Эксплуатация тепловых электрических станций и теплоцентралей связана с использованием большого количества воды. Основная часть воды (более 90 %) расходуется в системах охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и прочее. Сточные воды — это воды, бывшие в употреблении или прошедшие какую-либо загрязненную территорию. Очищенные сточные воды обычно сбрасывают в природные водоемы. Есть ли лучший способ очистки сточных вод с меньшими материальными затратами и без расположения на огромной территории?

Ключевые слова: сточные воды, очистные сооружения, ионный обмен, обратный осмос, эффективность очистки.

Традиционные очистные сооружения — это довольно большие наружные объекты, которые обладают множеством неблагоприятных качеств. В основном это их внешний вид и запах. Они не только неприятны, они требуют огромных инфраструктурных бюджетов, требуя от инвесторов не только построить собственное сооружение, но и спланировать и создать всю инфраструктуру по доставке их на завод по переработке сточных вод. Проще говоря, эти методы очистки являются неэффективной системой, и хотя они очищают сточные воды, они не являются ни устойчивыми, ни экономичными [1, 2].

Хотя в прошлом эти объекты считались первоклассными, они были построены десятилетия назад, что позволило появиться альтернативным, более устойчивым решениям. Это и привело к устареванию таких огромных инфраструктур. Есть несколько огромных проблем, с которыми сталкиваются сточные воды и очистные сооружения, однако их решение этой проблемы очень простое.

Сточные воды — это воды, бывшие в употреблении или прошедшие какую-либо загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды разделяют на производственные (образуются в результате использования воды в технологических процессах), хозяйственно-бытовые (образуются в результате деятельности человека, в них преобладают органические примеси), поверхностные, атмосферные (образуются в результате выпадения осадков и стекания с загрязненной территории) [3].

К сточным водам теплоэнергетических станций относятся воды систем охлаждения, гидрозолоудаления (ГЗУ), воды после химических промывок теплосилового оборудования, замазученные или замасленные промышленные стоки, шламовые воды от водоочистительных установок, нефтезагрязненные, хозяйственно-бытовые, поверхностные ливневые стоки и т. д. Их количественный состав определяется, в первую очередь, особенностями технологических процессов, мощностью предприятия, местными условиями водоотведения. Сточные воды с теплоэнергетических станций содержат высокую концентрацию сульфатов. Ее можно уменьшить путем применения эффективных методов очистки. Как известно, сульфаты легко удаляются несколькими способами, такими как ионообменная очистка и обратный осмос. Рассмотрим оба метода, для выявления наиболее эффективного и наименее затратного.

Метод ионного обмена. Ионообменная очистка применяется для извлечения и утилизации из сточных вод тяжелых металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет очищать сточную воду до предельно допустимых концентраций с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

Метод ионного обмена длительное время использовался для подготовки питательной воды водогрейных и паровых котлов. Эта технология широко использовалась и позволяла эффективно удалять из воды катионы жесткости, снижать щелочность и общее солесодержание. Но у данного метода есть свои недостатки, связанные с необходимостью использования большого количество реагентов для регенерации ионообменных смол (катионитов и анионитов) [4]. Это создавало некоторые проблемы, связанные с утилизацией высококонцентрированных рассолов, использованных в регенерации смол, а также повышало затраты на эксплуатацию установок ионного обмена.

На данный момент очень широкое применение находит «экологически чистые» технологии, такие как мембранные методы водоподготовки. Мембранные методы — электродиализ и обратный осмос, могут удалять растворенные ионы солей из воды без применения реагентов. Для очистки воды используются полупроницаемые мембранные перегородки (мембраны), избирательно пропускающие молекулы воды или ионы солей. Применение мембран в промышленной водоподготовке позволяет сократить расходы систем водоподготовки на реагенты и избавиться от проблемы вредных солевых рассолов, загрязняющих водоемы.

Метод обратного осмоса. Обратный осмос наряду с микрофильтрацией является одним из наиболее часто применяемых процессов мембранного разделения. Он широко используется для обессоливания (опреснения) всех типов вод в установках самой разной производительности — от мелких бытовых и лабораторных до крупных промышленных. Рассмотрим процедуру очистки воды с помощью обратного осмоса [5]. Стоит отметить, что по сравнению с другими системами очистки обратноосмотические фильтры решают задачу очистки наиболее эффективно. Одно из очевидных преимуществ обратноосмотического оборудования — независимость результата очистки от исходного солесодержания очищаемой воды. Эта особенность обратноосмотических фильтров позволяет с их помощью успешно очищать как водопроводную воду, так и воду из поверхностных источников водозабора.

Процесс хорошо отработан как с точки зрения его организации, так и аппаратурного оформления. Мембранные элементы разных производителей имеют стандартизированные размеры и взаимозаменяемы. Данное оборудование компактно, поэтому для его размещения не требуется больших площадей. Обратноосмотические установки исключают применение агрессивных химических реагентов, что делает их экологически чистыми. В результате очистки воды на обратноосмотических установках происходит практически полное ее избавление от примесей — как сульфатов, так и азота аммонийного, железа, нитратов, хлоридов, кальция и магния. Полезное побочное действие такой очистки — снижение жесткости воды, приводящей к образованию кальциевых и магниевых отложений в процессе нагрева воды в теплообменниках, к проблемам с бытовой техникой и сантехникой.

Для очистки сточных вод на предприятии теплоэнергетики были рассмотрены два высокоэффективных метода: метод ионного обмена и метод обратного осмоса. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. Метод ионного обмена намного дешевле, позволяет снижать щелочность и общее солесодержание. Но у данного метода есть существенный недостаток. Из-за использования большого количество реагентов для регенерации ионообменных смол (катионитов и анионитов), создается проблема, связанная с утилизацией высококонцентрированных рассолов, использованных в регенерации смол, а также повышает затраты на эксплуатацию установок ионного обмена.

В то время как очистка сточной воды методом обратного осмоса не требует применения реагентов, а также не образовывает вредных солевых рассолов. Хоть данный метод является достаточно дорогим при первоначальных вложениях, зато на долгосрочную перспективу является менее затратным на реагенты и ремонт оборудования (табл. 1).

Таблица 1

Эксплуатационные затраты на оборудование для умягчения воды

Этот современный метод очистки эффективно уменьшает количество процессов, используемых для очистки сточных вод, а также уменьшается объем шлама. В будущем технология может даже позволить создать полностью экологичную программу по управлению осадком.

Литература:

1. Кузнецова В. М., Овсянкина А. В. Современный взгляд на методы очистки сточных вод на нефтеперерабатывающих заводах и предприятиях // Молодой ученый. 2017. № 32 (166). С. 4–9.
2. Штриплинг Л. О. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов: учеб. пособие для вузов / Л. О. Штриплинг, Ф. П. Туренко. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. 192 с.
3. Выгузова М. А., Наумова Е. В. Методы очистки сточных вод на предприятиях // Вестник КИГИТ. 2013. № 3 (33). С. 59–62.
4. Томус И. Ю. К вопросу применения ионного обмена для очистки сточных вод // Водосбережение, мелиорация и гидротехнические сооружения как основа формирования агрокультурных кластеров России в XXI веке Сборник докладов XVIII Международной научно-практической конференции: в 3-х томах. 2016. С. 172–177.
5. Володин С. Л., Захаров С. Л. Современные проблемы очистки водных растворов обратным осмосом // Ползуновский вестник. 2015. № 1. С. 15–17.