсифицирует процессы, приводящие водоем в оптимальное для него состояние, которые называются процессами самоочищения водоема.

Важнейшие из этих процессов следующие:

1. осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;

2. окисление (минерализация) органических примесей;

3. окисление минеральных примесей кислородом;

4. нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды

водоема (щелочности), приводящая к изменению ее рН;

5. гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию их

малорастворимых гидроокисей и выделению их из воды;

6. установление углекислотного равновесия (стабилизация) в воде,

сопровождающееся или выделением твердой фазы (СаСО₃), или переходом части ее в воду.

Процессы самоочищения водоемов зависят от гидробиологической и гидрохимической обстановки в них. Основными факторами, существенно влияющими на водоемы, являются температура воды, минералогический состав примесей, концентрация кислорода, рН воды, концентрации вредных примесей, препятствующих или затрудняющих протекание процессов самоочищения водоемов.

Особенно большое значение в процессах самоочищения имеет кислородный режим водоемов. Расход кислорода на минерализацию органических веществ определяется через биохимическое его потребление (БПК), которое выражается количеством О₂, использованного в биохимических (при помощи бактерии) процессах окисления органических веществ за определенное время инкубации пробы (мг О₂/сутки). Обычно на практике пользуются пяти суточной (БПК5) или полной биохимической потребностью кислорода.

При большом сбросе органических веществ в водоеме наступает большой дефицит кислорода, при котором значительно нарушается биоценоз, происходят накопление и загнивание органических веществ (анаэробные процессы), вызывающие серьезное ухудшение качества воды.

Действие ядовитых (токсичных) соединений на гидробионты проявляется в зависимости от их концентрации. При больших концентрациях наступает гибель гидробионтов, при меньших — изменяются обмен веществ, темп развития, мутагенез (наследственные признаки), потеря способности к размножению и др. Так как отдельные популяции (например, зоопланктон) очень чувствительны к токсичным веществам, то уже небольшие концентрации последних вызывают их гибель, что влияет на биоценоз в целом.

Показатель рН воды для гидробионтов наиболее благоприятен при рН=6,5-8,5. Однако показатель рН в водоемах нельзя считать постоянной величиной, так как рН колеблется даже в течение суток, — ночью вода насыщается СО₂ и рН понижается и, наоборот, днем СО₂ потребляется при фотосинтезе и рН повышается.

Температура оказывает мощное воздействие на биоценоз в водоеме. С одной стороны, температура оказывает прямое влияние на скорость протекания химических реакций, с другой — на скорость восстановления дефицита кислорода. При повышении температуры ускоряются процессы размножения гидробионтов и изменяется темп их развития.

Таким образом, сброс сточных вод оказывает серьезное влияние на биоценоз в водоемах.

Сточные воды тепловых электростанций

Тепловые электростанции являются источниками следующих видов сточных вод:

1. охлаждающие воды, вызывающие в основном тепловое загрязнение водоемов;

2. сточные воды водоподготовительных установок и конденсатоочисток;

3. воды, загрязненные нефтепродуктами;

4. воды от обмывок наружных поверхностей парогенераторов и пиковых водогрейных котлов, работающих на мазуте;

5. отработанные растворы после химической очистки теплосилового оборудования и его консервации;

6. воды систем гидрозолоудаления на ТЭС, работающих на твердом топливе;

7. коммунально-бытовые и хозяйственные воды;

8. воды от гидравлической уборки помещений тракта топливоподачи;

9. дождевые (ливневые) воды с территории ТЭС.

Наиболее значительный ущерб водоемам создается при сбросе сточных вод первых шести видов.

2. Выбор способа очистки нефтесодержащих сточных вод

На предприятиях сбор сточных вод и их очистку ведут в зависимости от нефтехимических примесей и способов их очистки. В сточных водах находятся нефть и нефтепродукты, которые после отделения от воды можно использовать в народном хозяйстве. Химические примеси, отделяют специальными химическими методами. В этом случае целесообразно применять раздельный сбор сточных вод и комбинированную систему очистки.

При выборе системы сбора и очистки сточных вод руководствуются следующими основными положениями:

• необходимостью максимального уменьшения количества сточных вод и снижения содержания в них примесей;

• возможностью извлечения из сточных вод ценных примесей и их последующей утилизации;

• повторным использованием сточных вод в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения.

Имея данные по расходам сточных вод, их подробную характеристику, в том числе и по содержанию примесей, а также требования к очищенной воде, по схеме можно отобрать для проверки несколько методов. На основании экспериментальных исследований с учетом технико-экономических показателей выбирают оптимальный метод очистки сточных вод.

Выбор метода очистки сточных вод предприятий зависит от многих факторов: количество сточных вод различных видов, их расходы, возможность и экономическая целесообразность извлечения примесей из сточных вод, требования к качеству очищенной воды при ее использовании для повторного и оборотного водоснабжения и сброса в водоем, мощность водоема, наличие районных или городских очистных сооружений.

Очистка нефтесодержащих сточных вод должна обеспечивать:

• максимальное извлечение ценных примесей для использования их по назначению;

• применение очищенных сточных вод в технических процессах;

• минимальный сброс сточных вод в водоем.

Для очистки сточных вод используют очистные сооружения трех основных типов: локальные, общие и районные или городские.

Очистные сооружения локального типа предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после технологических цехов, имеющих вредные химические вещества, например после резервуарного парка технологических коммуникаций, насосных станций, хранящих и перекачивающих этилированные бензины. Применение таких установок дает возможность избежать необходимости пропускать сточные воды предприятия через установки для извлечения из воды определенных химических веществ.

Очистные сооружения общего типа предназначены для очистки всех нефтесодержащих вод предприятия. Обычно эти очистные сооружения включают механическую, физико-химическую и биологическую очистки. К сооружениям механической очистки относятся песколовки, нефтеловушки, отстойники, флотационные и фильтрационные установки и другие. На этих сооружениях удаляют грубодисперсные примеси. К сооружениям физико-химической очистки относятся флотационные установки с применением химических реагентов, установки с применением коагулянтов для коллоидных примесей. К сооружениям биологической очистки относятся аэротенки, биофильтры, биологические пруды и другие.

Для очистки сточных вод применяют методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос и др.

Очистные сооружения районного или городского типа предназначены в основном для механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод. Если на эти очистные сооружения направляют сточные воды, то в них не должно быть примесей, которые могут нарушить нормальный ритм работы канализации и очистных сооружений.

Эти воды не должны содержать:

взвешенных и всплывающих веществ в количестве более 500 мг/л;

веществ, способных засорять трубы канализационной сети или отлагаться на стенках труб; веществ, оказывающих разрушающее действие на материал труб

горючих примесей и растворенных газообразных веществ, способных

образовывать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях;

вредных веществ в концентрациях, препятствующих биологической очистке

сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффекта очистки).

Температура этих вод не должна превышать 40° С. Не допускаются залповые сбросы сильно концентрированных сточных вод.

3. Методы очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяют:

• механические;

• физико-химические;

• химические;

• биологические методы.

Из механических практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-механических - флотация, коагуляция и сорбция; из химических - хлорирование и озонирование.

3.1 Механическая очистка

Механическую очистку сточных вод от нефтепродуктов применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает

удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и другие.

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь.

Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод.

3.1.1 Песколовки

Песколовки предназначены для выделения механических примесей с размером частиц 200-250 мкм. Необходимость предварительного выделения механических примесей (песка, окалины и др.) обуславливается тем, что при отсутствии песколовок эти примеси выделяются в других очистных сооружениях и тем самым усложняют эксплуатацию последних.

Принцип действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости.

Песколовки делятся на горизонтальные, в которых жидкость движется в горизонтальном направлении, с прямолинейным или круговым движением воды, вертикальные, в которых жидкость движется вертикально вверх, и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды.

Самые простейшие горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапециидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с. Песколовки с круговым движением воды изготавливаются в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или отвал. Применяются при расходах до 7000 м7сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют горизонтальные песколовки.

3.1.2 Отстойники

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности.

3.1.2.1 Статические отстойники

Предприятия оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды неравномерно поступают на очистные сооружения. Для более равномерной подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами для подачи и выпуска сточной воды и нефти, уровнемером, дыхательной аппаратурой и т.д. Так как нефть в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть всплывает на поверхность воды. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко отделимой нефти. Для этого в схему очистных сооружений устанавливают два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка. Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки и отстоя, причем время отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду. Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

3.1.2.2 Динамические отстойники

Отличительная особенность динамических отстойников заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости

В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника

В зависимости от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки Некоторые типы нефтеловушек представлены на рисунке 1

Сточная вода

Осадок

а — горизонтальная: / — корпус нефтеловушки; 2 — гидроэлеватор; 3 — слой нефти; 4-~ ксфтесборная труба; 5 - пефтеудерживающая перегородка; б — скребковый транспортер; 7— приямок для осадка;

б — тонкослойная: / - вывод очищенной воды; 2 — нефтесборная труба; 3— перегородка; 4 — плавающий пенопласт; 5 —слой нефтн; б —ввод сточной воды: 7 —секция из гоф­рированных пдастчн; 8 — осадок

Рисунок 1 - Нефтеловушки.

В радиальных отстойниках круглой формы вода движется от центра к периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности применяемые для очистки сточных вод, имеют диаметр до 100 м и глубину до 5 м

Радиальные отстойники с центральным впуском сточной воды имеют повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное использование значительной части объема отстойника по отношению к радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором очищенной воды в центре.

ЗА 23 Тонкослойные отстойники

Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для всплытия частицы на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать процесс отстаивания в нефтеловушках обычных конструкций сложно. С увеличением размеров отстойников гидродинамические характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания) происходит быстрее при прочих равных условиях. Это положение привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции можно разделить на трубчатые и пластинчатые.

Трубчатые отстойники

Рабочий элемент трубчатого отстойника - труба диаметром 2,5-5 см и длиной около 1 м. Длина зависит от характеристики загрязнения и гидродинамических параметров потока. Применяют трубчатые отстойники с малым (10°) и большим (до 60°) наклоном труб.

Отстойники с малым наклоном трубы работают по периодическому циклу: осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять для осветления сточных вод с небольшим количеством механических примесей. Эффективность осветления составляет 80-85%.

В круто наклонных трубчатых отстойниках расположение трубок приводит к сползанию осадка вниз по трубкам, и в связи с этим отпадает необходимость их промывки.

Продолжительность работы отстойников практически не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины.

Стандартные трубчатые блоки изготовляют из поливинилового или полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении составляет 5x5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко можно устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые отстойники

Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка, отстойники делятся на прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые противоточные отстойники.

Достоинства трубчатых и пластинчатых отстойников - их экономичность вследствие небольшого строительного объема, возможность применения пластмасс, которые легче металла и не кородируют в агрессивных средах.

Общий недостаток тонкослойных отстойников - необходимость создания емкости для предварительного отделения легко отделимых нефтяных частиц и больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками, то в остальных повысится расход жидкости. Такое положение приведет к ухудшению работы отстойника.

Принципиальные схемы отстойников приведены на рисунке 2.

3.1.3 Гидроциклоны

Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.

Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (безнапорные) гидроциклоны.

При вращении жидкости в гидроциклонах на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы инерции. Силы инерции незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

Очищенная

Сточная бода

Сточная вода

а — горизонтальный1 — входной лоток; 2 — отстойная камера; 3 — выходной лоток; 4

приямок;

6 — вертикальный; 1 — цилиндрическая часть; 2 — центральная труба; 3 — желоб; 4 —

коническая часть;

в — радиальный; 1 — корпус; 2 — желоб; 3 — распределительное устройство; 4 —успокоитель

тельная камера; 5 —скребковый механизм;

г — трубчатый;

д — с наклонными пластинами .1 — корпус; 2 — пластины; 3— шламоприеиннк

Рисунок 2 - Отстойники.

3.1.3.1 Напорные гидроциклоны

В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть. В гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть. Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата. Поток осветленной воды в центральной части аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части перемещаются вниз и выводятся через патрубок шлама.

Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров. Для грубой очистки применяют гидроциклоны больших диаметров. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно

3.1.3.2 Безнапорные гидроциклоны

Одним из технических приспособлений для сбора нефтяной пленки с поверхности воды является безнапорный гидроциклон.

Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне применяли подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по касательной в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной внизу конической части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность образовывать

внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из водоема происходит в верхней части гидроциклона.

Очищенн вода.

Сточн вoda

Сточная-Во да.

Шлам

Масло

Ш

а — напорный;б- с внутренним цилиндром н конической диафрагмой: 1— корпус; 2 — внутренний цилиндр; 3 — кольцевой лоток; 4 — диафрагма;в - напорных гидроциклонов;г — многоярусный гидроциклон;1—конические диафрагмы; 2 — лоток; 3 — водослив; 4 — маслосборная воронка; 5 —распоределктельные лотки; 6 — шламоотводящая щель

Рисунок 3– Гидроциклоны

. Собранная с поверхности воды пленка нефтепродуктов, попадая в гидроциклон как более легкая, собирается в центре гидроциклона. По мере увеличения количества нефтепродуктов в гидроциклоне внутри него образуется конус из нефтепродуктов, который, увеличиваясь в размере, достигает нефтяного отборного патрубка, расположенного в центре гидроциклона. Нефтепродукты по этому патрубку сбрасываются в специальные емкости на берегу водоема.

3.1.3.3 Центрифуги

Для удаления осадков из сточных вод могут быть использованы фильтрующие или отстойные центрифуги. Центробежное фильтрование достигается вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки осадка из ротора (с ручной, с ножевой, поршневой или центробежной выгрузкой). Они могут быть в герметизированном и негерметизированном исполнении.

3.1.4 Фильтры

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с повышением требований к качеству очищенной воды. Фильтрование применяют после очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки. Процесс основан на прилипании грубодисперсных частиц нефти и нефтепродуктов к поверхности фильтрующего материала. Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или мембранные.

Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.

3.1.4.1 Микрофильтры

Микрофильтры представляют собой фильтровальные аппараты, в качестве фильтрующего элемента использующие металлические сетки, ткани и полимерные материалы. Микрофильтры обычно выпускают в виде вращающихся барабанов, на которых неподвижно закреплены или прижаты к барабану фильтрующие материалы. Барабаны выпускают диаметром 1,5-3 м и устанавливают горизонтально. Очищаемая вода поступает внутрь барабана и фильтруется через фильтр наружу. Микрофильтры широко используют для осветления природных вод.

В промышленности применяют микрофильтры различных конструкций. Процесс фильтрации происходит только за счет разности уровней воды внутри и снаружи барабана. Полотно сетки не закреплено, а лишь охватывает барабан в виде бесконечной ленты, натягиваемой с помощью натяжных роликов.

Микросетки изготовляют из различных материалов: капрона, латуни, никеля, нержавеющей стали, фосфористой бронзы, нейлона и др.

3.1.4.2 Каркасные фильтры

Фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три большие группы: фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические

материалы, пенополиуретан и др.);

фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением. По мере насыщения загрузки нефтепродуктами их фронт перемещается в глубь слоя к его нижней границе, и концентрация нефтепродуктов в фильтрате возрастает. При этом фильтр отключается и производится регенерация загрузочного материала. Имеются конструкции фильтров с непрерывной регенерацией загрузки.

Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» фильтра. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды.

До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой из пористых материалов.

В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после фильтра увеличивается.

В нефтяной и нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с зернистой загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные системы и поддерживающие слои.

3.1.4.3 Фильтры с эластичной загрузкой

Для очистки нефтесодержащих сточных вод разработана новая технология с использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного пенополиуретана. Этот материал имеет открытоячеистую структуру со средним размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м~\ Эластичный пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что обеспечивает значительную поглощающую способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно применять после предварительной очистки стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных фильтров (кроме пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Кроме вышеупомянутых фильтров, существуют и другие типы;

• открытые - вода, прошедшая через этот фильтр, должна быть прозрачной а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10-15 мг/л;

• с плавающей загрузкой - в связи с высокой адгезионной способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий;

коалесцирующие - укрупнение мелких эмульгированных капель нефтепродуктов в более крупные

3.2 Физико-химическая очистка

К физико-химическим методам очистки сточных вод от нефтепродуктов относят коагуляцию, флотацию и сорбцию.

3.2.1 Коагуляция

Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, то есть частиц размером 1-100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов,

которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.