В дипломному проекті розроблено технологію попереднього очищення води. Обґрунтовано вибір технологічної схеми з встановленням установки ультрафільтрації на заміну механічним фільтрам, після стадією коагуляції. Вибрано вихідну сировину, допоміжні матеріали у відповідності з діючими стандартами та технічними умовами.
Обґрунтовано норми технологічних режимів, наведена технологічна схема та її опис. Розраховано і вибрано допоміжне обладнання у відповідності з заданою потужністю виробництва.
Запропоновано схему автоматичного регулювання та контролю
виробництва. Надано економіко-організаційний розрахунок з обґрунтуванням вибору
методу попереднього очищення води. Розглянуто питання екологічної оцінки
виробництва та техніки безпеки проведення виробничого процесу.
В дипломном проекте разработана технология предварительной очистки воды. Обоснован выбор технологической схемы с установлением установки ультрафильтрации на замену механическим фильтрам, после стадией коагуляции. Выбрано исходное сырье, вспомогательные материалы в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями.
Обосновано нормы технологических режимов, приведена технологическая схема и ее описание. Рассчитано и выбрано вспомогательное оборудование в соответствии с заданной мощностью производства.
Предложена схема автоматического регулирования и контроля производства.
Предоставлено экономико-организационный расчет с обоснованием выбора метода
предварительной очистки воды. Рассмотрены вопросы экологической оценки
производства и техники безопасности проведения производственного процесса.
In this diploma thesis project the pre-treatment technology
of water was made. The choice of technological scheme of the installation of
ultrafiltration was made to replace mechanical filters after stage coagulation.
The feed stock, ancillary materials according to operating standards and
technical conditions, are selected.guidelines of the operating practices are
justified. The basic and auxiliary equipment is expected and chosen in
accordance with the set power of production.scheme of automatic control and
production control is offered. Economical and organizational calculations with
justification of a choice of a water desalting method are provided. The
question of an ecological assessment of production and safety measures of
carrying out production is considered.
УФ - ультрафільтрація;
ВПУ - водопідготовча установка;
НСВ - насос сирої води;
ГПВДФ - гідролізований полівініліденфторид;
ГПХ - гіпохлорит натрію;
ГДК - гранично - допустимі концентрації;
ГОСТ - державний стандарт;
ТУ - техничні умови;
TMP - трансмембранний тиск;
CEB - хімічно посилена промивка.
Вода широко використовується в різних галузях промисловості як теплоносій, чому сприяє широке поширення водоочисних станцій. Наявна в розпорядженні людей вода не може бути без очищення (обробки) теплоносієм у теплоенергетичних установках, оскільки сучасні ТЕЦ в енергетичному циклі використовують воду високої якості з вмістом домішок у межах 0,1-1,0 мг/кг.
Устаткування сучасних ТЕЦ експлуатується при високих теплових навантаженнях, що вимагає жорсткого обмеження товщини відкладень на поверхнях теплоелементів. Такі відкладення утворюються з домішок, що надходять у цикли електростанцій, тому забезпечення високої якості водяних теплоносіїв є надзвичайно важливим завданням.
В технології очищення природних вод використовуються різноманітні технологічні прийоми та методи покращення якості води. Вибір раціональної схеми обробки води представляє значні труднощі, так як вихідна вода має безліч різноманітних домішок.
Для задоволення вимог до якості води, що споживається при виробленні теплової і електричної енергії, виникає необхідність спеціальної фізико-хімічної обробки природної води.
Метою дипломного проекту є реконструкція відділення
попереднього очищення води для ТЕЦ, для отримання води з покращеними
показниками якості.
Необхідність очищення води від забруднень виникає у тому випадку, якщо якість води природних джерел не задовольняє вимоги, що пред’являються. Невідповідність якості води джерела вимогам споживачів визначає вибір методу очищення.
В технології очищення природних вод використовуються різноманітні технологічні прийоми та методи покращення якості води. Вибір раціональної схеми обробки води представляє значні труднощі. Це пояснюється не тільки недостатньо продуманою технологічною схемою, але й зміною складу поверхневої води за час, в результаті скиду стічних вод нових промислових підприємств чи порушення умов експлуатації водойми у зв’язку з розвитком водного транспорту, роботами по осушенню болот (розташованих вище по течії), розвитком торф’яних розробок тощо. Технологічні схеми передбачають компоновку очисних будівель, охоплюючи процеси видалення речовин, що відносяться за звичай до декількох груп класифікації Кульского. Тому при складання схеми водопідготовки необхідно обирати методи та режими, найбільш ефективні для видалення домішків кожної з груп [1].
Основним джерелом питної і технологічної води для України є р. Дніпро.
Води, які поступають на очищення, містять дрібнодисперсні часточки розміром 10-9 до 10-4 м, вони утворюють колоїдно-дисперсну систему. Зокрема, домішки, які зумовлюють каламутність і кольоровість води, різняться надзвичайно малими розмірами, внаслідок чого їх осадження відбувається достатньо повільно. Стійкість дисперсних систем залежить від їх властивостей дисперсійного середовища (води) та дисперсійної фази. Властивості дисперсійного середовища характеризуються вмістом розчинених солей, газів, органічних поверхнево-активних та інших речовин, а також кислотність, лужність, твердістю, густиною, в’язкістю, поверхневим натягом тощо.
Для очищення природних і стічних вод, що утворюють колоїдно-дисперсну систему, треба провести розділяння рідкої й твердої фаз з метою вилучення завислих речовин. При цьому внаслідок малого розміру часточок дисперсної фази, а також високої агрегативної і седиментаційної стійкості систем виникають певні ускладнення. Інтенсифікувати процес розділення, тобто порушити агрегативну стійкість колоідно-дисперсної системи. Можна за рахунок укрупнення часточок в агрегати під дією коагулянтів.
Ще однією з особливостей води р. Дніпро є високий вміст гумінових речовин (ГР), оскільки гирло ріки розташоване в болотистій місцевості. Традиційні технології очищення води, що на сьогодні використовуються на 90 % промислових і комунальних підприємств України і включають окиснення, вапнування з наступними відстоюванням, проясненням, фільтрацією та йонним обміном, не забезпечують належний ступень очищення води від ГР.
Гумінові речовини є безпечними для здоров’я людини, проте похідні, що утворюються при окисній обробці води недостатньо очищеної від ГР, здійснюють виражений негативний вплив на дихальні шляхи та шкірні покриви людини. Разом з тим, безпосередньо ГР можуть завдавати значної шкоди у різноманітних технологічних процесах, викликаючи закупорювання чи дезактивацію поверхні йонобмінних смол, ініціювати біофоулінг поверхні ультрафільтраційних та зворотноосмотичних мембран. Крім того, з кожним днем все гостріше постає питання їх екологічної безпеки та негативного впливу на навколишнє середовище. Так, в результаті багаторічної експлуатації установок водопідготовки, що працюють за традиційною технологією, на деяких підприємствах склалася критична ситуація, викликана переповненням шламонакопичувачів рідкими стоками [2].
У традиційній схемі попереднього очищення води використовується процес коагуляції з подальшим механічним фільтруванням. В даному дипломному проекті вирішено її реконструювати та поставити на заміну механічним фільтрам ультрафільтраційні мембрани, які на відміну від попередніх можуть видаляти дрібнодисперсні часточки та органічні речовини, які порушують роботу подальшого обладнання.
Розглянувши недоліки та переваги традиційної схеми було
вибрано схему в якій поєднана стадія коагуляції в освітлювачі та
ультрафільтраційна установка. За допомогою цього можна вилучити повністю всі завислі дрібнодисперсні
речовини та понизити кількість органічних сполук. Перед подачею води в
освітлювач ми подаємо її в теплообмінник для підігріву, щоб збільшити швидкість
коагуляціі.
Нині в процесах водопідготовки широко використовується коагуляція. Її використовують для зниження вмісту завислих і колоїдно-дисперсних домішок під дією сил тяжіння. Проте домішки, які обумовлюють каламутність і колірність природних вод, мають малі розміри і їх осадження відбувається надзвичайно повільно. Дрібнодисперсні колоїдні частинки ще більше ускладнюють процес осадження. Тому для прискорення процесів відокремлення вказаних домішок шляхом осадження, фільтрування або флотації здійснюють їх коагуляцію.
Коагуляцією домішок води називають процес агломерації найдрібніших колоїднодисперсних частинок, що відбувається внаслідок їх взаємного злипання. Коагуляція завершується утворенням крупних агрегатів-пластівців, які відокремлюються від води, що очищується.
Завислі домішки води в більшості випадків мають одинакові заряди, що обумовлює виникнення міжмолекулярних сил відштовхування і їх агрегативну стійкість. У технології підготовки води прагнуть порушити агрегативну стійкість домішок і в результаті здійснити повне або часткове їх видалення. Це досягається додаванням до води коагулянтів: сульфатів алюмінію, феруму (ІІ і ІІІ), хлориду алюмінію і феруму (ІІІ), алюмінату натрію, оксохлориду алюмінію, гідроксосульфату алюмінію, гідроксосульфату алюмінію або інших речовин, які сприяють порушенню агрегативної стійкості [3].
Воду, що очищується, підлуговують, якщо лужний резерв недостатній для задовільного гідролізу коагулянтів. Для підлуговування води і зв’язку утвореного під час гідролізу агресивного оксиду вуглецю (IV) застосовують гідроксид і карбонат натрію, карбонат кальцію і вапно, а також в невеликих кількостях аміак і аміачну воду. В процесі підлуговування значення рН підтримують в межах 6,5 … 7,5. Це сприяє зменшенню залишкового вмісту алюмінію і заліза в очищеній воді і зменшенню їх корозійних властивостей.
Одним з найбільш істотних параметрів технологічного процесу
очищення води коагуляцією є доза коагулянта і порядок введення реагентів. Її
оптимальна величина залежить від властивостей дисперсної системи (води, що
очищується): температури, кількості завислих і колоїднодисперсних речовин, колірності,
йонного складу дисперсного середовища, значенням рН та інших фізико-хімічних
показників. В разі недостатнього дозування коагулянта або його неправильного
введення у воду, що очищується, не досягають необхідного ефекту очищення, а в
разі його надлишку - поряд з перевитратою - дорого коштовного реагенту в деяких
випадках може погіршитись коагуляція.
Метод видалення крупнодисперсних та дрібнодисперсних домішок із води фільтруванням широко застосовується в технології водоочищення та підготовки води для різноманітних потреб. Необхідність використання процесів фільтрування зумовлена суворими вимогами до вмісту завислих речовин у воді різного призначення та технологічними обмеженнями по вмісту зависів, що існують для різних методів оброблення води.
Ультрафільтрація - це мембранний процес, який за розмірами частинок затримуваних домішок займає проміжну ланку між нанофільтрацією та мікрофільтрацією. Ультрафільтраційні мембрани мають розміри пор 0,01 - 0,1 мкм, що дозволяє їм затримувати тонкодисперсні та колоїдні домішки, макромолекули (нижня межа маси затримуваних молекул складає кілька тисяч одиниць), водорості, високомолекулярні органічні сполуки, одноклітинні організми, цисти, бактерії та віруси. Видалення іонів та розчинених у воді речовин не відбувається. Таким чином, використання мембранної ультрафільтрації для очищення води дозволяє зберегти її сольовий склад.
ультрафільтрація коагуляція екологічний вода
Продукцією цеху підготовки попередньо очищеної води
відповідно є вода після певних стадій освітлення та фільтрації через
ультрафільтраційні мембрани.
Вихідна вода потрапляє на ТЕЦ з берегової насосної станції, розташованої на березі Русанівського каналу. Вона попередньо підігрівається до температури 40˚С (±1) в теплообміннику.
Склад води є не постійним. Він залежить від сезону, опадів, водного транспорту та стічних вод заводів розташованих вище за течії.
Контроль за якістю вихідної та освітленої води виконується персоналом з періодичністю 1раз на місяць.
У процесі коагуляційного очищення води використовуються вапняне молоко та коагулянт. Для їх приготування передбачено вапняне господарство та установки для приготування розчину коагулянту.
Оскільки технічна вода не піддається знезараженню на водозаборі, крім очистки проектом передбачено також її знезараження гіпохлоритом натрію.
Для утримання обладнання у робочому стані необхідно проводити періодичні промивки апаратів. Наприклад, для промивки ультрафільтраційних мембран необхідні такі реагенти як соляна кислота, гіпохлорит натрію і гідроксид натрію, ГОСТи яких описані нижче.
В даному дипломному проекті головними стадіями підготовки води є коагуляція та ультрафільтрація, тому нижче детально розглянуті механізми і реакції протікання даних процесів.
Метод видалення крупнодисперсних та дрібнодисперсних домішок із води фільтруванням широко застосовується в технології водоочищення та підготовки води для різноманітних потреб. Необхідність використання процесів фільтрування зумовлена суворими вимогами до вмісту завислих речовин у воді різного призначення та технологічними обмеженнями по вмісту зависів, що існують для різних методів оброблення води Так, наприклад, для проведення ефективного знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням вода повинна містити не більше 10 мг/дм3 завислих речовин [4]; для подачі води на установки зворотнього осмосу вміст у ній завислих речовин допускається не більше 0,6 мг/дм3 [5]. У зв'язку із цим було розроблено велику кількість різноманітних процесів фільтрування води.
Усі ці методи можна за принципом здійснення власне процесу фільтрування умовно поділити на дві великі групи: фільтрування через шар зернистого завантаження або фільтрування через порувату перетинку.
Фільтрування крізь шар зернистого завантаження широко застосовується у технологіях підготовки води з застосуванням піщаних, вугільних та інших видів фільтрів. При проведенні фільтрування крізь шар зернистого завантаження домішки затримуються за рахунок складних гідродинамічних, фізико-хімічних та хімічних процесів, які протікають у всьому об’ємі завантаження.
Фільтрування крізь порувату перетинку здійснюється у різноманітних тканинних фільтрах та лежить в основі усіх процесів розділення за допомогою мембран. При фільтруванні крізь порувату перетинку існує два можливих механізми затримування частинок. Якщо затримуються дисперсні частинки із розміром більшим, ніж розмір пор, можна говорити про так званий ситовий механізм, який є характерним для процесів мікрофільтрації та ультрафільтрації. Або ж затримання домішок здійснюється внаслідок дифузного механізму перенесення, такий механізм характерний для процесів нанофільтрації та зворотного осмосу [6].
Зворотний осмос, ультрафільтрація, нанофільтрація, мікрофільтрація належать до так званих баромембранних процесів, рушійною силою яких є різниця тиску рідини з обох боків мембрани.