12. Защита водоемов от загрязнения сточными водами
12.1.Храктеристика сточных вод
При эксплуатации ТЭС образуются большие объемы сточных, загрязненных различными примесями. К их числу следует отнести химические реагенты, используемые при обработке исходной воды и конденсатов, при химической очистке энергетического оборудования, при консервации парогенераторов, при различных химических анализах. Кроме того в зависимости от типа используемого на ТЭС органического топлива, масел и смазочных веществ сточные воды могут содержать в большом количестве нефтепродукты, масла, компоненты золы и шлака и т. п. Загрязняющие примеси могут находиться и в сбросных водах как в растворенном состоянии, так и в виде суспензии и эмульсий.
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 рыбояозяйственных организаций 0,05 мг/кг, сточные воды этого типа должны использоваться на ТЭС повторно.
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 SO3 и SCb 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.
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 пели 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. 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.
В результате химической очистки образуются сточные воды, содержащие как используемые реагенты, так и отложения, удаленные с поверхностей нагрева: сульфаты и хлоридьгкальция, магния и натрия, всевозможные токсичные соединения (соли железа, цинка, фтореодержащие соединения, гидразин), а также органические вещества (нитриты, сульфиды, аммонийные соли), для окиёления которых необходим кислород. Качество сточных вор 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.
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, э приводит к дополнительному расходу исходной воды и образованию сточных вод, ванных как с воспроизводством потерянного конденсата, так и с очисткой конденсата, (вращаемого с производства.
Для восполнения потерь парового цикла на современных ТЭС применяется обессоленная вода. 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.
Вещества по своему влиянию на санитарный режим водоемов могут быть разделены на три группы:
к первой относятся неорганические вещества (сульфаты и хлориды кальция, натрия и магния), сброс в водоем будет несколько повышать солесодержание воды;
ко второй группе относятся металлы, содержащие металлы железа, меди, цинка, фторосодержащие соединения гидразин, мышьяк значительно превышает ПДК;
третья группа объединяет органические вещества и аммонийные соли, нитриты, сульфиты, которые могут быть окислены до безвредных продуктов.
Загрязненные стоки собираются в приемный резервуар-усреднитель, рассчитанный на трехчасовое пребывание в них стоков для отстоя и усреднения качества и расхода (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Принципиальная схема очистки сточных вод: 1 поступление сточных вод; 2 приемный резервуар; 3 двухсекционная нефтеловушка; 4 сборный резервуар флотационной установки; 5 насос; 6 эжектор; 7 контактный бак; 8 подача коагулянта; 9 флотатор; 10 фильтровальная установка; 11 насос; 12 антрацитовые фильтры; 13 фильтры активированного угля; 14 выпуск очищенных стоков
Из приемных резервуаров сточные воды направляются через распределительную камеру в двухсекционную нефтеловушку, представляющую собой проточный горизонтальный отстойник, оборудованный скребковым транспортером. После двухчасового отстоя происходит разделение загрязнений. Легкие частицы всплывают на поверхность, а тяжелые осаждаются на дно. Всплывшие загязнения удаляются при помощи скребков через поворотные щелевые трубы. Этими же скребками осадок сгребается в приямок и удаляется через донные клапаны в сбросной канал осадка. Сточные воды из нефтеловушки поступают в сбросной резервуар флотационной установки, а оттуда насосом через контактный бак во флотатор. Флотационная очистка сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов основана на принципе искусственного насыщения воды воздухом, который поступает во всасывающий трубопровод насоса через эжектор, включенный параллельно насосу.
Насыщение воды воздухом происходит в контактном баке под давлением 0,35–0,4 МПа в течение трех минут. Воздушная смесь распространяется по всему сечению флотатора через вращающуюся распределительную систему, расположенную в нижней части. Во флотационной камере при понижении давления до атмосферного с насыщенных воздухом стоков выделяются мелкие пузырьки газа. Проходя через толщу воды, они выносят прилипшие к ним частицы нефтепродуктов и образуют на поверхности воды пену, которая вращающимся механическим скребковым устройством удаляется в диаметрально противоположно расположенный пеносбросной лоток. Необходимо отметить, что флотационная очистка должна производится при предварительной коагуляции стоков. Однако из-за дефицитности реагента сернокислого алюминия коагуляция стоков при эксплуатации промышленных очистных сооружений применяется далеко не всегда.
После флотатора вода поступает в двухступенчатую фильтровальную установку. Первой ступенью являются двухкамерные фильтры, загруженные дробленым антрацитом (скорость фильтрации 9–11 м/ч). Второй ступенью служат фильтры с активированным углем (скорость фильтрации 5,5–6,5 м/ч. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде обычно находится в пределах 0,5–2,0 мг/л. Типовые сооружения, несмотря на сложность обработки и высокую их стоимость, не дают необходимой степени очистки воды для сброса ее в водоем. Создание оборотных циклов значительно упрощает схему очистки. ПДК нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов составляет 0,05 мг/л, для водоемов санитарно-бытового назначения 0,3 мг/л. Экономичная работа может быть обеспечена при концентрации масла до 30 мг/л. Однако следует иметь в виду, что охлаждение в градирнях оборотной воды происходит во время выброса в атмосферу гидроаэрозоля. Это может оказывать токсичное действие на персонал и окружающее население.
В последнее время для расслоения эмульсий и сгущения суспензий стали применять многоярусные аппараты малоглубинного отстаивания (МАМО).