Исследование коагуляции природных вод с повышенным содержанием железоорганических соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат наук Карпычев, Евгений Александрович

• Карпычев, Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Карпычев, Евгений Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1 Коагуляция в системах предварительной очистки исходных вод ТЭС. Методы увеличения технологической эффективности осветлителей

1.1 Классификация и методы очистки природных вод

1.2 Технология коагуляции вод на ТЭС. Основные примеси воды, участвующие в процессе коагуляции

1.3 Характеристика и применение сульфата алюминия для коагуляции воды на ТЭС

1.4 Критерии технологической эффективности коагуляции. Нормы качества коагулированной и осветленной вод на ТЭС

1.5 Осветлители воды для ТЭС. Причины ограниченной технологической эффективности осветлителей

1.6 Методы увеличения технологической эффективности осветлителей

1.7 Флокулянты. Промышленные испытания и применение флокулянтов

1.8 Постановка задачи исследования

Глава 2 Методики исследований и обработки экспериментальных данных

2.1 Обоснование разделения маломутных вод на группы (типы) по составу примесей

2.2 Проведение пробной коагуляции

2.3 Выбор метода оценки эффективности флокулян-та

2.4 Метод визуального контроля процесса хлопьеобразова-ния

2.5 Методика опытно-промышленных исследований

2.6 Методы количественных химических анализов производственных вод

2.7 Методы обработки опытных данных

Глава 3 Лабораторные исследования коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей

3.1 Исследование коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей сульфатом алюминия с использованием флокулянтов

3.2 Лабораторные исследования коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов воды р. Волга (филиал ОАО «ОГК-3» «Костромская ГРЭС», вода типа 2)

3.3 Лабораторные исследования коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов воды р. Уводь (филиал ОАО ТГК-6 «Ивановская ТЭЦ-2», вода первого типа)

3.4 Выводы по главе III

Глава 4 Лаб при ораторное исследование коагуляции сульфатом алюминия воздушной барботажной дегазацииводы

4.1 Цель лабораторного исследования коагуляции сульфатом алюминия при воздушной барботажной дегазации воды

4.2 Условия и результаты лабораторных опытов по подавлению флотации шлама с использованием воздушной барботажной дегазации воды

4.3 Выводы по главе IV

Глава 5 Опь вет1 ггно-промышленные исследования коагуляции воды в ос-штелях

5.1 Исследования коагуляционной обработки воды типа 2 в горизонтальных осветлителях типа ЭК

5.2 Промышленные исследования коагуляции сульфатом алюминия воды типа 3 в горизонтальном модернизированном осветлителе (вариант 2-е коллекторным вводом исходной воды, ВПУ ТЭС КБК)

5.3 Исследование коагуляционной обработки воды типа 1 в вертикальном осветлителе ЦНИИ-3 максимальной производительностью 450 м3/ч ХВО подпитки теплосети Ивановской ТЭЦ-2

5.4 Определение сорбционных характеристик шлама гидро-ксидов алюминия

5.5 Основные результаты опытно-промышленных исследований и выводы по ним

Выводы

Приложения

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование коагуляции природных вод с повышенным содержанием железоорганических соединений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Практически все природные поверхностные источники водоснабжения ТЭС Нечерноземья и Севера России существенно загрязнены коллоидными железоорганическими соединениями. В последние годы заметно прогрессируют загрязнения подземных вод, которые проникают со сточными и производственными водами в водоносные горизонты и из них в поверхностные водотоки.

Основным технологическим приёмом удаления из воды грубодисперс-ных примесей, находящихся во взвешенном состоянии, и коллоидных органических загрязнений, присутствующих в воде в растворённом виде, является коагуляция, протекающая при введении в воду коагулянта.

Строительство парогазовых ТЭС, использование для получения добавочных вод противоточных ионитных фильтров и мембранных аппаратов ужесточают требования к системам предварительной очистки вод. Изменяется температурный режим водоподготовительных установок (ВПУ). Уменьшается скрытый резерв их производительности. В этих условиях традиционно применяемые технологии и режимы обработки воды являются в большинстве случаев недостаточно эффективными. Чаще всего располагаемая производительность аппаратов ВПУ, в первую очередь, осветлителей оказывается недостаточной. Нормальной работе водоподготовительных установок препятствуют участившиеся в последние годы случаи непредвиденного ухудшения качества воды вследствие аварийных ситуаций и сброса в водоёмы жидкостей, содержащих повышенные концентрации загрязнений и веществ, препятствующих процессу коагуляции.

Действующие водоподготовительные установки в этих условиях не могут обеспечить надлежащего удаления из воды химических загрязнений.

Основными причинами технологических затруднений на большинстве существующих и новых водоподготовительных установок ТЭС, помимо загрязнения водоисточников, являются следующие:

• принятая схема очистки не всегда соответствует качеству воды водоисточника. Так для обработки коагулянтом вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений часто применяют отстойники или осветлители с взвешенным осадком, в которых отстаивания воды не происходит, а взвешенный слой не образуется, например, из-за флотации шлама. В таких случаях только за счёт совершенствования реагентной обработки воды не всегда удается исправить ситуацию;

• ВПУ с большим сроком эксплуатации работают недостаточно эффективно вследствие износа их аппаратов и несовершенства АСУ ТП;

• технологические процессы коагуляции вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений изучены недостаточно, что обуславливает риск неэффективных действий персонала при возникновении эксплуатационных затруднений.

Целью работы является повышение эффективности коагуляционной очистки вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений на водоподготовительных установках ТЭС с горизонтальными и вертикальными осветлителями путём предотвращения гидравлического и флотационного выноса шлама при использовании флокулянтов и дегазации воды.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи лабораторных и опытно-промышленных исследований.

1. Исследовать закономерности коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов с различными знаком и плотностью заряда с целью определения области их эффективного применения для вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений.

2. Исследовать влияние характерных признаков вод Нечерноземья и Севера России (типа исходных вод ТЭС с увеличенным содержанием железоорганических соединений по классификации МЭИ) и флокулянтов на вынос шлама. Оценить сорбционные свойства шлама в отношении органического вещества и соединений железа.

3. Исследовать эффективность аэрации воды и типового воздухоотделителя для подавления флотационного выноса шлама из осветлителей.

4. Получить оценки максимальных допустимых скоростей подъёмного движения воды в горизонтальных и вертикальных осветлителях в зависимости от их конструктивных особенностей, типа исходных вод, применяемого флокулянта.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»:

в части формулы специальности - «Научная специальность, объединяющая... проблемы совершенствования действующих и обоснования новых технологий производства.. .водоподготовки.

В рамках специальности проводятся работы по совершенствованию действующих и обоснованию новых типов и конструкций основного и вспомогательного оборудования тепловых электрических станций.

Ведется поиск приёмов и методов оптимизации рабочих режимов оборудования, разрабатываются вопросы водоиспользования и водных режимов...;

в части области исследования - п. 2: «Исследование...процессов, протекающих в агрегатах, системах...тепловых электростанций»; п. 3: «Разработка, исследование, совершенствование действующих и освоение новых технологий...водных и химических режимов...»; п.6: «Разработка вопросов эксплуатации систем и оборудования тепловых электростанций».

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определены зависимости эффективности удаления загрязняющих веществ из воды с увеличенным содержанием железоорганических соединений при её коагуляции в осветлителях сульфатом алюминия с флокулянтами от их плотности и знака заряда.

2. Изучено влияние барботажной аэрации на декарбонизацию при коагуляции воды сульфатом алюминия в осветлителях.

3. Определена удельная сорбционная ёмкость шламов при коагуляции сульфатом алюминия по органическим соединениям и соединениям железа.

Практическая значимость работы заключается в следующем. При использовании результатов работы:

• достигаются :1) уменьшение поступления с коагулированной водой загрязняющих веществ на последующие стадии водообработки и увеличение располагаемой производительности осветлителей; 2) продление срока службы расходных материалов ВГТУ (ионитов, мембранноосмошческих модулей);

• получены оценки максимальных допустимых скоростей подъёмного движения воды в горизонтальных и вертикальных осветлителях в зависимости от их конструктивных особенностей, типа вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений, применяемого флокулянта.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается использованием поверенных приборов и стандартизованных методов измерений и обработки их результатов; большим объёмом опытных данных лабораторных и промышленных испытаний и сходимостью их результатов; совпадением отдельных результатов с данными других авторов.

Автор защищает:

1. Зависимость эффективности удаления железоорганических соединений из воды с их увеличенным содержанием при коагуляции в осветлителях сульфатом алюминия с применением флокулянтов от их плотности и знака заряда.

2. Зависимость остаточной концентрации свободной углекислоты в коагулированной воде от интенсивности и длительности барбогажной аэрации.

3. Результаты оценки сорбционной ёмкости шламов при коагуляции сульфатом алюминия.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на ТЭЦ-ПВС ЧерМК ОАО «Северсталь» при разработке мероприятий по увеличению располагаемой производительности горизонтальных осветлителей БК за счёт дегазации воды и использования флокулянта и ТЭО их реконструкции; на ТЭЦ-2 Ивановского филиала ТГК-6 для предпроектной проработки вариан-

тов реконструкции системы предварительной очистки воды для подпитки теплосети. Результаты работы используются также в учебном процессе Ивановского государственного энергетического университета на кафедре «Химия и химические технологии в энергетике» в лабораторном практикуме и лекционном курсе «Наладка и эксплуатация водоподготовительных установок и водно-химического режима».

Личный вклад автора заключается:

• в организации лабораторных и опытно-промышленных исследований коагуляции сульфатом алюминия;

• в обработке опытных данных и получении научно-значимых результатов исследований;

• в участии в реализации результатов работы на ТЭС.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись на следующих конференциях: Четвертая международная молодежная конференция «Тинчюринские чтения» г. Казань: «Изменение технологии предварительной обработки воды филиала ОАО«ИнтерРАОЕЭО> Ивановские ПГУ»; Пятая региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Исследование коагуляции и флокуляции на модельных растворах с повышенным содержанием железоорганических веществ»; пятая международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения»: «Исследование условий и подбор эффективных реагентов для коагуляции воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь»»; Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Выбор условий и эффективных реагентов для коагуляции воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь»».

Публикации. Основное содержание работы отражено в 18 публикациях, в том числе, в 3 научных статьях, 4 докладах и 11 тезисах докладов.

Содержание и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, характеристики основных результатов работы и списка литературы, включающего 105 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 212 страницах.

Глава 1. КОАГУЛЯЦИЯ В СИСТЕМАХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ИСХОДНЫХ ВОД ТЭС. МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ

Предварительная очистка воды является важной стадией в процессе её подготовки для промышленного и питьевого использования. При недостаточно эффективной работе систем предварительной очистки ухудшены показатели качества обработанной воды, что, в свою очередь, приводит к уменьшению длительности фильтроциклов осветлительных (механических) фильтров, к загрязнению ионообменных смол и уменьшению их рабочей обменной ёмкости и, и как следствие, вызывает перерасход реагентов, воды и теплоты на собственные нужды ВПУ в целом. При неэффективной работе установки предварительной очистки воды неизбежны эксплуатационные затруднения и при мембранной очистке воды. При «проскоке» органических соединений-загрязнителей воды в пароводяной тракт ТЭС происходит коррозия паросилового оборудования, вызванная продуктами термического разложения и окисления этих соединений, входящих в состав коллоидных и грубодисперс-ных веществ.

Грубодисперсные и коллоидные примеси традиционно удаляются из воды путем её коагуляции в осветлителях. На ТЭС в качестве коагулянтов обычно используют минеральные соли алюминия и железа или их смеси в разных пропорциях [5-7].

1.1 Классификация и методы очистки природных еод

Для нужд разработчиков технологического оборудования ВПУ и проектантов разрабатываются системы классификации природных вод и формы представления краткой характеристики их качества (индексы качества воды) [8].

Чем детальнее разрабатывались эти системы классификации, тем больше исследователи удалялись от ясности и краткости в определении качества воды. Оказалось невозможным оценить пригодность воды для питьевых,

технических, других целей только на основе предложенных универсальных индексов воды. По-прежнему качество воды, пригодность её для использования оценивается по комплексу показателей, и нужно признать, что такой подход даёт лишь приблизительные знания о качестве воды. Этим, в частности, можно объяснить большое (до нескольких десятков) количество нормируемых показателей качества вод для каждого из возможных применений. Говорить о качестве воды имеет смысл лишь в связи с конкретной областью её дальнейшего использования.

Сегодня наиболее употребительны классификационные системы С.А. Щукарева, O.A. Алёкина, А.И. Перельмана, JI.A. Кульского и фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас», США) [8].

Практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная [8] JI.A. Кульским (см. табл. 1.1).

Методы обработки воды, определённые JI.A. Кульским на основе фазо-во-дисперсного анализа примесей воды и распределённые по четырём группам, названы ниже.

• Группа I. Воздействия на взвеси: например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах; флотация; фильтрование на медленных и на скорых фильтрах по безнапорной схеме и др.

• Группа II. Воздействия на коллоидные примеси, на высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция; электрокоагуляция; флокуляция; электроимпульсная обработка; биохимическое разложение; адсорбция на высокодисперсных, в том числе, на глинистых минералах, ионитах; окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым, у- и ß- излучением и др.; ультразвуковая обработка; обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.).

• Группа III. Воздействия на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путём аэрирования, термической и вакуумной отгонки; адсорбция на активных углях,

природных и синтетических ионитах и других высокопористых материалах; экстракция несмешивающимися с водой органическими растворителями; эвапорация (азеотропная отгонка, пароциркуляция); пенная флотация; ректификация; окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое, парофазное, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).

• Группа IV. Воздействия на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен; электродиализ и электродеионизация; реагентная обработка; кристаллизация.

Таблица 1.1

Классификация Л. А. Кульского [8]водпофазово-дисперсному состоянию

примесей

Группа Наименование примесей Линейный размер час-тиц , мкм Характеристика примесей

Гетерогенная система

I Взвеси >Ш2 Суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды; микроорганизмы и планктон

II Коллоидно-растворённые вещества Ю'МО* Коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окисляе-мость и цветность воды; вирусы

Гомогенная система

III Молекулярно-раство-рённые вещества Ю'МО^ Газы, растворимые в воде; органические вещества, придающие воде запах и привкус

IV Вещества, диссоциированные на ионы (электролиты) <10-" Соли, кислоты, основания, придающие воде жёсткость, щёлочность и минера-лизованность

Для задач очистки воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазово-дисперсное состояние примесей в воде и установив её принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. При этом фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей схемы водоподготовки.

Особое внимание уделяется водам с увеличенным содержанием желе-зоорганических соединений. Это поверхностные воды северной части России - воды с примесью болотных вод, имеющие в своём составе гуминовые со-

единения. Они характеризуются большими значениями окисляемости (от 15 до 40 мг Ог/дм3), и массовой концентрации соединений железа (от 0,8 до 2,5 мг/дм3 в пересчете на Ре). Стоит отметить малые, как правило, значения щё-

л

лочности данных вод от 0,15 до 1,0 мг-экв/дм . В некоторых случаях щёлочность поверхностных вод может быть увеличена за счёт подпитки водоисточников грунтовыми водами.

При дозировании сульфата алюминия общая щёлочность воды уменьшается пропорционально дозе коагулянта. Из-за этого воды с малой щёлочностью и большой окисляемостью приходится подщелачивать перед дозированием коагулянта (пример: вода Онежского озера). Это приводит к удорожанию обработанной воды. Уменьшение дозы сульфата алюминия может уменьшить эффективность удаления железоорганических соединений. Для исключения подщелачивания воды в целях уменьшения числа используемых реагентов целесообразно применять основные коагулянты, например, гидро-ксихлорид алюминия.

В [9] воды применительно к коагуляции распределены на три типа в зависимости от значений общей щёлочности (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Характеристика различных типов исследованных вод [9]

Тип Щ РН25 Ок Цветность Пример характерного источника

мг-экв/дм мгОг/дм3 град. Р1-Со

1 2,2-3,2 7,6-8,1 5-12 30-70 р. Волга (Пироговское водохранилище.)

2 1,5-2,2 7,6-8,0 10-20 60-180 р. Москва, р. Волга (г. Ярославль)

3 0,5-1,5 6,8-7,7 30-50 200-400 р. Шелонь и реки северных регионов

Исследования [9] типов вод проводились применительно к ВПУ объектов энергетики и предприятий «Водоканала» с применением основного коагулянта оксихлорида алюминия (ОХА) в сравнении с сульфатом алюминия (СА). По данным лабораторных испытаний вод третьего типа [9] эффективность удаления соединений железа и алюминия больше при использовании ОХА, в то же время органические соединения лучше удаляются при использовании сульфата алюминия. При этом в конкретных случаях может потре-

боваться применение СА с «дозой подкисления» более общей щёлочности исходной воды и уменьшение рН, недопустимое по условию защиты трубопроводов воды от коррозии.

Иногда неплохой эффект очистки воды достижим при коагуляции с уменьшенной дозой сульфата алюминия и применении флокулянта [10]. Такое возможно при хороших коагулирующей и флокулирующей способностях реагентов. Вариант коагуляции с применением флокулянта в работе [9] не рассмотрен.

Уменьшить число признаков групп (типов) вод можно, используя взаимосвязи значений параметров качества. Справочные данные [11] о качестве поверхностных вод рек Нечерноземья и Севера России свидетельствуют о положительной корреляции (см. рис. 1.1, 1.2):

• их общей щёлочности и сухого остатка (следовательно, и солесо-держания);

• их окисляемости и массовой концентрации соединений железа в пересчёте на Бе.

Сухой остаток, мг/дм3

Рис. 1.1 Взаимосвязь сухого остатка и щёлочности природных поверхностных вод Нечерноземья и Севера России (графическая зависимость составлены автором диссертации с использованием справочных данных [11])

Положительная корреляция окисляемости и массовой концентрации соединений железа в пересчёте на Бе указывает на преобладание в составе соединений железа его гуматных комплексонатов. Таким образом, эффективность обезжелезивания вод достигается при эффективной их очистке от гу-матов. Следует ожидать симбатность зависимостей от технологических факторов показателей эффективности очистки вод от соединений железа и органики.

Ориентировочно можно говорить об отрицательной корреляции щёлочности и окисляемости, сухого остатка (солесодержания) и окисляемости вод (рис. 1.3).

Окисляемость, мг02/дм3

Рис. 1.2 Взаимосвязь окисляемости и массовой концентрации соединений железа в пересчёте на Ре природных поверхностных вод Нечерноземья и Севера России (графическая зависимость составлена автором диссертации с использованием справочных данных [11])

50

100

150

200

250

300

350

Сухой остаток, мг/дм

Рис, 1.3 Взаимосвязь сухого остатка и окисляемости природных поверхностных вод Нечерноземья и Севера России (графическая зависимость составлена автором диссертации с использованием справочных данных [11])

I.

г

и 15 О

г

®

к

с; ю и X к

0 5

♦ ♦

♦ ♦

♦ ♦

♦

♦ ♦

100 150 200 250

Массовая концентрация сульфат ионов, мг/дм3

Рис. 1.4 Взаимосвязь массовой концентрации сульфатов и окисляемости природных поверхностных вод России (графическая зависимость составлена автором диссертации с использованием справочных данных [12]). Окисляемость малощелочных и маломинерализованных вод увеличена. Этот факт может быть объяснён большим вкладом поверхностного стока в загрязнённость вод Севера России органикой. Независимо от причины большой окисляемости (и железосодержания) этих вод понятны причины, но не достаточно экспериментальных количественных данных о влиянии основных

факторов на эффективность коагуляции: солесодержания воды, дозы коагулянта, рН, газовыделения, типа, относительной плотности заряда и дозы флокулянтов производства иностранных фирм.

Солесодержание воды влияет на толщину диффузного слоя мицеллы и, тем самым, на эффективность коагуляции [13-19]. Количественные данные об этом влиянии не достаточны для их учёта в практике водоподготовки. Требуются дополнительные исследования коагуляции на реальных водах с учётом их солесодержания. По этой причине:

- перечень [9] характерных параметров качества типов вод (таблица 1.2) применительно к коагуляции целесообразно дополнить ещё одним параметром — солесодержанием воды и установить для типов вод 1, 2, 3 по [9] следующие интервалы солесодержаний:

• вода типа 1 — солесодержание от 250 до 400 мг/дм3;

• вода типа 2 — солесодержание от 100 до 250 мг/дм3;

• вода типа 3 - солесодержание до 100 мг/дм3;

- выполнить лабораторные и опытно-промышленные исследования коагуляции для вод трёх типов (тип 3 - вода Нигозера, г. Кондопога; тип 2 -вода р. Шексна, г. Череповец; вода р. Волга, г. Волгореченск; тип 1 - вода р. Уводь, г. Иваново). Особенностью этих вод является увеличенное содержание соединений железа и преобладание сульфатов в составе анионов сильных кислот. Последнее создаёт не только предпосылки для хорошей коагуляции, но и способствует «самоочистке» воды от органики: при увеличении концентрации сульфатов в ней наступает ограничение окисляемости воды (см. рис. 1.4). Вряд ли этот факт может быть объяснён только микробиологическими процессами.

Примечание

Логичнее присвоить типам вод номера, увеличивающиеся при увеличении щёлочности и солесодержания воды. Однако с учётом приоритета [9] в диссертации принята нумерация типов вод, предложенная в этом информационном источнике.

1. 2. Технология коагуляции вод на ТЭС. Основные примеси воды, участвующие в процессе коагуляции

В практике водоподготовки под коагуляцией понимается комплекс мероприятий, направленных на очистку воды от грубой и тонкой взвеси, коллоидно-дисперсных веществ, а так же обесцвечивания путём введения в обрабатываемую воду специального реагента - коагулянта. При введении коагулянта в обрабатываемую воду образуются коагулятор и осадок - продукты взаимодействия коагулянта с водой и примеси исходной воды. Осадок отделяется от воды (первая ступень её осветления), как правило, в осветлителях. Последующее осветление воды (вторая ступень её осветления) обеспечивается механическими фильтрами (рис. 1.5) Реже проводится одноступенчатое осветление воды непосредственно в механических фильтрах (рис. 1.6) [20].

Рис. 1.5 Принципиальная схема коагу-ляционной установки с осветлителем: 1 - подогретая исходная вода; 2 - ввод ветлителя (вариант): окислителя; 3 - ввод щёлочи; 4 - освет- 1 - подогретая исходная вода; 2 -литель; 5 - продувка осветлителя; 6 - ввод щёлочи; 3 - ввод коагулянта; ввод коагулянта; 7 - ввод флокулянта; 8 4 - смеситель; 5 - ввод флокулян-- бак коагулированной воды; 9 - насос та; 6 - механический фильтр; 7 -коагулированной воды; 10 - механиче- коагулированная вода ский фильтр; 11 - осветленная вода, например, на обессоливание

На ТЭС коагуляция применяется для предварительной очистки воды

перед её обессоливанием или катионированием. Назначение коагуляции -

удаление веществ, которые вредно влияют на состояние ионитов и мембран

или недостаточно ими задерживаются и, попадая с добавочной водой в кон-

Рис. 1.6 Принципиальная схема коагуляционной установки без ос-

денсатно-питательный тракт электростанции, теплосети и т. п., ухудшают работу теплосилового оборудования. К таким веществам относятся механические примеси (взвесь), органические соединения, соединения железа, соединения кремния. Удаление из исходной воды загрязнений трёх последних видов особенно важно в системах предварительной очистки установок химического обессоливания добавочной воды паровых котлов и котлов-утилизаторов парогазовых ТЭС.

В природных поверхностных водах, используемых для питания водо-подготовительных установок электростанций, в коллоидной степени дисперсности (размер частиц 10"6-10-4 мм) могут находиться оксиды и гидрокси-ды металлов (в частности, железа), различные органические вещества, соединения кремниевой кислоты.

Грубодисперсные примеси (размер частиц более 10"3 мм) образуются частицами песка, глины, животными и растительными остатками и организмами, продуктами коррозии конструкционных материалов. Промежуточные размеры (10'4-10'3 мм) имеют частицы песка, пыли, глины, органические остатки. По своим свойствам эти частицы близки к коллоидно-дисперсным. Тонкая взвесь и коллоидно-дисперсные вещества могут быть удалены из воды, например, путём её реагентной обработки, в частности коагуляцией [20].

Состав соединений железа, присутствующих в природных поверхностных водах, изучен недостаточно. Применяемые в промышленной практике способы анализа дают возможность определить лишь общую концентрацию соединений железа в пересчёте на Ре. По литературным данным [21-24], в природных поверхностных водах соединения железа могут находиться в различных стадиях дисперсности: в истинно-растворенном состоянии - комплексные неорганические и органические, в частности, гуминовые соединения, железофосфатные и другие соединения; в коллоидном и грубодисперс-ном состояниях - гидраты оксидов, а также сульфид. Последний, находясь в коллоидно-дисперсном состоянии, способен окисляться кислородом воздуха. Обычно в природных поверхностных водах содержится меньше 1 мг/дм3 со-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Карпычев, Евгений Александрович, 2013 год

Список используемой литературы

1. Авакумов Г. А., Выборнова М. С. Состояние водоисточников и качество питьевой воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1991. №7.

2. Кастальский А. А., Минц Д.М. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. -М.: Высшая школа, 1962.

3. Роговец А. И. Санитарно-эпидемиологическая оценка состояния питьевого водоснабжения в Российской Федерации // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 12.

4. Выборнова М. С. О состоянии водоснабжения и задачах по улучшению обеспечения населения доброкачественной питьевой водой. — В сб.: Современные технологии и оборудование для обработки воды на водоочистных станциях. - М.: НИИ КВОВ. 1997.

5. Водоподготовка: Процессы и аппараты/ Под ред. О. И. Мартыновой. - М.: Энергоатомиздат., 1990. - 272 с.

6. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1977. -356 с.

7. Бабенков Е. Д. Воду очищают коагулянты. - М.: Знание, 1983. - 64 с.

8. Водоподготовка: Справочник. / Под ред. д. т. н. действительного члена Академии промышленной экологии С. Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. - 240 с.

9. Евсютин А. В. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Исследование и совершенствование технологии предварительной очистки воды с использованием оксихлоридов алюминия. М.: 2009.

Ю.Драгинский В. JI, Алексеева J1. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. Науч. изд. - М., 2005. - 576 с.

П.Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп., М; «Энергия», 1976 г, 288 с.

12.Ю. М. Кострикин, Н. А. Мещерский, О. В. Коровина. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. Справочник. Энергоатомиздат.: - М. 1990 г.

13.С. С. Воюцкий. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Химия», 1975.

14.Сумм Б. Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б. Д. Сумм. - 2-е изд., стер. - М.: издательский центр «Академия», 2007. - 240 с.

15.Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 1984. - 368 е., ил.

16.Перельман А. И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982. - 154 е., ил. - (Серия «Человек и окружающая среда»).

17.Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия. Учеб. пособие для с. -х. вузов. М., «Высш. школа», 1974.

18.Щукин Е. Д. Коллоидная химия: Учеб. для университетов и химико-технолог. вузов / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2004. - 445 е.: ил.

19.Кульский Л. А., Накорчевская В. Ф. Химия воды: физико-химические процессы обработки природных и сточных вод. - К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. - 240 с.

20.Руководящие указания по коагуляции воды на электростанциях. Специализированный центр научно-технической информации. М.: 1973.

21.Некрасов Б. В. Курс общей химии. Госхимиздат, 1962.

22.Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. Госхимиздат, 1971.

23.Клячко В. А., Апельсин И. Е. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. Стройиздат, 1962.

24.Шкроб М. С., Прохоров Ф. Г. Водоподготовка и водный режим паротурбинных электростанций. Госэнергоиздат, 1961.

25.Мартынова О. И. Коагуляция при водоподготовке. Госэнергоиздат, 1951.

26.0. А. Алёкин. Основы гидрохимии. Гидрометеорологическое издание. Ленинград. 1953 г. 295 с.

27.Унифицированные методы анализа вод. Издание второе исправленное. Под ред. Ю. Ю. Лурье. Изд-во «Химия». М. 1973 г.

28.Воронков П. П., Соколова О. К., Труды Государственного гидрологического института, 33, 87 (1951).

29.Тюрин И. В., Органическое вещество почв, М., 1937.

30.Л. В. Сериков, Л. Н. Шиян, Е. А. Тропина и др. Коллоидно-химические свойства соединений железа в природных водах. Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 316. № 3.

31.Инструкция по анализу воды, пара, и отложений в теплосиловом хозяйстве. «Энергия», 1967.

32.Инструкция по объему эксплуатационного химического контроля пароводяного хозяйства на тепловых электростанциях. СЦНТИ ОРГ-РЭС, 1970.

33.Егоров Ю. В. Статика сорбции микрокомпонентов оксигидратами. М., Атомиздат, 1975, 200 с.

34.Вихрев В. Ф. и Шкроб М. С. Водоподготовка. Учебник для вузов. Под ред. М. С. Шкроба. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973.

35.Дерягин Б. В. Теория гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания разнородных частиц в растворах электролитов. Коллоидный журнал, АН СССР, т.ХУ1, вып. 6, 1954.

36.Николадзе Г. И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк. - 1987. - 479 е.: ил.

37. «Технический отчет по результатам лабораторных испытаний фло-кулянтов производства компании ВМ7 РЬОЕКбЕЯ, Франция, для ос-

ветления сырой воды поступающей на осветлители, ОАО «Северсталь» г. Череповец.

38.Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций. ВНТП 81. Москва. 1981.

39.Волохов Ю. А., Павлов JI. Н., Еремин Н. И. и др. Гидролиз солей алюминия. - «Журн. прикл. химии», 1971, т. 44, № 2, с. 246.

40.Akitt J. W., Greenwood N. N., Lester G. D. Hydrolysis and dimerisation of aqueous aluminium salt solutions. - «Chem. Communs», 1969, No. 17, p. 988.

41.Fripiat J. J., Van Gauwelaert F., Bosmans H. Structure of aluminium cations in aqueous solutions. - «J. Phys. Chem.», 1965, v.69, No. 7, p. 2458.

42.Grunwald E., Fong Dodd-Wing. Acidity and association of aluminium ion in dilute aqueous acid. - «J. Phys. Chem.», 1969, v.73, No. 3, p. 650.

43.Hsu Pa Ho, Bates T. F. Formation of X-ray amorphous and cristalline aluminium hydroxides. - «Mineral. Mag.», 1964, v. 33, p. 264, 749. Цит. по «Реф. Журн. химии», 1965, 3B24.

44.Thomas A. W., Tai A. P. The nature of «aluminium oxide» hydrosols. -«J. Amer. Chem. Soc.», 1932, v. 54, p. 841.

45.Химия координационных соединений. Под ред. Дж. Бейлара. Пер. с англ. М., Изд-во иностр. Лит., 1960.

46.Frink С. R., Peech M. Hydrolysis of the aluminium ion in dilute aqueous solutions. - «Inorgan. Chem.», 1963, v. 2, No. 3, p. 473.

47.Кандыкин Ю. M. О механизме образования и кристаллизации гидроокиси алюминия. - «Коллоидн. журн.», 1964, т. 26, № 3, с. 318.

48.Pohl К., Meissner D., Steinert W. Über die Bildung definierter Aluminiumhydroxid - Gemische und deren röntgenographische Mengenanalyse. -«Z. anorgan. Und allgem. Chem.», 1966, Bd. 343, Nr. 1 - 2, S. 39.

49.CTO 70238424.27.100.013-2009 "Водоподготовительные установки и водно-химический режим ТЭС. Условия создания. Нормы и требования".

50.СТО 70238424.27.100.027-2009. Водоподготовительные установки и водно-химический режим ТЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования.

51.СТО ВТИ 37.002-2005 «Основные требования к применению иони-тов на водоподготовительных установках тепловых электростанций. Технологические рекомендации по диагностике их качества и выбору».

52.Жадан А. В., первый зам. ген. директора (ЗАО «НПК«Медиана-Фильтр»), Смирнов Б.А., ст. научн. сотрудник (ОАО «ВТИ ), Смирнов О. В., нач. хим. отделения (ТЭЦ-ЭВС ОАО «Северсталь»), Виноградов В.Н., канд. техн. наук, доцент (ИГЭУ), Аван В. К., асп. Кар-пычев Е. А. инженер ИГЭУ. Сравнение способов очистки воды на ТЭС // Вестник ИГЭУ: Вып. 1. 2011 г. с. 1-8.

53.В. Н. Виноградов, Смирнов Б. А., Жадан А. В., Аван В. К. Повышение эффективности осветлителей для коагуляционной обработки воды // Теплоэнергетика. - 2010. - № 8. - С. 14-16.

54.Карпычев Е. А. Исследование процесса выделения свободной углекислоты из исходной воды при ее коагуляции сульфатом алюминия в установках предварительной очистки. Материалы докладов VI международной молодежной научной конференции «Тинчюринские чтения». Том 2. Казань. 2011. с. 137.

55.Ларин Б. М., Опарин М. Ю., Карпычев Е. А. Ежемесячный теоретический и научно-технический журнал «Теплоэнергетика»: «Исследование и выбор условий коагуляции воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь»», № 7, с. 7-10 2010.

56.Карпычев Е. А. Опарин М. Ю. Бернардосовские чтения: «Исследование режимов работы ламельного сепаратора».

57.Карпычев Е. А., Мекерова Л. С., Опарин М. Ю.Студенческая конференция г. Иваново ИГЭУ: «Совершенствование работы ламельного сепаратора».

58.Рыбин М. В. Опыт внедрения контактной коагуляции на водоподго-товительной установке подпитки теплосети Вологодской ТЭЦ / М. В. Рыбин, С.С. Рыбина // Повышение эффективности энергетического оборудования // V Всерос. науч.-практ. конф.: 1-2 нояб. 2010 г. Материалы конференции. / Под ред. А. В. Мошкарина. - Иваново: ГОУ ВПО «Иван. гос. энерг. ун-т им. В. И. Ленина», 2010 - 376 с. С. 134-139.

59.Барочкин Е. В. Особенности прямоточной коагуляции поверхностных вод хлоридом железа ТЭС / Е. В. Барочкин, В. Н. Виноградов, Г. В. Ледуховкий, И. А. Шатова // Вестн. Ивановского гос. энергетич. ун-та. - 2006. - вып. 2.

60.Егоров А. И., Морозова И. С. Рекомендации по технологии обработки речных вод с применением аэрирования на водопроводных очистных сооружениях. - М: ВНИИ ВОДГЕО. 1975.

61.Печников В. Г., Фрог Б. Н. Интенсификация работы водопроводных очистных сооружений методом аэрации // Санитарная техника и инженерное оборудование зданий. Сер. IX. - М., 1977, № 4.

62.Печников В. Г., Хайлов Е. Г. Влияние перемешивания на процесс коагуляции воды. - В сб.: Технология очистки питьевой воды г. Москвы. -М.: Стройиздат, 1973.

63.Печников В. Г., Хайлов Е. Г. Десорбция углекислоты при аэрации воды в смесительном устройстве. - В сб.: Технология очистки питьевой воды г. Москвы. -М.: Стройиздат, 1973.

64.Линевич С. Н., Игнатенко С. И., Гулевич Е. П., Пасюкова М. А. Коа-гуляционная обработка донской воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1996. № 7.

65.Герасимов Г. Н. Водоснабжение и санитарная техника. 2001. № 3. С. 26-31.

66.Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества"(утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 15 марта 2002 г.)

67.Кургаев Е.Ф. Осветлители воды. М.: Стройиздат, 1986. 171 с.

68.Коагуляционные свойства оксихлорида алюминия различных моди-фикаций/Л.Г. Васина, A.B. Богловский, В.Л. Меньшикова и др.//Теплоэнергетика, №6,1997, с. 12-И6.

69.Ларин, Б. М. Исследование и выбор условий коагуляции воды на ТЭЦ ОАО «Северсталь» / Б. М. Ларин, М. Ю. Опарин, Е. А. Карпы-чев // Теплоэнергетика. - 2010. - № 7, С. 7-10.

70.Жадан, А. В. Сравнение способов предварительной очистки воды на ТЭС. Ультрафильтрация и обработка в осветлителях и механических фильтрах / А. В. Жадан, Б.А. Смирнов, О.В. Смирнов, В.Н. Виноградов, В.К. Аван, Е.А. Карпычев // Повышение эффективности энергетического оборудования // V Всерос. науч.-практ. конф.: 1-2 нояб. 2010 г. Материалы конференции. / Под ред. А. В. Мошкарина. -Иваново: ГОУ ВПО «Иван. гос. энерг. ун-т им. В. И. Ленина», 2010 -376 с. С. 118-126.

71.Жадан, А. В. Сравнение способов предварительной очистки воды на ТЭС. Флотация, микрофильтрование и обработка в осветлителях с микропеском / А. В. Жадан, Б.А. Смирнов, О.В. Смирнов, В.Н. Виноградов, В.К. Аван, Е.А. Карпычев // Повышение эффективности энергетического оборудования // V Всерос. науч.-практ. конф.: 1-2 нояб. 2010 г. Материалы конференции. / Под ред. А. В. Мошкарина. - Иваново: ГОУ ВПО «Иван. гос. энерг. ун-т им. В. И. Ленина», 2010 -376 с. С. 126-134.

72.Технические записки по проблемам воды: Пер. с англ. В 2-х т. / К. Бараке, Ж. Бебен, Ж. Бернар и др.; Под ред. Т. А. Карюхиной, И. Н. Чурбановой - М.: Стройиздат, 1983. - с. 609 - 1064, ил.

73.Кульский Л. А., Накорчевская В. Ф., Слипченко В. Активированная кремнекислота и проблемы качества воды. - Киев: Наукова думка, 1969.

74.Гервиц Э. И. В сб. Прогрессивные методы очистки природных и сточных вод. - М.: МИСИ. 32. 1971.

75.Лысов В. А., Турянский И. П., Ананко П. Д., Нечаева Л. И., Бутко А. В. Применение активной кремнекислоты для очистки природных вод. Очистка природных и сточных вод. - Ростов-на-Дону: РГАС. 1994.

76.Паскуцкая Л. Н. Исследование влияния полиакриламида на процесс фильтрации//Научные труды АКХ им. К. Д. Памфилова. Вып. 22. «Водоснабжение». № 3. -М.: АКХ. 1963.

77.Вейцер Ю. И., Паскуцкая Л. Н., Чернова 3. В. Полиакриламид в обработке питьевой воды//Научные труды АКХ РСФСР. Вып. 53, № 6. 1968.

78.Вейцер Ю. И. Коагулянты и вещества, способствующие коагуляции/Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. 1960. Т. V. № 6.

79.Вейцер Ю. И. Опыт применения полиакриламида на водопроводах СССР//Водоснабжение и санитарная техника. 1963. № 6.

80.Вейцер Ю. И., Паскуцкая Л. Н. О применении высокомолекулярных флокулянтов для интефикации очистки воды //Научные труды АКХ им. К. Д. Памфилова. «Водоснабжение».Вып. 1. -М., 1960.

81.Вейцер Ю. И., Колобова 3. А., Стерина Р. М. Механизм флокули-рующего действия технического полиакриламида//Научные труды АКХ «Водоснабжение».Вып. 22. № 3. -М., 1963.

82.Лубочников Н. Т. Применение ПАА при обработке промывных вод контактных осветлителей//Научные труды АКХ «Водоснабже-ние».Вып. 22. № 3. - М., 1963.

83.0сипова И. А., Милованов В. Ф., Морозков П. М. Опыт применения полиакриламида для улучшения работы очистных сооружений Южной водопроводной станции г. ЛенинградаШаучные труды АКХ «Водоснабжение».Вып. 30. № 4. - М., 1964.

84,Орлов Г. А. Применение полиакриламида на очистных сооружениях Пензенского водопровода//Научные труды АКХ «Водоснабже-ние».Вып. 30. № 4. - М., 1964.

85.Вейцер Ю. И., Паскуцкая Л. Н., Чернова 3. В. Полиакриламид в обработке питьевой воды//Научные труды АКХ «Водоснабже-ние».Вып. 53. № 6. -М., 1968.

86.Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. - М.: Стройиздат, 1975.

87.В. Н. Вережников, Т. В. Минькова, Т. Н. Пояркова. Синтез и оценка флоккулирующей способности полиэлектролитов на основе N,1^-диметиламиноэтилметакрилата / Вестник Воронежского государственного университета. - № 2. - 2004 г. с. 28-31.

88.В. А. Извозчикова, Н.В. Заборщикова, С.А. Рябов, М.В. Сергеева, Ю.Д. Семчиков, Л.А. Смирнова. Изучение флокулирующей способности смесей хитозана с анионоактивными акриловыми сополимерами и разработка методов синтеза ионогенных блок-сополимеров хитозана // Вестник ННГУ. 2001.

89.Т. В. Плаксицкая. рН-термочувствительные свойства и флокулирующая способность полиэлектролитов на основе М,Ы-диметиламиноэтил-метакрилата: диссертация кандидата химических наук :- Москва, 2007.- 131 е.: ил.

90.МУ 2.1.4.1060-01. Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием синтетических полиэлектролитов в практике питьевого водоснабжения.

91.В. Ф. Куренков. Полиакриламидные флокулянты. Казанский государственный технологический университет. Соросовский образовательный журнал. № 7. 1997 г. С. 57-63.

92.Кульский JI. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. 328 с.

93.Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. Под ред. Г. И. Николад-зе. М.: Изд-во МГУ. 1996. 680 с.

94.3апольский А.К., Баран A.A. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия. 1987. с.208.

95.Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Водоснабжение и санитарная техника. 2000. №5. С. 11-14.

96.Гандурина Л. В. Вода и экология: 2001. № 2. С. 60-75.

97.Линевич С. Н., Игнатенко С. И., Гулевич Е. П., Пасюкова М. А. Водоснабжение и сантехника. 1996. № 7. С. 16-17.

98.Куренков В. Ф., Снигирев С. В., Чуриков Ф. И. ЖПХ. 2000. Т 73. №

8. С. 1346-1349.

99.Куренков В. Ф., Чуриков Ф. И., Снигирев С. В. ЖПХ. 1999. Т 72. №

9. С. 1485-1489.

100. Куренков В. Ф., Чуриков Ф. И., Снигирев С. В. Вестник Казанского технологического университета. 1998. № 2. С. 104-108.

101. Куренков В. Ф., Снигирев С. В., Когданина Л. С. ЖПХ. 2001. Т 74.№ i.e. 83-86.

102. Брусницина Л. А., Пьянков А. А., Богомазов О. А., Лобанов Ф. И., Хартан X. -Г. Опыт применения полиэлектролитов «Праестол» для повышения качества питьевой воды и обезвоживания осадков // Вода и экология. 2000. №1.

103. Государственные стандарты СССР. Вода питьевая. Методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1984.

104. Кострикин Ю. М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. - М.: Энергия, 1967. - 292 с.

105. РД 34.20.145-92 Методические указания по выбору типа системы теплоснабжения с учётом качества воды. ВТИ, М., 1992.