Elektrinės desulfuravimo nuotekų valymo procesų ir charakteristikų analizė

Santrauka: klinčių{0}}šlapioji gipso desulfuracija yra pagrindinė sieros dioksido išmetimo šiluminėse elektrinėse kontrolės technologija. Susidariusios desulfuracijos nuotekos, pasižyminčios dideliu druskingumu, dideliu kietumu, dideliu sunkiųjų metalų kiekiu ir mažu biologiniu skaidomumu, yra didelis iššūkis jėgainių nuotekų valymui. Šiame darbe pagrindinis dėmesys skiriamas elektrinės desulfuravimo nuotekų valymo pagrindinei procesų sistemai, išsamiai aprašant pagrindinių procesų principus ir veikimo procedūras kiekviename etape, atsižvelgiant į „pirminio apdorojimo → gilios koncentracijos → kietėjimo / kristalizacijos apdorojimo eigą“. Jame analizuojamos įvairių procesų techninės charakteristikos, privalumai, apribojimai ir taikomi scenarijai, integruojant pagrindinius procesų atrankos principus, kad būtų galima profesionaliai pasirinkti ir efektyviai atlikti elektrinės nusierinimo nuotekų valymo procesus, taip prisidedant prie švarios gamybos ir ekologiškos šiluminės energetikos pramonės transformacijos.

Raktiniai žodžiai: Šiluminė elektrinė; desulfuravimo nuotekos; gydymo procesas; proceso charakteristikos; išankstinis apdorojimas; gili koncentracija; kristalizacijos apdorojimas

Vis griežtėjant aplinkos taršos standartams ir siekiant „dvigubo anglies dioksido“ tikslų, tinkamas šiluminių elektrinių desulfuravimo nuotekų valymas tapo svarbia grandimi siekiant ekologiškos plėtros. Šiuo metu daugiau nei 90 % mano šalies šiluminių elektrinių naudoja kalkakmenio -gipso šlapio desulfuravimo procesą. Šiam procesui reikia nuplauti sieros šalinimo bokštą, aprasojimą ir gipso nusausinimo sistemą švariu vandeniu, todėl nusierinimo nuotekose gausu sunkiųjų metalų, didelės koncentracijos druskų ir skendinčių kietųjų dalelių. Dėl sudėtingos vandens kokybės ir didelio valymo sudėtingumo netinkamas šalinimas gali užteršti dirvožemį ir vandenį, taip pat kelti grėsmę saugiam elektrinės įrangos eksploatavimui.

Jėgainės desulfuravimo nuotekų valymas turi atitikti „sumažinimo, nekenksmingumo ir išteklių atkūrimo“ principus, sudarant pilną proceso sistemą „išankstinis apdorojimas → gilus koncentravimas → kietėjimo / kristalizacijos apdorojimas“. Skirtingi procesai labai skiriasi techninėmis charakteristikomis, gydymo efektyvumu ir eksploatavimo sąnaudomis. Racionalus procesų derinių pasirinkimas yra labai svarbus norint pasiekti balansą tarp reikalavimus atitinkančio nuotekų valymo ir ekonominio efektyvumo. Šiame straipsnyje dėmesys sutelkiamas į pagrindinių procesų apibendrinimą kiekviename etape, nuodugniai analizuojant jų proceso charakteristikas ir teikiant paramą procesų pasirinkimui pramonėje.

Sieros šalinimo nuotekų kokybei didelę įtaką daro anglies kokybė, kalkakmenio grynumas ir desulfuravimo proceso parametrai, pasižymintys bendromis „keturių aukštų ir dviejų žemų“ charakteristikomis, tiesiogiai nulemančiomis valymo proceso pasirinkimo kryptį. Tiksliau:

Didelis druskingumas: Bendras ištirpusių kietųjų medžiagų kiekis (TDS) 20 000–100 000 mg/L, pasiekiantis didžiausią 150 000 mg/L, daugiausia sudarytas iš Cl⁻, SO₄2⁻, Na⁺ ir K⁺, pasižymintis itin stipriu koroziniu poveikiu;

Didelis kietumas: Ca²⁺ koncentracija gali siekti daugiau nei 4000 mg/l. Mg²⁺ kiekis yra apie 1600 mg/L, lengvai susidaro netirpios apnašos, kurios užkemša įrangą; Didelis sunkiųjų metalų kiekis: Sudėtyje yra gyvsidabrio, kadmio, švino, arseno ir kt., kurių koncentracija yra 0,1–10 mg/l, kai kurie sudaro stabilius kompleksus, todėl sunku pašalinti; Didelės skendinčios kietosios medžiagos (SS): koncentracija 1000–10 000 mg/l, daugiausia sudaryta iš gipso dalelių ir kalkakmenio miltelių, lengvai trinantys vamzdžius; Žema pH vertė: 4,5~6,0, silpnai rūgštus, sustiprinantis įrangos koroziją; Mažas biologinis skaidumas: BDS/CDS < 0,1, sunkiai skaidomas biologiniais metodais, reikalaujantis fizikinių ir cheminių procesų.

Be to, nuotekose taip pat yra fluoridų, silikatų ir nepatogių organinių medžiagų, todėl proceso atranka dar labiau sudėtinga, todėl reikalingi valymo procesai, pasižymintys dideliu specifiškumu ir atsparumu svyravimams.

Elektrinės nusierinimo nuotekų valymas yra sistemingas projektas. Kiekvienas proceso etapas yra tarpusavyje susijęs ir veikia sinergiškai. Procesų pasirinkimas skirtingiems etapams turi būti pagrįstas vandens kokybės charakteristikomis, valymo tikslais ir faktinėmis jėgainės sąlygomis. Toliau pateikiama išsami pagrindinių procesų ir kiekvieno etapo pagrindinių charakteristikų analizė.

3.1 Pirminio apdorojimo procesai ir charakteristikos Išankstinis apdorojimas yra nuotekų desulfuravimo valymo pagrindas. Pagrindiniai jo tikslai yra pašalinti skendinčias kietąsias medžiagas, daugumą sunkiųjų metalų, kalcio ir magnio jonus, fluoridus ir silikatus, sumažinti nuotekų drumstumą ir kietumą, užkirsti kelią nuosėdų susidarymui ir užsikimšimui tolesniuose procesuose ir suteikti kvalifikuotą įtaką pažangiam valymui. Pagrindiniai procesai apima koaguliaciją ir sedimentaciją, cheminį minkštinimą ir filtravimo skaidymą. Realiuose projektuose dažnai naudojami kombinuoti procesai.

3.1.1 Koaguliacijos ir sedimentacijos procesas

Proceso principas: į nuotekas įpilama koaguliantų (polialiuminio chlorido, polifero sulfato ir kt.) ir koaguliantų pagalbinių medžiagų (poliakrilamido). Adsorbcijos ir flokuliacijos metu smulkios skendinčios kietosios medžiagos ir koloidai sudaro didelius flokulius, kurie vėliau atskiriami nuosėdų būdu. Tuo pačiu metu pH vertė reguliuojama iki 8,5-9,5 (pridedant kalcio hidroksido), todėl sunkiųjų metalų jonai nusėda kaip hidroksidai, o kai kurie fluoro jonai pašalinami (susidaro kalcio fluorido nuosėdos).

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Paprastas procesas, patogus valdymas, mažos investicijos ir eksploatacijos kaštai; skendinčių kietųjų dalelių pašalinimo greitis viršija 80%, sunkiųjų metalų pašalinimas 60% -80%, gali greitai sumažinti nuotekų drumstumą, tinka įvairių elektrinių išankstinio apdorojimo poreikiams.

Apribojimai: Ribotas tirpių druskų ir sunkiųjų metalų kompleksų pašalinimo poveikis; reikia naudoti kartu su cheminio minkštinimo ir filtravimo procesais; esant didelėms COD sąlygoms, reikalinga pažangi oksidacijos technologija, kitaip bus paveiktas tolesnis apdorojimo poveikis.

Taikomi scenarijai: išankstinis visų elektrinių nusierinimo nuotekų valymas, ypač tinka mažoms ir vidutinėms elektrinėms, kuriose yra daug skendinčių kietųjų dalelių ir sunkiųjų metalų bei ribotas biudžetas.

3.1.2 Cheminis minkštinimo procesas
Proceso principas: esmė yra pašalinti kalcio ir magnio jonus, kad sumažėtų nuotekų kietumas. Pagrindinis metodas yra cheminis nusodinimas, kuris pagal naudojamus reagentus skirstomas į kalkių -sodos minkštinimą ir natrio hidroksido -sodos natrio pelenų minkštinimą. Kalkių-sodos metodas yra plačiausiai naudojamas. Esant dideliam kietumui ir dideliam silicio dioksido kiekiui, naudojamas trijų -pakopų minkštinimo procesas, paeiliui pridedant Ca(OH)₂, Na2SO₄ ir Na2CO3, kad būtų pašalinti Mg2+, šiek tiek Ca²⁺ ir likęs Ca2⁺, susidaro Mg(OH)3, CaSO3,.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Labai tikslingas, efektyviai mažinantis nuotekų kietumą (Ca²⁺ Mažiau arba lygus 500mg/L, Mg²⁺ Mažiau arba lygus 1000mg/L), neleidžia susidaryti nuosėdoms vėlesniuose garavimo ir membranos atskyrimo procesuose; kalkių-sodos pelenų metodas pasižymi mažomis sąnaudomis, lengvai prieinamais reagentais ir yra tinkamas didelio-kietumo, didelio -silicito desulfuravimo nuotekoms.

Apribojimai: Reagento dozavimas reikalauja tikslios kontrolės, kitaip tikėtina antrinė tarša; dumblo gamyba yra didelė, todėl reikia pagalbinių dumblo šalinimo įrenginių; natrio hidroksido{0}}sodos metodas yra brangus ir tinka tik tais atvejais, kai taikomi itin aukšti nuotekų kietumo reikalavimai.

Taikomi scenarijai: didelio -kietumo, didelio {{1}silicio dioksido ir didelio-fluorido desulfuravimo nuotekų apdorojimas, ypač tinkamas tolesniems procesams, tokiems kaip membranos atskyrimas ir MVR išgarinimas, laikantis griežtų įtekančio kietumo reikalavimų.

3.1.3 Filtravimo ir skaidrinimo procesas

Proceso principas: Šis procesas toliau pašalina smulkius flokulius, suspenduotas kietąsias medžiagas ir koloidus nuo koaguliacijos, nusėdimo ir cheminio minkštinimo, užtikrinant, kad iš anksto apdorotų nuotekų drumstumas atitiktų standartus (paprastai mažiau nei 100 mg/l, membranos koncentracijai reikia 5 mg/l arba mažiau). Pagrindinės technologijos apima smėlio filtravimą, ultrafiltravimą (UF) ir vamzdinį membraninį filtravimą.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Didelis filtravimo tikslumas; ultrafiltracija gali sumažinti nuotekų drumstumą iki mažesnio nei 1 NTU; vamzdinės membranos pasižymi stipriomis anti-užteršimo savybėmis, jas lengva valyti ir prižiūrėti; efektyviai apsaugo pasroviui esančius membraninius modulius ir garinimo įrangą, pagerina sistemos stabilumą; smėlio filtravimas yra nebrangus; ultrafiltravimo ir vamzdinės membranos yra tinkamos esant dideliems vandens kokybės svyravimams.

Apribojimai: Smėlio filtravimas turi ribotą efektyvumą šalinant smulkius koloidus; ultrafiltravimo ir vamzdinės membranos turi didesnes investicijų sąnaudas, o membraninius modulius reikia reguliariai keisti (tarnavimo laikas 1-3 metai); vamzdinės membranos veikia esant didesniam slėgiui ir sunaudoja šiek tiek daugiau energijos.

Taikomi scenarijai: filtravimas smėliu tinka įprastinio išankstinio apdorojimo pabaigai; ultrafiltracinės ir vamzdinės membranos tinka elektrinėms, kuriose naudojami vėlesni membranų koncentravimo procesai arba kur skendinčių kietųjų dalelių koncentracija labai svyruoja.

3.2 Gilaus koncentravimo procesas ir charakteristikos Net ir po išankstinio valymo nuotekose vis dar yra didelė druskų koncentracija (TDS Didesnė arba lygi 10000 mg/L), todėl norint sumažinti jų tūrį (80–90 %) reikia gilios koncentracijos. Tada koncentruotas sūrymas naudojamas vėlesniam kietėjimui / kristalizavimui, o gėlas vanduo gali būti perdirbamas. Pagrindinis procesas yra padalintas į dvi pagrindines kategorijas: membranos atskyrimo koncentraciją ir garavimo koncentraciją.

3.2.1 Membranos atskyrimo koncentracijos procesas
Proceso principas: Remiantis selektyviu membranų pralaidumu, druskos ir vanduo yra atskiriami esant slėgiui. Pagrindinės technologijos apima atvirkštinį osmosą (RO), nanofiltravimą (NF) ir diskinį vamzdinį atvirkštinį osmosą (DTRO). Nanofiltracija gali iš anksto atskirti priemaišas, pakloti išteklių atkūrimo pagrindą.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Didelis koncentracijos efektyvumas; RO gėlo vandens regeneravimo greitis 70% ~ 80%, gėlinimo greitis didesnis nei 99%, permeatą galima tiesiogiai panaudoti pakartotinai; DTRO pasižymi stipriomis anti-užteršimo savybėmis, tinka didelio-druskumo, didelio-suspenduotų-kietųjų nuotekų nuotekoms, koncentracijos santykis gali siekti 10–20 kartų; Nanofiltracija gali išlaikyti dvivalečius jonus, sumažindama vėlesnių procesų apkrovą ir palengvindama įvairių druskų išteklių naudojimą.

Apribojimai: Griežti įtekančio vandens kokybės reikalavimai; kietumas ir suspenduotos medžiagos turi būti griežtai kontroliuojamos, kad būtų išvengta membranos užsiteršimo; įprastos RO membranos nėra atsparios dideliam chloro kiekiui, todėl reikia naudoti specializuotas chlorui{0}}atsparias membranas; didelės membranos keitimo išlaidos (sudarančios daugiau nei 40 % visų eksploatacinių išlaidų), todėl investicijų riba yra aukšta.

Taikomi scenarijai: RO tinka elektrinėms, kurioms labai reikia koncentruoti ir pakartotinai naudoti mažo{0}}–-vidutinio druskingumo nuserinimo nuotekas; DTRO tinka nuotekoms su dideliais vandens kokybės svyravimais ir dideliu druskingumu bei dideliu skendinčių kietųjų dalelių kiekiu; Nanofiltravimas tinka projektams, orientuotiems į įvairių druskų išteklių panaudojimą.

3.2.2 Garavimo koncentracijos procesas

Proceso principas: Šis procesas koncentruoja druskas išgarinant vandenį iš nuotekų kaitinant. Jis tinka didelio-druskumo nuotekoms (TDS didesnis arba lygus 30000 mg/L). Pagrindinės technologijos apima mechaninę garų rekompresiją (MVR), nešančiųjų dujų ekstrahavimo išgarinimą ir išmetamųjų dujų išgarinimą.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: MVR sunaudoja mažai energijos (apie 30–50 kWh/t vandens), koncentracijos koeficientą 10–20 kartų ir tinka didelio masto apdorojimui; nešančiųjų dujų gavybos garinimas gali panaudoti elektrinių atliekinę šilumą, turi mažus išankstinio apdorojimo reikalavimus ir mažas eksploatacines išlaidas; išmetamųjų dujų garinimas pasižymi itin mažomis energijos sąnaudomis ir mažomis investicijomis, gali pasiekti nulinį nuotekų išleidimą ir tinka mažoms ir vidutinėms elektrinėms.

Apribojimai: MVR turi dideles investicines sąnaudas, reikalauja aukšto pašarinio vandens kokybės stabilumo ir yra linkęs pleiskanoti ir užsikimšti; nešančiųjų dujų ištraukimo garinimo technologija turi aukštą slenkstį ir šiuo metu naudojama rečiau; Išgarinant išmetamąsias dujas, reikia kontroliuoti purškimo efektą, kad būtų išvengta dūmtakio korozijos ir užsikimšimo, taip pat reikia stebėti sunkiųjų metalų emisiją.

Taikomi scenarijai: MVR tinka didelės{0}}šilumos elektrinėms ir projektams, kuriems taikomi dideli nulinės{1}}išmetimo reikalavimai; nešančiųjų dujų ištraukimo garinimas tinka didelėms elektrinėms, kuriose yra atliekinė šiluma ir ribota erdvė; išmetamųjų dujų garinimas tinka mažoms ir vidutinėms-elektrinėms bei nulinės-išmetimo projektams su ribotu biudžetu.

3.3 Kietėjimo/kristalizavimo procesai ir charakteristikos Giliai koncentruotas sūrymas (TDS didesnis nei arba lygus 50000mg/L) turi būti nekenksmingas kietinant arba kristalizuojant. Kai kuriais procesais galima atkurti druskos išteklius, o tai yra pagrindinis žingsnis siekiant nulinio desulfuravimo nuotekų išleidimo. Pagrindiniai procesai apima garinimo kristalizaciją, dūmų dujų garinimo kietėjimą ir cemento kietėjimą.

3.3.1 Garinimo kristalizacijos procesas
Proceso principas: Koncentruotas sūrymas įpilamas į kristalizatorių, kad vanduo toliau išgaruotų, todėl druskos pasisotina ir kristalizuojasi. Kartu su nanofiltravimo ir kriogeninės nitrifikacijos technologijomis galima pasiekti graduotą priemaišų valymą, atskiriant natrio chloridą, natrio sulfatą ir kitas druskas.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Leidžia atkurti druskos išteklius; atgauta druska, atitinkanti grynumo standartus, gali būti pakartotinai naudojama kaip pramoninė žaliava; kruopštus gydymas; koncentruotas sūrymas po kristalizacijos yra nekenksmingas, be antrinės taršos; tinka apdoroti daug{0}}druskos koncentruotu sūrymu; gali būti integruotas su MVR, kad veiktų mažai energijos.

Apribojimai: Didelės investicijų ir veiklos sąnaudos; sunkus mišrių druskų valymas; įprastų procesų metu susidariusios mišrios druskos turi būti šalinamos kaip pavojingos atliekos; aukšti pašarinio vandens kokybės stabilumo reikalavimai; kristalizacijos efektui didelę įtaką daro vandens kokybės svyravimai.

Taikomi scenarijai: didelės elektrinės; projektai, kuriuose yra didelė mišrių druskos išteklių atkūrimo paklausa; ypač tinka scenarijams su dideliu desulfuravimo nuotekų kiekiu ir didele druskos atgavimo verte, pavyzdžiui, anglies chemijos jėgainėms.

3.3.2 Išmetamųjų dujų garavimo ir kietėjimo procesas

Proceso principas: Koncentruotas sūrymas purškiamas ir purškiamas į katilo uodeginį dūmtakį. Dūmų išmetamųjų dujų šiluma (120–180 laipsnių) greitai išgaruoja drėgmę. Druska kristalizuojasi ir sulaikoma su lakiaisiais pelenais, sudarydama lakiųjų pelenų mišinį. Jei jis atitinka standartus, jis gali būti naudojamas kaip statybinė medžiaga; kitu atveju jos šalinamos kaip pavojingos atliekos.

Proceso charakteristikos:

Privalumai: Itin mažos energijos sąnaudos, nereikalingas papildomas šildymas, mažos investicijų sąnaudos (40 % mažesnės nei MVR); paprastas valdymas, mažas plotas ir greitas nulinės emisijos pasiekimas; tinka įvairių koncentruotų sūrymų apdorojimui.

Apribojimai: Aukšti reikalavimai purškimo įrangai; linkę į išmetamųjų dujų nusėdimą ir koroziją; sunkiųjų metalų kiekis lakiuosiuose pelenuose gali viršyti standartus, todėl reikia griežtai stebėti; negali pasiekti druskos išteklių panaudojimo, o įvairių druskų apdorojimas priklauso nuo lakiųjų pelenų panaudojimo.

Taikomi scenarijai: mažos ir vidutinės{0}}šiluminės elektrinės, projektai su ribota erdve, neatidėliotini nulinės-išmetimo poreikiai ir ribotas biudžetas.

3.3.3 Cemento kietėjimo procesas

Proceso principas: sumaišomas koncentruotas sūrymas, įvairios druskos, cementas ir kietiklis. Cemento hidratacijos reakcijos metu sunkieji metalai fiksuojami cemento matricoje, todėl sumažėja išplovimo rizika. Kai sukietėjęs kūnas atitinka standartus, jis šalinamas sąvartyne.

Proceso charakteristikos:
Privalumai: paprastas procesas, patogus valdymas, maža kaina; geras koncentruoto sūrymo su dideliu sunkiųjų metalų kiekiu apdorojimo efektas, veiksmingai sumažinantis sunkiųjų metalų išplovimo riziką; tinka avarinio šalinimo scenarijams.

Apribojimai: išteklių atkūrimas neįmanomas; sukietėjusi medžiaga yra didelė ir užima žemės išteklius; šalinimo sąnaudos yra didelės ir kyla ilgalaikio išplovimo- pavojus, dėl kurio jo naudojimas palaipsniui mažėja.

Taikomi scenarijai: koncentruoto sūrymo, kuriame yra ypač daug sunkiųjų metalų, kuriuos sunku perdirbti, apdorojimas arba reikia nedelsiant pašalinti.

Renkantis elektrinės desulfuracijos nuotekų valymo procesą, reikia atsižvelgti į vandens kokybės charakteristikas, valymo tikslus (atitinkamas išleidimas / nulinis išleidimas), elektrinės mastą, biudžetą ir vietos sąlygas. Pagrindiniai principai turėtų būti „labai tikslingi, ekonomiškai efektyvūs ir stabiliai veikiantys“: mažoms ir vidutinėms elektrinėms, kurioms lėšos yra ribotos ir nereikia atkurti išteklių, gali būti naudojamas „koaguliacijos sedimentacijos + smėlio filtravimas + išmetamųjų dujų išgarinimas“ procesas; didelėms elektrinėms, kurioms keliami dideli nulinės-iškrovos reikalavimai, galima naudoti „trijų-pakopų minkštinimo + ultrafiltravimo + MVR garinimo + garinimo kristalizavimo“ procesą; Įrenginiams, orientuotiems į įvairių druskų išteklių atgavimą, nanofiltravimo ir kriogeninės nitrifikacijos procesai turėtų būti derinami.

Apibendrinant galima teigti, kad elektrinės desulfuravimo nuotekų valymas suformavo brandžią technologinę sistemą, kurioje kiekvienas pagrindinis procesas turi savų privalumų ir trūkumų: pirminio apdorojimo procesai orientuoti į „nešvarumų pašalinimą ir kietumo mažinimą“, kad būtų užtikrintas stabilus tolesnis valymas; gilios koncentracijos procesai orientuoti į „tūrio mažinimą“, kad būtų subalansuotas energijos suvartojimas ir sąnaudos; o kietėjimo/kristalizavimo procesuose pagrindinis dėmesys skiriamas „nekenksmingumui + išteklių panaudojimui“, siekiant išspręsti įvairių druskų šalinimo problemą. Ateityje technologijų plėtra bus nukreipta į mažą energijos suvartojimą, išteklių panaudojimą ir intelektualumą, toliau optimizuojant procesų derinius, mažinant veiklos sąnaudas, gerinant įvairių druskų išteklių panaudojimo greitį ir padedant šiluminės energijos pramonei pasiekti ekologišką ir aukštos kokybės -kokybišką plėtrą.