Корнилова Н.В., Поворов А.А., к.т.н.,
Сенатов А.С., к.т.н, ЗАО «БМТ», г. Владимир
Многие предприятия различных отраслей промышленности имеют две основные проблемы, связанные с получением и переработкой основного теплоносителя – воды:
I. Проблема подготовки технологической обессоленной воды
II. Проблема утилизации и очистки сточных вод
I. Подготовка технологической обессоленной воды.
Подготовленная вода используется в ряде технологических процессов, в частности для подпитки водогрейных и паровых котлов, а также котлов – утилизаторов, работающих под давлением до 140 атм. Степень обессоливания воды для каждого из технологических процессов регламентируется соответствующими нормативными документами: РД 24.031.120-91; ГОСТ 20995-75, правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и техническими условиями (ТУ), разрабатываемыми изготовителями теплоэнергетического оборудования.
Руководствуясь этими документами, а также составом исходной воды, компания осуществляется разработка технологии и подбор водоподготовительного оборудования индивидуально под требования заказчика. При решении этой задачи предлагаются современные комплексные высокотехнологические приёмы подготовки воды, обеспечивающие изготовление оборудования с оптимальными технико-экономическими характеристиками. Оборудование гарантированно обеспечивает требуемое качество очистки при минимальных эксплуатационных затратах.
В последние два десятилетия активное развитие получили мембранные методы очистки. Процесс фильтрации на мембране имеет свои особенности. Фильтруемая среда, как правило, движется тангенциально к поверхности мембраны и разделяется на два потока – фильтрат и концентрат.
Мембранные системы классифицируются в зависимости от рейтинга фильтрации задерживаемых частиц (микро-, ультра-, нанофильтрация, обратный осмос) и задерживают частицы размером от десятков микрон до тысячных долей микрона.
В водоподготовке используются мембраны с различными видами пористых структур.
Соответственно, разработаны и различные виды мембранных фильтрующих элементов – рулонные, трубчатые, плоскопараллельные, половолоконные. Их использование позволяет решать широкий круг задач и решать проблемы индивидуально под запросы заказчиков.
В технологии водоподготовки реализуется принцип очистки, предусматривающий постадийное удаление от крупных коллоидных частиц к более мелким, вплоть до ионов солей (от макрофильтрации частиц размером свыше 50 мкм, до нанофильтрации и обратного осмоса, обеспечивающего задерживание растворённых солей). Это позволяет работать каждому узлу установки в оптимальном для него технологическом режиме.
Стадии микро- и ультрафильтрации обеспечивают высококачественную предварительную подготовку воды и позволяют удалить примеси с молекулярной массой, опасной для работы обратного осмоса. Непосредственный процесс обессоливания производится на стадии обратного осмоса, который в свою очередь, может состоять из одной или двух ступеней по фильтрату. Вода, прошедшая первую ступень обратного осмоса, характеризуется удельной электропроводностью не более 20 мкСм/см и жёсткостью не более 0,3 мг-экв/л, после второй ступени – удельная электропроводность составляет не более 2 мкСм/см, и жёсткость не более 0,05 мг-экв/л.
Обратный осмос одной или двух ступеней по фильтрату позволяет достичь степени обессоливания воды, которая соответствует требованиям для водогрейных котлов, для подпитки систем горячего водоснабжения и для подпитки оборотной системы охлаждения.
Однако, этого уровня обессоливания недостаточно для использования воды непосредственно в парогазовых установках (турбины, котлы-утилизаторы и т.п.), вода для которых должна иметь удельную электропроводность не выше 0,1 мкСм/см, и жёсткость не более 0,001 мг-экв/л. Для достижения указанного уровня обессоливания используются два варианта технологических решений:
— дообессоливание на базе электродеионизатора;
— дообессоливание на базе ионообменной технологии.
Оба варианта дообессоливания имеют свои достоинства и недостатки, тем не менее, гарантированно обеспечивают удельную электропроводность воды не превышающую 0,1 мкСм/см.
Оптимальный выбор того или иного метода обессоливания осуществляется совместно с Заказчиком водоподготовительного оборудования после проведения окончательной технико-экономической и экологической оценки проекта, которая зависит от целого ряда сопутствующих факторов, уточняемых на стадии разработки.
II. Утилизация и очистка сточных вод.
Для промышленных предприятий актуальной является не только проблема водоподготовки, но и проблема очисти сточных вод. Сточные воды представляют собой:
— воды, образующиеся в результате непрерывной или периодической продувки котлов, испарителей, оборотных систем градирен;
— регенерационные воды (элюаты) после аппаратов ионного обмена химводоочистки;
— технологические промывные воды, образующиеся после ряда технологических операций;
— шламовые воды.
Эти воды представляют собой засоленные стоки (нейтральные, либо кислотно-щелочные), характеризующиеся повышенным солесодержанием до 10 г/л, содержащие тяжёлые металлы, соли кальция и магния, взвешенные вещества, и нередко, нефтепродукты.
Технологии, предлагаемые ЗАО «БМТ» позволяют очистить стоки от обозначенных примесей и вернуть в технологический процесс до 95 % сточных вод в виде обессоленной воды.
Предварительная физико-химическая обработка стоков проводится с целью глубокого удаления солей кальция, магния, карбонатов и сульфатов, осаждения тяжёлых металлов и отделения нефтепродуктов. Последующая фильтрация позволяет удалить остаточные количества взвешенных частиц, а сорбционные фильтры – следовое количество органики. Подобная предварительная подготовка воды позволяет должным образом подготовить воду перед двухступенчатой по концентрату мембранной системой обессоливания и концентрирования. Двухступенчатая система мембранного концентрирования позволяет максимально уменьшить объём высокоминерализованного концентрата (в среднем, в 10 ¸ 15 раз), подаваемого на испарительную установку.
Испарительная установка позволяет получить твёрдые отходы в виде солей с влажностью около 80 %. ЗАО «БМТ» предлагает современное высокотехнологичное оборудование, обеспечивающее высокую степень энергосбережения (до 80 %). Как правило, классические методы выпаривания требуют до 800 кВт электроэнергии на испарение 1 000 кг влаги из рассола. Предлагаемое ЗАО «БМТ» оборудование на основе выпаривания в вакуумной среде требует энергопотребления не более 130-150 кВт на 1000 кг испаряемой влаги. Все оборудование изготавливается из коррозионно-стойких в данной среде материалов и оснащено необходимыми приборами КИП и А.
В изложенных выше технологиях используются различные способы обессоливания: обратный осмос, ионный обмен, выпаривание. При разработке технологий для решения конкретной задачи Заказчика осуществляется математическое моделирование процессов обессоливания и оптимизация применения тех или иных методов обессоливания по техническим и экономическим критериям. В качестве исходных данных для оптимизации лежит состав исходной воды, объёмы очищаемых сточных вод, наличие существующей системы ХВО, желаемый уровень её модернизации, требуемая Заказчиком степень сокращения сбросов и их повторного использования.
В применяемом оборудовании используются современные технологии сбережения энергетических, ресурсов, воды и реагентов, в частности:
— высоконапорные насосы на мембранных установках второй ступени по концентрату обратного осмоса работают под давлением до 6,0 МПа. Применяемые на них рекуператоры кинетической энергии концентрата позволяют снизить удельные энергозатраты с 10 кВт-ч на 1 м3 в классических насосных системах до 2,8 кВт-ч на 1 м3 обессоливаемой воды в системах с применением рекуперации;
— в технологии ионного обмена используются приёмы, позволяющие сократить количества реагентов, используемых для регенерации. Для достижения удельной электропроводности воды до 0,1 мкСм/см благодаря применению специальных технологических приёмов нет необходимости использовать дорогостоящие фильтры со смолой смешанного действия;
— в технологии термического обезвоживания (выпаривания) применяются технологии выпаривания под вакуумом, что позволяет сократить потребление электроэнергии на выработку греющего пара как минимум на 80 % по сравнению с классическими методами выпаривания.
Таким образом, современные технологии, разрабатываемые ЗАО «БМТ», позволяют решать широкий спектр задач водоподготовки и водоочистки, обеспечивают высокий уровень технологичности и экологичности процесса, низкую себестоимость получения одного кубического метра подготовленной воды.