Очистка отработанных вод геотермальных электрических станций от кремнезема с утилизацией осадка - Автореферат

Эксплуатация геотермальных электрических станций (ГЕОЭС) требует выпуска в поверхностные водоемы больших объемов отработанных вод (гидротермальных сепаратов), которые содержат в своем составе кремнезем, соединения бора, мышьяка, вредные микрокомпоненты. Очистка отработанных вод от кремнезема обеспечит устранение твердых отложений в теплообменниках, трубопроводах, скважинах, что может быть основой для получения дополнительной тепловой и электрической энергии в бинарных блоках. Механизм образования твердых отложений из потока гидротермального сепарата, заключающийся: в поликонденсации молекул ортокремниевой кислоты, формировании коллоидных частиц кремнезема, массопереносе коллоидных частиц из ядра турбулентного водного потока на стенки проводящего канала, агрегации частиц в узком пристеночном слое, адгезии (прилипании) агрегатов к предыдущему слою отложений и дальнейшей агрегации в сферические комплексы, заполняющие поверхность; Экспериментально установленный механизм коагуляции и осаждения коллоидного кремнезема в гидротермальном сепарате заключается в следующем: 1. коагуляция коллоидной дисперсии кремнезема происходит при добавлении в раствор критического количества катионов металлов типа Ca2 , Mg2 , Al3 , Fe3 , по отдельности или в комбинации, так, чтобы суммарная концентрация ионов составляла порядка 55-120 мг/л; 2. сорбция поверхностью коллоидного кремнезема части из них (5-20 мг/л) до полной нейтрализации отрицательного заряда частиц; 3. образование мостиковых связей между нейтрализованными частицами, коагуляция и осаждение коллоидного кремнезема, так что в реакциях нейтрализации и образования мостиковых связей на 1 катион-коагулянт приходится в среднем от 15 до 60 молекул SIO2. Технологическая схема очистки потока гидротермального сепарата от кремнезема, включающая следующие стадии: 1. старение сепарата, поликонденсацию кремнекислоты с образованием коллоидных частиц; 2. ввод осадителя (смеси осадителей) для коагуляции, хлопьеобразования и осаждения кремнезема; 3. регулирование PH сепарата (подкисление, подщелачивание) на стадии осаждения кремнезема, добавлением реагентов для ускорения кинетики коагуляции и хлопьеобразования, варьирования содержания металлов в осажденном материале, снижения остаточной концентрации кремнезема, сокращения расхода коагулянтов; 4. отделение хлопьев осажденного материала и осветление воды; 5. обезвоживание и сушка осажденного материала.Во введении обоснованы актуальность диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность полученных автором результатов.Как показал анализ проблемы, рост твердых отложений можно контролировать следующими способами: 1) поддержание повышенной температуры 140-160°С сепарата в теплооборудовании и реинжекционных скважинах, что приводит к потерям тепловой энергии; 2) снижение PH воды без осаждения кремнезема, но при этом присутствует риск отложения кремнезема в пористой среде пород призабойной зоны реинжекционных скважин, развитие кальматации; 3) осаждение кремнезема, сопровождающееся существенным снижением концентрации коллоидного кремнезема и растворенной кремнекислоты. Выполненные в настоящее время исследования имеют ряд существенных недостатков: а) эксперименты проведены на разных месторождениях с различными характеристиками гидротермальных вод и разными наборами осадителей, что не позволяет предложить универсальные рекомендации по осаждению; б) эксперименты не были ориентированы на исследование механизма коагуляции и осаждения коллоидного кремнезема и ортокремниевой кислоты под действием катионов Ca2 , Mg2 , Al3 , Fe3,2 и выявление связи между физико-химическими характеристиками воды и материала, осажденного из раствора. Это исключает построение физико-химической модели процессов коагуляции и осаждения кремнезема, справедливой для воды с конкретным химическим составом, и разработку на этой основе оптимальной технологической схемы осаждения. При подъеме на поверхность в продуктивных скважинах ГЕОЭС изза снижения давления, температуры и разделения на паровую и жидкую фазы раствор становится пересыщенным относительно растворимости аморфного кремнезема, что приводит к поликонденсации молекул кремнекислоты и образованию коллоидных частиц кремнезема со средними радиусами от 5 до 50 нм. На основе полученных результатов предложена методика расчета конечного размера и концентрации коллоидных частиц кремнезема в гидротермальном растворе в зависимости от температурного профиля в системе скважина - трубопроводы - теплообменники - резервуар для старения, что необходимо для проектирования оборудования и аппаратов технологической схемы осаждения кремнезема.Результаты исследований, полученные в данной работе, позволили разработать подходы к решению важной научно-технической проблемы - создания технологии очистки от кремнезема отработанных вод ГЕОЭС с целью снижения воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования гидротермальных ресурсов. Полученные результаты могут быть использованы для создания технологических схем очистки

Основное содержание работы