Очистные сооружения расчет

Введение

Самым распространенным способом очистки бытовых, городских и ряда промышленных сточных вод на сегодняшний день является биологическая очистка методом искусственного аэрирования в специальных сооружениях-бассейнах, получивших название «аэротенки». Процесс очистки в них осуществляет так называемый «активный ил» — особое сообщество микроорганизмов различных таксономических групп (бактерий, грибов, вирусов, одноклеточных и многоклеточных беспозвоночных). Состав такого сообщества формируется самостоятельно. Организмы активного ила не рассеиваются равномерно в сточной воде, а образуют своеобразные хлопьевидные структуры, легко оседающие при непродолжительном отстаивании.

Метод очистки сточных вод искусственным аэрированием был открыт английским химиком Диброном. В 1887 году он писал, что сточная жидкость может быть очищена путем ее выдерживания в условиях энергичного аэрирования в смеси со специальной культурой организмов. Англичане Ардерн и Локетт (Ardern, Lockett) впервые в 1916 г. построили аэротенки в Манчестере; они же впервые ввели термин «активный ил». С тех пор накоплен богатый фактический материал о видовой структуре, морфологии, экологии, динамике сообщества активного ила, что дало возможность совершенствовать технологию очистки воды.

Основную роль в биологической очистке сточной воды играют бактерии. Они способны разрушать любые органические соединения естественного происхождения и некоторые неорганические (нитраты, нитриты, хроматы, сульфаты, фосфаты и т.д.). Бактерии обладают гораздо большей, по сравнению с другими организмами активного ила, устойчивостью к действию ядовитых веществ. Часто при поступлении на очистные сооружения сточных вод, содержащих высокотоксичные соединения, бактерии остаются единственными обитателями аэротенков. Кроме того, бактерии быстро «приобретают» способность утилизировать ранее не существовавшие в природе соединения (детергенты, лекарственные препараты, пестициды и др.). Количество бактерий в активном иле достаточно велико и составляет от 108 до 1014 клеток на 1 г сухого вещества. Состав бактериального населения активного ила в первую очередь определяется составом обрабатываемой воды и условиями, в которых осуществляется процесс очистки. Бактерии, присутствующие в илах городских очистных сооружений, являются представителями родов Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Achromobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, а также семейства энтеробактерий.

Кроме бактерий активную роль в очистке воды от органических соединений играют грибы. Однако в обычных условиях их количество незначительно. Развиваются, в основном, многоклеточные плесневые грибы (Fusarium, Nematosporangium и др.), но иногда появляются грибы с одноклеточным мицелием (Mucor) и дрожжи. В водной среде грибы размножаются в основном вегетативным способом, плодовые тела не образуют, и поэтому их определение весьма затруднительно. Массовое развитие грибов нежелательно, т.к. их мицелий препятствует оседанию активного ила. В то же время при очистке некоторых видов сточных вод, содержащие трудноокисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, возможно применение грибных илов, способных эффективнее, чем бактерии, утилизировать эти примеси.

Из животного населения очистных сооружений наиболее многочисленны простейшие: Mastigophora (жгутиконосцы), Sarcodina (амебы), Ciliophora (инфузории). Их функции в активном иле весьма многообразны. Прежде всего, питаясь бактериями, простейшие регулируют их численность в илах и способствуют омоложению ила. Простейшие выполняют также санитарную роль, поедая наряду с сапрофитными бактериями и патогенные микроорганизмы. Установлено, что в присутствии простейших снижение численности БГКП (бактерий группы кишечной палочки) происходит в несколько раз быстрее, чем в чисто бактериальных илах. Важнейшая функция простейших — очистка воды от взвешенных веществ. Прозрачность сточной воды в присутствии простейших значительно повышается. Пропуская через свой организм мелкие взвешенные в воде частицы, простейшие склеивают их и выбрасывают обратно в воду уже в виде сравнительно крупных, легко оседающих компактных комочков.

Конец ознакомительного фрагмента.

7.1 Расчет аэротенка-вытеснителя с регенерацией активного ила

БПКполн поступающей сточной воды равно: мг/л

Принимаем аэротенк – вытеснитель с регенерацией активного ила, поскольку 150 мг/л <БПКполн< 300 мг/л.

Степень рециркуляции активного ила рассчитывается по формуле:

(7.1)

где ai – доза ила в аэротенке, г/л, ai = 3 г/л;

ji – иловый индекс, см3/г, принимаем ji= 84,61 см3/г;

.

БПКполн сточной воды с учетом разбавления рециркуляционным илом

(7.2)

где Len – БПКполн поступающей на очистку сточной воды, Len= 224,06 мг/л;

Lex – БПКполнсточной воды на выходе, Lex= 15 мг/л;

мг/л.

Продолжительность обработки воды в аэротенке

(7.3)

Доза ила в регенераторе находится по формуле:

г/л (7.4)

г/л

Удельная скорость окисления загрязнений

мг/(г·ч) (7.5)

где – максимальная скорость окисления, мг/(г·ч), принимаем

=85мг/(г·ч);

С0 – концентрация растворенного кислорода, мг/л, С0 = 2 мг/л;

K0 – константа, характеризующая влияние кислорода, мг О2/л, принимается по табл.40 /1, с. 36/ K0 = 0,625 мг О2/л;

φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, принимается по табл. 40 /1, с. 36/ φ = 0,07 л/г.

мг/(г·ч)

Продолжительность окисления загрязнений

(7.6)

где s – зольность ила, принимается по табл. 40 /1, с. 36/ s = 0,3.

ч

Продолжительность регенерации активного ила

(7.7)

ч

Расчетная продолжительность обработки воды в системе аэротенк-регенератор

(7.8)

ч

Объем аэротенка определяется по формуле:

м3 (7.9)

где qw – расчетный расход сточных вод, qw = 1887,18 м3/ч.

м3

Объем регенератора находится по формуле:

, (7.10)

м3

Общий объем аэротенка с регенератором

м3 (7.11)

м3

Средняя доза активного ила

г/л (7.12)

г/л

Нагрузка на 1 г беззольного вещества ила

мг/(г·ч) (7.13)

мг/(г·ч)

Проверяется соответствие принятого илового индекса расчетной нагрузке по табл. 1.2. /6, с. 9/. Данная нагрузка соответствует иловому индексу 74,3 см3/г,

Объем регенератора, % от объема сооружения:

Принимаем 4 четырехкоридорных аэротенка, с номером проекта – 902-2-178 Ширина коридора Bat = 6 м, рабочая глубина аэротенка Hat = 4,4 м. Рабочий объем одной секции = 64 м

Расчетная длина коридора определяется по формуле:

м (7.14)

м

Количество циркулирующего активного ила

м3/ч (7.15)

м3/ч

Прирост активного ила определяется по формуле:

мг/л (7.16)

где Ccdp – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л, Ccdp = 191,9 мг/л;

Kg – коэффициент прироста, для городских сточных вод Kg = 0,3.

мг/л

7.2. Расчет системы аэрации

Аэраторы предназначены для растворения кислорода в воде, для поддержания активного ила во взвешенном состоянии. Принимаем пневматическую систему аэрации с мелкопузырчатыми аэраторами.

Удельный расход воздуха при пневматической аэрации

м3/м2 (7.17)

где q0 – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, принимаемый 1,1;

K1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от отношения площадей аэрируемой зоны и аэротенкаK1 = 1,47;

K2 – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый K2 = 2,68;

Кт – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который определяется по формуле

(7.18)

где Tw – среднемесячная температура воды за летний период, °С;

К3 – коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,59;

Ca – растворимость кислорода в воде, мг/л, определяемая по формуле

мг/л (7.19)

где СТ – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления

ha – глубина погружения аэратора, м;

С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, С0 = 2 мг/л.

мг/л

м3/м2

Интенсивность аэрации

Создание современной системы очистки сточных вод требует навыка производства инженерных расчетов и конкретного практического опыта. Первым шагом на этом пути является сбор достоверной информации об объекте, на котором образуются стоки. Существенное значение для этого имеет вид отрасли (мясная, молочная, кондитерская, масложировая, переработка овощей и фруктов; кулинарный цех, кафе, ресторан и пр.), так как дает представление об основных видах и источниках загрязнения.

Обычно основными источниками загрязнений являются мойка: сырья (в мясной промышленности) и технологического оборудования. Мощность проектируемого или модернизируемого предприятия и ассортимент продукции дают понимание того, какой объем стоков придет на очистку (существуют отраслевые нормы водопотребления на выработку тонны того или иного продукта). Важнейшее значение имеют, конечно, среднечасовой и среднесуточный объем сточных вод, а также их пиковый объем. И, наконец, направление водоотведения (куда будет сбрасываться очищенная вода). Этот показатель сразу же определит, кто и каким образом регламентирует допустимый уровень загрязнений в очищенной воде, и, соответственно, цену вопроса. Направлением водоотведения определяется состав необходимого оборудования. При сбросе очищенных стоков в канализационный коллектор вполне возможно обойтись его минимальным набором (грубая очистка и физико-химическая обработка). При сбросе в природный водоем этого совершенно недостаточно, и, соответственно, предопределяет дополнительные затраты на биологическую очистку и доочистку.

Нормы сброса в водоем однозначно определены федеральными требованиями, едиными для всей страны, а вот нормы на прием очищенного стока в канализацию различаются от региона к региону, и обусловлены физическим состоянием городских очистных сооружений.

При сбросе на рельеф или в водоем рыбо-хозяйственного направления наиболее жестко регламентируются содержание жиров, взвешенных веществ и окисляемость (химическая и биологическая – ХПК и БПК) – фактически характеризующая содержание органических соединений в сточной воде. Значения эти регламентированы Санитарными нормами и правилами Российской Федерации СанПиН 2.1.5.980-00, пунктом 2.1.5: «ВОДООТВЕДЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ, САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ, Гигиенические требования к охране поверхностных вод, Приложение 1 (обязательное)»:

Степень требуемой очистки определяется как разница между фактическим содержанием загрязняющих веществ и требуемым уровнем остаточных загрязнений. Каждый вид оборудования имеет свою очищающую способность. Так, например, предочистка (грубая очистка на плоской решетке и жироулавливание) для стока мясного производства позволяет снять содержание взвешенных веществ до 35%, содержание жиров уменьшить также примерно на 30-35%, и, соответственно, ХПК и БПК на 10-12%. Физико-химическая стадия снимает содержание взвешенных веществ около 87%, почти полностью удаляет жиры и фосфаты (до 98%). Биологическая очистка в аэротенке удаляет оставшуюся часть взвешенных веществ, жиров, соединений азота и фосфора. При слишком высоких исходных показателях загрязнения сточной воды, локальные очистные сооружения, оснащенные ступенью доочистки на биореакторе удаляют оставшиеся загрязнения до норм требований СанПиНа.

Но следует помнить, что, например, для молочной промышленности очищающая способность каждого вида оборудования будет другой, как и для масложировой, кондитерской, хлебопекарной, и других типах пищевой промышленности.

Именно поэтому, не имея практического опыта расчета очистных сооружений в данной конкретной области, возможно лишь приблизительно прикинуть только порядок затрат на создание комплекса ЛОС.

Именно поэтому мы рекомендуем обратиться к профессионалам, «съевшим не одну собаку» на приобретении необходимого опыта и навыка инженерных расчетов по созданию ЛОС для пищевой промышленности.

Отложения котлового камня, как причина эксплуатационных проблем

В ходе нашего исследования мы рассматривали вопросы образования отложений котлового камня в котлах с низким и средним давлением (т.е. работающих под давлением до 40 бар). На внутренней поверхности котлов во время их работы, а также и во время простоя могут образовываться отложения различные по химическому составу и по структуре, обычно называемые котловым камнем. Данное явление обуславливается следующими процессами:

■ изменения в составе воды вследствие нагрева и концентрации, а также выделением твердых отложений;

■ накопление на поверхности котла различных растворенных в воде суспензий;

■ коррозия металлических элементов котла и образование отложений из продуктов коррозии.

Образование отложений зависит от множества факторов, а именно:

■ качества наполняющей котел воды;

■ качества котловой воды и интенсивности опреснения;

■ тепловой нагрузки и температуры поверхности;

■ конструктивных решений котла;

■ способа эксплуатации.

Данные отложения могут возникнуть также вследствие возвращения в котел конденсата с повышенной жесткостью воды, например в случае коррозионного повреждения теплообменника с бытовой водой.

Вследствие превышения растворимости в твердой форме выпадают в осадок соли соединений кальция, магния, железа, кремния. Во время нагрева воды происходит разложение бикарбоната кальция в соответствии с нижеприведенной реакцией:

Ca(HСO3)2=CaСO3↓+H2O+CO2 (1)

Полученный карбонат кальция может осаждаться в форме кристаллического кальцита или в форме аморфного арагонита как ил. Диоксид же углерода выделяется в паровую часть котла и конденсирует в конденсате трубопровода, окисляя его как угольная кислота, вызывая коррозию труб и емкости для конденсата. Образующиеся железистые коррозионные отложения могут возвращаться в котел вместе с конденсатом и осаждаться там, вызывая уменьшение поперечного сечения труб вначале нагревателя, а затем непосредственно осаждаются в котле. Помимо этого в котле образуются отложения гипса и другие, перечисленные в таблице 1.

Taблица 1. Распространенные отложения, образующиеся в паровых котлах .

Химическая формула Название материала
СаСОэ Кальцит или арагонит
CaS04 lub CaSO4x0,5H2O Сульфат кальция или полугидратный гипс
ЗСа3(Р04)2хСа(0Н)2 Гидроксиапатит
3Mg0x2Si02x2H20 Серпентин
Fe3(P04)2xH20 Вивианит
Fe203 Гематит
FeO(OH) Гетит
Mg2Si04 Форстерит
(Mg, Fe)2Si04 Оливин

Часть отложений осаждается из воды в виде грязи, а часть в виде твердых отложений, называемых котловым камнем, который накапливается на нагревательных поверхностях и других элементах котла. Наиболее твердые отложения образуют силикаты (за исключением силиката магния), сульфаты, а также оксиды железа и карбонат кальция, если кристаллизуется в форме кальцита. Осаждаются в виде ила также гидроксид железа, карбонат кальция, как арагонит, гидроксид и силикат магния, фосфаты кальция и магния. Периодически в котле могут осаждаться соединения меди, накапливающиеся в котле вследствие декупрумизации его элементов либо поступающие с подающей водой. Это может послужить причиной гальванической коррозии котлов. Осаждение отложений в котле однозначно свидетельствует о несоответствующем процессе очистки воды для котловых нужд.

Отложения в котле изображены на фотографиях (рис. 1, 2 и 3).

Отложения карбоната кальция не представляют собой коррозионной угрозы (а даже наоборот, улучшают коррозионную безопасность). Однако данные отложения снижают тепловую эффективность котла, а также ухудшают его гидравлические параметры (увеличение сопротивления потока, локальная блокировка потока).

Отложения, осаждающиеся из поступивших из системы продуктов коррозии (гидратированные оксиды и гидроксиды), обычно образуют на теплообменных поверхностях мягкий и пористый слой с умеренным коэффициентом теплового сопротивления. Отложения данного типа способствуют коррозии, а особенно одной из ее разновидностей, называемой щелевой коррозией, связанной с возникновением так называемых концентрационных очагов, т.е. мест на поверхности металла с различной степенью насыщения воды кислородом (см. табл. 2).

Taблица 2. Коэффициент теплопроводности котлового камня с различным составом в сравнении с другими материалами .

Силикатный котловой камень имеет коэффициент теплопроводности в 500 раз ниже, чем сталь. Соответственно, он способствует перегреву конструкций котла порой на 100 ОС и выше, вследствие чего пластичные свойства металла резко снижаются и могут образовываться выпуклости на различных его элементах, а также трещины на швах и локальные прогорания. При использовании котлов с отложениями котлового камня не избежать экономических потерь, связанных с расходом большего количества топлива. В зависимости от типа отложений эти необоснованные потери достигают нескольких процентов повышенного расхода топлива на 1 мм отложений (в некоторых источниках указывается 8-10% на 1 мм отложений) за счет роста потерь тепла с уходящими газами (рис. 4).

Химические технологии, помогающие в удалении отложений котлового камня

Очистка нагревательной поверхности от отложений в котле химическим способом достигается путем полного растворения отложений либо только их размягчением и отслоением от поверхности, а затем удалением сильной струей воды. На практике, как правило, эти два метода применяются в комплексе, вначале используют растворы, которые преобразуют отложения (если не полностью, то по крайней мере частично) в растворимые соли и вызывают тем самым нарушение их структуры и отслоение от поверхности. Затем оставшиеся, раздробленные с нарушенной структурой отложения отрываются с помощью сопел, работающих под давлением (рекомендуемое рабочее давление в наконечнике сопла составляет около 1000 бар).

Основными реагентами при химической очистке могут быть: минеральные кислоты, органические кислоты, комплексоны, щелочи, либо препараты, представляющие собой смесь вышеуказанных веществ. Соответственно, возможны методы очистки котлов: щелочные, комплексоны и кислотные, последние в свою очередь могут быть с применением ингибированных органических кислот, ингибированных неорганических кислот или смеси органических и неорганических кислот с ингибиторами коррозии.

К наиболее популярным относятся методы с применением неорганических кислот, в том числе соляной и сульфаминовой кислот, а также ортофосфорная, лимонная и аскорбиновая (витамин C) кислоты.

На практике для котлов, изготовленных на базе стали и чугуна, чаще всего применяют растворы, основа которых представляет собой соляную либо сульфаминовую кислоту, с добавлением ингибитора коррозии. Соляная кислота является наиболее эффективным и наиболее быстро действующим реагентом и может применяться как для удаления карбонатного камня, так и для борьбы с продуктами коррозии, а также загрязнений, имеющих механический состав, которые часто остаются в котловой воде. Преимуществом данного реагента является также его низкая цена, что весьма существенно в случае нахождения в котле большого количества отложений.

Однако в отношении котлов, изготовленных из коррозионно-стойкой стали применяются растворы фосфорной либо сульфаминовой кислот, с соответствующими ингибиторами коррозии.

Реакция соляной кислоты с отложениями котлового камня в зависимости от химических соединений, присутствующих в отложениях, выглядит следующим образом:

■ в случае соединений кальция и магния:

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2, (2)

Ca3(PO4)2+6HCl=3CaCl2+2 H3PO4, (3)

Mg(OH)2+2HCl=2MgCl2+2H2O. (4)

■ в случае соединений железа:

FeO+2HCl=FeCl2+H2O, (5)

Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O. (6)

При растворении котлового камня в соляной кислоте растворимыми становятся те компоненты отложений, структура которых представлена карбонатами, фосфатами, гидроксидами кальция и магния и оксидами железа.

Если, однако, отложения представлены сульфатами, силикатами, алюмосиликатами, т.е. солями нерастворимыми в минеральных кислотах, необходимо преобразовать данные отложения, в процессе так называемой щелочной варки, в отложения, которые будут растворимы в минеральных кислотах. Для щелочной варки применяют щелочные соединения, такие как карбонат натрия, фосфат натрия и непосредственно гидроксид натрия. В процессе щелочной варки наступает инверсия сульфатов и силикатов в реакции двойного обмена на карбонаты и фосфаты, которые уже будут растворимы в соляной кислоте. Реакция щелочной варки протекает следующим образом:

3CaSO4+2Na2PO4=Ca3(PO4)+3 Na2SO4, (7)

CaSjO3+Na2CO3-CaCO3+Na2SjO3. (8)

Значительно труднее растворяются в соляной кислоте оксиды железа, а в частности магнетита. Эффективность их растворения в соляной кислоте представлена в следующей последовательности: FeO, Fe2O3 и Fe3O4.

Я. Марьяновский в своих работах описал эффективность различных растворов для растворения магнетита. Результаты размещены в таблице 3 .

Taблица 3. Растворимость соединений магнетита в различных растворах и при разных температурах.

Процедуру очищения котлов невозможно было бы осуществить без ингибиторов коррозии. Это соединения, которые обычно добавляются от доли процента до нескольких процентов, они противодействуют коррозии стали как основного конструкционного материала котла. Они должны максимально ограничивать коррозию стали (железа), не влияя при этом на скорость растворения оксидов и других соединений. В процессе химической очистки конструкционный материал также подвергается травлению и для предотвращения данного явления необходимо для поверхности металла обеспечить ингибитор, который необратимо будет абсорбироваться металлической поверхностью. При выборе ингибитора основополагающими являются следующие аспекты: эффективное защитное действие и высокая стабильность ингибитора. Наиболее эффективные ингибиторы задерживают коррозию почти на 99% .

Опыт применения ингибиторов показывает, что эффективность их действия зависит от присутствия полярных групп, таких как амино-группа, сульфатная группа, а также в значительной степени гидрофобная группа. Ингибиторы со значительной долей гидрофобной группы плохо растворимы в воде либо нерастворимы в целом, однако растворимы в кислотах.

Хотя современные ингибиторы представляются очень эффективными и действенными, необходимо отметить, что в течение десятилетий перед соляной кислотой применялся уротропин (гексаметилентетрамин). Скорость коррозии стали в низких температурах при применении уротропина невысокая и снижена примерно в тысячу раз по сравнению с показателями коррозии без использования ингибиторов. Однако при температурах свыше 45 ОС наступает процесс разложения уротропина, с выделением характерного запаха. В температуре около 60 ОС уротропин не действует больше как ингибитор, а поверхность металла покрывается пузырьками водорода, которые высвобождаются. Может возникнуть так называемая водородная хрупкость металла. Водород начинает поглощаться зернами стали, где может скапливаться под высоким давлением в виде пузырьков, что в итоге может привести к необратимым повреждениям стали.

Ниже, в таблице 4 приведена эффективность выбранных субстанций как ингибиторов коррозии в 2N HCl для стали при температуре 38 ОС после 4 ч .

Taблица 4. Эффективность ингибиторов в среде 2N HCl в темп. 38 ОС, после 4 ч.

Технические и технологические мероприятия при химической очистке котла

Непосредственно сам изолированный процесс химической очистки котла, уже после получения формального разрешения на процедуру очистки, согласно утвержденной технологии, состоит из следующих последовательных существенных операций:

■ защита контрольно-измерительного оборудования;

■ вымывание водной струей отложений, слабо связанных с поверхностью и их удаление за пределы котла (несколькочасовая операция);

■ промывание раствором соляной кислоты с добавлением ингибитора коррозии, с подогревом или без подогрева ванны, в зависимости от технологии (от нескольких часов и больше в зависимости от толщины отложений);

■ повторная промывка котла водой (для остановки кислотной реакции и получения чистой поверхности — минимум несколько часов);

■ удаление остатков растворенных и нерастворенных отложений водной струей за пределы котла (минимум несколько часов);

■ нейтрализация и пассивация поверхности котла (от нескольких часов и больше).

Непосредственно процесс химической очистки с применением кислотной ванны производится с принудительной циркуляцией промывных растворов, что обеспечивает более высокую эффективность и сокращает время процедуры. Вспомогательное оборудование, так называемый насосный агрегат для промывки состоит из химического насоса, соответствующей мощности (целесообразно в течение часа пятикратно промыть емкость котла), вспомогательного бака (емкостью 0,2-2 м3), а также армированных резиновых шлангов. Напорный шланг (от насоса) соединяется с самой низкой частью котла, например с нижним коллектором, а насос обратной воды с наиболее высокой точкой и производится водный тест, с целью проверки герметичности. Чтобы не допустить пенообразования в котле, вследствие быстро выделяемого диоксида углерода, к раствору добавляется незначительное количество так называемого пеногасителя. Это сотые доли % от объема, а оказывают крайне полезное воздействие в предотвращении хлопотного пенообразования и выливания пены на наружные элементы котла и насосный агрегат. Циркуляция раствора производится до тех пор, пока контрольный анализ не покажет, что концентрация реагентов поддерживается на постоянном уровне.

Если паровые котлы загрязнены отложениями силикатной, сульфатной или магнетитовой природы, которые слабо растворяются в серной кислоте, либо не растворяются в целом, после процедуры удаления струей воды слабо связанных с поверхностью отложений и перед нейтрализацией и пассивацией котла необходимо выполнить процедуру щелочной варки. Процедура осуществляется с применением карбоната натрия и добавлением фосфата натрия, преобразующего нерастворимые в соляной кислоте соли в растворимые в ней карбонаты и фосфаты.

Процедура щелочной варки котла продолжается 2-3 суток без получения пара с частыми, около 0,5 ч, простоями. После этого этапа котел вновь подвергается окислению раствором HCl с ингибитором коррозии, согласно вышеприведенной схеме, и заканчивает процесс процедура нейтрализации и пассивации котла.

Раствор, образовавшийся после очистки, т.е. сточные воды необходимо слить в несколько приемов во вспомогательный бак и произвести в нем коррекцию сточных вод до 6,5<pH<9.

Последним шагом является визуальное подтверждение очистки котла. В процессе осуществления процедуры ведется «Журнал операций», в котором фиксируются все произведенные действия и анализы.

Формальные действия, связанные с процедурой химической очистки котла

В Польше техническое оборудование, к которому относятся паровые котлы, подвергается техническому надзору и все ремонтные мероприятия, к которым собственно и относятся операции, связанные с химической очисткой, попадают под устав от 21 декабря 2000 г о техническом надзоре . Процедуру очистки может осуществлять только учреждение, получившее разрешение в Техническом Надзоре на осуществление химической очистки оборудования. Каждая операция химической очистки должна быть согласована с отделением Технического Надзора (ТН) согласно с WUDT-UC-CH-2/2008.

Решение о необходимости химической очистки котла обычно принимается после плановой инспекции котла. Во время инспекции должны быть проверены определенные зоны котла, для которых свойственны коррозионные процессы или образование котлового камня. Другие факторы, которые необходимо учитывать, это:

■ снижение общей эффективности котла;

■ повреждение нагревательных труб во время нормальной работы котла.

Химическая очистка производится всегда после обнаружения :

■ прогораний даже одиночных труб в котле, что может быть вызвано незначительным количеством твердых отложений около 50 г/м2 (что соответствует толщине 0,025 мм);

■ отложений в количестве большем, чем 250 г/м2 (что соответствует толщине около 1 мм).

Рекомендации по химической очистке котла представлены в табл. 5.

Taблица 5. Количество отложений на теплообменных поверхностях в котле и рекомендуемые действия.

Очистке должна предшествовать соответствующая запись в Книге по эксплуатации котла, рекомендующая химическая очистку в соответствующем для данного региона отделении ТН.

Исходная документация для химической очистки должна быть разработана на основе анализа химического состава отложений с очищаемого устройства/элемента устройства, в соответствии с определенным образцом, с учетом химического сопротивления материала, из которого изготовлено устройство/элемент устройства.

Учреждение, уполномоченное осуществлять операцию химической очистки, после завершения процедуры должно выдать свидетельство о произведенной химической очистке, а владелец котла уведомляет соответствующее отделение ТН с целью проведения срочного внутреннего аудита. Целью внутреннего аудита является проверка чистоты котла и определение технического состояния стенок элементов котла и обнаружение различных повреждений, таких как коррозия, трещины, деформации и т.д. После внутреннего аудита производится гидравлический тест, заключающийся в двукратном образовании в котле с помощью напорного насоса испытательного давления (около 25% выше допустимого), с целью определения герметичности котла и его элементов. Если все испытания проходят успешно, котел допускается к дальнейшей регулярной эксплуатации, что фиксируется соответствующей записью в Книге по эксплуатации котла.

Химическая очистка котлов «в работе», в процессе их нормальной эксплуатации

Описанный ниже метод представляет собой специфическую методику предотвращения дальнейшего накопления отложений котлового камня в котле, если для этого есть определенные условия. Имеется методика очистки котла от уже образовавшихся в котле отложений, применяемая в случаях, если толщина слоя отложений менее 2 мм. Способ очистки котла от отложений котлового камня при методе «в работе» заключается в очистке воды и подаче в котел тщательно рассчитанных доз химических реагентов, которые способствуют отслоению и эмульгированию котлового камня.

Методы химической очистки котлов «в работе», в отличие от традиционных методов в широком понимании, не основываются на сильных кислотах, а используют более дружественные для человека и окружающей среды субстанции из группы хелатов и органических полимеров. Наиболее популярные хелатные соединения, используемые в данной методике, это соли этилендиаминтетрауксусной (EDTA) и нитрилотриуксусной (НТА) кислот. К наиболее часто применяемым полимерам, в свою очередь, относятся акриловые полимеры, с повышенной устойчивостью к высокой температуре и давлению. С точки зрения термического разложения хелатов и органических полимеров, методика может применяться в паровых котлах, с рабочим давлением не выше 50 бар. Основной задачей хелатных соединений, применяемых в данной методике, является захват из общей массы отложений ионов кальция и магния и их комплексообразование. Таким образом, нерастворимые соли этих металлов переходят в раствор. В свою очередь, полимерный компонент отвечает за дисперсию остальных элементов отложений, например, оксидов железа или кремния, трансформируя их в жидкую — коллоидную форму.

Сильное сродство хелатных соединений к кальцию и магнию обуславливает то, что данный метод является эффективным даже в отношении солевых отложений, не поддающихся действию сильных минеральных кислот, таких, например, как сульфаты, фосфаты и даже силикаты . Способность хелатного соединения — EDTA связывать кальций, представлена на рис. 5 .

Процедура очистки котла «в работе», в зависимости от количества скопившихся отложений, может длиться от нескольких дней до нескольких месяцев. Очищающее средство добавляется в подпиточную воду. Доза препарата рассчитывается на основе физико-химического анализа подпиточной воды, а в частности — показателей общей жесткости. Например, для связывания карбоната натрия CaCO3, в концентрации 1 мг/л, необходимая доза комплексона составляет 3,8 мг/л. Обычно доза рассчитывается таким образом, чтобы содержащееся в препарате хелатное соединение полностью связало остаточную жесткость подпиточной воды, и остался незначительный избыток в размере от 0,4 до 1,0 мг/л. Больший избыток комплексона вследствие его концентрации в котловой воде может вызвать нежелательные коррозионные реакции на наружной поверхности котла (так называемая «хелатная коррозия»). Дозировка чистящего средства осуществляется при использовании мембранного насоса-дозатора, управляемого с помощью импульсов, поступающих от водомера, установленного на трубопроводе подпиточной воды, либо сопряженного с насосом, подающим воду в котел.

Во время дозировки чистящего препарата, котел работает в нормальном режиме, нет также необходимости в приостановлении дозировки корректирующих веществ, применяемых в процессе его нормальной эксплуатации, например таких как фосфаты, поглотители кислорода, либо ингибиторы коррозии. Однако, в связи с этим появляется необходимость в частой продувке котлов, т.к. удаленные отложения частично рассеиваются полимерными соединениями и переводятся в коллоидную форму. Две черты, характерные для процесса очистки «в работе», — это рост общей жесткости котловой воды, а также рост концентрации железа в сточной воде, что представлено на рис. 6 и 7.

Результаты проведенных до настоящего времени нашей компанией процедур химической очистки котлов «в работе» демонстрируют, что данная методика не уступает по эффективности традиционным методам очистки котлов, с использованием кислотных ванн. На рис. 8 показано состояние котла перед процедурой, а также результаты после 4 месяцев применения процедуры очистки.

При помощи метода возможно удаление свыше 90% массы отложений, образовавшихся на нагревательных поверхностях парового котла, в сроки, не превышающие, как правило, 6 месяцев, без исключения котла из эксплуатации.

Сравнивая оба метода очистки паровых котлов, а именно традиционный метод (в большинстве случаев кислотный) и метод «в работе», можно отметить следующие преимущества метода «в работе» по сравнению с традиционной методикой:

■ отсутствие необходимости исключения котла из рабочего процесса, методика осуществляется в ходе нормальной эксплуатации котла;

■ использование химических веществ не представляет опасности для персонала;

■ минимизация подверженности конструктивных элементов котла коррозии, применяемые химические вещества характеризуются значительно меньшей коррозионной агрессивностью, нежели кислоты;

■ методика не требует использования дополнительного, часто дорогостоящего оборудования из нержавеющей стали — циркуляционный насос большой мощности, вспомогательный бак, шланги;

■ стоимость процедуры обычно составляет от одного до нескольких процентов от стоимости традиционных процедур;

■ чистящие средства не попадают в пар, что весьма существенно в случаях производства продовольственной продукции;

■ метод «в работе» не представляет угрозы для окружающей среды — не возникает необходимость в утилизации сточных вод — по сравнению со значительным количеством сточных вод, образующихся при использовании традиционных методик.

Естественно, что данная методика имеет и некоторые ограничения. К наиболее существенным можно отнести:

■ методика «в работе» из-за продолжительного ожидания результата является эффективной для котлов, толщина слоя отложений в которых не превышает 2 мм;

■ с точки зрения термического разложения компонентов, верхний предел для применения метода — рабочее давление не более 50 бар;

■ обязательным является контроль общей жесткости подпиточной воды и рассчитанная на этом основании корректирующая доза препарата, чтобы избежать возможности хелатной коррозии;

■ в случае сверхнормативной жесткости подпиточной воды, превышающей 0,09 мл/дм3, связанной с некорректной работой станции умягчения воды, метод становится неэкономичным из- за высокого расхода химических веществ, в связи с поглощением их недостаточно очищенной водой.

Методы традиционной очистки котлов известны более 100 лет, хотя общедоступными лишь в течение последних 50 лет стали высокоэффективные ингибиторы кислотной коррозии. Эффективность их не вызывает сомнений, но с экономической точки зрения стоимость процедуры достаточно высокая. Если к данной цифре прибавить также потери пара, исключенного из производства, то процедура химической очистки оказывается весьма дорогостоящей.

Подводя итоги, следует обратить внимание, что метод химической очистки паровых котлов «в работе» характеризуется столь же высокой, а в некоторых случаях и превосходящей эффективностью, по сравнению с традиционными методами кислотной очистки, и при этом применение данного метода позволяет избежать многих перечисленных выше недостатков, имеющих место в случае традиционных методов. Авторы обладают достаточно обширным опытом в сфере методов традиционной химической очистки котлов, в частности Я. Марьяновский — 40-летним, однако мы убеждены, что необходимостью является разработка и внедрение современных, более экономически выгодных, а в то же время безопасных и экологически чистых технологий. У нас есть много примеров успешного внедрения технологий безкислотной очистки котлов «в работе», что дает данному методу очень хороший прогноз на будущее.

Литература

1. Д. Хомич. Очистка воды в котельных и на тепловых станциях. — Изд. Arkady 1989 г.

2. А. Якубяк. Вода в дизельных паровых электростанциях. — Изд. Научно-хническое, Варшава 1967 г.

3. Я. Maрьяновский. Неопубликованные материалы. — Гданьск, 2005 г.

4. З. Шклярская-Шмялковская. Ингибиторы коррозии металлов. — WNT Варшава 1971 г.

5. Устав от 21 декабря 2000 г. o техническом надзоре Dz. U. z 2000 г. № 122, 1321 с изменениями.

Вблизи промышленных объектов, в городах, поселках, и прочих местах с техногенной нагрузкой в талые и дождевые воды попадают вредные нефтепродукты, взвеси, вещества. Такая вода несет в себе угрозу для окружающей среды, поэтому перед тем как она попадет в водоёмы, в городскую или ливневую канализацию её необходимо очистить до определенных норм. Для решения этой проблемы на объектах устанавливают ливневые очистные сооружения.

Сферы применения

Ливневые очистные сооружения позволяют очистить поверхностные сточные воды до требуемых показателей качества, и данные установки актуальны для таких объектов:

  • промышленные и производственные предприятия;
  • АЗС;
  • парковки;
  • автосалоны;
  • загородные участки;
  • склады и прочее.

Виды и состав

Очистные сооружения ливневых сточных вод бывают двух основных типов:

  • накопительные;
  • проточные.

Накопительные ОС представляют собой аккумулирующий резервуар, в который собирается и накапливается поверхностный сток. Из такого резервуара жидкость подается на очистку при помощи канализационной насосной станции. Накопительные ОС рассчитываются с учетом приёма осадков разной интенсивности и равномерной очистки накопленной жидкости в пределах 72 часов.

В установках проточного вида сток отводится по трубам и лоткам. Данный тип сооружения уместен для отвода ливневых стоков с небольших площадей водосбора. Подбор оборудования такого типа происходит с расчетом расхода воды в створе ливневки по методу предельной интенсивности и с учетом времени добегания стока по трубам.

Стандартный комплекс ливневых очистных сооружений включает в себя лотки для сбора воды, пескоуловитель, модуль для очистки нефтепродуктов и их производных, сорбционный фильтр, контрольную ёмкость. Также можно встретить установки, в которых присутствует только определенная ступень очистки.

Принцип действия и выбор очистной системы для ливневой канализации

Комплексный подход к очистке сточных вод позволяет добиться максимально эффективного результата.

При попадании жидкости в пескоуловитель из неё осаждаются крупные взвешенные частицы песка. В модуле нефтеуловителя вода очищается от нефтепродуктов, масла, бензиновой пленки. В сорбционном блоке сточная вода проходит завершающую стадию очистки.

На промышленных объектах каждая стадия обработки воды протекает в отдельном корпусе. Это позволяет исключить возможность загрязнения воздуха и обеспечить более удобный контроль над работой ОС.

Расчет и подбор сооружений для очистки талых и дождевых вод на объекте зависит от ряда факторов:

  • средний и максимальный объем осадков на обслуживаемой территории;
  • способ удаления жидкости;
  • необходимая степень очистки воды;
  • особенности территории обслуживаемого объекта.

Расчет и подбор ОС для очистки ливневых вод – это всегда индивидуальное решение и подход.

ООО «ЭНВАЙРОНМЕНТ РУС» – проектирование, установка и обслуживание очистных сооружений

В ООО «ЭНВАЙРОНМЕНТ РУС» мы рады предложить Вам уникальное ливневое оборудование для очистки стоков. Мы поможем подобрать установки под решения конкретных задач, сделаем проект, проведем монтажные и пуско-наладочные работы, предоставим сервисное обслуживание. Для мест, где нет возможности подключения к центральной канализационной сети, мы предложим высококлассные автономные решения.

Проектирование и монтаж ОС в «ЭНВАЙРОНМЕНТ РУС» – это:

  • эффективные решения;
  • применение новейших технологий;
  • учет установленных норм и правил;
  • реализация Ваших требований;
  • гарантии и сервисное обслуживание.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *