Розглянуто існуючі способи знешкодження високомінералізованих стічних вод промислових підприємств. Найбільш перспективним і ефективним методом очищення таких стічних вод є метод термічного знешкодження з застосуванням проміжного твердого теплоносія, що складається з металевих куль.

Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи - Кутузова І. А., Кожем'якін Г. Б.


The existing purification methods of highly mineralized sewage of industrial plants are considered. The most perspective and effective purification method of such sewage is the method of thermal neutralization by applying an intermediate solid heat carrier made of metal spheres.


Область наук:
  • Енергетика і раціональне природокористування
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

    Наукова стаття на тему 'Аналіз і шляхи вирішення проблеми знешкодження високомінералізованих рідких відходів промислових підприємств'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз і шляхи вирішення проблеми знешкодження високомінералізованих рідких відходів промислових підприємств»

    ?УДК 669. 046: 628. 165

    АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ ЗНЕШКОДЖЕННЯ високомінералізованих РІДКИХ ВІДХОДІВ ПРОМИСЛОВИХ

    ПІДПРИЄМСТВ

    І.А. Кутузова, асистент, Г.Б. Кожем'якін, доцент, к.т.н..,

    Запорізька державна інженерна академія

    Анотація. Розглянуто існуючі способи знешкодження високомінералізованих стічних вод промислових підприємств. Найбільш перспективним і ефективним методом очищення таких стічних вод є метод термічного знешкодження із застосуванням проміжного твердого теплоносія, що складається з металевих куль.

    Ключові слова: мінералізовані стічні води, висококонцентровані розчини, термічне знешкодження, випарювання, випарні установки, проміжний твердий теплоносій.

    АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ Вирішення ПРОБЛЕМИ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ВІСОКОМІНЕРАЛІЗОВАНІХ РІДКІХ відходів Промислово

    ПІДПРИЄМСТВ

    І.О. Кутузова, асистент, Г.Б. Кожемякін, доцент, к.т.н..,

    Запорізька державна інженерна академія

    Анотація. Розглянуто існуючі Способи знешкодження вісокомінералізованіх стічних вод промислових підприємств. Найбільш перспективним й ефективного методом очищення таких стічних вод є метод термічного знешкодження Із Використання проміжного твердого теплоносія, Який складається Із металевих шарів.

    Ключові слова: мінералізовані Стічні води, вісококонцентровані розчини, термічне знешкодження, випаровуваності, віпарні установки, проміжній твердий теплоносій.

    ANALYSIS AND WAYS OF HIGHLY MINERALIZED LIQUID WASTES PURIFICATION PROBLEM SETTELMENT OF INDUSTRIAL PLANTS

    I. Kutuzova, assistant, H. Kozhemyakin, Associate Professor, Candidate of Technical Science, Zaporizhzhia State Engineering Academy

    Abstract. The existing purification methods of highly mineralized sewage of industrial plants are considered. The most perspective and effective purification method of such sewage is the method of thermal neutralization by applying an intermediate solid heat carrier made of metal spheres.

    Key words: mineralized sewages, highly concentrated solutions, method of thermal neutralization, evaporation, evaporator, intermediate solid heat carrier.

    Вступ

    Одними з основних і досить поширених забруднювачів навколишнього природного середовища є так звані високомінералізовані стічні води

    (ВМСВ) промислових підприємств. Даний вид рідких відходів забруднений такими мінеральними речовинами, як солі кальцію, натрію, магнію і т.д. Незважаючи на широке впровадження оборотного водопостачання і нової малоотходной технології, обсяг

    забруднених стічних вод залишається значним. Тому важливою проблемою є очищення рідких відходів від мінеральних забруднень.

    аналіз публікацій

    На промислових підприємствах підвищення концентрації солей в воді, що використовується відбувається за рахунок застосування розчинних речовин в металургійній технології, по-допідготовка і хімводопідготовкою ТЕЦ, вилуговування у водних процесах і розпарювання в системах водопостачання. Основними джерелами утворення ВМСВ є водопідготовчі установки (ВПУ) (основними компонентами в складі стоків є №С1 71,2 - 84,2%, СаС12 - 5,3 -23,8%, MgC12 - 3,1 - 9,4%) ; парогенератори (продувні води, забруднені такими основними сольовими компонентами як №2804, №С1, №2СОз, №0І, ^ БЮз, №3Р04); травильні відділення (в промивних води після травлення і знежирення присутні добре розчинні солі СаС12, Са (ШзЬ N2804, №С1, NN03); локальні системи водопостачання (продувні води). Крім того, мінеральні забруднення надходять у стічні води при контакті рідин з різними продуктами , що містять солі в твердому стані або в розчині (наприклад, при очищенні різних газів). [1]

    Велика розмаїтість сольового складу стічних вод і відмінність в потужності і цільове призначення знешкоджують установок не дозволяють вибрати якийсь один універсальний метод очищення, який можна було б застосувати з максимальною економічною ефективністю практично в будь-яких умовах. Істотними недоліками для методу зворотного осмосу, стабільно лідирує серед інших методів, є високі енерговитрати, необхідність попередньої водопідготовки (підкислення води, очищення від зважених речовин і т.д.) і утилізація висококонцентрованих розсолів [2, 3]; для методів іонного обміну, які отримали останнім часом широкий розвиток, - необхідність тривалої водопідготовки і висока вартість сорбентів [3,4]. Такі методи як електродіаліз, геліоопресненіе і реагент-ні способи опріснення, будучи теоретично перспективними, не знаходять широкого

    застосування через недосконалість, неопрацьованості і високу вартість [5].

    До недавнього часу термічне обессо-ливание вважалося безперспективним напрямом для наукових досліджень в силу його енергоємності, проте простота експлуатації установок за умови використання тепла відхідних газів, наприклад, теплоелектростанцій, АЕС і металургійних агрегатів, зумовила вдосконалення і здешевлення зазначеного способу, відкривши перед ним нові можливості . Цей метод знесолення менш чутливий до складу мінералізованих стічних вод, досить економічний і забезпечує якісне очищення, а також є найбільш поширеним і застосовуваним методом знесолення у всіх країнах світу [6].

    Таким чином, використання для знешкодження високомінералізованих рідких відходів більшості традиційних методів, як правило, пов'язане з необхідністю вирішення ряду проблем, основними з яких є висока вартість забезпе-соліванія, великі енерговитрати, а також утилізація висококонцентрованих розчинів (в ряді випадків утилізація неможлива). Проте, найбільш перспективним представляється метод термічного знешкодження в випарних установках.

    В даний час створено багато різних типів випарних установок для знешкодження мінералізованих рідких відходів, що відрізняються один від одного організацією процесу кипіння, тиском, при якому відбувається процес знешкодження, регенерацією тепла, кратністю випаровування води, що очищається, зв'язком з циклом енергетичної установки, конструктивним виконанням і рядом інших ознак.

    Виходячи з принципу дії, все термоопреснітельние установки можна розділити на наступні типи: 1) киплячі; 2) адіабатні;

    3) тонкоплівкові; 4) гігроскопічні;

    5) гідрофобні; 6) термодіффузіонного.

    Більшість способів і апаратів термічного знесолення характеризуються загальними недоліками: утворенням накипу і корозією теплообмінних апаратів. Так як промислові стічні води відрізняються різноманіттям накипеобразующих кому-

    тами і різним їх змістом, то демінералізація стічних вод промислових підприємств вимагає щодо високого концентрування. Крім карбонатної і сульфатної накипу, на теплопередающей поверхні можуть відкладатися також силікати, залізисті та інші накипу.

    Одна зі спроб підвищення ефективності знешкодження мінералізованих рідких відходів пов'язана зі створенням установок, де перенесення тепла здійснюється контактним шляхом без дотику поверхні нагрівання і знешкоджувати розчину, тобто установок, в яких випарювання здійснюється за допомогою гідрофобного (проміжного) теплоносія. У таких контактних апаратах застосовують різні типи теплоносія: газ, рідина або тверда речовина [7, 8]. Проблема накипу не виникає в таких бесповерхностних випарних установках, так як теплопередача в них відбувається при безпосередньому контакті нагрітого теплоносія і води, що очищається.

    Установки з гідрофобним теплоносієм характеризуються відсутністю відкладень на поверхні нагрівання, зменшенням корозії обладнання, зниженням капітальних витрат, а також можливістю збільшення температурного напору, що сприяє підвищенню енергетичної ефективності та економічності процесу випарювання.

    Установки з рідким гідрофобним теплоносієм хоча і перспективні, але мають істотні недоліки, які можуть бути усунені при використанні випарних установок із застосуванням твердого проміжного теплоносія, наприклад мінеральних або металевих частинок [1, 4, 5, 7, 9].

    Отже, розроблені в даний час установки для очищення стічних вод від мінеральних забруднень володіють загальним істотним недоліком - освітою висококонцентрованих розчинів і шламів, які в ряді випадків не можна скидати в природні джерела, а необхідно знешкоджувати, так як підвищення концентрації солей в водоймах і в грунті завдає непоправної шкоди природі. Тому проблема очищення ВМСВ повинна вирішуватися тільки з урахуванням утилізації утворюються розсолів. Слід зазначити, що підземне захоронення-

    ня розсолів пов'язано з багатьма негативними наслідками, одні з яких спостерігаються вже зараз, а інші можуть проявитися і у віддаленому майбутньому. Наприклад, внаслідок міграції води підземних горизонтів і тектонічних змін земної кори розсоли можуть з'явитися в водозабірних свердловинах, розташованих далеко від місця їх закачування. Тому найкращим варіантом при очищенні високомінералізованих стічних вод буде отримання не висококонцентрованих розчинів, а солей в твердому вигляді, що зручно і при транспортуванні, і при похованні.

    Мета і постановка задачі

    При виборі способу знешкодження високомінералізованих рідких відходів необхідно враховувати всі фактори, що впливають на техніко-економічні показники. У зв'язку з цим установка для знешкодження ВМСВ при використанні обраного способу повинна [5]:

    1) забезпечувати отримання максимально концентрованих розсолів або, в ідеальному випадку, забезпечувати отримання видобутих солей в твердому вигляді;

    2) мати максимальну економічною ефективністю;

    3) допускати можливість повної автоматизації процесу;

    4) мати просту конструкцію, малі габарити і прийнятну вартість;

    5) характеризуватися низькою інтенсивністю накипоутворення або відсутністю його негативного впливу на перебіг технологічного процесу;

    6) забезпечувати високу надійність роботи.

    Спосіб термічного знешкодження ВМСВ на проміжному твердому теплоносії

    З огляду на важливість запобігання утворенню розсолів при очищенні мінералізованих або високомінералізованих рідких відходів, пропонується спосіб знешкодження таких відходів в випарної апараті на проміжному твердому теплоносії. В якості теплоносія можуть бути використані вторинні низько потенційного енергоресурси: продукти горіння вторинних енергоресурсів, низькотемпературний пар і т.п. У ряді галузей промисловості викидається в атмосферу велику кількість газів,

    температурний потенціал яких не прийнятний для використання їх, наприклад, в котлах утилізаторах або ін. теплосилових агрегатах, але достатній для застосування їх в установках концентрування і знешкодження розчинів. З огляду на те, що енергетичні витрати складають приблизно 50% від загальних витрат на знешкодження, утилізація енергії відхідних газів є досить ефективним способом зниження витрат при знешкодженні ВМСВ.

    В ході попередніх дослідів, при використанні в якості мінералізованою стічної води Запорізького титано-магнієвого комбінату з вмістом солей 12-15 г / л були отримані хороші результати при застосуванні в якості завантаження, для найбільш максимального відкладення солей на ній, гранульованого доменного шлаку комбінату «Запоріжсталь ». Максимально можливу кількість солей, відкласти в шарі, склало 20-23% від маси завантаження. Однак ця завантаження володіє наступними недоліками: труднощі відділення обложених солей від шлаку; в процесі зрошення шлаку розчином відбувається його руйнування і винесення дрібних частинок з розчином, що веде до забруднення стоків.

    Проводилися досліди по використанню в якості інертного проміжного теплоносія залізорудних окатишів. Маса відкладених солей при цьому склала 10-12% від маси завантаження. Міцність окатишів набагато вище, ніж гранульованого доменного шлаку, однак і цей тип проміжного теплоносія має низку недоліків: окатиші - цінне металургійну сировину, і тому використання їх у вигляді інертного проміжного теплоносія не завжди економічно вигідно; при відділенні шару солей від зерен завантаження в барабанної млині відбувається значне руйнування окатишів.

    Ці недоліки істотно усуваються при використанні в якості проміжного твердого теплоносія завантаження з металевих куль. Вони зручні при обробці в кульової млині і мають гарну теплопровідність.

    Суть запропонованого способу полягає в наступному (рис. 1): проміжний теплоносій 4, що складається з металевих ша-

    рів, розміщений на решітці 2 нагрівальноїкамери 1. У камеру безперервно підводиться гарячий газ або пар 3, який нагріває шар зернистого проміжного теплоносія. Розчин подається через форсунки 6 порційно, у міру висихання завантаження. Подача розчину на шар призводить до його часткового випаровування і охолодження куль. При цьому на поверхні зерен утворюється плівка кристалів солей, покрита шаром вологи. У міру її висихання, шар накипу збільшується. Кількість солей, що відклалися на твердому проміжному теплоносії за один цикл невелика, тому подача розчину повторюється кілька разів. В такому випадку кульова насадка виводиться 9 з апарату і направляється на механічну обробку в кульову млин 10. забрати металеві кулі після регенерації 11 повертаються в цикл знесолення [10].

    Мал. 1. Принципова технологічна схема випарювання мінералізованих рідких відходів з використанням тепла вторинних енергоресурсів: 1 - нагрівальна камера; 2 - опорна решітка; 3 - патрубок для підведення первинного теплоносія; 4 - вторинний теплоносій (кульова насадка); 5 - патрубок для відводу газу; 6 - система зрошення; 7 - насос; 8 - циркуляційний бак; 9 -бункер для прийому куль на регенерацію; 10 - кульова млин; 11 - кулі, які повертаються в апарат після регенерації

    Метод був випробуваний в лабораторних умовах з використанням металевих куль діаметром 8-20 мм і при температурі первинного теплоносія не менше 200 ° С. При цьому маса відкладень солей склала 8-10% від маси завантаження.

    висновки

    Запропонований спосіб термічного знешкодження високомінералізованих рідких відходів промислових підприємств є найбільш ефективним і перспективним, так як його перевагами є:

    1. Отримання мінеральних забруднень в твердому вигляді, що зручно при їх утилізації, транспортування, а також при похованні.

    2. Більш висока інтенсивність процесу випарювання при періодичної подачі на проміжний теплоносій знешкоджують розчину.

    3. Низька енергоємність за рахунок нарощування більшого шару продукту при періодичної циркуляції розчину.

    4. Можливість утилізації вторинних низ-копенціальних енергоресурсів при використанні їх в якості що гріє газоподібного теплоносія, з метою зниження витрат на знешкодження високомінералізованих рідких відходів.

    література

    1. Резніков Ю.Н. знесолення стічних

    вод підприємств чорної металургії / Ю.М. Резніков. - К.: Техніка, 1984. -105 с.

    2. Карелін Ф.Н. Знесолення води обрат-

    вим осмосом / Ф.Н. Карелін. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с.

    3. Магомедов В.Г. методи знесолення

    води і можливості їх використання для демінералізації дренажного стоку / В.Г. Магомедов, С.Ю. Міллен // Меліорація і водне господарство. - Серія 4. Комплексне використання і охорона водних ресурсів: Оглядова інформація. - М.: ЦБНТІ, 1986. - с. 52.

    4. Кульский А.А. Опріснення води / А.А. Куль-

    ський. - К.: Наукова думка, 1980. - 94 с.

    5. Слесаренко В.Н. Сучасні методи оп-

    ресненія морських і солоних вод / В.Н. Слесаренко. - М.: Енергія, 1973. -161 с.

    6. Таубман Є.І. Випарювання (Процеси і

    апарати хімічної і нафтохімічної технології) / Є.І. Таубман. - М.: Хімія, 1982. - 328 с.

    7. Таубман Є.І. термічне Знешкодженн-

    ня мінералізованих промислових стічних вод / Є.І. Таубман, З.П. Біль-дер. - Л.: Хімія, 1975. - 208 с.

    8. Мальцев О.Д. Опріснення солоних вод /

    Е.Д. Мальцев. - М.: Атомиздат, 1965. -91 з.

    9. Слесаренко В.Н. дистиляційні опрес-

    вальні установки / В.Н. Слесаренко. - М.: Енергія, 1978. - 172 с.

    10. Пат. Україна ІЛ 10997 і, 7 С02Б1 / 10.

    Способ знешкодження вісокомінералі-тання стічних вод віпарюванням / Кожемякін Г.Б., Кутузова І.О. ; заявник й патентовласнік Запорізька державна інженерна академія. - № і200503375; заявл. 11.04.2005; опубл. 15.12.2005, Бюл. № 12. 2005 р.

    Рецензент: А.В. Гриценко, професор,

    д.геогр.н. ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 11 листопада 2010 р.


    Ключові слова: мінералізовані стічні води / висококонцентровані розчини / термічне знешкодження / випарювання / випарні установки / проміжний твердий теплоносій / мінералізовані Стічні води / вісококонцентровані розчини / термічне знешкодження / випаровуваності / віпарні установки / проміжній твердий теплоносій / mineralized sewages / highly concentrated solutions / method of thermal neutralization / Evaporation / evaporator / intermediate solid heat carrier

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити