Приемы системного анализа и ресурсосберегающие электромембранные технологии при создании малосточной системы водопользования объектов энергетики Республики Татарстан

ЦЕЛЬ. теоретическое обоснование ресурсосберегающих технологий и разработка «концевых» электромембранных установок при создании малосточной системы водопользования объектов энергетики Республики Татарстан.

МЕТОДЫ. В работе использовались приемы системного анализа и была разработана математическая модель для описания движения водных потоков и концентраций веществ в них. Описано задействованное оборудование, сконструированное для экспериментальной и промышленной отработки предлагаемых технологий с техническими характеристиками разработанных аппаратов и установок.

РЕЗУЛЬТАТЫ. На тепловых электрических станциях по результатам проведенного системного анализа была показана возможность утилизации отходов водоподготовительных установок. Для переработки отходов испарительной водоподготовительной установки Казанской ТЭЦ-3 была реализована электромембранная технология очистки и разделения на двух последовательно соединенных аппаратах диффузионного диализа и электродиалиаза, позволяющие отделение щелочи от сточных вод и ее концентрирования. Конечными продуктами электромембранной переработки являются щелочной раствор с рН 13,86 и концентрацией ОН- ионов 2,7% (до 4%) и умягченный щелоче-солевой раствор. Присутствие солевых компонентов в щелочном растворе обнаруживается в пределах 2% по массе. Щелочной раствор может использоваться в цикле станции для регенерации анионитных фильтров I ступени. Щелоче-солевой раствор не содержит ионов жесткости и может подаваться на подпитку теплосети. Электромембранная установка позволяет перерабатывать за час 0,5 м³ щелочных отходов испарительной водоподготовительной установки. Образуются на выходе концентрированный щелочной раствор и щелоче-солевой раствор в пропорции - 1:9. Электромембранная установка потребляет 6 кВт*ч электроэнергии на переработку 1 м³ сточных вод. Работа установки характеризуется безотходностью и безреагентностью. На ионитной водоподготовительной установке Нижнекамской ТЭЦ-1 был предложен метод, разработана технология и смонтирована экспериментальная опытно-промышленная установка для переработки щелочных отработанных регенерационных растворов анионитных фильтров. Электродиализатор перерабатывает. Производительность установки составляет 1,5 м3 в час щелочных сточных вод с получением 0,15 тонн 4% щелочного раствора и потреблением электроэнергии - 4 кВт*ч на 1 м³ щелочных отработанных растворов. При работе установки отмечается полное отсутствие отходов с безреагентным процессом утилизации сточных вод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Возврат регенерированных растворов щелочи и умягченной воды в производственный цикл позволяет получить значительное улучшение показателей, характеризующих экологичность и ресурсосбережение без использования химических реагентов.

1. Росводресурсы [Электронный ресурс]. Доступно по : https://voda.gov.ru/

2. Долматов И.А. Обоснование уровня ставок платы за пользование водными объектами, находящимися в федеральной собственности, для ТЭЦ, использующих прямоточные системы технического водоснабжения: отчет о НИИР. Москва: Высшая школа экономики, 2018. 112 с.

3. Печников А.Ф, Шупарский А.И. Образование и утилизация токсичных отходов тепловых электростанций // Электрические станции. 2001. №4. С. 19-20.

4. Zhang C., Zhong L., Fu X., Wang J., Wu Z. Revealing water stress by the thermal power industry in China based on a high spatial resolution water withdrawal and consumption inventory // Environ. Sci. Technol. 2016. №50 (4). Р. 1642−1652.

5. Бойко Н.И., Одарюк В.А., Сафонов А.В. Основные направления безотходных и малоотходных технологий // Технологии гражданской безопасности. 2015. Т.12. № 1 (43). С. 68-72.

6. Salgot M., Folch M. Wastewater treatment and water reuse // Curr. Opin. Environ. Sci. Heal. 2018. №2. Р. 64–74.

7. Yaqub M., Lee W. Zero-liquid discharge (ZLD) technology for resource recovery from wastewater: A review // Science of the total environment. 2019. №681. Р. 551 –563.

8. Закиров И.А., Королев А.Г., Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Власов С.М., Паймин С.С.Ресурсосберегающие технологии при создании замкнутых систем водопользования на ТЭС //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11-12. С. 55-60.

9. Филимонова А.А. Электромембранные технологии в теплоэнергетике и промышленности // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10. № 4. С. 237-248.

10. Handojo L. Electro-membrane processes for organic acid recovery // RSC Adv. 2019. № 9. Р. 7854 –7869.

11. Reig M. Selectrodialysis and bipolar membrane electrodialysis combination for industrial process brines treatment: monovalent-divalent ions separation and acid and base production // Desalination. 2016. №399. Р. 88–95.

12. Scarazzato T. Water reclamation and chemicals recovery from a novel cyanide-free copper plating bath using electrodialysis membrane process // Desalination. 2018. №436. Р. 114–124.

13. Ward A.J. Nutrient recovery from wastewater through pilot scale electrodialysis // Water Res. 2018. №135. Р. 57–65.

14. Патент 2666425 С2 РФ. Способ снижения карбонатной жесткости воды и устройство для этого / А.М. Фридкин, Н.Р. Гребенщиков, А.В. Пименов, В.М. Сафин, М.М. Бубнов, М.И. Серушкин // Изобретения. Полезные модели. 2018. №25.

15. Антонов А.А., Михайленко В.Г. Очистка промышленных стоков методом электромембранного умягчения // В сборнике: Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов. Сборник докладов III Международной молодежной научной конференции. Белгород, 2015. С. 17-19.

16. Breytus A. Ion exchange membrane adsorption in Donnan dialysis // Separation and Purification Technology. 2019. №226. Р. 252–258.

17. Camacho L.M. Optimization of electrodialysis metathesis (EDM) desalination using factorial design methodology // Desalination. 2017. №403. Р. 136–143.

18. Pedersen-Bjergaarda S. Electromembrane extraction–Recent trends and where to go // Journal of pharmaceutical analysis. 2017. №7. Р. 141–147.

19. Zhang Y.F., Liu L., Du J., Fu R., Van der Bruggen B., Zhang Y. Fracsis: ion fractionation and metathesis by a NF-ED integrated system to improve water recovery // J. Membr. Sci. 2017. №523. Р. 385–393.

20. Davis J.R., Chen Y., Baygents J.C., Farrell J. Production of acids and bases for ion exchange regeneration from dilute salt solutions using bipolar membrane electrodialysis // ACS Sustainable Chem. Eng. 2015. №3 (9). Р. 2337−2342.

21. Tian W., Wang X., Fan C., Cui Z. Optimal treatment of hypersaline industrial wastewater via bipolar membrane electrodialysis // ACS Sustainable Chem. Eng. 2019. №7. Р. 12358−12368.

22. Zhang J., Niu D., Zhang X., Hu S. An economical process to recover sulfuric acid and tetrabutylammonium ions from acidic saline wastewater with organics // Desalin. Water Treat. 2018. №129. Р. 149−159.

23. Koter S. Transport of simple electrolyte solutions through ion-exchange membranes – the capillary model // J. Memb. Sci. 2002. № 206 (1-2). Р. 201-215.

24. Bejanidze I., Pohrebennyk V., Kharebava T., Koncelidze L., Jun S. Сorrection of the chemical composition of the washing waters received as a result of Н- cation exchange of ionexchange resin // International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM, Sofia. 2019. №19. P. 133-140.

25. Филимонова А.А., Чичиров А.А., Чичирова Н.Д. Утилизация жидких высокоминерализованных отходов химобессоливающей водоподготовительной установки ТЭС с генерацией электроэнергии методом обратного электродиализа // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 5. С. 382-390.

26. Mei Y., Tang C.Y. Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review // Desalination. 2018. №425. Р. 156–174.

27. Rijnaarts T., Moreno J., Saakes M., deVos W.M., Nijmeijer K. Role of anion exchange membrane fouling in reverse electrodialysis using natural feed waters // Colloids and Surfaces A. 2019. № 560. Р. 198–204.

28. Gioli P., Silingardi G.E., Ghiglio G. High quality water from refinery waste // Desalination. 1987. №67. Р. 271-282.

29. Вафин Т.Ф., Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Закиров И.А. Технологические схемы утилизации стоков водоподготовительных испарительных установок с использованием электромембранных аппаратов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2012. № 1-2. С. 182-186.

30. Седлов А.С. Исследование и отработка процесса использования продувочной воды многоступенчатой испарительной установки в цикле водоподготовки // Теплоэнергетика. 1991. №7. С. 22-26.