تصفیه فاضلابهای حاصل از شستشوی شیمیایی سطوح مجاور دود در نیروگاههای سوخت فسیلی

در نیروگاهای با سوخت سنگین بخصوص نیروگاههایی که از مازوت با درصد گوگرد بالا استفاده می کنند، سطوح محفظه احتراق بویلر، یانگستروم و دودکش بعلت تماس مستقیم محصولات احتراق همواره پوشیده از رسوبات ترکیبات مختلف است.

با توجه به کیفیت سوخت مصرفی در این نیروگاهها اغلب رسوبات دوده، ترکیبات وانادیم، نیکل و ترکیبات گوگرددار در سطوح این مناطق یافت می شود.

فاضلابهای حاصل از شستشوی شیمیایی این سطوح حاوی مواد سمی بوده و در حقیقت فاضلاب خطرناک در یک نیروگاه را تشکیل می دهند. به دلیل کم بودن حجم این گونه فاضلابها نسبت به دیگر فاضلابهای تولید شده در یک نیروگاه بخاری، حذف آلودگی آنها با فرآیند شیمیایی به طریق رسوب گذاری قبل از مخلوط شدن با فاضلاب سایر فرآیندها یکی از متداولترین روشها است.

عملیات تصفیه

تصفیه فاضلاب ناشی از شستشوی حرارتی کوره ها، هیترهای هوا و دودکش نیروگاهها به کیفیت فاضلاب و احتمالاً به خارج سازی موادی از قبیل ترکیبات وانادیم و نیکل و دیگر فلزات سنگین دیگر مربوط می شود. آب شستشو از هیترهای هوا بصورت محلولهای اسیدی با ۳ ۳/۱ = PH شامل اکسیدهای آهن، فزات سنگین، اسید سیلیسیک، باقیمانده سوخت و خاکستر غیرمحلول است که می توان به راحتی با استفاده از واکنشهای رسوب دهی، و ته نشینی، سولفاتهای فلزات سنگین (بیشتر آهن) وانادیم، نیکل، مس و دیگر ترکیبات را جدا کرد.

جهت انتخاب تکنولوژی مناسب برای تصفیه این فاضلاب ها اصولاً باید شناخت کاملی از جزییات ترکیبات و خواص و ناخالصیهای موجود در آن داشته باشیم.

طی مطالعات و بررسی های انجام گرفته در این زمینه آهن بصورت یونهای Fe۲+ یا Fe۳+ در فاضلابهای شستشو حضور دارد. وانادیم در محلولهای اسیدی به شکل کمپلکس یونی موجود بوده و ترکیب آن به PH محلول بستگی خواهد داشت. در محلولهای با PH پایین یون کمپلکس بصورت [VO(SO۴)۲] و [VO(SO۴)۳]۳ و در محلولهای اسیدی متعادل به شکل VO۲+۲ و VO۳+۳ و در محلولهای اسیدی ضعیف و نرمال، به شکل تعدیل یافته اسیدهای وانادیک است.

باافزایش PH، اکسید وانادیم در شکل طبیعی nH۲O . V۲O۵ به وانادات سدیم و پتاسیم یا وانادیل ((VO(OH)۲ تبدیل می شود که با ادامه افزایش در PH ترکیبات وانادیم خیلی سریع رسوب می کنند. تشکیل رسوب، در هر حال بر اساس میزان یونهای V۵+ و V۴+ در محلول بستگی دارد. به طوری که اگر محلول حاوی بیشتر از ۵۰ درصد یون V۴+ باشد رسوبی تشکیل نمی یابد.

درصد یونهای آهن در فاضلاب شستشو تاثیر زیادی بر روی رسوب وانادیم خواهد داشت. به طوری که باافزایش یون آهن Fe۳+ در محلول سبب افزایش میزان ته نشینی وانادیم می شود. به تجربه ثابت شده است که در نسبت حدود ۲ ۲/۱ برای یون آهن (Fe۳+) به وانادیم (V) اکثر تمامی وانادیم محلول در فاضلاب جدا می شود.

با تبدیل غیرمطلوب یون Fe۳+ به Fe۲+ درمحلول شستشو باید توسط موادی از قبیل هیپوکلرید، اکسیژن اتمسفریک، کلرات سدیم و غیره یونهای Fe۲+ را اکسید و به یون Fe۳+ تبدیل کرد که در این حالت مقدار کمی وانادیم نیز از حالت V۲O۴ به V۲O۵ نیز تبدیل می شود. مقدار کلرات سدیم لازم جهت اکسیداسیون به مقدار ۲/۰ کیلوگرم بر کیلوگرم V۲O۵ است.

از ساده ترین فرآیندهای تصفیه فاضلاب به روش خنثی سازی با محلولهای قلیایی، هیدروکسید سدیم، سودا و آهک است که سبب رسوب مواد مضر و انتقال آنها از فاز محلول به جامد می شود.

یک نکته مهم در بازده جداسازی و ته نشینی فلزات در شکل هیدروکسیدهایشان مقدار PH محلول است. با در نظر گرفتن ۱ مول یون اولیه، رسوب Fe(OH)۳ در ۱/۵ = PH شروع و در ۱/۴ = PH تکمیل می شود (در غلظت کمتر از M۵ ۱۰ ) به همین مقدار یون اولیه PH برای شروع رسوب و تکمیل آن به ترتیب ۵/۶ و ۷/۹ برای Fe(OH)۲ و ۷/۶ و ۵/۹ برای Ni(OH)۲ و ۳/۳ و ۲/۵ برای Al(OH)۳ است. بنابراین برای تکمیل رسوب این مواد، PH آب خنثی سازی باید در حدود ۵/۹ ۹ حفظ شود.

از دیگر فرآیندهای خنثی سازی تک مرحله ای تصفیه آب شستشو توسط آهک یا سدیم هیدرواکسید است. در روشهایی که از آهک استفاده می شود آب شستشو با محلولی با قلیائیت ضعیف که از CaSO۴ اشباع شده به شکل لجن شامل ترکیبات CaSO۴[%۲۳.۶]، Fe۲O۳+Al۲o۳ [%۶۷.۲] ، CuO+Nio[%l.l]، V۲O۵[%۵.۱] و %۲ دیگر مواد است.

با خنثی سازی توسط هیدروکسید سدیم، مشخصات لجن از قرار Al۲O۳+ Fe۲O۳[%۸۹]، NiO+CuO[%۱.۵]، V۲O۵[%۶.۷] و ۲/۸% به دیگر مواد تغییر می یابد. آب شستشو در یک تانک خنثی کننده وارد و آهک داده شده به محلول اندازه گیری می شود و محلول توسط پمپهای سیرکولاسیون و هوای فشرده مخلوط و پس از ۸ ۷ ساعت رسوبات به بیرون منتقل می شود.

به طوری که قسمت آب صاف شده (۶۰ ۵۰%) دوباره جهت شستشوی بویلرها استفاده شده ولجن برای آبگیری در فیلترهای فشاری خورانده می شود. لجن آبگیری شده با ۳۰ تا ۴۰ درصد آب توسط یک فشرده کن پیچشی بسته بندی شده و جهت جمع آوری ارسال می شود.

جریان عبوری از فیلترهای فشاری که هر یک به ظرفیت kg/m۲h۷۰ است توسط یک تانک جمع آوری به دستگاه تبادل کاتیونی برای جداسازی نهایی کاتیونهای فلزات سنگین هدایت شده و پس از آن در مخزن ذخیره آب تخلیه می شود. فیلترهای کاتیونی توسط محلول NaCl احیاء شده و آب تولیدشده در تانک خنثی سازی تخلیه می شود. لجن تولیدی شامل مقدار زیادی آهن و اکسید آلومینیوم و سولفات کلسیم است ولی غلظت وانادیم در آن کم بوده و برای فرایندهای متالورژی مناسب نبوده و همچنین میزان سولفات آن زیاد است.

همانطور که می دانیم می توان وانادیم را به همراه آهن در یک فرایند دو مرحله ای راسب کرد. در اولین مرحله PH آب با یک قلیا (NaoH) آن به مقدار ۵ ۵/۴ افزایش و سبب رسوب کامل Fe(OH)۳ شده و بخش اصلی رسوبات وانادیم نیز با آهن جدا می شود. در دومین مرحله، PH محلول جهت رسوب کردن باقی مانده هیدروکسید در محلول به میزان ۱۰ ۵/۸ افزایش می یابد.

پس در اولین مرحله، مناسب است که PH محلول به میزان ۵ ۵/۴ توسط هیدروکسید سدیم افزایش یافته و در دومین مرحله توسط آهک این افزایش PH انجام پذیرد. لجن بدست آمده از مرحله اول از ترکیبات وانادیم غنی بوده و به سیستم لجن خشک کن هدایت می شود. در این فرآیند تشکیل رسوب گذاری لجن در اولین تانک خنثی سازی برای ۶ ۵ ساعت ادامه یافته به گونه ای که انتخاب حجم تانک و مقدار NaOH لازم برای خنثی سازی بصورت تجربی تامین می شود.

مقدار لجن مرطوب در تانک ۲۰% حجم آب شستشو یا ۵/۵% جرم خشک آن است. آب تصفیه شده از این تانک به تانک خنثی سازی دیگری که محلول آهک به میزان kg/m۳ ۶ ۵ به آب شستشو اضافه شده پمپ می شود. مدت فرآیند خنثی سازی و رسوب گذاری لجن در این تانک به حدود ۸ ۷ ساعت می انجامد. حجم لجن مرطوب تشکیل یافته در مرحله خنثی سازی ۳۰% است که لجن خشک آن حدود ۹% حجم آب شستشو است. لجن از دومین تانک به قسمت لجن دورریز تخلیه می شود. آب خنثی شده جهت شستشو مجدداً برگشت داده می شود.

ترکیب لجن اولیه مرحله بصورت V۲O۵[۲۰% ۳۰%]، Fe۲O۳[۴۰% ۶۰]، CaO NiO[۰%]، CaSO۴[۴% ۸]، ۲۰ ۱۰% دیگر مواد است. لجن آبگیری شده در فیلتر فشاری بسته بندی و در انبار نگهداری می شود. لجن خارج شده از مرحله اول فرآیند دومرحله ای وانادیم بیشتری نسبت به پروسسهای تک مرحله ای دارد، اما به دلیل وجود مواد دیگری از قبیل ذرات و سولفاتها و … برای فرآیندهای متالورژی مناسب نیست. فرآیند مورد بحث فوق در مورد خنثی سازی آب شستشو بدون گرم شدن اولیه آب انجام می پذیرد. به هر حال همانطور که می دانیم افزایش دمای آب بر روی رسوبات وانادیم بی تاثیر نیست.

هنگامی که محلول آب با PH اولیه برابر با ۲ ۴/۱ با وانادیم زیادی در حدود gr/kg۲۰ ۱۴= V۲O۵ و آهن در حدود gr/kg۵/۲= Fe۲O۳ را تا نقطه جوش گرم می کنیم، وانادیم به میزان ۵/۹۹ ۵/۹۲% بصورت رسوب استخراج می شود. درجه وانادیم و محتویات آن در لجن به PH و غلظت اولیه V۲O۵ بستگی دارد. لجن ایجاد شده در فرآیند جداسازی توسط شستشو با محلول ۱% NH۴C۱ در آب ۹۵ درجه سانتیگراد از وانادیم غنی می شود.

در مدت شستشو هیدرواکسید آهن، آلومینیوم و دیگر فلزات سنگین اگر در لجن حل نشده باشند بدین وسیله از رسوبات جدا شده و سبب افزایش غلظت وانادیم به میزان ۱۰ ۴۰% می شود.

محلول سولفات تا نقطه جوش خود گرم شده و PH آن توسط اضافه کردن سود به ۲ ۴/۱ تغییر می یابد. اگر وانادیم در شکل اکسیدهای کمتر حضور داشته باشد NaClO۳ به مقدار ۲ کیلوگرم برای هر کیلوگرم V۲O۵ اضافه می شود. فرآیند به مدت ۳ ساعت در چندین راکتور بطول می انجامد. لجن جدا شده توسط کلرایدآمونیوم به نسبت ۱ کیلوگرم برای هر کیلوگرم V۲O۵ شستشو شده و سپس در تانک بعدی توسط آب داغ شستشو می شود.

لجن شستشو شده، دارای رطوبت ۶۵ ۵۵% بوده که در یک واحد فیلتر خلا یا فیلتر فشاری تزریق می شود. بازده عمل جداسازی V۲O۵ در محلول به میزان ۹۷ ۵/۹۵% و غلظت آن در لجن به میزان ۲/۹۲ ۵/۸۹% است.

نتایج آزمایشات بر روی استخراج وانادیم از فاضلاب در غلظت های کم وانادیم و در شرایط PH اولیه ۵/۲ و آب گرم ۹۸ درجه سانتیگراد برای ۱ ساعت، خروجی لجن با غظت وانادیم بالای ۵/۶۲% نشان می دهد.

غلظت V۲O۵ در لجن توسط عمل شستشو با کلراید آمونیوم افزایش می یابد بطوری که آب تصفیه شده از فرآیند هم می تواند جهت آخرین خنثی سازی با آهک تزریق شود و یا دوباره در فرآیند استفاده شود. کاربرد این فرآیند در نیروگاههای حرارتی امکان حصول یک فرآورده فرعی غنی از وانادیم را میسر می کند.

بطور طبیعی هزینه های این روش بیشتر از هزینه های مورد نیاز توسط فرآیند دو مرحله ای است، اما در این روش می توان هزینه های مرحله دوم تخلیص وانادیم را تا حد معقولی کاهش دهیم. در فرآیند تصفیه دو مرحله ای آب شستشو در ۵/۴=PH، نیکل ته نشین نمی شود. بعلاوه حتی در خنثی سازی آهک در اولین مرحله نیکل در غلظت باقی مانده خود در محلول زیر استاندارد نیز در ۱۰PH> استخراج نمی شود.

ساخت واحد پایلوت تصفیه فاضلاب

همانطور که قبلاً نیز در مقدمه اشاره شد یکی از عمده مشکلات نیروگاههای با سوخت مازوت در کشور، تخلیه فاضلابهای سمی آنها به محیط زیست است. طی مطالعات انجام گرفته در پروژه بررسی اثرات زیست محیطی نیروگاههای سوخت فسیلی کشور، در اکثر نیروگاههای تحت مطالعه فاضلاب سمی ناشی از شستشوی شیمیایی تجهیزات نیروگاه (سطوح مجاور آتش و محصولات احتراق) تصفیه نشده و مستقیماً به محیط تخلیه می شود. در این مطالعه پس از انجام نمونه برداریها و آنالیزهای مکرر از فاضلاب نیروگاهها مشخص شد که در اغلب موارد کیفیت فاضلابها خارج از استاندارد بوده و باید قبل از تخلیه به محیط تصفیه شوند.

با تصویب آیین نامه اجرایی بند (ج) ماده (۱۰۴) قانون برنامه سوم توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی کشور مبنی بر اخذ جرائم از صنایع آلوده کننده محیط زیست، گروه محیط زیست پژوهشگاه نیرو اقدام به طراحی و ساخت واحد پایلوت تصفیه فاضلاب نیروگاهها کرد.

هدف از اجرای این پروژه مطالعه و بررسی بر روی تصفیه پذیری فاضلاب نیروگاهها و در نهایت دستیابی به پارامترهای طراحی در احداث تصفیه خانه های فاضلاب نیروگاهها است. اصول کار این پایلوت حذف آلودگی به طریق انعقاد و ترسیب شیمیایی است که در ادامه به آن اشاره شده است.

در اولین مرحله فاضلاب نیروگاه جهت تنظیم PH مناسب برای عمل انعقاد یاترسیب شیمیایی به تانک تنظم PH وارد می شود. PH فاضلاب در این تانک افزایش یافته و وارد مخزن اختلاط سریع یا انعقاد می شود. در این مخزن در صورت فقر یون Fe۳+ در فاضلاب اولیه، با افزایش کلرورفریک کمبود این یون جبران و سبب تشکیل کمپلکس های هیدرواکسید فلزی می شود که به منظور بزرگ شدن کمپلکس ها و لخته های ایجاد شده وارد مخزن اختلاط آرام یا لخته سازی می شود. پس از بزرگ شدن لخته ها جهت عمل ته نشینی وارد کلاریفایر یامخزن ته نشینی می شود.

کلاریفایر استفاده شده در این پایلوت از نوع صفحات شیب دار است که نسبت به کلاریفایرهای مدور ساده از راندمان بالاتری برخوردار است. در این مرحله لجن در قسمت تحتانی کلاریفایر جمع شده و آب صاف شده به واحد فیلتراسیون تحت فشار هدایت می شود. پس از عمل فیلتراسیون، پساب جهت عمل خنثی سازی به تانک خنثی سازی هدایت می شود در این تانک PH آب بین ۵/۸ ۵/۶ تنظیم شده و آماده جهت تخلیه به محیط می شود.

منبع : آفتاب

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید