Предприятие Комбинат Магнезит расположено в черте г. Сатка (Челябинская область). Основной вид деятельности – добыча и переработка магнезита. Предприятие занимает большую территорию ниже Саткинского (городского) водохранилища по обоим берегам реки Большая Сатка. Длительная добыча магнезита карьерным способом, использование части земель под отвалы привели к возникновению обширной зоны интенсивного антропогенного изменения ландшафта. В частности, небольшие правобережные притоки р. Большая Сатка сейчас протекают по новому искусственному руслу. Малые левобережные притоки (ручьи Безымянный и Пермяцкий ключ) фактически являются открытыми коллекторами, принимающими загрязненные поверхностные стоки с городской территории, а также сточные воды комбината и других предприятий.
В последние годы в связи с длительными засушливыми периодами в летнее время на предприятии наблюдается дефицит воды для теплоэнергетических целей. В то же время проводимые в течение десятилетия измерения расходов воды в устье ручья Безымянный показали устойчивое снижение суммарных объемов сбрасываемых сточных вод по мере реализации природоохранных мероприятий на Комбинате. Эти обстоятельства обусловили возникновение планов по перехвату и очистке основного объема потока в устьевой части с последующим использованием в качестве технологической воды.
В настоящее время выполнен проект строительства в низовьях ручья общих очистных сооружений и направлении части очищенных вод в оборотный цикл предприятия. Предлагается схема: «Решетки, приемный резервуар, механическая очистка на дисковых фильтрах, напорные фильтры сорбционные фильтры с загрузкой цеолитовой АС». Данная схема позволяет производить очистку всего потока сточных вод (730 м3/час) от основных загрязнений превышающих нормы ПДК: прозрачность, взвешенные вещества, рН, металлы, нефтепродукты. Достичь требований по возврату в производство по солям жесткости, щелочности, сульфатам и хлоридам невозможно (см. таблицу). Требуется стандартная предподготовка воды на уже существующих осветлителях и механических фильтрах перед подачей воды на катионитовые фильтры. Строительство таких очистных сооружений было признано экономически не целесообразным.
Проведенный нами анализ ситуации показал, что основным источником загрязнения по щелочности и солям жесткости являются стоки после промывки фильтров химводоочистки (ХВО) теплосилового цеха (ТСЦ). Количество этих стоков составляет 15 % от общего расхода сточных вод выпуска № 6 в ручей Безымянный.
Таблица – Основные показатели сточной воды ХВО ТСЦ Комбината Магнезит
Показатель |
Концентрация, мг/дм3 |
||
Исходная вода |
Требования по возврату в производство |
После очистки |
|
Взвешенные вещества |
14,5 |
3 |
1,8 |
Нефтепродукты |
0,44 |
1 |
0,008 |
Сухой остаток |
543 |
300 |
500 |
Сульфаты |
38 |
Не более 28 |
25 |
Хлориды |
147 |
Не более 28 |
100 |
Железо общее |
0,53 |
Не более 0,1 |
0,1 |
Жесткость общая |
5-7 |
Не более 5 |
до 7 |
Проведенный финансовый анализ современного состояния Комбината Магнезит выделил следующую наиболее важную и острую проблему – крайне высокий уровень износа оборудования, который колеблется от 50 до 80 %.
С целью сокращения эксплуатационных затрат, связанных с высоким потреблением энергетических ресурсов, минимизации негативного воздействия на окружающую среду и рационального использования природных ресурсов, направленных на улучшение показателей финансово-экономического положения и повышения конкурентоспособности предприятия, в первую очередь необходимо осуществить реконструкцию химводоочистки теплосилового цеха Комбината.
В настоящее время водоснабжение ХВО ТСЦ осуществляется от реки Большая Сатка и Саткинского водохранилища. Обработанная химочищенная вода подается на паровые котлы-утилизаторы, системы испарительного охлаждения давлением 1,3 – 3,9 МПа и на подпитку теплосети. Общая производительность существующих ХВО – 200 м3/ч. Технология существующей водоподготовки:
ХВО подпитки теплосети: «Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрация на механических фильтрах, одноступенчатое натрий-катионирование на параллельноточных фильтрах, деаэрация»;
ХВО подпитки котлов: «Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрация на механических фильтрах, двухступенчатое натрий-катионирование на параллельноточных фильтрах, деаэрация».
В предлагаемом нами варианте реконструкции основное внимание уделено снижению стоимости водоподготовки и внедрению передовой технологии обработки воды АПКОРЕ (UPCORE). Технология АПКОРЕ (с англ.: UP.CO.RE. – UРflow Ourtercurrent RЕgeneration – противоточная регенерация восходящим потоком) фирмы Dow Chemical [1, 2].
Предложены два варианта реконструкции предподготовки воды перед Na-катионированием. Первый вариант: оборудование осветлителей тонкослойными модулями и устройствами рециркуляции шлама, замена однослойной загрузки механических фильтров на двухслойную (кварцевый песок – антрацит) и нижней распределительной системы фильтров. Второй вариант: замена осветлителей и механических фильтров на установку ультрафильтрации. Это позволит не только улучшить предподготовку, но и использовать в случае необходимости в качестве резервного источника руч. Безымянный.
Для сравнения показателей прямоточной и противоточной схем были произведены расчеты с использованием программы Cadix 6.2.0 (Dow Chemical), широко применяемой как в учебных [3], так и в производственных целях. В качестве расчетного источника водоснабжения было выбрано Саткинское водохранилище. Для загрузки фильтров выбрали катионит Dowex Marathon C, инерт IF-62. Расчеты показали следующие преимущества, получаемые от использования противоточной технологии регенерации UPCORE по сравнению с двухступенчатой прямоточной технологией. Во-первых, потребление NaCI на регенерацию при использовании технологии UPCORE 146 % от стехиометрического, при использовании прямоточной технологии – 187 %. Во-вторых, максимальное количество сточных вод при параллельноточной регенерации составляет 4,6 м3 (CaCl2 – мг/дм3, NaCl – мг/дм3, MgCl2 – мг/дм3), при UPCORE – 2,6 м3 (CaCl2 – 7 865 мг/дм3, NaCl – 8 127 мг/дм3, MgCl2 – 7 673 мг/дм3).
Годовые фактические эксплуатационные расходы цеха до реконструкции составляют 6674,3 тыс. руб. Сумма капитальных затрат на реконструкцию цеха составляет 2478028,4 руб.
В результате реализации проекта планируется привлечь дополнительный персонал и переквалифицировать старый. В новом цехе будет применена автоматическая система блокировки и сигнализации насосов и баков; автоматическое регулирование производительности ХВО; дозирование реагентов в осветлители. Это позволит снизить количество рабочих мест в цехе.
К эксплуатационным расходам цеха химводоочистки относятся расходы по эксплуатации, текущему ремонту и амортизации всех устройств и аппаратов приготовления и подачи в систему питания котлов химически очищенной воды, заработная плата персонала, обслуживающего химводоочистку, а также стоимость покупной воды и от собственного водоснабжения, учитываемого в составе вспомогательного производства, стоимость химреагентов и др. материалов.
В результате проведенной реконструкции происходит:
- уменьшение затрат на химические реагенты – 55 %;
- уменьшение объёма стоков – 50 %;
- 50 %-ая экономия воды на собственные нужды;
- уменьшение затрат на электрическую энергию.
Эксплуатационные затраты после проведения реконструкции составят 4326,4 тыс. руб.
Внедрение мероприятий по реконструкции не связано со снижением себестоимости продукции, поэтому годовой экономический эффект выражается в виде суммы годовой экономии, который составляет 2347,94 тыс. руб. Инвестиции в реконструкцию цеха ХВО окупятся в течение 1 года 1 месяца. Рентабельность составляет 94 %, что говорит о том, что инвестиции в реконструкцию химводоочистки теплосилового цеха ОАО «Комбинат Магнезит» рентабельны.
Библиографический список
- Балаев И.С., Яковенко О.Б., Боровкова И.И. Десятилетний опыт внедрения технологии АПКОРЕ // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 4. С. 6–7.
- Громов С.Л., Пантелеев А.А. Современные технологии водоподготовки как средство снижения эксплуатационных расходов // Энергетик. 2012. № 10. С. 15–18.
- Крупнова Т.Г., Кострюкова А.М., Машкова И.В. Опыт использования интерактивных форм обучения студентов-экологовпри изучении технологий водоподготовки // Современная высшая школа: инновационный аспект. 2013. № 3. С. 90–95.