Разработка и экспериментально-расчетное обоснование мембранной технологии обессоливания воды для котлов ТЭС с утилизацией сточных вод и растворенных в них солей

Предложена и обоснована с применением математических моделей и натурных экспериментов схема утилизации сточных вод обратноосмотических установок (УОО) для подготовки добавочной воды энергоблоков ТЭС и АЭС при использовании исходной природной воды, показатели качества которой имеют широкий диапазон значений. Для утилизации концентрата обратноосмотической установки создается замкнутый контур многократного использования регенерационного раствора (КМИР). В этом контуре концентрат обратноосмотической установки направляется на Н-катионитный фильтр, загруженный слабокислотным карбоксильным катионитом. Фильтр включен в замкнутый контур многократного использования регенерационных растворов, в котором с использованием кристаллизатора осуществляется извлечение из пересыщенного отработанного регенерационного раствора сульфата кальция. В замкнутом контуре регенерации Н-катионитного фильтра 13 расход серной кислоты на регенерацию всегда равен стехиометрическому. Другая важная особенность состоит в том, что в отработавшие регенерационные растворы при регенерации фильтра раствором серной кислоты поступают кальций и сульфат-ионы в эквивалентных количествах. Используя особенности карбоксильного катионита, режим работы Н-катионитного фильтра выбирают таким, чтобы в процессе рабочей части фильтроцикла из концентрата извлекался сульфат кальция. Фильтрат Н-катионитного фильтра разделяется на два потока, один из которых смешивается с осветленной исходной водой, поступающей на обратноосмотическую установку. В результате при подмешивании части фильтрата Н-катионитных фильтров в исходную воду происходит подкисление исходной воды, снижаются вероятность образования карбонатных отложений и водопотребление. Другой поток фильтрата Н-катионитного фильтра выводится из технологической схемы обессоливающей установки и используется как подпиточная вода систем охлаждения, водо- и теплоснабжения. Для оценки эффективности предложенных авторами технических решений использованы специально разработанные математические модели отдельных процессов. Разработаны и верифицированы математические модели процессов реагентной, обратноосмотической и ионообменной обработки воды, в том числе модели процесса регенерации карбоксильного катионита. Экспериментально для условий КМИР исследована кинетика выделения гипса из отработанного регенерационного раствора различного химического состава. В производственных условиях проверена технология эксплуатации фильтров с загрузкой катионитом Lewatit CNP-LF. Установлено, что высота фильтрующего слоя катионита должна составлять от 1.0 до 1.5 м, концентрация регенерационного раствора не должна превышать 0.8% при скорости 10–15 м/ч. Основные элементы технологической схемы прошли апробацию в производственных условиях на действующей водоподготовительной установке. Показано, что предложенная схема утилизации сточных вод мембранной обессоливающей установки на 91.8–99.0% обеспечивает эффективность использования природной воды гидрокарбонатного класса и сульфатной группы, охватывающей подавляющее большинство поверхностных источников пресной воды. Применение для утилизации концентрата обратноосмотической установки контура многократного использования регенерационного раствора позволяет вернуть в основной цикл значительную часть концентрата и выделить из него сульфат кальция в форме товарного продукта. Схемы утилизации сточных вод по предложенной технологии могут быть практически реализованы с использованием стандартного оборудования и апробированных в производственных условиях технических решений.