Методы снижения расходов реагентов и
увеличения эффективности работы водоподготовительных установок (ВПУ)

Ужесточающие требования к сбросу сточных вод и дороговизна реагентов побуждают искать более эффективные способы получения обессоленной и умягчённой воды взамен традиционно применяемых ионообменных и реагентных. Весьма перспективными являются технологии извлечения конденсата из дымовых газов, подавление накипеобразования и коррозии с помощью ингибиторов, мембранные технологии разделения и т.п.

Однако, имеющиеся технологические наработки и технико-экономический анализ показывают, что возможности по рациональной эксплуатации традиционных технологий далеко не исчерпаны. При соблюдении некоторых условий их эксплуатации (автономной или в сочетании с иными технологиями) можно затрачивать значительно меньше средств. Большим преимуществом данного подхода является значительный экономический эффект на единицу вкладываемых средств.

Ниже приводится ряд конкретных рекомендаций по увеличению эффективности работы водоподготовительных установок [источник информации].

1. Если регенерируемый Н-фильтр перед подачей кислоты находится в Na-форме, то расход серной кислоты на регенерацию снижается в несколько раз (в зависимости от состава исходной воды).

При регенерации Н-фильтра 1,5 % Н₂SО₄, взятым с избытком 60 % от стехиометрического, рабочая обменная ёмкость составила при работе по катионам: Са²⁺ – 330 г-экв/м3, Mg²⁺ – 480 г-экв/м³ (в 1,5 раза больше, чем по Са²⁺), Na⁺ – 1470 г-экв/м³ (в 4,5 раза больше, чем по Са²⁺).

В зависимости от конкретных условий на предприятии возможно либо подавать на обессоливание умягчённую воду, либо переводить отработанный Н-фильтр в Na-форму, пропуская через него раствор соли натрия. Снижение удельного расхода кислоты на регенерацию часто означает и снижение расхода щёлочи на нейтрализацию кислых вод, если они образуются по технологии.

2. Использование для регенерации Н-фильтра соляной кислоты вместо серной снижает расход кислоты на регенерацию, т.к. её использование значительно увеличивает рабочую обменную ёмкость Н-фильтра по ионам кальция и магния и глубину ионного обмена по ионам натрия.

При регенерации Н-фильтра 1,5 % Н₂SО₄ и 4 % HCl, взятыми с избытком 60 % от стехиометрического, рабочая обменная ёмкость составила при работе по катионам: Са²⁺ – 330 и 750 г-экв/м³ (с HCl в 2,3 раза больше), Mg²⁺ – 470 и 1100 г-экв/м³ (с HCl в 2,3 раза больше), Na⁺ – 1470 и 1700 г-экв/м³ (с HCl в 1,15 раза больше).

При регенерации Н-фильтра в Na-форме Н₂SО₄ и HCl глубина ионного обмена составила: при избытке кислоты 60 % (в 1,6 раза от стехиометрического) – 55 % и 91 %, при избытке кислоты 100 % (в 2,0 раза от стехиометрического) – 75 % и 100 %.

3. Подача на ОН-фильтр щелочных отработанных регенерационных растворов (ОРР) перед подачей чистого регенерационного раствора позволяет соответственно (исходя из количества анионов ОН^- в ОРР) снизить расход NaOH на регенерацию.

Качество регенерации низкоосновного анионита смесью Na₂SО₄ + NaOH почти не отличается от качества его регенерации чистым NaOH, что объясняется высокой селективностью низкоосновных анионитов к ионам ОН^-.

4. Реагентная обработка гидроксидом или карбонатом натрия обеспечивает бессточное умягчение воды.

Альтернативным способом умягчения обрабатывамой воды является реагентная обработка (как правило, совместно с коагуляцией солями железа) гидроксидом или карбонатом натрия (в зависимости от состава воды), что даёт возможность переводить соли жёсткости в шлам [СаСО₃ и Mg(ОН)₂].

Подача воды на Н-фильтры при более высоких рН увеличивает рабочую обменную ёмкость катионита в связи со значительным снижением противоионного эффекта.

В зависимости от требуемой степени умягчения или от серьёзности последствий в связи с проскоком жёсткости возможна установка "барьерной" ступени Na-катионирования, количество сточных вод с которой будет на 1–2 порядка ниже, чем при работе в обычном режиме.

5. Реагентная обработка каустическим магнезитом обеспечивает более дешёвую по сравнению с гидроксидом или карбонатом натрия очистку от соединений кремния и от кальциевой жёсткости, что в несколько раз снижает расходы реагентов на последующее умягчение и обессоливание.

Более дешёвым вариантом реагентного умягчения является обработка с помощью каустического магнезита (MgO), при котором несколько снижается общая жёсткость и щёлочность воды, а оставшаяся жёсткость переводится в магниевую. Подобная технология даёт следующие эффекты:

• При обессоливании подобной воды Н-фильтр находится в Mg- и Na-форме, что даёт возможность использовать более концентрированные растворы серной кислоты на регенерацию. При регенерации Mg-формы стехиометрическим количеством 7,5 % Н₂SО₄ рабочая обменная ёмкость – 800 мг-экв/л, при регенерации Ca-формы стехиометрическим количеством 1,5 % Н₂SО₄ рабочая обменная ёмкость – 270 мг-экв/л, т.е. в 3 раза ниже.
• Карбонатный индекс обработанной воды значительно ниже исходной, что даёт возможность либо её непосредственного использования для подпитки теплосетей, либо значительно смягчить нормы по остаточной жёсткости после Na-катионирования. Это, в свою очередь, снизит количество реагента на регенерацию в связи со смягчёнными нормами и с лучшей регенерируемостью фильтров в Mg-форме.
• Остаточное содержание SiO₂ в обработанной воде снижается в 2÷10 раз (выпадают в осадок разные формы силикатов магния).

6. Повторное использование отработанного раствора реагента для следующей регенерации даёт возможность снизить его общий расход на 20÷30 % и исключить сброс с установки ионного обмена кислых и щелочных сточных вод.

Для обеспечения достаточной глубины ионного обмена необходимо на последнем этапе подачи регенерационного раствора обеспечить избыток реагента по сравнению со стехиометрическим. Возврат отработанного регенерационного раствора для использования его химического потенциала (остаточного содержания в ОРР ионов Na⁺, Н⁺ или ОН^-) в начале следующего фильтроцикла позволяет в ряде случаев снизить общий расход реагента до стехиометрического.

7. Сброс мягких нейтральных вод с установки обессоливания значительно удешевляет их последующую переработку методом термической дистилляции с получением дополнительного количества обессоленной воды и концентрированного раствора солей натрия, который можно использовать для регенерации Na-фильтров.

Технологии с использованием перечисленных методов внедрены и опробованы на Али-Байрамлинской ГРЭС (1978 г.), ТЭЦ-21 Мосэнерго (1982 г.), вложены в проекты (по состоянию на дату опубликования источника) для Барабинской ТЭЦ, Минской ТЭЦ-3, Тюменской ТЭЦ-2, Игумновской ТЭЦ, Московских ТЭЦ-12, ТЭЦ-17, ТЭЦ-25, ТЭЦ-26, ТЭЦ-27, Волжской ТЭЦ-2, Бакинской ТЭЦ-1 “Красная звезда”, котельной дизельных двигателей Горьковского автозавода и др.