Эффект от применения активированного угля в водоподготовке тепловых электростанций

1. Предварительная обработка подпиточной воды.

Природные водоемы часто содержат ил, глину, гумус и другие взвешенные вещества, коллоидные примеси, а также бактерии, грибы, водоросли, вирусы и другие микроорганизмы, которые обладают определенной стабильностью в воде и являются основной причиной мутности, цвета и запаха воды. Эти избыточные органические вещества попадают в ионообменник, загрязняют смолу, снижают ее обменную способность и даже влияют на качество очищенной воды в системе опреснения. Основная цель коагуляционной обработки, отстаивания, осветления и фильтрации – удаление этих примесей, чтобы снизить содержание взвешенных веществ в воде до менее 5 мг/л, то есть получить осветленную воду. Это называется предварительной обработкой воды. После предварительной обработки вода может использоваться в качестве котловой воды только после удаления растворенных солей путем ионного обмена и растворенных газов путем нагрева, вакуумирования или продувки. Если эти примеси не будут удалены предварительно, последующая обработка (обессоливание) невозможна. Таким образом, коагуляционная обработка воды является важным звеном в процессе водоподготовки.

Процесс предварительной обработки воды на тепловых электростанциях выглядит следующим образом: сырая вода → коагуляция → осаждение и осветление → фильтрация. В качестве коагулянтов обычно используются полиалюминиевый хлорид, полижелезистый сульфат, сульфат алюминия, трихлорид железа и др. Ниже приводится основное описание применения полиалюминиевого хлорида.

Полиалюминиевый хлорид, также известный как ПАК, производится из алюминиевой золы или алюминиевых минералов в качестве сырья. При высокой температуре и определенном давлении в результате реакции щелочи с алюминием образуется полимер. Сырье и производственный процесс различаются, поэтому характеристики продукта не одинаковы. Молекулярная формула ПАК [Al2(OH)nCl6-n]m, где n может быть любым целым числом от 1 до 5, а m — целое число из 10 кластеров. ПАК выпускается как в твердой, так и в жидкой форме.

2. Механизм коагуляции

Коагулянты оказывают три основных воздействия на коллоидные частицы в воде: электронейтрализацию, адсорбционное связывание и вытеснение. Какой из этих трех эффектов является основным, зависит от типа и дозировки коагулянта, природы и состава коллоидных частиц в воде, а также от значения pH воды. Механизм действия полиалюминиевого хлорида аналогичен механизму действия сульфата алюминия, а поведение сульфата алюминия в воде связано с процессом образования различных гидролизованных соединений из ионов Al3+.

Полиалюминиевый хлорид можно рассматривать как различные промежуточные продукты в процессе гидролиза и полимеризации хлорида алюминия в Al(OH)3 при определенных условиях. Он непосредственно присутствует в воде в виде различных полимерных соединений и Al(OH)a(s), без процесса гидролиза Al3+.

3. Применение и влияющие факторы

1. Температура воды

Температура воды оказывает существенное влияние на эффективность коагуляционной обработки. При низкой температуре воды гидролиз коагулянта затруднен, особенно при температуре ниже 5℃, скорость гидролиза низкая, а образующийся флокулянт имеет рыхлую структуру, высокое содержание воды и мелкие частицы. При низкой температуре воды усиливается растворение коллоидных частиц, увеличивается время флокуляции и замедляется скорость осаждения. Исследования показывают, что наиболее подходящей является температура воды 25–30℃.

2. Значение pH воды

Процесс гидролиза полиалюминиевого хлорида представляет собой процесс непрерывного высвобождения ионов H+. Поэтому при различных значениях pH образуются различные промежуточные продукты гидролиза, и оптимальное значение pH для коагуляционной обработки полиалюминиевым хлоридом обычно находится в диапазоне от 6,5 до 7,5. В это время эффект коагуляции выше.

3. Дозировка коагулянта

При недостаточном количестве добавленного коагулянта остаточная мутность в сточных водах выше. При слишком большом количестве, поскольку коллоидные частицы в воде адсорбируют избыток коагулянта, зарядовые свойства коллоидных частиц изменяются, что приводит к повторному увеличению остаточной мутности в сточных водах. Процесс коагуляции не является простой химической реакцией, поэтому необходимую дозировку нельзя определить расчетным путем, а следует определять в зависимости от конкретного качества воды; при сезонных изменениях качества воды дозировку следует корректировать соответствующим образом.

4. Контактная среда

В процессе коагуляционной обработки или других методов осаждения, если в воде присутствует определенное количество илового слоя, эффективность коагуляционной обработки может быть значительно улучшена. Это позволяет создать большую площадь поверхности, которая за счет адсорбции, катализа и кристаллизации усиливает эффект коагуляционной обработки.

В настоящее время коагуляционное осаждение является широко используемым методом водоочистки. В качестве флокулянта для водоочистки используется полиалюминиевый хлорид, обладающий хорошими коагуляционными свойствами, образованием крупных хлопьев, меньшей дозировкой, высокой эффективностью, быстрым осаждением, широким спектром применения и другими преимуществами. По сравнению с традиционными флокулянтами дозировка может быть уменьшена в 1/3–1/2 раза, что позволяет сэкономить до 40% затрат. В сочетании с работой безклапанного фильтра и фильтра с активированным углем значительно снижается мутность исходной воды, улучшается качество очищенной воды в системе обессоливания, повышается также обменная способность обессоливающей смолы и снижаются эксплуатационные расходы.