Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải trong các nhà máy nhiệt điện than

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC  NGUYỄN VĂN TUÂN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ HỒNG THÁI HÀ NỘI – 04/2018 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH SÁCH HÌNH DÙNG TRONG LUẬN VĂN DANH SÁCH BẢNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGUỒN ĐIỆN VÀ NGUỒN NƯỚC 1.1 Nhu cầu nhiệt điện than 1.2 Tình hình nguồn nước 1.2.1 Phân loại nước thải 10 1.2.2 Một số thông số đánh giá chất lượng nước thải 11 1.3 Các công nghệ xử lý nước thải công nghiệp 14 CHƯƠNG II XỬ LÝ NƯỚC TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 20 2.1 Chu trình xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than 20 2.1.1 Chu trình xử lý nước thải chứa dầu 20 2.1.2 Chu trình xử lý nước thải thông thường 21 2.1.3 Thuyết minh chu trình 22 2.2 Tính tốn cho bể chứa 24 2.3 Nguyên lý xử lý nước phương pháp lắng trọng lực 26 2.3.1 Cơ sở hoá học dung dịch keo tụ 26 2.3.2 Các phương pháp keo tụ 27 2.3.3 Keo tụ hệ keo ngược dấu 27 2.3.4 Những lưu ý sử dụng phèn nhôm 28 2.3.5 Đặc điểm chất trợ lắng……………………………… 29 2.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 30 2.4 Tính tốn cho bể lắng 35 2.4.1 Khái niệm chung 36 2.4.2 Lắng hạt keo tụ 36 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than 2.4.3 Bể lắng nhà máy 37 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lắng nước thải 38 2.4.5 Tính tốn lựa chọn bể lắng cho nhà máy 44 2.4.6 Cân chất trình lắng 46 2.5 Lọc loại bể lọc 50 2.5.1 Lý thuyết trình lọc nước 50 2.5.2 Các loại vật liệu lọc phổ biến 57 2.5.3 Đặc điểm số bể lọc 57 2.6 Cấu tạo bình lọc khí nhà máy nhiệt điện 62 2.6.1 Bể lọc nhiều lớp 62 2.6.2 Bể lọc than hoạt tính 63 2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc nước 66 CHƯƠNG III XỬ LÝ NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH 68 3.1 Khử khí nước trước đưa vào lò 68 3.1.1 Mục đích khử khí nước cấp lị 68 3.1.2 Các phương pháp khử khí 69 3.3 Khử chất có khả sinh cáu bám lị 72 3.2.1 Mục đích, ý nghĩa 72 3.2.2 Phương pháp xử lý nước lò phương pháp hóa học 73 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các thơng tin trích dẫn luận văn chỉ rõ nguồn gốc Các số liệu sử dụng, kết nghiên cứu nêu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn công nghệ nhà máy nghiên cứu chưa từng cơng bố bất kỳ cơng trình khác Học viên Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, Tôi chân thành cảm ơn TS Vũ Hồng Thái, TS Nguyễn Trung Dũng GS TS NGƯT Phạm Văn Thiêm GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Kỹ Thuật Hoá Học, Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thầy, Cơ giáo tận tình giảng dạy, trao đổi kiến thức hỡ trợ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học đạt kết tốt Cuối cùng, Tôi xin dành biết ơn đặc biệt gia đình, ng̀n động lực để tơi có sức mạnh vượt qua khó khăn suốt trình học tập thực nghiên cứu Dù cố gắng hoàn thành luận văn tất nghiên cứu học hỏi tâm huyết, song luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận góp ý chân thành từ quý Thầy, Cô Hà Nội, ngày tháng Học viên Nguyễn Văn Tuân – CB160008 năm 2018 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than DANH SÁCH HÌNH DÙNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1: Cơ cấu ng̀n điện qua năm 2016 2020 Hình 2: Sơ đờ hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp điển hình 15 Hình 3: Xử lý nước thải giai đoạn 16 Hình 4: Xử lý nước thải giai đoạn 17 Hình 5: Xử lý nước thải giai đoạn 18 Hình 6: Chu trình xử lý nước thải chứa dầu 20 Hình 7: Cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện 21 Hình 8: Sơ đờ cơng nghệ xử lý nước nhà máy nhiệt điện than 22 Hình 9: Cấu tạo hạt keo 26 Hình 10: Q trình hình thành bơng cặn 30 Hình 11: Thí nghiệm q trình lắng 37 Hình 12: Cấu tạo bể lắng 38 Hình 13: Trị số Arcsimet theo kích thước hạt độ nhớt mơi trường 40 Hình 14: Độ nhớt huyền phù thay đổi theo nồng độ hạt 42 Hình 15: Vận tốc lắng hạt theo đường kính nờng độ hạt 42 Hình 16: Vận tốc lắng hạt thay đổi theo đường kính hạt 43 Hình 17: Lựa chọn diện tích bể lắng theo vận tốc lắng 43 Hình 18: Lựa chọn lưu lượng vào bể lắng biết vận tốc lắng 44 Hình 19: Mơ hình trình lắng 46 Hình 20: Mơ hình bể lắng 50 Hình 21: V=200.e-0,4X 51 Hình 22: GS = X.200.e-0,4X 47 Hình 23: Gtt = X.200.e-0,4X +u.X 52 Hình 24: Giới hạn hoạt động bể 48 Hình 25: Cân chất xử lý nước thải Nhiệt điện Duyên Hải 49 Hình 26: Cơ chế lọc nước 50 Hình 27: Biểu đờ Linquist thể q trình tăng trở lực lớp lọc 55 Hình 28: Trở lực rửa lọc phụ thuộc vào đường kính vật liệu lọc 56 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Hình 29: Cấu tạo bể lọc chậm 58 Hình 30: Cấu tạo bể lọc nhanh 59 Hình 31: Bể lọc tiếp xúc 59 Hình 32: Cấu tạo bể lọc áp lực 60 Hình 33: Hình ảnh than hoạt tính 64 Hình 34: Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp thụ Hg(II) than hoạt tính 65 Hình 35: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ Hg (II) than hoạt tính 65 Hình 36: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ As than hoạt tính 66 Hình 37: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ Pb than hoạt tính 66 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than DANH SÁCH BẢNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1: Quy hoạch nhà máy nhiệt điện (2011-2020) Bảng 2: Thông số thiết kế bể chứa 25 Bảng 3: Liều lượng Nhôm sunphat theo hàm lượng cặn 33 Bảng 4: Thông số thiết kế bể pH 34 Bảng 5: Thông số thiết kế bể tạo keo 35 Bảng 6: Thông số thiết kế bể tạo 35 Bảng 7: Độ nhớt nước theo nhiệt độ 40 Bảng 8: Thông số thiết kế bể lắng 45 Bảng 9: Các chỉ tiêu vật liệu lọc tốc độ lọc bể lọc áp lực 60 Bảng 10: Các loại bể lọc chế độ làm việc bình thường tăng cường 61 Bảng 11: Thông số bể lọc nhiều lớp nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 63 Bảng 12: Kích thước vật liệu lọc bể lọc 63 Bảng 13: Thông số hoạt động bể lọc 63 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than LỜI MỞ ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện cho nhà máy, khu chế xuất nhu cầu tiêu thụ điện sinh hoạt người dân ngày lớn, nhà máy sản xuất điện liên tục xây để đáp ứng nhu cầu ngày lớn Từ trước đến nhà máy thủy điện xây dựng chủ yếu nhờ ưu điểm gây tác động đến mơi trường, công suất lớn, quan trọng nước ta, thủy điện có tiềm phát triển lớn nhờ hệ thống sông hồ phong phú với lưu lượng nước lớn nên nhà máy thủy điện thủy điện Hịa Bình, thủy điện Ialy, thủy điện Sơn La, thủy điện Lai Châu hàng trăm thủy nhà máy thủy điện với công suất từ vài chục đến vài trăm MW xây dựng khắp đất nước nhằm phục vụ nhu cầu sử dụng điện Tuy nhiên với phát triển giới, ngành công nghiệp sản xuất, khai thác chế biến phát triển mạnh nhu cầu tiêu thụ điện tăng cao, địi hỏi tìm ng̀n lượng để đáp ứng, nguồn lượng sử dụng nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, nhiệt điện khí, hay nhà máy điện gió, điện hạt nhân, hay địa nhiệt điện nghiên cứu, đầu tư xây dựng Với tình hình nước ta, xây dựng nhà máy nhiệt điện than ưu tiên hàng đầu với tài nguyên sẵn có lợi phát triển nhiệt điện nguồn nguyên liệu dồi than, khí, nước giá thành xây dựng rẻ nhanh khai thác Qua ta thấy vai trò to lớn nhà máy nhiệt điện than ngành lượng Một nguyên liệu quan trọng sử dụng với nhu cầu lớn nhà máy nhiệt điện than ng̀n nước Nên tìm hiểu công nghệ vận hành xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than vấn đề quan tâm Do xử lý nước thải cho nhà máy ưu tiên hàng đầu nhà máy nhiệt điện than nhằm hạn chế tác động đến môi trường, tiết kiệm nguồn nước vận hành nhà máy an tồn hiệu Bản luận văn tơi trình bày nghiên cứu ứng dụng hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGUỒN ĐIỆN VÀ NGUỒN NƯỚC 1.1 Nhu cầu nhiệt điện than [11] Hiện nhu cầu tiêu thụ điện lớn, nguyên nhân phát triển mạnh khu công nghiệp, khu chế xuất nhu cầu người dân tăng cao, khả đáp ứng điện ngành điện chưa theo kịp Trước ngành điện nước ta chủ yếu dựa vào thủy điện với nhà máy thủy điện lớn Hịa Bình, Sơn La Lai Châu, Ialy nhiều nhà máy thủy điện vừa nhỏ khác Hiện tài nguyên thủy điện gần khai thác tối đa mặt kinh tế tác động tới môi trường Nhờ phát triển mạnh ngành công nghệ đặc biệt công nghệ nhiệt điện với ng̀n tài ngun than có trữ lượng lớn nên phát triển nhà máy nhiệt điện than xu hướng phù hợp mang lại nhiều lợi ích cho nước ta Các nguồn lượng nước ta qua thể qua hình Năm 2016 Năm 2020 Hình 1: Cơ cấu ng̀n điện qua năm 2016 2020 [11] Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than xác định phương pháp hấp phụ khí Một mức độ hoạt hóa đủ cho ứng dụng có ích đạt từ diện tích bề mặt cao, nữa, xử lý hóa học thường làm tăng tính chất hấp phụ Than hoạt tính thường thu từ than củi thỉnh thoảng than sinh học Những loại thu từ than đá hay cốc gọi than đá hoạt tính cốc hoạt tính Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngồi lớn nên ứng dụng chất lý tưởng để lọc hút nhiều loại hóa chất, kim loại nặng Thuộc tính làm tăng ý nghĩa than hoạt tính cịn phương diện chất khơng độc, q trình sử dụng, than hoạt tính cịn phải chịu tác động vật lý như: bị đặt dòng chảy lỏng, tác động áp suất, than cần phải đảm bảo yếu tố độ cứng nhằm giữ nguyên vẹn cấu trúc q trình sử dụng phục hời Độ cứng than phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu đầu vào mức độ q trình hoạt hóa Cấu tạo than hoạt tính bao gờm ngun tố: 88%C, 6÷7%O, 0.5%H, 0.5%N, 1.0%S Than thường dạng hạt dạng bột Bằng thực nghiệm thực tế người ta có biểu đờ thể khả hấp thụ số chất có hại nước Pb, As Hg theo điều liện khác Hình 33 : Hình ảnh than hoạt tính [11] Nguyễn Văn Tuân – CB160008 64 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Oxit lưu huỳnh hoá Lưu huỳnh hoá Ban đầu Oxi hoá Tỉ lệ Hg(II) bị hấp phụ Hàm lượng Hg(II) ppm Hình 34: Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp thụ Hg(II) than hoạt tính [2, 3] Hàm lượng C (mg) Hình 35: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ Hg (II) than hoạt tính [2, 3] Nguyễn Văn Tuân – CB160008 65 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Hình 36: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ As than hoạt tính [2, Thế Zeta (mV) 3] Khơng oxi hố Oxi điện hố Hình 37: Ảnh hưởng pH đến hấp thụ Pb than hoạt tính [2, 3] 2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lọc nước Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến vận hành lọc gồm có: tốc độ lọc, rửa ngược, tính đờng dòng nước a) Tốc độ lọc Tốc độ lọc bể lọc không cho phép chậm nhanh Tốc độ lọc chậm làm cho công suất đơn vị diện tích lọc bể nhỏ Để đạt đến cơng suất định, cần tăng diện tích lọc bể nhỏ Để đạt đến công suất định, cần tăng diện tích lọc, phí đầu tư lớn, cờng kềnh khơng có lợi Nhưng tới độ lọc nhanh làm giảm chất lượng nước Tốc độ lọc thường 15 ÷ 25m3/h phù hợp Tốc độ lọc lớn cho phép, chủ yếu cỡ hạt vật liệu lọc định, cỡ hạt nhỏ, tốc độ lọc cho phép nhỏ Khi tốc độ lọc tăng lớn, cặn bùn dư lại nước tăng nhiều, chu kỳ lọc rút ngắn b) Rửa ngược Nguyễn Văn Tuân – CB160008 66 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Khi bể lọc vận hành đến mức độ tổn thất cột nước định, phải dùng nước rửa ngược từ thông qua lớp lọc lên trên, để khử cặn bùn lọc ra, khôi phục lại lực lọc vật liệu lọc Để rửa vật bẩn, lưu tốc dòng nước dùng rửa ngược thời gian rửa ngược phải đủ Mức độ lớn nhỏ tốc độ dòng nước rửa ngược phụ thuộc vào kích thước vật liệu lọc độ nhít nước (tức phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ cao độ nhớt nhỏ) Ở nhà máy nhiệt điện có lắp đặt đường khí nén nhằm làm tơi xốp vật liệu lọc, đờng thời xục khí nén vào làm cho hạt lọc cọ sát vào dẫn tới thời gian rửa ngược rút ngắn mà hiệu rửa vẫn cao c) Tính đờng dịng nước Bể lọc trình lọc rửa ngược u cầu dịng nước phân bố đờng tồn mặt cắt bể lọc Nếu không bể lọc không phát huy hết công suất Nguyễn Văn Tuân – CB160008 67 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than CHƯƠNG III XỬ LÝ NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH Nước đưa vào nhà máy gồm lượng lớn nước ngưng nước cấp bổ sung qua xử lý Trong nước cấp, nước ngưng đưa vào có chứa lượng khí hịa tan có tính ăn mịn kim loại chủ yếu O2 CO2 lượng muối nhỏ vẫn có khả tạo cáu bám gây nguy hiểm cho lò vận hành Vì vậy, để lị vận hành an tồn ta phải tiến hành xử lý khí muối Các q trình xử lý gọi chung xử lý nước lị Q trình xử lý nước lị gờm hai giai đoạn: + Khử khí O2, CO2 hòa tan nước + Khử muối có khả sinh tượng cáu bám nước lị 3.1 Khử khí nước trước đưa vào lị 3.1.1 Mục đích khử khí nước cấp lị [2, 3, 4] Các khí hịa tan có tính ăn mịn kim loại O2 CO2 có khả ăn mòn phá hủy kim loại Các sản phẩm ăn mịn tạo như: Fe(OH)3, FeCO3,…cũng có tác hại lớn Fe(OH)3 FeCO3 theo nước vào lò hơi, tác dụng nhiệt độ nước bốc mãnh liệt làm cho nờng độ tích tụ chúng ngày cao, đến lúc tạo thành cáu bám lên thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt, tốn nhiên liệu, dẫn đến giảm hiệu suất lò, gây cố lò dẫn đến nổ ống + Ăn mịn O2 Q trình ăn mịn O2 xảy theo chế ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa Q trình ăn mịn hóa học chủ yếu xảy vùng có nhiệt độ cao, cịn ăn mịn điện hóa xảy nhiệt độ thấp Sự ăn mòn oxy lò chủ yếu xảy theo chế ăn mịn điện hóa Cơ chế q trình ăn mịn điện hóa xảy sau: Ở anot xảy q trình oxy hóa cịn catot xảy trình khử với tham gia O2 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 68 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Các phản ứng sau: H+ + OH- (3.1) Fe2+ (3.2) Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 (3.3) Fe(OH)2 + O2 +H2O Fe(OH)3 (3.4) H2O Anot: Fe Catot: - 2e O2 + H2O + 4e 2H+ + 1/2 O2 + 2e 4OH- (3.5) H2O (3.6) + Sự ăn mịn khí CO2: Khí CO2 hòa tan nước tạo H2CO3 làm giảm pH nước ăn mòn kim loại Phản ứng ăn mòn xảy CO2 + Fe + H2O FeCO3 + H2 (3.7) Mục đích xử lý khí nhằm khử tồn khí hịa tan O2, CO2 cịn sót lại nước, để tránh ăn mịn phá hủy kim loại chống đóng cáu lị 3.1.2 Các phương pháp khử khí [2, 3] Để khử triệt để O2 CO2 có nước, người ta dùng kết hợp phương pháp nhiệt phương pháp hóa chất a) Khử khí nhiệt + Bản chất hịa tan khí nước Ở bề mặt tiếp xúc pha lỏng pha khí có khuếch tán phần tử khí từ pha khí sang pha lỏng ngược lại Khi áp suất riêng phần chất khí pha nhỏ pha trình khuếch tán xảy Nếu áp suất riêng phần khí hai pha nhau, trình trao đổi ngừng lại cân động hai môi trường thiết lập Như vậy, điều kiện định, nước tờn lượng khí hịa tan Lượng khí gọi độ hịa tan khí Theo định luật Henry điều kiện cân ta có Nguyễn Văn Tuân – CB160008 69 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Ci = K H pi (3.8) i Trong đó: Ci: nờng độ chất khí i pha lỏng, mol/m3 pi: áp suất riêng phần khí i pha khí, atm K H : số Henry khí i, mol/m3.bar i Với pi = xi.Pg (3.9) xi: phần thể tích khí i pha khí Pg: áp suất chung hỡn hợp khí Hằng số Henry khí phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng số Henry giảm + Nguyên tắc khử khí nhiệt Muốn loại trừ hết khí hịa tan khỏi nước phải giảm đến mức tối đa áp suất riêng phần chúng bề mặt nước Để thực điều điều kiện tốt đun sơi nước, lúc bề mặt nước chỉ cịn loại khí nước, cịn tất loại khí khác khơng cịn bị nước chiếm chỡ Vì mà áp suất riêng phần loại khí bề mặt nước xấp xỉ khơng Tồn khí hịa tan bị đẩy Ở nhà máy nhiệt điện người ta dùng bình khử khí nhiệt áp suất atm Nước sau khử khí đạt tiêu chuẩn có hàm lượng O2 < 10 mg/l CO2 < 0,03 mg/l b) Khử khí hóa chất Khử khí hóa chất dùng loại hóa chất cho vào nước để khử khí hịa tan nước Phương pháp chỉ dùng với nước qua gia nhiệt khử khí, O2 CO2 hịa tan nước bị khử hầu hết - Khử O2 nước Nguyễn Văn Tuân – CB160008 70 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Cơ sở phương pháp đưa vào nước chất dễ bị oxy hóa O2 hịa tan Khi cho chất khử vào, nờng độ O2 hòa tan giảm xuống Chất khử thường dùng Na2SO3, SO2, natrithiosunfat, hydrazin… + Khi dùng Na2SO3, SO2, natrithiosunfat,… phản ứng khử tạo cặn muối khó hịa tan nước, người ta it dùng hóa chất để khử O2 Các phản ứng khử xảy [1,2] 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 (3.10) SO2 + Ca(HCO3)2 CaSO3 + 2CO2 + H2O (3.11) 2CaSO3 + O2 2CaSO4 (3.12) 2Na2S2O3 + 5O2 4Na2SO4 (3.13) + Khi dùng hydrazin để khử O2 hòa tan, phản ứng tạo khí N2 (loại khí trơ khơng gây nguy hiểm cho lị hơi) nước Phản ứng khử xảy sau [1,2] N2H4 + O2 2H2O + N2 (3.14) So với Na2SO3, hydrazin có ưu điểm hơn: khơng làm tăng lượng cặn khơng hịa tan nước; tính theo trọng lượng hydrazin sử dụng lần Tuy nhiên hydrazin có tính ăn mịn mạnh, có tính độc, ăn mịn da thịt, với hỡn hợp khơng khí gây cháy nổ Do sử dụng hydrzin phải cẩn thận Khi pha vào nước hydrazin làm tăng độ kiềm nước Có nhiều loại hydrazin như: hydrazin hydrat, mono axit sunfuric hydrazin, mono axit photphoric hydrazine,… loại hydrazin hydrat (N2H4.H2O) không giảm độ pH nước không làm tăng loại ion gây cáu cặn Hiện nhà máy nhiệt điện sử dụng loại hóa chất hydrazin để khử O2 Người ta cấp hydrazin vào đầu đẩy bơm nước ngưng để tận dụng lực đẩy bơm đoạn đường lại dài nên có tác dụng triệt để với O2 Để tăng tốc độ phản ứng khử O2 ta tăng liều lượng hóa chất đưa vào so với lượng hóa chất cần thiết Tốc độ phản ứng tăng nhanh đun nóng Nguyễn Văn Tuân – CB160008 71 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than nước Ngoài ra, để tăng tốc độ phản ứng dùng CuSO4, coban sunfat mangan oxit làm chất xúc tác + Khử CO2 amôniac (NH3) Amoniac tan nhiều nước làm cho nước có tính kiềm, nâng cao trị số pH nước Dung dịch amoniac nước amon hydroxit (NH4OH) Xử lý nước lị NH4OH làm tăng độ pH mà khơng làm tăng nồng độ ion gây cáu cặn NH4OH có tác dụng khử CO2 hịa tan nước Phản ứng xảy sau [1,2] NH4OH + CO2 NH4HCO3 (3.15) 2NH4OH + CO2 (NH4)2CO3 + H2O (3.16) Amoniac cấp vào đầu hút bơm nước cấp vị trí sau khử khí nhiệt NH3 khơng bị khử khí mà cịn lợi dụng lực hút bơm Nồng độ NH3 không cao 1000 µg/l cao q có mặt oxy gây ăn mịn hợp kim đờng 2Cu + O2 Cu2+ + 4NH4OH 2CuO (3.17) [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O (3.18) 3.3 Khử chất có khả sinh cáu bám lị [2, 3] 3.2.1 Mục đích, ý nghĩa Như biết, chất lượng nước lị khơng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm chất lượng xấu gây đóng cáu tua bin, mà gây ăn mòn đến thiết bị nhiệt, trực tiếp lò hơi, sau thời gian vận hành cặn nước bám vào thành ống thiết bị nhiệt gây nên tượng đóng cáu Trong lị hơi, nước ln ln bị bốc cô đặc liên tục nồng độ ion Ca2+, Mg2+ nước lị tăng đến trị số tương đối lớn Do cáu bám dễ dàng hình thành Vì việc khử chất có khả sinh cáu bám lò quan trọng Nguyên tắc xử lý nước lò dùng phương pháp hóa học làm cho tạp chất rắn lắng dạng bùn rời xả ngồi Nguyễn Văn Tuân – CB160008 72 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than 3.2.2 Phương pháp xử lý nước lị phương pháp hóa học Người ta cho trực tiếp hóa chất vào nước lị Các hóa chất tạo hợp chất với ion sinh cáu bám (Ca2+, Mg2+) tạo kết tủa lắng dạng cáu bùn xả ngồi Những hóa chất dùng là: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O Na2HPO4.12H2O,… Trong natri photphat dùng rộng rãi nên nhiều người ta gọi chế độ photphat hóa nước lị Cịn lị nhỏ dùng NaOH Na2CO3 + Xử lý nước lò Na2CO3: Người ta biết dung dịch chứa muối trạng thái phân ly, muối chỉ lắng xuống thể rắn tích số nồng độ ion đạt đến trị số số xác định từng cặp ion chủ yếu xác định theo nhiệt độ Hằng số Êy giới hạn hòa tan muối nhiệt độ gọi độ hịa tan Ví dụ: Độ hịa tan CaSO4 CaCO3 nhiệt độ tương ứng với số K K1 theo công thức [4] K= [Ca2+].[SO42-] (3.19) K1=[ Ca2+].[CO32-] (3.20) Để cho Ca2+ lắng xuống dạng CaCO3 cần đảm bảo có lượng thừa CO32- Lượng thừa phải lớn nồng độ SO42- dung dịch cao Do lượng CO32- lớn so với SO42- nên giá trị K1 biểu thức (3.20) nhanh chóng đạt trước giá trị K biểu thức (3.19) kịp đạt tới, Ca2+ chủ yếu lắng xuống dạng CaCO3, cáu bùn CaSO4 dạng cáu cứng Bằng cách ta ngăn ngừa thạch cao CaSO4 không lắng xuống thành cáu bám cứng Vậy đưa ion CO32- dạng Na2CO3 vào lị để nâng cao nờng độ CO32- đạt giới hạn hòa tan CaCO3 lúc nồng độ Ca2+ nhỏ so với Nguyễn Văn Tuân – CB160008 73 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than giới hạn hòa tan CaSO4 kết CaCO3 lắng xuống CaSO4 Khi tăng áp suất tăng nồng độ SO42- nờng độ CO32- tiêu tốn tăng Khi áp suất cao 15 atm, Na2CO3 bị thủy phân theo phương trình: Na2CO3 + H2O 2NaOH + CO2 (3.21) Do nồng độ CO32- không đảm bảo, lượng NaOH tạo tăng độ kiềm gây nhiều tác hại Do nhược điểm nên lò làm việc áp suất cao 15 atm người không Na2CO3 mà dùng Na3PO4 + Xử lý nước lò muối photphat: Na3PO4 cho vào nước lò phân ly ion PO43-, chúng liên kết với ion Ca2+, Mg2+ muối silicat, sunfat tạo thành kết tủa dạng bùn khơng dính bám Do đó, xả lị chúng theo nước xả lị ngồi Phản ứng sau: 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 (3.22) 3CaSO4 Ca3(PO4)2 (3.23) + 2Na3PO4 + 3Na2SO4 3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3 (3.24) 10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2 (3.25) Phản ứng cuối tiến hành nước lị có độ pH > 10 Các muối Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2 loại cáu bám chắc, cịn hydroxin apatit dạng bùn khơng dính bám Sự ưu tiên phản ứng tùy vào độ pH + Nếu nước lị có độ pH > 10 nghĩa số ion hydroxyn OH- lớn đưa vào lị Na3PO4 hỡn hợp Na2PO4 có tương tác ion PO43- với ion OH- Ca2+ tạo nên hydroxyn apatit Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 hay Ca10(PO4)6.(OH)2 liên kết khó hịa tan, tách dạng bùn, xả ngồi Nguyễn Văn Tn – CB160008 74 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Độ hòa tan hydroxyn apatit phụ thuộc vào độ kiềm nước Độ kiềm lớn độ hịa tan giảm, thí dụ áp suất 10 bar độ pH = độ hòa tan mg/l cịn pH = độ hịa tan khoảng mg/l Độ hòa tan hydroxyn apatit phụ thuộc vào độ kiềm nước độ kiềm lớn độ hịa tan giảm, thí dụ áp suất 10 bar độ pH = độ hòa tan 4mg/l pH = độ hịa tan cịn khoảng mg/l + Nếu nước có độ pH < 7,5 ÷ ion photphat liên kết với Ca2+ để tạo nên Ca3(PO4)2 loại cáu bám lên bề mặt Vì để dùng muối phôtphat làm chất xử lý phải trì độ pH nước pH >10 Khi trì lượng PO43- dư , với độ pH > 10 hàm lượng Ca2+, Mg2+ nước nhỏ, khơng gây đóng cáu Thậm chí nờng độ ion SO42hoặc SiO32- nước lị tưong đối cao sinh thành cáu CaSO4 CaSiO3 Trong nước lị trì ion PO43- dư nước lị có tính kiềm Na3PO4 thủy phân nấc thứ theo phản ứng: Na3PO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH (3.26) Do bốc cô đặc liên tục nước lò nên mức độ thủy phân muối giảm Vì vậy, độ kiềm khơng thể đạt đến nồng độ cao để gây nguy hiểm ăn mòn thiết bị lò NaOH sinh từ thủy phân muối photphat có tác dụng làm màng bảo vệ kim loại, đờng thời trì pH nước lò ( 9,3 < pH < 10,7 ) Lượng kiềm cho phép tờn nước lị tùy vào hàm lượng muối Photphat cho vào 3.3 Cáu bùn Là loại cáu giống bùn, lắng xuống nước tuần hồn Nó gờm có CaCO3, Mg(OH)2, Ca3(PO4)2 tạp chất học Bằng cách xả lị đưa cáu bùn ngồi dễ dàng Nguyễn Văn Tuân – CB160008 75 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than KẾT LUẬN I Những kết đạt luận văn Trình bày tổng quan nhu cầu cấu nguồn lượng điện tình hình ng̀n nước nước ta Đánh giá lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp với đặc điểm nguồn thải nhà máy nhiệt điện Sử dụng cơng thức Acsimet Stock để tính tốn vận tốc lắng hạt keo nước thải mơ hình hóa kết phần mềm matlab, qua tính tốn lựa chọn thơng số công nghệ dây chuyền Sử dụng cơng thức thực nghiệm Kozeny Carman q trình lọc để tính tốn trở lực q trình lọc vận tốc thổi ngược trình rửa lọc Nghiên cứu đặc điểm than hoạt tính ảnh hưởng yếu tố tới q trình hấp phụ than hoạt tính chất độc hại trình xử lý nước II Kiến nghị hướng nghiên cứu Nghiên cứu phương án nâng cao hiệu suất bể lắng, để tách bùn có hàm lượng cao bơm sang bể bùn đồng thời giảm hàm lượng bùn nước chảy tràn trước đưa vào bể lọc nhằm giảm thời gian lọc tiết kiệm chi phí cho vật liệu lọc q trình rửa lọc Nghiên cứu tìm chất tạo keo tạo kết tủa lắng tốt nhằm tăng suất công nghệ, xác định thông số thực nghiệm công thức Vesilind cho từng nhà máy cụ thể Nghiên cứu phương án đưa công nghệ xử lý nước thải áp dụng với nguồn nước bị ô nhiễm tự nhiên ao, hồ, sông, … với hiệu cao chi phí thấp Nguyễn Văn Tuân – CB160008 76 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Thị An, Giáo trình trình thiết bị thủy cơng nghiệp hóa chất, NXB Bách Khoa, (1976) Cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (2013) Công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân (2012) Lê Tự Hải, Giáo trình điện hóa học, NXB Đà Nẵng, (2009) Đinh Văn Hoan, Giáo trình hóa keo, Bộ mơn Hóa lý, ĐHBK Hà nội, (1984) Hồng Huệ, Giáo trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng Hà Nội, (1996) Trịnh Xn Lai, Tính tốn cơng trình hệ thống cấp nước thải, NXB Xây Dựng Hà Nội, (2000) Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXB KHKT, Hà Nội (2005) Trần Hiếu Nhuệ, Giáo trình nước xử lý nước thải cơng nghiệp, NXB KHKT Hà Nội, (2001) 10 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT 11 Quy hoạch Điện VII giai đoạn 2011 – 2020, 1208/QĐ-TTg - 21/7/2011 12 Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Văn Nghĩa, Lắng lọc xử lý nước thải, Đại học khoa học Huế, (2011) 13 Nguyễn Thị Thu Thủy, Giáo trình xử lý nước cấp sinh hoạt công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội (2005) 14 Trung tâm đào tạo ngành nước môi trường, Sổ tay xử lý nước, NXB Xây dựng, Hà Nội (2010) 15 Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 33:1985 cấp nước - mạng lưới bên ngồi cơng trình - tiêu chuẩn thiết kế 16 Tổng cục môi trường, Hướng dẫn đánh giá phù hợp công nghệ xử lý nước thải giới thiệu số công nghệ xử lý nước thải ngành Chế biến thuỷ sản, Dệt may, Giấy bột giấy, Hà Nội, (2011) 17 Nguyễn Thị Thu, Hóa keo, NXB Đại học Sư Phạm, (2012) 18 Phan Xn Vận, Giáo trình Hóa keo, Đại học Nông Nghiệp I Hà Nội, (2006) Nguyễn Văn Tuân – CB160008 77 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than 19 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật 20 Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Hờ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật 21 Armbruster, M., Krebs, P., Rodi, W (2001), Numerical modelling of dynamic sludge blanket behaviour in secondary clarifiers Water Science and Technology 43 (11), 173-180 22 Dahl, C.Larsen, T & Petersen, O (1994), Numerical modellingand measurement in a test secondary settling tank, Wat Sci Tech 30(2), 219-228 23 Daniel K Nix, John Scott Taylor, (2003), Filter evaluation procedures for granular media, AWWA 24 Ekama, G.A., Barnard, J.L.,E.J (1997), Secondary Settling Tanks, Theory, Modelling, Design and Operation IAWQ Scientific and Technical Report No 6, London 25 Krebs,P (1991), The hydraulics of final settling tanks,Wat Sci.Tech, 23 Kyoto, 1037-1046 26 Krebs, P.Vischer, D Gujer, W (1995), Inlet-structure design for final clarifiers, Journal of Environmental Engineering, 121(8), 558-564 27 Krebs, P (1991).
 The hydraulics of final settling tanks Water Science and Technology 23 (4e6), 1037-1046 28 Myong Jin Yu, (1983), Design parameters for filter capacity 29 Larsen, P., (1977), On the Hydraulics of Rectangular Settling Basins, vol 1001 Dep Water Research Engineering, Lund Institute for Technology, University of Lund, Sweden 30 Richard P Beverly, (2005), Filter troubleshooting and design handbook, AWWA 31 Vesilind, B.A (1968), Design of prototype thickeners from batch settling tests Water and Sewage Works Mount Morris 115 (7), 302-307 Nguyễn Văn Tuân – CB160008 78 ... trình bày nghiên cứu ứng dụng hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Nguyễn Văn Tuân – CB160008 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than CHƯƠNG I... 15 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Hình 3: Xử lý nước thải giai đoạn [16] Nguyễn Văn Tuân – CB160008 16 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý. .. lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Hình 4: Xử lý nước thải giai đoạn [16] Nguyễn Văn Tuân – CB160008 17 Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện than Hình 5: Xử