Одним из основных этапов подготовки вод является механическая очистка. Грамотный выбор фильтрующих устройств и фильтровальных загрузок позволяет существенно снизить объёмы водо- и энергоресурсов, резко уменьшить затраты на химическую и иную очистку, а также обеспечить беспрерывную подачу чистой воды. Хорошо известно, что страны Европы и Америки в своих технологиях ещё в прошлом веке применяли и до сих пор активно используют более экономичные и безопасные высокопористые фильтровальные материалы на основе природного минерала – диатомита, в то время как Россия продолжает использовать на большинстве своих станций привычные кварцевый песок и антрацит.
Сегодня сырьё на основе диатомита – это неотъемлемая часть многих систем фильтрации, включая пищевые, металлургические, машиностроительные производства, бассейны, океанариумы, водоканалы и электростанции.
Такие уникальные свойства как высокая и разноразмерная пористость этого материала, его развитая поверхность и однородность предопределили его широкое использование в различных областях. Богатый биодоступным кремнием материал широко используется в сельском хозяйстве в качестве кормодобавок, премиксов, удобрений, подстилок и других гигиенических средств. Благодаря низкой теплопроводности и низкому удельному весу – в металлургии и строительстве. А за счёт наличия алюмосиликатов на высокоразвитой поверхности диатомит применяют в обогащении золота, рафинации масел, очистке СОЖ. Буферность кизельгура и стойкость к агрессивным средам давно сделали продукты из диатомита незаменимым индустриальным сорбентом для локализации и устранения аварийных ситуаций с участием опасных жидкостей или нефтепродуктов. Но одной из основных сфер применения по-прежнему остается очистка природных и сточных вод.
Наиболее однородным по своему составу, крупным и безопасным в Европе признано Инзенское месторождение, находящееся на территории Ульяновской области. Но усилить все самые необходимые свойства природного диатомита удалось только с помощью технологий и специального промышленного оборудования компании Диамикс, которая специально построила завод рядом с месторождением, и в настоящее время расширяет объём производства ещё на 100 тысяч тонн в год. Объём производства около 200 тысяч тонн в год выводит компанию Диамикс на первое место в Европе по выпуску различной продукции на основе диатомитов. Десятки крупнейших водоканалов России и Европы применяют этот материал.
применяется в системах водоочистки и водоподготовки природных и сточных вод для нужд питьевого и хозяйственного водоснабжения. Высокая грязеёмкость фильтрационного материала Диамикс Аква позволяет значительно расширить длительность фильтроцикла, обеспечивая хорошую проницаемость даже при высоком количестве адсорбированного загрязнителя, а быстрая отмываемость этого фильтровального материала от сорбированного загрязнителя позволяет существенно экономить энергоресурсы.
В этой статье мы рассмотрим только одно из множества направлений использования продуктов на основе диатомитов: фильтровальный материал Диамикс Аква производства компании Диамикс в качестве фильтрующей загрузки при очистке загрязнённых вод электростанций. Согласно «Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей» (ПТЭ) системы водоподготовки должны обеспечить работу электростанций и тепловых сетей без повреждений, вызванных коррозией водоподготовительного, теплоэнергетического и сетевого оборудования. А также без образования накипи и отложений на теплопередающих поверхностях, трубопроводах электростанций и тепловых сетей. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций с природной и оборотной водой. Требования к качеству воды на электростанциях сильно разнятся в зависимости от дальнейшего её использования.
Выбор метода обработки воды существенно зависит от состава исходных вод, типа электростанции, её параметров, применяемого основного оборудования. Но, тем не менее, качество воды всегда должно оставаться соответствующим требованиям РД 34.20.501-95 «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». В настоящее время загрузка фильтрующих слоёв механических фильтров и поддерживающих слоёв ионитовых фильтров в схемах обессоливания и умягчения воды производится антрацитом в соответствии с требованиями «Руководящих указаний по загрузке дроблёным антрацитом механических фильтров и поддерживающих слоёв ионитовых фильтров». В качестве фильтрующей загрузки механических фильтров (фильтров обезмасливания) в схемах очистки турбинного и общестанционного конденсата, возвратного конденсата производств применяется помимо дроблёного антрацита и древесный уголь. Такие фильтровальные материалы как антрацит, активированный уголь и песок хоть и уступают по своим природным свойствам Диамикс Аква, но до сих пор широко используются в водоочистке, в основном по причине своей доступности. В то время как сорбент Диамикс Аква в фильтровальных загрузках имеет высокую прочность на сжатие, не менее 6-7 МПа, высокую механическую прочность, истираемость не более 0,1%, измельчаемость не более 0,06% и однородную кубовидную форму. Диамикс Аква обладает высокой химической стойкостью, инертен к кислотам и щелочам. Характеризуется высокой пористостью – до 80-85% и развитой удельной поверхностью 30-40 м2/г, что наряду с перечисленными факторами выгодно отличает его от других фильтрующих материалов. Диамикс Аква отличается эффективностью применения в любых гравитационных фильтрах и осветлителях с моно- и мультизагрузкой (возможно комбинирование нескольких загрузок в одном фильтре), без внесения технических изменений в конструкцию системы, с возможностью безреагентной регенерациии путем обратной промывки. Диамикс Аква – это природный сорбент, доведённый до совершенства с помощью наукоёмких технологий, используемых компанией Диамикс. Сорбент полностью безопасен. И способен работать без потери качества водоочистки в течение минимум 7 лет.
Экспериментальная часть
Анализируя рынок фильтрационных материалов, АО «Татэнерго» было принято решение провести сравнительные испытания традиционных фильтрующих загрузок и материала на основе диатомита – Диамикс Аква с целью подтверждения эффективности данного сорбента при использовании в качестве фильтрующей загрузки механических фильтров в схемах водоподготовки тепловых электростанций (ТЭС).
Исследования проводились на базе исследовательского центра «Энергопрогресс» в соответствии методиками, стандартизованными для энергопредприятий. Были определены основные физико-химические и эксплуатационные параметры Диамикс Аква и установлено соответствие фильтровального материала требованиям ГОСТ Р 51641-2000 «Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия», «Руководящих указаний по загрузке дроблёным антрацитом механических фильтров и поддерживающих слоёв ионитовых фильтров» и ФР.1.31.2019.33600 «Методика измерений механической прочности и химической стойкости сорбентов, используемых в качестве фильтрующих и поддерживающих слоёв в фильтрах химической и физической водоочистки».
Также был проведён сравнительный анализ физических и химических параметров, технических и эксплуатационных характеристик фильтровальных материалов: Диамикс Аква, антрацит и активированный уголь БАУ-А. В итоге даны рекомендации о целесообразности использования сорбента Диамикс Аква (производства компании ООО «Диамикс») в качестве фильтрующей загрузки механических фильтров в схемах водоподготовки ТЭС АО «Татэнерго» и других тепловых электростанций.
Выбор метода обработки воды существенно зависит от состава исходных вод, типа электростанции, её параметров, применяемого основного оборудования. Но, тем не менее, качество воды всегда должно оставаться соответствующим требованиям РД 34.20.501-95 «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ».
При сравнительных испытаниях сорбента Диамикс Аква и антрацита на соответствие требований «Руководящих указаний» установлено (табл. 1), что Диамикс Аква соответствует предъявляемым требованиям нормативных документов. При этом превосходит антрацит по механической прочности, что позволяет продлить срок эксплуатации фильтра без замены и дозагрузки фильтрующего компонента. В ходе испытаний отмечено, что, в отличие от Диамикс Аква, по химической стойкости антрацит хотя и не отвечает по приросту солесодержания - железа в кислой среде, но это не оказывает сильного негативного влияния на процесс водоподготовки, так как в механических фильтрах в схеме известкования-коагуляции рН-среды щелочная.
При проведении сравнительных испытаний Диамикс Аква и антрацита в качестве фильтрующей загрузки механических фильтров в схеме предварительной очистки воды ТЭС было установлено (табл.2), что фильтровальная загрузка Диамикс Аква и антрацит при данном качестве исходной воды химически стабильны, фильтрование не ведёт к загрязнению фильтрата. Однако ресурс антрацита оказался гораздо меньше ресурса диатомитового сорбента и на последних этапах фильтрации наблюдался явный проскок загрязнителя на антрацитовом фильтре.
Также следует отметить, что сорбент Диамикс Аква в отличие от антрацита обладает сорбирующими свойствами по отношению к соединениям железа и алюминия. Для проведения испытаний были смоделированы условия работы механических фильтров. Так, через лабораторные колонки, загруженные 25 м3 фильтрующих материалов, пропускали модельный раствор со скоростью 10 м/час при температуре 23-25 0С.
Для приготовления модельного раствора использовали водопроводную воду и шламовые воды осветлителей (известково-коагулированная вода из зоны смешения осветлителя, содержащая взвешенные вещества в количестве 10 мг/дм3). Экспериментальные фильтры, загруженные сорбентом Диамикс Аква, были отключены после пропускания 12 дм3 воды, по снижению удельной нагрузки. Их наработка составила 12 дм3 воды, было задержано взвешенных веществ 2,97 г на дм3 сорбента. Фильтр, загруженный антрацитом, был отключён по проскоку взвешенных веществ в фильтрат. Наработка ниже 8 дм3 воды, задержано взвешенных веществ всего 1,98 г на дм3 антрацита.
Очистные сооружения ТЭС предназначены для очистки замазученных и масляных стоков от нефтепродуктов. В схемах очистки традиционно используется отстой, флотация, метод электронейтрализационной очистки и адсорбционный метод очистки на механических фильтрах, содержащих в качестве загрузки активированный уголь или антрацит.
Однако на сегодняшний день существуют более эффективные фильтрующие материалы, такие как Диамикс Аква. С этой целью были проведены исследования возможности применения материала Диамикс Аква в качестве фильтрующей загрузки механических фильтров очистных сооружений в сравнении с активным углем марки БАУ-А.
В ходе испытаний специалистами установлено, что Диамикс Аква превосходит уголь БАУ-А по своей сорбционной ёмкости по отношению к нефтепродуктам и длительности фильтроцикла.
Для сравнительной характеристики сорбционных свойств испытуемых материалов в лаборатории химической службы были воспроизведены условия эксплуатации механических фильтров в схеме очистки сточных вод от нефтепродуктов. Для этого через лабораторные колонки при температуре 23-25 0 С, загруженные сорбентами Диамикс Аква и углем БАУ-А в количестве 25 см3 , пропускали модельный раствор, содержащий нефтепродукты в количестве 10 мг/дм3 со скоростью 10 м/час. Модельный раствор приготовили из смеси нефтепродуктов мазут турбинное масло в соотношении 1:1. После пропуска 5 литров, с целью форсирования процесса насыщения сорбентов нефтепродуктами, через каждый литр пропущенного модельного раствора дополнительно вводили по 1,1 гр. нефтепродуктов в каждый фильтр. Сравнительная оценка сорбционной ёмкости ДИАМИКС АКВА и активированного угля марки БАУ-А по нефтепродуктам (табл.3)
Всего через фильтры было пропущено по 21 литру модельного раствора. На первом этапе все три фильтра показали высокую, практически одинаковую эффективность очистки от нефтепродуктов. В дальнейшем, при дополнительном вводе нефтепродуктов непосредственно на фильтрующую загрузку, адсорбционные свойства Диамикс Аква оказались значительно выше. Резкое повышение содержания нефтепродуктов после фильтрации с Диамикс Аква наблюдалось после пропуска 17 литров, после пропуска 19 литров содержание нефтепродуктов в фильтрате достигло их содержания в модельном растворе.
Количество адсорбированных нефтепродуктов составило 635,6 г/дм3 сорбента. В фильтрате угля БАУ-А резкое увеличение наблюдалось после пропуска 15 литров, количество адсорбированных нефтепродуктов составило 446 г/дм3 углем БАУ-А. Взрыхляющая отмывка обратным потоком воды (температурой 70-80 0С) позволила отмыть сорбенты от нефтепродуктов. Очевидно, что высокая сорбционная ёмкость Диамикс Аква, а также хорошая его отмываемость от нефтепродуктов характеризует его высокие эксплуатационные свойства, позволяет значительно сократить энерго- и водоресурсы на станциях водоочистки по сравнению с использованием антрацита, углей и кварцевого песка и особенно в гравитационных фильтрах на замазученных стоках. В результате проведённых сравнительных испытаний специалисты ИЦ «Энергопрогресс» дали следующие рекомендации: высокая эффективность сорбента Диамикс Аква по очистке от механических примесей, взвешенных веществ, нефтепродуктов позволяет широко использовать сорбент Диамикс Аква во всех схемах очистки воды. В схемах, где предусмотрено обессоливание, более эффективно комплексное использование антрацита и Диамикс Аква.
Выводы
1. Сорбент Диамикс Аква по сравнению с фильтровальными углями и антрацитом обладает более высокой механической прочностью, что обеспечивает значительно более длительный срок эксплуатации.
2. Сорбент Диамикс Аква имеет более высокие сорбционные свойства по отношению к соединениям железа и алюминия, что позволяет удалять механические примеси, взвешенные вещества и делает сорбент Диамикс Аква более эффективной фильтрующей загрузкой механических фильтров в схемах очистки природных и циркуляционных вод.
3. Эффективность Диамикс Аква при удалении нефтепродуктов в схеме очистки замазученных стоков, а также гораздо более низкий расход энерго- и водоресурсов на обратную промывку подтверждает необходимость и экономическую целесообразность использования данного сорбента при очистке сточных вод взамен антрацита и дробленого угля БАУ-А.
HeatClub #6/2020
