Kopsavilkums: kaļķakmens-ģipša mitrā atsērošana ir galvenā tehnoloģija sēra dioksīda emisiju kontrolei termoelektrostacijās. Iegūtie desulfurizācijas notekūdeņi, kam raksturīgs augsts sāļums, augsta cietība, augsts smago metālu saturs un zema bionoārdīšanās spēja, rada ievērojamu izaicinājumu spēkstaciju notekūdeņu attīrīšanai. Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta spēkstaciju atsērošanas notekūdeņu attīrīšanas pamatprocesu sistēmai, detalizēti aprakstot galveno procesu principus un darbības procedūras katrā posmā atbilstoši plūsmai "priekšapstrāde → dziļa koncentrācija → sacietēšana/kristalizācijas apstrāde". Tajā analizēti dažādu procesu tehniskie raksturlielumi, priekšrocības, ierobežojumi un pielietojamie scenāriji, integrējot procesu izvēles pamatprincipus, lai nodrošinātu profesionālu atsauci elektrostaciju atsērošanas notekūdeņu attīrīšanas procesu optimizētai izvēlei un efektīvai darbībai, tādējādi veicinot tīru ražošanu un siltumenerģijas nozares zaļo transformāciju.
Atslēgvārdi: Termoelektrostacija; atsērošanas notekūdeņi; ārstēšanas process; procesa raksturojums; pirmapstrāde; dziļa koncentrācija; kristalizācijas apstrāde
I. Ievads
Arvien stingrākiem vides emisiju standartiem un "divkāršā oglekļa" mērķu sasniegšanai, termoelektrostaciju desulfurizācijas notekūdeņu atbilstošā attīrīšana ir kļuvusi par būtisku saikni zaļās attīstības sasniegšanā. Pašlaik manā valstī vairāk nekā 90% termoelektrostaciju izmanto kaļķakmens-ģipša mitrās atsērošanas procesu. Šim procesam ir nepieciešams izskalot sēra atdalīšanas torni, atsvīdinātāju un ģipša atūdeņošanas sistēmu ar tīru ūdeni, kā rezultātā atsērošanas notekūdeņi ir bagāti ar smagajiem metāliem, augstu sāļu un suspendēto vielu koncentrāciju. Sarežģītās ūdens kvalitātes un augstās attīrīšanas grūtības dēļ nepareiza utilizācija var izraisīt augsnes un ūdens piesārņojumu, vienlaikus apdraudot arī spēkstaciju iekārtu drošu darbību.
Elektrostaciju atsērošanas notekūdeņu attīrīšanai jāatbilst "samazināšanās, nekaitīguma un resursu reģenerācijas" principiem, veidojot pilnīgu procesa sistēmu "priekšapstrāde → dziļa koncentrācija → sacietēšana/kristalizācijas apstrāde”. Dažādi procesi ievērojami atšķiras pēc tehniskajiem parametriem, apstrādes efektivitātes un ekspluatācijas izmaksām. Saprātīga procesu kombināciju izvēle ir ļoti svarīga, lai panāktu līdzsvaru starp prasībām atbilstošu notekūdeņu attīrīšanu un ekonomisko efektivitāti. Šajā rakstā galvenā uzmanība tiek pievērsta galveno procesu apkopošanai katrā posmā, padziļinātai to procesu raksturlielumu analīzei un atbalsta sniegšanai procesu atlasei nozarē.
II. Elektrostaciju atsērošanas notekūdeņu raksturojums (pamatnosacījums procesa izvēlei)
Desulfurizācijas notekūdeņu kvalitāti būtiski ietekmē ogļu kvalitāte, kaļķakmens tīrība un atsērošanas procesa parametri, kam ir "četri augstākie un divi zemākie rādītāji", kas tieši nosaka attīrīšanas procesa izvēles virzienu. Konkrēti:
Augsts sāļums: kopējais izšķīdušo cietvielu (TDS) 20 000 ~ 100 000 mg/L, sasniedzot maksimumu 150 000 mg/L, galvenokārt sastāv no Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺ un K⁺, uzrāda ārkārtīgi spēcīgu koroziju;
Augsta cietība: Ca²⁺ koncentrācija var sasniegt virs 4000 mg/l. Mg²⁺ saturs ir aptuveni 1600 mg/L, viegli veidojot nešķīstošas nogulsnes, kas aizsprosto iekārtas; Augsts smago metālu saturs: satur dzīvsudrabu, kadmiju, svinu, arsēnu utt. koncentrācijā 0,1–10 mg/l, daži veido stabilus kompleksus, kas apgrūtina izņemšanu; Augstas suspendētās cietās daļiņas (SS): koncentrācija 1000 ~ 10000 mg/l, galvenokārt sastāv no ģipša daļiņām un kaļķakmens pulvera, viegli noberzamas caurules; Zema pH vērtība: 4,5 ~ 6,0, vāji skāba, pastiprina iekārtu koroziju; Zema bionoārdīšanās spēja: BSP/ĶSP < 0,1, grūti noārdāms ar bioloģiskām metodēm, nepieciešami fizikāli ķīmiskie procesi.
Turklāt notekūdeņi satur arī fluorīdus, silikātus un nepastāvīgas organiskās vielas, kas vēl vairāk sarežģī procesa izvēli, un ir nepieciešami attīrīšanas procesi ar spēcīgu specifiku un noturību pret svārstībām.
III. Elektrostaciju atsērošanas notekūdeņu galvenie attīrīšanas procesi un raksturojums
Elektrostaciju atsērošanas notekūdeņu attīrīšana ir sistemātisks projekts. Katrs procesa posms ir savstarpēji saistīts un darbojas sinerģiski. Procesu izvēle dažādiem posmiem jābalsta uz ūdens kvalitātes īpašībām, attīrīšanas mērķiem un faktiskajiem spēkstacijas apstākļiem. Tālāk ir sniegta detalizēta katra posma galveno procesu un galveno īpašību analīze.
3.1. Priekšapstrādes procesi un raksturojums Priekšapstrāde ir desulfurizācijas notekūdeņu attīrīšanas pamats. Tās galvenie mērķi ir noņemt suspendētās vielas, lielāko daļu smago metālu, kalcija un magnija jonu, fluorīdus un silikātus, samazināt notekūdeņu duļķainību un cietību, novērst katlakmens veidošanos un aizsērēšanu turpmākajos procesos un nodrošināt kvalificētu ieplūdi progresīvai attīrīšanai. Galvenie procesi ietver koagulāciju un sedimentāciju, ķīmisko mīkstināšanu un filtrēšanas dzidrināšanu. Faktiskajos projektos bieži tiek izmantoti kombinētie procesi.
3.1.1. Koagulācijas un sedimentācijas process
Procesa princips: Notekūdeņiem pievieno koagulantus (polialumīnija hlorīdu, poliferrica sulfātu utt.) un koagulācijas palīglīdzekļus (poliakrilamīdu). Adsorbcijas un flokulācijas rezultātā smalkās suspendētās cietās vielas un koloīdi veido lielus flokus, kurus pēc tam atdala sedimentācija. Vienlaikus pH vērtība tiek noregulēta uz 8,5-9,5 (pievienojot kalcija hidroksīdu), izraisot smago metālu jonu izgulsnēšanos kā hidroksīdus, un daži fluorīda joni tiek noņemti (veidojot kalcija fluorīda nogulsnes).
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Vienkāršs process, ērta darbība, zemas investīciju un ekspluatācijas izmaksas; suspendēto cietvielu noņemšanas ātrums virs 80%, smago metālu noņemšanas ātrums 60% -80%, var ātri samazināt notekūdeņu duļķainību, kas ir piemērots dažādu spēkstaciju pirmapstrādes vajadzībām.
Ierobežojumi: Ierobežota noņemšanas ietekme uz šķīstošiem sāļiem un smago metālu kompleksiem; nepieciešams izmantot kopā ar ķīmiskiem mīkstināšanas un filtrēšanas procesiem; augsta ĶSP apstākļos ir nepieciešama uzlabota oksidācijas tehnoloģija, pretējā gadījumā tiks ietekmēta turpmākā apstrādes ietekme.
Piemērojamie scenāriji: atsērošanas notekūdeņu pirmapstrāde no visām spēkstacijām, īpaši piemērota mazām un vidējiem{0}}elektrostacijām ar augstu suspendēto cietvielu un smago metālu saturu un ierobežotu budžetu.
3.1.2. Ķīmiskais mīkstināšanas process
Procesa princips: galvenais mērķis ir noņemt kalcija un magnija jonus, lai samazinātu notekūdeņu cietību. Galvenā metode ir ķīmiskā nogulsnēšana, ko atkarībā no izmantotajiem reaģentiem iedala kaļķu -sodas mīkstināšanā un nātrija hidroksīda -sodas mīkstināšanā. Visplašāk tiek izmantota kaļķu-soda metode. Augstas cietības un augsta silīcija dioksīda apstākļos tiek izmantots trīs -pakāpju mīkstināšanas process, secīgi pievienojot Ca(OH)₂, Na2SO₄ un Na2CO3, lai pakāpeniski noņemtu Mg2⁺, daļu Ca²⁺ un atlikušo Ca²⁺, radot Mg(OH)3, CaSO₂,.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Mērķtiecīgi, efektīvi samazinot notekūdeņu cietību (Ca²⁺ Mazāks vai vienāds ar 500mg/L, Mg²⁺ Mazāks vai vienāds ar 1000mg/L), novēršot katlakmens veidošanos turpmākajos iztvaikošanas un membrānas atdalīšanas procesos; kaļķu-soda metodei ir zemas izmaksas, viegli pieejami reaģenti, un tā ir piemērota augstas-cietības, ar augstu-silīcija dioksīda atsērošanas notekūdeņiem.
Ierobežojumi: Reaģenta dozēšanai nepieciešama precīza kontrole, pretējā gadījumā ir iespējams sekundārs piesārņojums; dūņu ražošana ir liela, un ir nepieciešamas papildu dūņu apglabāšanas iekārtas; nātrija hidroksīda{0}}soda metode ir dārga un piemērota tikai gadījumiem, kad prasības attiecībā uz notekūdeņu cietību ir ārkārtīgi augstas.
Piemērojamie scenāriji: augstas -cietības, augsta{{1} silīcija dioksīda un augsta -fluorīda atsērošanas notekūdeņu pirmapstrāde, īpaši piemērota turpmākiem procesiem, piemēram, membrānas atdalīšanai un MVR iztvaicēšanai, ievērojot stingras prasības attiecībā uz ieplūdes cietību.
3.1.3. Filtrēšanas un dzidrināšanas process
Procesa princips: Šis process tālāk noņem smalkus flokus, suspendētās cietās vielas un koloīdus no koagulācijas, sedimentācijas un ķīmiskās mīkstināšanas, nodrošinot, ka iepriekš apstrādātā notekūdeņu duļķainība atbilst standartiem (parasti mazāka vai vienāda ar 100 mg/l, membrānas koncentrācijai nepieciešama mazāka vai vienāda ar 5 mg/l). Galvenās tehnoloģijas ietver smilšu filtrēšanu, ultrafiltrāciju (UF) un cauruļveida membrānu filtrēšanu.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: augsta filtrēšanas precizitāte; ultrafiltrācija var samazināt notekūdeņu duļķainību līdz zem 1 NTU; cauruļveida membrānām ir spēcīga pret-apaugšanas spēja, un tās ir viegli tīrāmas un kopjamas; efektīvi aizsargā pakārtotos membrānas moduļus un iztvaicēšanas iekārtas, uzlabojot sistēmas stabilitāti; smilšu filtrēšana ir lēta; ultrafiltrācijas un cauruļveida membrānas ir piemērotas scenārijiem ar lielām ūdens kvalitātes svārstībām.
Ierobežojumi: Smilšu filtrēšanai ir ierobežota efektivitāte smalko koloīdu atdalīšanai; ultrafiltrācijas un cauruļveida membrānām ir lielākas investīciju izmaksas, un membrānu moduļi ir regulāri jāmaina (dzīves ilgums 1-3 gadi); cauruļveida membrānas darbojas ar lielāku spiedienu, un tām ir nedaudz lielāks enerģijas patēriņš.
Piemērojamie scenāriji: Smilšu filtrēšana ir piemērota parastās pirmapstrādes pabeigšanai; ultrafiltrācijas un cauruļveida membrānas ir piemērotas spēkstacijām, kur tiek izmantoti sekojoši membrānu koncentrācijas procesi vai kur suspendēto vielu koncentrācija ievērojami svārstās.
3.2. Dziļās koncentrēšanas process un raksturlielumi Pat pēc pirmapstrādes notekūdeņi joprojām satur augstu sāļu koncentrāciju (TDS ir lielāka vai vienāda ar 10000 mg/L), kam nepieciešama dziļa koncentrācija, lai samazinātu tā tilpumu (80% ~ 90%). Koncentrēto sālījumu pēc tam izmanto turpmākai cietināšanai/kristalizācijai, savukārt saldūdeni var pārstrādāt. Pamatprocess ir sadalīts divās galvenajās kategorijās: membrānas atdalīšanas koncentrācija un iztvaikošanas koncentrācija.
3.2.1. Membrānas atdalīšanas koncentrēšanas process
Procesa princips: pamatojoties uz membrānu selektīvo caurlaidību, sāļi un ūdens tiek atdalīti zem spiediena. Galvenās tehnoloģijas ietver reverso osmozi (RO), nanofiltrāciju (NF) un disku cauruļu reverso osmozi (DTRO). Nanofiltrācija var nodrošināt iepriekšēju piemaisījumu atdalīšanu, liekot pamatu resursu atjaunošanai.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Augsta koncentrācijas efektivitāte; RO saldūdens atgūšanas ātrums 70% ~ 80%, atsāļošanas ātrums virs 99%, permeātu var tieši izmantot atkārtoti; DTRO ir spēcīgas pret-apaugšanas spējas, piemērotas augsta-sāļuma, ar augstu-suspendētiem-cietiem notekūdeņiem, koncentrācijas attiecība var sasniegt 10–20 reizes; Nanofiltrācija var saglabāt divvērtīgos jonus, samazinot turpmāko procesu slodzi un atvieglojot dažādu sāļu resursu izmantošanu.
Ierobežojumi: Stingras prasības ieplūstošā ūdens kvalitātei; cietība un suspendētās cietās vielas ir stingri jākontrolē, lai izvairītos no membrānas piesārņošanas; parastās RO membrānas nav izturīgas pret augstu hlora saturu, tādēļ ir jāizmanto specializētas hlor{0}}izturīgas membrānas; augstas membrānas nomaiņas izmaksas (kas veido vairāk nekā 40% no kopējām ekspluatācijas izmaksām), kā rezultātā tiek sasniegts augsts ieguldījumu slieksnis.
Piemērojamie scenāriji: RO ir piemērota spēkstacijām ar lielu pieprasījumu pēc zema{0}}līdz-vidēja sāļuma atsērošanas notekūdeņu koncentrācijas un atkārtotas izmantošanas; DTRO ir piemērots notekūdeņiem ar lielām ūdens kvalitātes svārstībām un augstu sāļumu un augstu suspendēto daļiņu saturu; Nanofiltrācija ir piemērota projektiem, kas vērsti uz dažādu sāļu resursu izmantošanu.
3.2.2. Iztvaikošanas koncentrēšanas process
Procesa princips: Šis process koncentrē sāļus, iztvaicējot ūdeni no notekūdeņiem, karsējot. Tas ir piemērots notekūdeņiem ar augstu-sāļumu (TDS ir lielāks vai vienāds ar 30 000 mg/l). Galvenās tehnoloģijas ietver mehānisko tvaiku atkārtotu saspiešanu (MVR), nesējgāzes ekstrakcijas iztvaikošanu un dūmgāzu iztvaikošanu.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: MVR ir zems enerģijas patēriņš (apmēram 30–50 kWh/t ūdens), koncentrācijas attiecība ir 10–20 reizes, un tā ir piemērota liela mēroga apstrādei; nesējgāzes ekstrakcijas iztvaicēšanai var izmantot spēkstaciju atkritumu siltumu, tai ir zemas pirmapstrādes prasības un zemas ekspluatācijas izmaksas; Dūmgāzu iztvaicēšanai ir ārkārtīgi zems enerģijas patēriņš un zemas investīcijas, tā var nodrošināt nulles notekūdeņu novadīšanu, un tā ir piemērota mazām un vidējām{5}}elektrostacijām.
Ierobežojumi: MVR ir augstas investīciju izmaksas, nepieciešama augsta barības ūdens kvalitātes stabilitāte, un tai ir tendence uz zvīņošanos un aizsērēšanu; nesējgāzes ekstrakcijas iztvaicēšanas tehnoloģijai ir augsts slieksnis, un to pašlaik izmanto mazāk; Dūmgāzu iztvaikošana prasa kontrolēt izsmidzināšanas efektu, lai izvairītos no dūmvadu korozijas un aizsērēšanas, kā arī jāuzrauga smago metālu emisijas.
Piemērojamie scenāriji: MVR ir piemērots liela mēroga -termiskās spēkstacijām un projektiem ar augstām nulles-emisijas prasībām; nesējgāzes ekstrakcijas iztvaicēšana ir piemērota lielām spēkstacijām ar pieejamo siltuma pārpalikumu un ierobežotu telpu; Dūmgāzu iztvaicēšana ir piemērota mazām un vidējām elektrostacijām- un nulles-izmešu projektiem ar ierobežotu budžetu.
3.3. Cietināšanas/kristalizācijas procesi un raksturojums Dziļi koncentrēts sālījums (TDS ir lielāks vai vienāds ar 50 000 mg/l) ir jāpadara nekaitīgs cietēšanas vai kristalizācijas ceļā. Dažos procesos var panākt sāls resursu atgūšanu, kas ir galvenais solis, lai panāktu nulles atsērošanas notekūdeņu novadīšanu. Galvenie procesi ietver iztvaikošanas kristalizāciju, dūmgāzu iztvaikošanas sacietēšanu un cementa sacietēšanu.
3.3.1. Iztvaikošanas kristalizācijas process
Procesa princips: Koncentrētu sālījumu ievada kristalizētājā, lai tālāk iztvaicētu ūdeni, izraisot sāļu piesātinājumu un izkristalizēšanos. Apvienojumā ar nanofiltrācijas un kriogēnās nitrifikācijas tehnoloģijām ir iespējams panākt pakāpenisku piemaisījumu attīrīšanu, atdalot nātrija hlorīdu, nātrija sulfātu un citus sāļus.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Nodrošina sāls resursu atgūšanu; reģenerēto sāli, kas atbilst tīrības standartiem, var atkārtoti izmantot kā rūpnieciskas izejvielas; rūpīga ārstēšana; koncentrēts sālījums pēc kristalizācijas ir nekaitīgs, bez sekundāra piesārņojuma; piemērots apstrādei ar augstu -sāļu koncentrētu sālījumu; var integrēt ar MVR zemas-enerģijas darbības nodrošināšanai.
Ierobežojumi: Augstas investīciju un ekspluatācijas izmaksas; sarežģīta jauktu sāļu attīrīšana; jauktie sāļi, kas radušies parastos procesos, jāiznīcina kā bīstamie atkritumi; augstas prasības barības ūdens kvalitātes stabilitātei; kristalizācijas efektu lielā mērā ietekmē ūdens kvalitātes svārstības.
Piemērojamie scenāriji: lielas spēkstacijas; projekti ar lielu pieprasījumu pēc jaukto sāls resursu atgūšanas; īpaši piemērots scenārijiem ar lielu atsērošanas notekūdeņu apjomu un augstu sāls reģenerācijas vērtību, piemēram, ogļu ķīmiskās spēkstacijas.
3.3.2. Dūmgāzu iztvaikošanas un sacietēšanas process
Procesa princips: Koncentrēts sālījums tiek izsmidzināts un izsmidzināts katla aizmugurējā dūmvadā. Dūmgāzu atkritumu siltums (120-180 grādi) izraisa ātru mitruma iztvaikošanu. Sāls kristalizējas un tiek uztverta ar viegliem pelniem, veidojot vieglo pelnu maisījumu. Ja tas atbilst standartiem, to var izmantot kā būvmateriālus; pretējā gadījumā tos apglabā kā bīstamos atkritumus.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Īpaši zems enerģijas patēriņš, nav nepieciešama papildu apkure, zemas investīciju izmaksas (par 40% zemākas nekā MVR); vienkārša darbība, mazs nospiedums un ātra nulles emisiju sasniegšana; piemērots dažādu koncentrētu sālījumu apstrādei.
Ierobežojumi: Augstas prasības atomizācijas iekārtām; nosliece uz dūmgāzu nogulsnēšanos un koroziju; smago metālu saturs pelnos var pārsniegt standartus, tādēļ ir nepieciešama stingra uzraudzība; nevar panākt sāls resursu izmantošanu, un dažādu sāļu apstrāde ir atkarīga no lidojošo pelnu izmantošanas.
Piemērojamie scenāriji: mazas un vidēja izmēra termoelektrostacijas, projekti ar ierobežotu vietu, steidzami nepieciešamas nulles -izmešu daudzums un ierobežots budžets.
3.3.3. Cementa cietināšanas process
Procesa princips: sajauc koncentrētu sālījumu, dažādus sāļus, cementu un cietinātāju. Cementa hidratācijas reakcijas rezultātā smagie metāli tiek fiksēti cementa matricā, samazinot izskalošanās risku. Pēc tam, kad sacietējušais korpuss atbilst standartiem, tas tiek apglabāts poligonā.
Procesa raksturojums:
Priekšrocības: Vienkāršs process, ērta darbība, zemas izmaksas; labs apstrādes efekts koncentrētam sālījumam ar augstu smago metālu saturu, efektīvi samazinot smago metālu izskalošanās risku; piemērots avārijas likvidēšanas scenārijiem.
Ierobežojumi: resursu atjaunošana nav iespējama; sacietējušais materiāls ir liels un aizņem zemes resursus; apglabāšanas izmaksas ir augstas, un pastāv ilgstošas-izskalošanās risks, kā rezultātā pakāpeniski samazināsies tā izmantošana.
Piemērojamie scenāriji: koncentrēta sālījuma apstrāde ar ārkārtīgi augstu smago metālu saturu, ko ir grūti pārstrādāt, vai ārkārtas iznīcināšanas vajadzības.
IV. Procesa izvēles pamatprincipi un kopsavilkums
Izvēloties procesu elektrostacijas atsērošanas notekūdeņu attīrīšanai, jāņem vērā ūdens kvalitātes raksturlielumi, attīrīšanas mērķi (atbilstoša izplūde/nulles izplūde), spēkstacijas mērogs, budžets un vietas apstākļi. Pamatprincipiem ir jābūt “augsti mērķtiecīgiem, ekonomiski efektīviem un stabili funkcionējošiem”. Mazām un vidēji lielām elektrostacijām ar ierobežotiem līdzekļiem un bez resursu atjaunošanas var izmantot procesu “koagulācijas sedimentācija + smilšu filtrēšana + dūmgāzu iztvaicēšana”; lielām spēkstacijām ar augstām nulles-izlādes prasībām var izmantot "trīs-pakāpju mīkstināšanas + ultrafiltrācijas + MVR iztvaicēšanas + iztvaikošanas kristalizācijas" procesu; iekārtām, kas vērstas uz dažādu sāļu resursu atgūšanu, jāapvieno nanofiltrācijas un kriogēnās nitrifikācijas procesi.
Rezumējot, spēkstaciju atsērošanas notekūdeņu attīrīšana ir izveidojusi nobriedušu tehnoloģisko sistēmu, kur katram galvenajam procesam ir savas priekšrocības un trūkumi: pirmapstrādes procesi ir vērsti uz "piemaisījumu atdalīšanu un cietības samazināšanu", lai nodrošinātu stabilu turpmāko attīrīšanu; dziļas koncentrācijas procesi ir vērsti uz "apjoma samazināšanu", lai līdzsvarotu enerģijas patēriņu un izmaksas; un sacietēšanas/kristalizācijas procesi koncentrējas uz "nekaitīgumu + resursu izmantošanu", lai atrisinātu dažādu sāļu iznīcināšanas problēmu. Nākotnē tehnoloģiju attīstība virzīsies uz zemu enerģijas patēriņu, resursu izmantošanu un inteliģenci, turpmāk optimizējot procesu kombinācijas, samazinot ekspluatācijas izmaksas, uzlabojot dažādu sāļu resursu izmantošanas līmeni un palīdzot siltumenerģijas nozarei sasniegt videi draudzīgu un kvalitatīvu attīstību.
