Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ КИСЛЫХ СТОЧНЫХ ВОД ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ОТ СУЛЬФАТОВ

Изобретение относится к области водоподготовки в тепловой энергетике и промышленности и может быть использовано для очистки высокоминерализованных кислых сточных вод, образующихся при подготовке воды, от вредных примесей, в частности, сульфатов.

На тепловых электрических станциях (ТЭС) РФ традиционная химводоочистка (ХВО) включает в себя две стадии очистки природной воды. Первая - предварительная очистка (ПО) воды на осветлителях с получением осветленной воды и карбонатного шлама в качестве отходов. Вторая - глубокое обессоливание методом ионного обмена (ИО) на катионитных и анионитных фильтрах. При регенерации катионитных фильтров ХВО образуются высокоминерализованные кислые отработанные регенерационные растворы (КОРР) с высоким содержанием сульфатов, которые сбрасывают в виде сточной воды. Концентрация сульфатов в этих растворах превышает ПДК в 10-15 раз.

Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий двухстадийное осаждение с использованием известкового «молока» на первой стадии до (рН 6,5-7) и последующей обработкой образованной суспензии карбонатом натрия (сода) до рН 9,0-9,5 (Патент RU 2010013, МПК C02F 1/62, опубл. 30.03.1994). Хотя данный способ позволяет очищать сточные воды от тяжелых металлов до значений ПДК, его существенным недостатком является высокое остаточное солесодержание, в том числе сульфатов в очищенной воде. Это связано с тем, что выпадающий на первой стадии очистки в осадок сульфат кальция имеет высокую растворимость в воде (до 2,5 г/л) и при обработке карбонатом натрия образовавшейся суспензии гидроксидов металлов и сульфата кальция получаются труднорастворимый карбонат кальция и хорошо растворимый сульфат натрия. Причем, количество последнего в растворе резко возрастает с повышением расхода соды. Поэтому, в зависимости от количества задаваемой соды, остаточное солесодержание очищенного раствора может составлять 3,5-6 г/л и более. При таких параметрах очищенной воды возврат ее в водооборотный цикл производства нецелесообразен.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ очистки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов, включающий двухстадийную обработку с использованием на первой стадии известкового «молока» с последующим отделением нейтрализованной до рН 7,5-8 воды от осадка, при этом на второй стадии для удаления, содержащегося в осветленной воде сульфата кальция вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию до завершения обменной реакции. (Патент RU 2448054, МПК C02F 1/62, C02F 101/20, опубл. 20.04.2012).

Недостатком прототипа является применение двухстадийной обработки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов, что влечет усложнение технологического процесса и применение на второй стадии токсичного вещества (карбоната бария) для осаждения сульфатов в виде сульфата бария BaSO₄.

Задачей изобретения является разработка способа очистки производственных высокоминерализованных кислых сточных вод от сульфатсодержащих компонентов, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом является обеспечение очистки высокоминерализованных кислых сточных вод в одну стадию от сульфатсодержащих компонентов безопасными и доступными кальцийсодержащими химическими реагентами.

Технический результат достигается тем, что для очистки высокоминерализованных кислых сточных вод водоподготовительной установки от сульфатов, включающий обработку щелочным кальцийсодержащим реагентом, причем, вместе со щелочным кальцийсодержащим реагентом одновременно дозируют нейтральную водорастворимую соль кальция, в качестве щелочного кальцийсодержащего реагента используют карбонатный шлам предочистки водоподготовительной установки, а в качестве нейтральной водорастворимой соли кальция - солевые отработанные регенерационные растворы Na-катионитовых фильтров водоподготовительной установки, для транспортировки карбонатного шлама используются очищенные высокоминерализованные сточные воды, поскольку оба кальцийсодержащих реагента являются отходами водоподготовительной установки тепловой электрической станции, достигается комплексная очистка всех высокоминерализованных кислых и жестких сточных вод водоподготовительной установки.

Карбонатный шлам химводоочистки после известково-коагулянтой обработки исходной воды является отходом ВПУ и в настоящее время повторно не используется, а сбрасывается на шламоотвал. Его состав в пересчете на сухие вещества: карбонат кальция (СаСО₃) - 80-90%, гидроксидмагния (Mg(OH)₂) - 5-15%, гидроксиджелеза (Fe(OH)₃) - 3-5%.

Обработка кислых сульфатсодержащих стоков по химической сути и получаемым продуктам (гипс) аналогична обработке известью (уравнения 1 и 2).

При этом происходит отделение только кислой части сульфатов в виде гипсового осадка. Для выделения сульфатов из нейтральных растворов необходима добавка растворимой нейтральной соли кальция. Источником такого реагента на ВПУ ТЭС являются солевые отработанные регенерационные растворы.

СОРР образуются при регенерации Na-катионитовых фильтров ВПУ концентрированными солевыми растворами (NaCl) и содержат, главным образом, водорастворимые соли кальция (CaCl₂):

где R₂ - Са - отработанный катионит в Са-форме.

Нейтральная водорастворимая соль кальция образует с сульфатами в нейтральной среде осадок CaSO₄ (гипс):

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена технологическая схема установки утилизации сточных вод (УУСВ) для реализации предлагаемого способа очистки высокоминерализованных кислых сточных вод водоподготовительной установки (ВПУ) от сульфатов. При недостатке СОРР для нейтрализации нейтральных сульфатов возможна корректировка растворимых солей кальция путем введения жестких отходов других производств. Например, отходы производства соды, которые представляют собой насыщенные растворы CaCl₂.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - осветлитель установки утилизации сточных вод;

2 - ленточный фильтр пресс №1;

3 - мешалка шлама для приготовления шламового «молока» (ШМ);

4 - ленточный фильтр пресс №2.

Показатели рН и токсичности осветленной воды по способу прототипу и предлагаемому способу представлены в таблице 1.

Заявленный способ реализован на установке утилизации сточных вод (фиг. 1), которая работает следующим образом:

В аппарат 1 для предочистки воды подают жидкие кислые (КОРР) и жесткие отходы (СОРР) с аппаратов ВПУ после регенерации Н-катионитовых и Na-катионитовых фильтров. В тот же аппарат 1 подают специально приготовленное ШМ в аппарате 3. В аппарате 1 по мере движения суммарного потока вверх происходит реакция образования гипса (согласно уравнениям 2 и 4). В верхней части аппарата 1 сформировавшийся осадок гипса отделяют в виде гипсовых шламовых вод (ГШВ) от основной массы воды. На выходе из аппарата 1 очищенную воду (ОчВ) разделяют на два потока: основной поток на сброс и часть потока на аппарат 3 для подготовки ШМ. ГШВ с содержанием твердой фазы 2-5% из аппарата 1 подают на аппарат 4 (ленточный фильтр пресс №2) для отделения твердого осадка от жидкости, где твердая часть (гипсовый шлам (ГШ)) отделяется от гипсовых шламовых вод. ГШ подают на сброс (на дальнейшую утилизацию), оставшуюся воду в виде возвратных гипсовых шламовых вод (ВГШВ) отправляют на аппарат 1.

ШМ на основе карбонатного шлама ВПУ готовят следующим образом: карбонатные шламовые воды (КШВ) ВПУ подают на аппарат 2 (ленточный фильтр пресс №1) для разделения твердого осадка и жидкости, где твердую часть (карбонатный шлам (КШ)) отделяют и подают на аппарат 3 для подготовки ШМ очищенной водой из аппарата 1. Возвратные карбонатные шламовые воды (ВКШВ) отправляют на предочистку ВПУ. Полученное на аппарате 3 ШМ подают на аппарат 1.

Способ был реализован на специально подготовленной УУСВ Нижнекамской ТЭЦ-1. Полученные результаты в сравнении со способом прототипом приведены ниже.

*ГОСТ 12.1.007-76 "Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности", Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 15 июня 2001 г. №511 "Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды".

По результатам эксперимента со шламом ХВО выявлено закономерное снижение содержания сульфатов (до 1 г/л) при одностадийной обработке без добавления токсичного карбоната бария ВаСО₃.

Текущее количество образующегося карбонатного шлама по ХВО с избытком хватает для нейтрализации всех образующихся производственных высокоминерализованных кислых сточных вод ТЭС.