Файл: Методическое пособие По рабочей профессии Аппаратчик химводоочистки.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.12.2023

Просмотров: 2054

Скачиваний: 103

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Умягчение воды катионированием.Умягчение воды катионированием - фильтрование воды через гранулированный катеонит, представляющий собой полимерную нерастворимую в воде кислоту, способную вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями кальция и магния, сорбируя их ионы из раствора и отдавая в раствор эквивалентное количество катионов, которыми катионит насыщается при регенерации. Умягчение воды катионированием осуществляется главным образом с применением Na-, H- и NHU- форм катионитов. Освоение технологии началось с использования в качестве катионитов неорганических ионообменных материалов — минеральных природных (глауконит) и синтетических алюмосиликатов — пермутитов. В дальнейшем для практических целей стали использовать также природные органических вещества: гумус, торф, уголь. В настоящее время в нашей стране применяют в основном сульфокатиониты (сульфоуголь, катиониты КУ-2-8, КУ-1 и КУ-23), а также карбоксильные катиониты, которые пригодны для умягчения воды с высоким содержанием солей (вплоть до морской). Сульфокатиониты содержат способные к обмену катионов активные сульфогруппы, карбоксильные катиониты — активные карбоксильные группы. Степень ионизации активных групп, обусловленная их химической природой, определяет возможный режим эксплуатации катионов. Сильноионизованные катиониты (сильнокислотные), например, сульфокатиониты, способны к обмену в годных растворах с широким интервалом значений рН. Слабоионизованные катиониты (слабокислотные), например, карбоксильные, могут обменивать ионы водорода на металл только в щелочных и лишь отчасти нейтральных растворах. Число активных ионогениых групп в единице массы (объема) катионита определяет его обменную емкость. По окончании регенерации слой катионита промывают осветленной водой для удаления остатков продуктов регенерации, после чего начинают новый цикл умягчения. Na- катионирование по традиционной технологии производят на сульфоугле или катионите КУ-2-8 с регенерацией их раствором натриевой соли. Возможно применение карбоксильных катионитов, однако при этом требуется двухступенчатая регенерация — сначала раствором кислоты, затем едким натром. В процессе умягчения воды Na-катионированием содержание кальция и магния в воде может быть снижено до весьма малых значений. Общая щелочность при этом не изменяется, сухой остаток несколько возрастает в результате замещения в воде одного иона кальция, имеющего атомный вес 40,08, на два иона натрия (атомный вес 2 х 22,99 - 45,98). В традиционной технологии Na-катионирования для регенерации применяют техническую поваренную соль как наиболее дешевый и недефицитный продукт. Разработан также режим регенерации катионита сульфатом натрия. Возможно применение и других растворимых соединений натрия. При регенерации катионита раствором кислоты активные (способные к обмену) катионы катионита замещаются Н-ионами кислоты и катионит переводится в Н-форму. При фильтровании через такой катионит умягчаемой воды все катионы растворенных в воде солей (в том числе и катионы солей жесткости) будут сорбироваться (поглощаться) катеонитом; в воду будет переходить эквивалентное количество Н-ионов; растворенные в воде соли будут превращаться в соответствующие кислоты. Кислотность воды, прошедшей через Н-катионитовый фильтр, который загружен сильнокислотным катеонитом, будет равна сумме концентраций в исходной воде солей сильных кислот.При регенерации Н-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного вытеснения из катионита других катионов, катионит в фильтре будет находиться в двух формах: в верхней части — в Н-форме, в нижней — в Са- и Mg-формах. При фильтровании через такой фильтр воды в верхней части фильтра все растворенные соли в результате обмена катионов на Н-ион будут превращаться в соответствующие кислоты. При этом угольная кислота будет распадаться с образованием СО и С02 и уходить из сферы реакции. В нижних слоях фильтра будет иметь место реакция обмена между Ca-Mg-катионитом и кислотой, в результате чего все некарбонатные соли будут оставаться в воде, а карбонатные — удаляться из нее.Регенерация Н-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного удаления из катионита катионов жесткости, называется "голодной" регенерацией. Фильтр, работающий в режиме "голодной" регенерации, снижая щелочность воды до 0,4—0,5 мг-экв/л, не снижает некарбонатной жесткости воды.В тех случаях, когда лимитируется только жесткость умягченной воды, наиболее дешевым способом ее умягчения является Na-катионирование. При высокой прочности (выше 3 мг-экв/л), магнезиальной жесткости воды или при высоком содержании в ней железа бывает целесообразно умягчать воду поверхностных источников известкованием с последующим Na-катионированием. В тех случаях, когда недопустимо присутствие в умягченной воде бикарбоната натрия, образующегося при Na-катионировании солей карбонатной жесткости (то есть когда лимитирована щелочность умягченной воды), применяют параллельно или последовательно H-Na-катионирование воды или умягчение воды известкованием с последующим Na-катионированием. Если в умягченной воде не допускается наличия карбонатов натрия или калия, но в ней допустимо присутствие ионов аммония, то вместо H-Na-катионированш воды можно применять NHU — Na-катионирование воды. В этом случае при регенерации раствором аммонийной соли его обменные катионы замещаются ионом аммония.Для умягчения воды серийно выпускают следующие ионообменные фильтры: вертикальные, цилиндрические, напорные аппараты насыпного типа, параллельноточные и противоточные.Натрий катионовый метод умягчения.Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5—8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05—0,1 г-экв/м3, при двухступенчатом — до 0,01 г-экв/м3.Объем катионита Wк, м3, в фильтрах первой ступени следует определять по формулеWк = 24qуЖо.исх/nр ,                                                      где qу — расход умягченной воды, м3/ч;Жо.исх — общая жесткость исходной воды, г-экв/м3;  — рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/м3nр —число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании  , г-экв/м3 следует определять по формуле  = aNabNa Еполн - 0,5qудЖо.исх,                                            где aNa — коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;bNa — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca2+ и Mg2+ вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по табл. 2, в которой СNa — концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м3 (СNa = (Na+)/23);Таблица 6.

Фильтрационное обескремнивание воды.При фильтрационном методе обескремнивания воды фильтры загружаются магнезиальными сорбентами (полуобожженным доломитом, а также специальным сорбентом, получаемым обработкой измельченного каустического магнезита соляной кислотой), активированным оксидом алюминия, бокситами. Технология получения магнезиального сорбента следующая: смесь каустического магнезита с соляной кислотой или хлоридом магния, имеющую консистенцию теста, высушивают при температуре 80...100°С, измельчают и просеивают. Полученный магнезиальный сорбент представляет собой зерна светло-серого цвета крупностью 0,5... 1,5 мм. Массовое отношение Mg/Cl в сорбенте примерно составляет 1,5 : 1, а его насыпная масса 0,75 ... 0,85 т/м3. Сущность обескремнивания воды фильтрованием через такой сорбент заключается в образовании мало растворимого в воде силиката магния.При высоте слоя сорбента в фильтре 3,4... 4,0 м, температуре воды до 40...50°С и скорости фильтрования до 10 м/ч, содержание кремниевой кислоты в воде снижается до 0,1 ... ... 0,3 мг/л. Один кубометр сорбента поглощает до полного истощения 90 кг Si02.Недостаток метода заключается в необходимости через каждые шесть месяцев (при среднем содержании в исходной воде до 10 мг/л SiO3) менять загрузку фильтра, поскольку сорбент не регенерируется.Большой практический интерес представляет использование активированного оксида алюминия и бокситов в качестве загрузки обеекремнивающего фильтра. При скорости фильтрования 5 ... 6 м/ч слой сорбента толщиной 1,5 м снижает содержание кремниевой кислоты до 0,1... 0,5 мг/л. Фильтр регенерируется 0,1%-ным раствором щелочи. За один цикл 1 м3 активированного оксида алюминия поглощает из воды 10 ... 12 кг Si032-. Большое преимущество фильтрационного метода заключается в компактности установок и простоте их обслуживания.Обескремнивание воды анионитами.Анионитовый метод обескремнивания воды в цикле ионитового обессоливания с сильноосновными анионитами обеспечивает снижение концентрации кремнекислых соединений до 0,03 ... 0,05 мг/л.Сущность анионитового метода обескремнивания и одновременного обессоливания воды заключается в следующем: воду пропускают через Н-катионитовые фильтры, где из нее извлекаются катионы Ca(II), Mg(II), К(1) и Na(I). Затем вода проходит через фильтры со слабоосновным анионитом, где она избавляется от анионов сильных кислот (S042, Cl, N02). После дегазации воды для удаления из нее оксида углерода (IV) ее пропускают через фильтры с сильноосновным анионитом, где удаляется слабая кремниевая кислота. Для получения воды с общим содержанием соли менее 1 мг/л, в том числе с общим содержанием кремниевой кислоты менее 0,03 мг/л, применяют трехступенчатые схемы ионирования. К недостаткам этого метода следует отнести его сравнительно высокую стоимость, Рис. 47. Схема обескремнивания воды фторидным методом.1 — бак с раствором фторида натрия; 2 — насос-дозатор; 3, 10 — подача исходной и отвод обессоленной и декремнизированной воды; 4 — водород-катионитовый фильтр; 5 — эжектор; 6, 7 — бак с раствором щелочи и серной кислоты; 8 — ОН-анионитовый фильтр; 9 — дегазаторчто объясняется большим расходом едкого натра на регенерацию и быстрым уменьшением в процессе эксплуатации кремне- емкости высокоосновных анионитов. Это вынуждает заменять их через каждые 1,5 ... 2 года.Фторидный метод обескремнивания воды специальными реагентами дает возможность использовать слабоосновные аниониты. Этот метод состоит в том, что дозируемые в обрабатываемую воду плавиковая кислота или фторид натрия переводят кремниевую кислоту в сильную кремнефтористоводородную, которая достаточно полно поглощается слабоосновными анионитами: Электрохимическое декремнизирование воды.Обескремнивание воды при электролизе растворимым алюминиевым анодом основано на способности образующегося в процессе электролиза гидроксида алюминия сорбировать соединения кремния. Как показали исследования П. П. Строкача, наиболее эффективно данный процесс протекает при неглубоком обескремнивании воды, т. е. при снижении концентрации Si02 на 60... 80%. В этом случае при расходе алюминия 2... ... 3 г/м3 и потреблении электроэнергии 0,01 ...0,02 кВт*ч/м3 концентрация Si02 уменьшается в 2 раза.Это открывает реальные перспективы использования данного метода при подготовке воды для глубокого обескремнивания и обессоливания ионообменными и сорбционными методами.При небольших расходах обрабатываемой воды метод может использоваться и для глубокого обескремнивания, однако, в этом случае требуется повышенный расход алюминия и электроэнергии. Например, для полного обескремнивания воды, содержащей 40 мг/л Si02 при плотности тока 2 мА/см2, расход алюминия составляет 50 г/м3, а расход электроэнергии — 0,6 кВт*ч/м3.На процесс обескремнивания воды электрохимическим методом влияют рН воды, ее солевой состав, плотность тока и другие факторы. Наиболее эффективно вода обескремнивается при рН=6,5 ... 9,0, плотности тока 1 ... 2 мА/см2 и в гидрокарбо- натнохлоридных средах с небольшим содержанием сульфатов. Рис.48. Зависимость эффекта обескремнивания воды (1) от величины рН (2) при плотности тока- 2 мА/см2 и дозе алюминия 20 мг/л Рис. 49. Влияние плотности тока и расхода алюминия на эффект обескремнивания воды:1 — плотность тока 10; 2 — 2; 3 — 0,5 мА/см2Применение ингибиторов накипеобразования и коррозии в технологических процессах.Разработки технологий противонакипной и противокоррозионной обработки воды ведутся уже давно. Широкое распространение получилоприменение ингибиторов накипеобразования и коррозии. Обработка воды ингибиторами накипеобразования и коррозии позволяет обеспечить эффективную работу теплоэнергетического оборудования, отказавшись при этом от применения дорогостоящих и громоздких систем умягчения и деаэрации воды.Применение органофосфоновых кислот и их производных — органофосфонатов как ингибиторов накипеобразования и коррозии изобретено в 1960-х годах. Наиболее исследованными и получившими наибольшее распространение препаратами для противонакипной и противокоррозионной обработки воды являются оксиэтилидендифосфоновая кислота, нитрилотриметилфосфоновая кислота и их производные.Эти кислоты относятся к широкому классу органических соединений, называемых комплексонами, поэтому предложенный водно-химический режим получил название комплексонного.Несмотря на название, комплексоны в чистом виде для обработки воды в настоящее время практически не применяются.Комплексоны, применяемые в качестве исходных веществ для получения ингибиторов, являются довольно сильными кислотами. Подавляющее большинство современных ингибиторов на их основе имеют нейтральную или слабощелочную реакцию.Это предотвращает возможное усиление коррозии теплоэнергетического оборудования из-за снижения рН водной среды.Современные ингибиторы, в отличие от ранее применявшихся комплексонов, защищают теплоэнергетическое оборудование не только от отложений минеральных солей (накипи), но и от коррозии.При нагреве воды в процессе работы системы отопления происходит термический распад присутствующих в ней гидрокарбонат-ионов с образованием карбонат-ионов. Карбонат-ионы, взаимодействуя с присутствующими в избытке ионами кальция, образуют зародыши кристаллов карбоната кальция. На поверхности зародышей осаждаются все новые карбонат-ионы и ионы кальция, вследствие чего образуются кристаллы карбоната кальция, в котором часто присутствует карбонат магния в виде твердого раствора замещения.Осаждаясь на стенках теплоэнергетического оборудования, эти кристаллы срастаются, образуя накипь.При введении органофосфонатов в воду, содержащую ионы кальция, магния и других металлов они образуют весьма прочные химические соединения —комплексы. (Во многие современные ингибиторы органофосфонаты входят уже в виде комплексов с переходными металлами, главным образом с цинком).Комплексы органофосфонатов адсорбируются (осаждаются) на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуя дальнейшей кристаллизации карбоната кальция. Поэтому при введении в воду 1...10 (г/м3) органофосфонатов накипь не образуется даже при нагревании очень жесткой воды.Комплексы органофосфонатов способны адсорбироваться не только на поверхности зародышей кристаллов, но и на металлических поверхностях, вследствие чего скорость коррозии металла снижается. Наиболее эффективную защиту от коррозии обеспечивают ингибиторы на основе комплексов органических фосфоновых кислот с цинком. В приповерхностном слое металла эти соединения способны распадаться с образованием нерастворимых соединений гидроксида цинка, а также полиядерных комплексов с цинком и железом. В результате этого образуется тонкая, плотная, прочно сцепленная с металлом пленка, защищающая металл от коррозии.Современные препараты на основе органофосфонатов не только ингибируют солеотложения и коррозию, но и постепенно разрушают застарелыеотложения накипи и продуктов коррозии. Это объясняется образованием в порах накипи поверхностных адсорбционных слоев органофосфонатов, структура и свойства которых отличаются от структуры кристаллов накипи. В результате накипь разрушается, превращаясь в тонкую взвесь, легко удаляемую из системы через дренаж.Эффективное и безопасное применение ингибиторов солеотложений и коррозии в теплоэнергетических системах возможно только при правильномдозировании этих препаратов. Дозатор должен обеспечивать поддержание с заданной точностью постоянной концентрации ингибитора в системе. Следует иметь в виду, что излишняя точность дозирования влечет за собой дополнительные затраты из-за более высокой стоимости дозатора и при этом не способствует успешному применению ингибитора.По принципу действия дозаторы подразделяются на две основные группы: инжекционные, в которых для подачи ингибитора используется насос, работающий от внешнего источника энергии; и эжекционные, в которых используется энергия потока подпиточной воды.Эжекционные дозаторы обладают рядом преимуществ перед инжекционными: обеспечивая необходимую точность дозирования ингибитора, они энергонезависимы, просты, надежны в эксплуатации и не требуют частого технического обслуживания.Полностью укомплектованные эжекционные дозаторы выпускает Инженерно-химическая лаборатория Удмуртского государственного университета(г.Ижевск). Накопленный опыт применения ингибиторов солеотложений и коррозии показывает, что современные ингибиторы обеспечивают наиболее эффективную защиту систем отопления от накипеобразования и коррозии.Для использования новых технологий в «малой» энергетике, т.е. в промышленных и жилищно-коммунальных котельных, в УдГУ создано надежное и простое в эксплуатации дозирующее оборудование. В настоящее время специалистами Инженерно-химической лаборатории УдГУ накоплен опыт эффективного применения ингибиторов коррозии и накипеобразования на многочисленных объектах в теплоэнергетических системах — паровых и водогрейных котлах, водяных тепловых сетях, а также системах горячего водоснабжения и охлаждения технологического оборудования.В последнее десятилетие в промышленной и жилищно-коммунальной теплоэнергетике активно ведутся работы по освоению ингибиторов накипеобразования и коррозии. Из опыта работы Инженерно-химической лаборатории Удмуртского государственного университета, основным направлением применения комплексонов в промышленной и жилищно- коммунальной теплоэнергетике является не очистка оборудования от уже существующих отложений накипи и продуктов коррозии, а предотвращение коррозии и накипеобразования в процессе эксплуатации теплоэнергетического оборудования. В качестве ингибиторов накипеобразования и коррозии находят применение препараты на основе органофосфоновых комплексонов, а также полиакрилатов. Если ранее в теплоэнергетике применялись комплексоны в чистом виде, то в настоящее время предпочтение отдаётся композициям на основе различных ингибиторов коррозии и накипеобразования, которые обеспечивают достаточно эффективную защиту теплотехнического оборудования.Важным свойством этих реагентов является их способность ингибировать рост кристаллов малорастворимых солей щёлочноземельных металлов при дозировке порядка 1 ион ингибитора на 100 ионов щёлочноземельного металла. Механизм ингибирования основан на адсорбции комплексных ионов ингибитора на террасах роста кристаллов солей щёлочноземельных металлов, благодаря чему движение ступеней роста по механизму Кабреры—Вермильи тормозится и темп кристаллизации замедляется. В результате малорастворимые соли щёлочноземельных металлов остаются в истинно растворённом состоянии или образуют сверхтонкую аморфную не осаждающуюся взвесь. В нашем университете проводится большой объём исследований в области механизма действия ингибиторов накипеобразования. Эти исследования позволили получить следующие результаты:1. Разработаны теоретические модели ингибирования роста кристаллов, в области значений относительного пересыщения раствора от долей единицы до сотен. Модели учитывают статистическое распределение частиц ингибитора на террасах кристалла методами интегральной геометрии с использованием теории континуального протекания в случайном потенциальном рельефе. Модели приводит к нелинейным зависимостям скорости роста кристалла от степени покрытия поверхности и концентрации ингибитора и позволяют определить критические степень покрытия поверхности и концентрацию ингибитора, при которой кристаллизация полностью прекращается. Результаты компьютерного моделирования с использованием предложенной модели согласуются с экспериментальными данными.2. Дана оценка относительного пересыщения раствора, при котором предотвратить образование твёрдой фазы путём введения ингибиторов невозможно. Разработана модель ограниченного роста микрокристаллов в присутствии ингибитора при высоких значениях относительного пересыщения раствора, основанная на модели роста микрокристаллов Лифшица — Слёзова. Предложенная модель позволяет вычислить концентрацию ингибитора, предотвращающую образование кристаллов, превосходящих заданный предельный размер, и объясняет различия в значениях требуемой концентрации ингибитора, определяемых экспериментально оптическим и химико-аналитическим методами.3. Получены экспериментальные данные по образованию твёрдых фаз в системе вода — карбонат кальция — ингибитор. Экспериментально подтверждён немонотонный характер зависимости относительного сечения твёрдой фазы от концентрации ингибитора в системе. Показано, что твёрдые фазы, образующиеся в системе вода — карбонат кальция — ингибитор при различных значениях мольного соотношения ингибитор : кальций, имеют различную структуру.4. Разработана математическая модель конкурентного фазообразования в системе вода — соль щёлочноземельного металла — ингибитор, согласующаяся с экспериментальными данными. Показано, что немонотонный характер зависимости сечения твёрдых фаз от концентрации ингибитора является результатом протекания последовательно-параллельных физико-хими- ческих процессов в подсистемах жидкая фаза — аморфная твёрдая фаза и жидкая фаза — кристалл. При этом важна временнáя последовательность роста аморфной и кристаллической фазы. 5. Установлено, что применение ингибиторов роста кристаллов для защиты технологического оборудования от обрастания кристаллическими осадками является эффективным только в ограниченной области концентраций солей щёлочноземельных металлов. Для различных значений концентрации солей щёлочноземельных металлов установлены предельные значения концентрации ингибитора, задающие интервал концентрационных режимов эффективной защиты технологического оборудования.6. Разработан способ оценки устойчивости концентрационных режимов ингибиторной обработки воды к возмущениям дозирования ингибитора и методика выбора технологических режимов дозирования ингибиторов, обеспечивающих поддержание концентрации ингибитора в необходимых пределах.Ценным свойством комплексов органофосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами является их способность ингибировать коррозию металлов, в частности, сплавов железа, в водной среде. Замедление коррозии объясняется способностью цинковых комплексов ОЭДФ и НТФ образовывать на поверхности железа и стали защитную плёнку из оксида цинка, препятствующую коррозии металла. По результатам проведённых нами измерений, скорость коррозии углеродистой стали в присутствии фосфонатных комплексов цинка снижается на 50…60%, причём даже при отсутствии деаэрации, то есть при наличии в воде кислорода. По нашему опыту, ингибиторы накипеобразования и коррозии успешно применяются в теплоэнергетических системах с температурой теплоносителя до 200 оС и давлением до 16 кгс/см2 — паровых котлах, тепловых сетях с водогрейными котлами и сетевыми подогревателями, включая системы с открытым водоразбором, и тепловых пунктах с независимыми системами теплоснабжения и горячего водоснабжения. При этом в тепловых сетях с водогрейными котлами и сетевыми подогревателями, включая системы с открытым водоразбором, и тепловых пунктах с независимыми системами теплоснабжения и горячего водоснабжения применение ингибиторов полностью заменяет использование других технологических процессов химической водоподготовки и может быть использован как взамен других систем водоподготовки (Na-катионирования, магнитной или ультразвуковой обработки воды), так и в дополнение к ним. Введение в воду ингибиторов взамен Na- катионирования исключает необходимость регенерации фильтров солью и предотвращает образование засолённых сточных вод.Сравнительный технико-экономический анализ затрат на обработку воды ингибитором накипеобразования и коррозии и на обработку такого же количества воды для тепловой сети методом Na-катионирования приведён в таблице. Таблица 10. Ингибиторы накипеобразования и коррозии на основе комплексонов обладают способностью разрушать застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это даёт возможность проводить очистку систем от отложений накипи и продуктов коррозии в процессе эксплуатации систем. Это позволяет не проводить специальных мероприятий по промывке и не отключать системы ГВС на плановую промывку. При очистке тепловых сетей от накипи и продуктов коррозии объём подпитки должен соответствовать нормативу по СНиП 2.04.07-86, что соответствует объёму подпитки в час 0,75% от водного объёма системы. Если фактический объём подпитки ниже нормативного, то для удаления взвеси следует 1…2 раза в сутки спускать загрязнённую воду из грязевиков и из нижних точек тепловой сети.В случае же применения ингибиторов накипеобразования и коррозии для обработки питательной воды паровых котлов, по нашему опыту, её жёсткость должна быть не более 2,0…2,5 мг-экв/л.Поэтому, если жёсткость исходной воды постоянно или временно превышает эту величину, то на котельной следует иметь одну ступень Na-катионитовых фильтров для предварительного умягчения воды. Однако расход соли и трудоёмкость такой обработки, конечно, много меньше, чем затраты на умягчение воды до номинальной для паровых котлов остаточной жёсткости 0,005…0,02 мг-экв/л.По опыту нашей лаборатории, так же как и по опыту наших коллег в США, для реагентной обработки воды следует применять энергонезависимые дозирующие устройства (пропорционеры), действие которых основано на отборе части динамического напора потока воды в трубопроводе подпитки. Р азработан и запатентован ряд конструкций таких устройств. Устройство «Иж-25 предназначено для дозирования жидких реагентов в поток воды и поддержания постоянной пропорции дозирования при изменении расхода водыв широком диапазоне — от 2 м3/час и более.  Оно состоит из узла отбора 2, контейнера 1 с реагентом и калиброванным жиклёром, соединённых гибкими рукавами 3 и 4. Принцип действия устройства «Иж-25» основан на том, что при обтекании узла отбора давления магистральным потоком между двумя отверстиями (входным и выходным) на его поверхности возникает перепад давления, который пропорционален квадрату расхода воды и синусу двойного угла поворота узла отбора. Этот перепад давления передаётся на жиклёр, через который реагент из контейнера поступает в поток воды, причём расход реагента пропорционален корню квадратному из перепада давления на жиклёре. В результате расход реагента прямо пропорционален расходу среды в магистральном потоке и корню квадратному из синуса двойного угла поворота узла отбора. Пропорция дозирования реагента по отношению к объёму воды регулируется вращением узла отбора.Дозирующее устройство «Импульс» предназначено для дозирования жидких реагентов в поток воды и поддержания постоянной пропорции дозирования при изменении расхода воды в широком диапазоне. Рис. 50.П ринцип действия устройства «Импульс» основан на том, что при движении магистрального потока через трубопровод 1 с сужающим устройством 3 между двумя сечениями канала возникает перепад давления, который пропорционален квадрату расхода воды. Под действием этого перепада давления раствор комплексона из контейнера 6 поступает в поток воды, причём расход раствора пропорционален корню квадратному из перепада давления. В результате расход жидкого реагента прямо пропорционален расходу среды в магистральном потоке. Пропорция дозирования раствора комплексона по отношению к объёму воды регулируется подбором жиклёра.Устройство дозирования жидких реагентов «Ижик» предназначено для осуществления дозирования жидких реагентов в подпиточную воду локальных закрытых (не имеющих открытого Рис. 51. водоразбора) тепловых сетей. О тличительные особенности изделия — компактность, малогабаритность, простота в обслуживании и эксплуатации, надёжность. «Ижик» наиболее целесообразно использовать в теплоэнергетических системах с небольшими значениями объёма подпитки (до 1 м3/нед.) — котельных малой мощности, отопительных системах коттеджей, загородных домов, лагерей и др.  Рис. 52. Дозирующее устройство выпускается в трёх исполнениях: «Ижик-М», «Ижик-Ч» и «Ижик-П», которые отличаются объёмом однократной заправки и пропорцией дозирования реагента. Объёмы однократной заправки составляют соответственно 100, 250 и 500 см3.Изделие включает корпус сополового устройства 1 с расположенным внутри него сополовым устройством (трубкой переменного сечения). Корпус соплового устройства соединяется с трубопроводами водоснабжения и подпитки тепловой сети при помощи штуцеров-«американок» 2 с резьбовыми муфтами 3, имеющими наружную трубную резьбу 1/2”. Для возможности монтажа в трубопровод с условным проходом 3/4” изделие комплектуется переходными муфтами 4, имеющими наружную резьбу 3/4”. Сополовое устройство имеет два отвода, присоединённых к различным его сечениям. Эти отводы снабжены кранами шаровыми 5 и 6. Кран 5 соединён с большим сечением сополового устройства. Посредством штуцерного соединения 7 он соединён с плюсовой импульсной трубкой 8. Плюсовая импульсная трубка проходит через коннектор 9 и доходит до верха контейнера 10. Резьбовая горловина контейнера закрыта крышкой 11. К нижней части коннектора 9 присоединена минусовая импульсная трубка 12. Посредством штуцерного соединения 13, внутри которого заключён калиброванный жиклёр, она присоединена к крану 6, который соединён с меньшим сечением сополового устройства. К коннектору присоединёнf также дренажная трубка 14, которая соединена с дренажным краном 15, снабжённым штуцером 16 для соединения с гибким дренажным рукавом.Принцип действия изделия иллюстрируется схемой, показанной на рис. 2. Поток воды движется по сополовому устройству, установленному в корпусе 1 и имеющему переменное сечение. При этом в соответствии с уравнением Бернулли в большем сечении потока пьезометрическое давление воды больше, чем в меньшем сечении. Перепад давления пропорционален квадрату расхода среды в магистральном потоке и разности обратных биквадратов радиусов меньшего и большего сечений. Этот перепад давления отбирается при помощи двух импульсных трубок, примыкающих при посредстве кранов 5 и 6 к большему и меньшему сечениям сополового устройства. Плюсовая (несущая большее давление) импульсная трубка 8 проходит от крана 6 в верхнюю часть контейнера 10. Минусовая (несущая меньшее давление) импульсная трубка 12 соединяет кран 6 с коннектором 9 и, тем самым, с нижней частью контейнера 10. Таким образом, реагент в контейнере 10 находится под действием перепада давления, возникшего между различными сечениями сополового устройства. Этот перепад давления понуждает реагент истекать по минусовой импульсной трубке в поток воды. Между минусовой импульсной трубкой 12 и краном 6, в корпусе штуцерного соединения 13, установлен калиброванный жиклёр. Подача реагента при истечении через жиклёр пропорционален квадратному корню из перепада давления на жиклёре. В результате подача жидкого реагента прямо пропорциональна расходу воды в магистральном потоке. Дренажная трубка 14 с краном 15 предназначена для выпуска воды, скапливающейся в контейнере 10 по израсходовании реагента.Устройство дозирования устанавливают в разрыв трубопровода подпитки таким образом, чтобы вода, поступающая для подпитки закрытой тепловой сети из системы водоснабжения, проходила через изделие в направлении, указанном стрелкой, и поступала в тепловую сеть. К штуцеру дренажного крана присоединяют гибкий рукав, который подводят к сливу канализационной сети. Наибольшая надёжность работы данных устройств и высокая эффективность противонакипной и противокоррозионной обработки воды достигается при использовании реагентов производства ОАО «Химпром» (г.Новочебоксарск) вследствие того, что эти реагенты обладают наиболее стабильным качеством, однородностью и воспроизводимыми реологическими характеристиками. О дним из наиболее широко используемых реагентов, производимых ОАО «Химпром», является цинковый комплекс оксиэтилидендифосфоновой кислоты – ЦИНК – ОЭДФК, выпускаемый в виде 20% раствора. С точки зрения потребителя выпускаемая товарная форма является удобной в эксплуатации, поскольку не требует дополнительного разведения при загрузке в дозирующие устройства различных типов. Как показали лабораторные исследования, ЦИНК – ОЭДФК является эффективным противонакипным реагентом. Б ыли проведены лабораторные исследования антинакипных и противокоррозионных свойств реагента ЦИНК – ОЭДФК в водах, моделирующих теплоноситель водогрейных котельных. Показано, что ЦИНК – ОЭДФК ингибирует коррозию в этих условиях, но недостаточно эффективен. Целесообразно на основе ЦИНК – ОЭДФК Рис. 53. разработать более эффективные антикоррозионные композиции. Для контроля скорости коррозии различных конструкционных материалов в эксплуатационных условиях нами предложено чрезвычайно простое и эффективное устройство коррозионного мониторинга действующего трубопровода (индикатор коррозии).Оно состоит из трубчатого корпуса, имеющего крышки на фланцах. К одной из крышек прикреплен штыревой держатель, покрытый слоем электроизоляционного материала и снабженный электроизоляционной шайбой и гайкой. К корпусу посредством кранов и штуцеров присоединены патрубки, врезаемые в трубопровод, причем один из патрубков имеет раструб. Принцип действия индикатора коррозии заключается в том, что при движении потока воды по трубопроводу благодаря наличию раструба часть потока воды ответвляется в трубчатый корпус и омывает расположенные на держателе образцы-свидетели, которые должны быть изготовлены из материала, идентичного материалу трубопровода. Образцы-свидетели находятся в одинаковых гидрохимических условиях со стенками трубопровода. Периодическим осмотром контролируют характер коррозионного процесса, а взвешиванием образцов-свидетелей — скорость коррозии материала трубопровода по ГОСТ 9.908-85. Специальные методы очистки воды.Очистка от радиоактивных веществ.Развитие ядерной энергетики и расширение области применения радиоактивных изотопов в различных отраслях промышленности, науки, техники, медицины требуют решения вопроса обезвреживания радиоактивных отходов.Наиболее опасными для человека и животных являются изотопы: стронций-90, цезий-137, иод-131. Попадая в организм, они вызывают тяжелые заболевания.Активность радиоактивных отходов уменьшается только в результате естественного распада, что в случае изотопов, обладающих длительным периодом полураспада, связано с необходимостью осуществления контроля над радиоактивными отходами иногда в течение нескольких сотен лет.Радиоактивные сточные воды отличаются большим разнообразием содержащихся в них радиоактивных элементов. Каждый из этих элементов характеризуется двумя основными величинами: энергией радиоактивного излучения а-, р- и у- лучей и периодом полураспада, т. е. промежутком времени, в течение которого распадается половина начального количества атомов.Источником загрязнения воды наиболее часто являются продукты деления урана U235, состоящие из короткоживущих и долгоживущих радиоактивных изотопов.Высокоактивные сточные воды с содержанием радиоактивных изотопов более 1 мкюри/л образуются в первой стадии процесса переработки используемого ядерного топлива, при котором ставится цель изъять топливные и расщепляемые материалы, и при ряде других процессов. Количество таких сточных вод невелико — 2—20 л на 1 г получаемого урана U235. Кроме продуктов расщепления высокоактивные сточные воды содержат большое количество нерадиоактивных солей — свыше 10 г/л, азотную кислоту, органические растворители и др.Количество радиоактивных сточных вод низкой активности (до 1 мкюри/л) значительно больше. Они образуются при переработке руды, стирке одежды, удалении радиоактивных загрязнений из помещений, эксплуатации реакторов, лабораторных исследованиях, использовании радиоактивных изотопов в лечебных целях.Специфические свойства радиоактивных отходов требуют применения специальных методов переработки, которые сводятся к концентрированию отходов и рассеиванию в окружающей среде при соблюдении предельно допустимого содержания в ней радиоактивных изотоповКонцентрированию подвергаются сточные воды высокой активности и с большим периодом полураспада радиоактивных загрязнений. После концентрирования радиоактивные отходы хранят в специальных резервуарах или переводятся в твердое состояние связывающими материалами. Применяется также сплавление отходов с керамическими материалами, стеклом, после чего полученные блоки закапывают глубоко в землю.Обезвреживание сточных вод, содержащих радиоактивные изотопы с небольшим периодом полураспада (до 60 дней), производится в резервуарах с целью снижения радиоактивности до допустимых норм. Для отвода тепла, выделяющегося в результате естественного распада радиоактивных веществ, необходимо предусматривать водяное охлаждение резервуаров. В целях защиты от радиации над резервуарами насыпается слой земли толщиной до 3 м.Все сточные воды, содержащие радиоактивные вещества, перед сбросом в почву или водоем подвергаются очистке.Способы очистки радиоактивных сточных вод подразделяются на физико-химические (осаждение, коагулирование, сорбция, ионооб-мен, экстрагирование, выпаривание, дистилляция), электролитические (электролиз, электродиализ, электроионизация), биологические.При очистке стоков от радиоактивных изотопов способом осаждения в очищаемую воду добавляется в достаточном количестве неактивный изотоп того же элемента или другой элемент, являющийся изо-аморфным с радиоактивными микрокомпонентами. Так удаляют, например, радиоактивный иод J131.Способ коагулирования с последующим осаждением применяют при наличии в воде радиоактивных коллоидов. В случае необходимости производят, кроме того, фильтрование воды. Так, например, при помощи сульфата алюминия удаляют до 96—99,6% радиоактивного фосфора Р32, присутствующего в воде в виде POJ. Еще лучшие результаты получаются при применении в качестве коагулянта хлорида железа.Способ сорбции радиоактивных ионов на взвешенных в воде веществах или на активированном угле с последующим их осаждением является высокоэффективным: достигается удаление церия Се144 и плутония Ри239 до 99%.Способ реагентного умягчения воды с применением извести и соды, широко известный в практике водоснабжения, используется для извлечения из воды до 74—84% радиоизотопов Sr89 и Sr90, образующихся при делении урана. Более полное извлечение стронция может быть достигнуто способом ионного обмена.Способ ионного обмена является эффективным методом очистки слабоактивных сточных вод, предварительно освобожденных от растворенных органических веществ на биофильтрах.Электролитические способы находят применение для удаления из раствора некоторых продуктов деления урана в ионной форме.Способы биологической очистки используются для обработки бытовых сточных вод, содержащих небольшие количества радиоактивных веществ. Этот способ основан на способности радиоизотопов сорбироваться на взвешенных веществах и избирательно биологически ассимилироваться биоценозами, населяющими аэротенки, биофильтры, биопруды.Более полное извлечение радиоактивных веществ достигается на очистных станциях, работающих по схеме двухступенчатой биологической очистки. Станции очистки этих сточных вод должны быть полностью автоматизированы и герметизированы.Степень очистки различных радиоизотопов неодинаковаВыбор способа зависит от физико-химического и радиоактивного состава сточных вод, местных условий, стоимости способа и требуемой степени очистки.Кроме отдельных способов для глубокого обезвреживания сточных вод могут быть применены различные их сочетания.Очистка сточных вод от ртутиСуществует несколько способов очистки сточных вод от ртути: осаждение ртути в виде нерастворимого сульфида ртути, поглощение ионов ртути катионитами, сорбция ионов ртути ионообменным волокном мтилон-т и др.При осаждении ионов ртути в виде сульфида происходит следующая реакция: Hg2+-f-S2-->HgS|.Произведение растворимости HgS в дистиллированной воде составляет 1,6Х10

Дозирование реагентов.Дозирование реагентов в обрабатываемую воду, равномерность их распределения являются ответственным этапом водообработки. От их совершенства в значительной степени зависит не только степень очистки воды, но и экономичность технологии.В водоподготовке применяют дозаторы растворов и суспензий, газов и сухих реагентов, которые можно классифицировать на три вида: дозаторы постоянной дозы; пропорциональные, автоматически устанавливающие дозу в соответствии с изменяющимся расходом воды или ее качеством, и насосы-дозаторы. Дозаторы растворов, суспензий и газов можно подразделить на дозирующие реагенты в открытый поток и в напорный трубопровод. Дозаторы сухих реагентов вводят их в открытый поток или в специальный смеситель, где они быстро растворяются.Сухие гранулированные или порошкообразные реагенты дозируют шнековыми, ленточными, тарельчатыми, объемными, массовыми и вибрационными дозаторами.Объемные дозаторы подают определенный объем вещества за расчетный промежуток времени, массовые - массовое количество вещества. Основное отличие их состоит в следующем: объемные дозаторы, которые конструктивно проще и: дешевле, имеют точность дозирования 3.5%, массовые - 1%; массовые дозаторы легче оборудовать записывающим устройством для регистрации дозируемого реагента и устройством для автоматической подачи реагента в воду.В ажной и неотъемлемой частью сухих дозаторов является растворная камера. При непосредственном вводе сухих реагентов в воду они падают на дно нерастворенными. Максимальную концентрацию реагента в растворной камере принимают равной 1/4 концентрации насыщенного раствора при обычной температуре воды. Вместимость растворных камер принимают не менее 20 л. Для более полного смешения реагента с водой и его лучшего растворения предусматривают электрические мешалки или форсунки. Для точного регулирования количества воды, поступающей в растворную камеру, применяют различные водомеры. Из камеры раствор вводят в обрабатываемую воду. Используют дозаторы типа ДВ с массовым контролем производительностью 8-40; 40-120; 120-400; 400-1000; 1000-2000; 2000-4000 кг/ч; питатели-дозаторы с массовым контролем типа ПНВ такой же производительностью, что и дозаторы типа ДВ; дозаторы автоматические, непрерывного действия сыпучих материалов типа ДН-2-IV производительностью од-160; 0,1-320; 0,1-630; 0,1-1000; 0,1-1600 кг/ч. Отдозированный дозаторами реагент направляется в смывное устройство (слекер), из которого забирается эжектором и транспортируется водой к смесителю. Существенными преимуществами сухого дозирования являются компактность установки, предотвращение коррозии оборудования, простая схема автоматизации процесса и значительное снижение капитальных затрат.Рис. 59. Дозаторы, предназначенные на поддержание заданных параметров обрабатываемой воды (электропроводности, рН и т.д.), регулируют расход реагентов независимо от расхода воды на очистных сооружениях.Схема устройства и работы пропорционального дозатора простейшего типа показана на рис.4.7 В водомерный бак этого дозатора поступает часть воды, отделенная в определенном количестве от общего потока на непосредственно в смеситель). распределительном водосливе (остальная большая часть поступаетИз бака вода выходит через патрубок с диафрагмой и направляется через воронку также в смеситель. В баке имеется поплавок, который с помощью тросика, перекинутого через блоки, поддерживает на определенной высоте дозирующую трубку диафрагмы. Через эту трубку из второго бака вытекает раствор реагента, уровень которого в баке поддерживается постоянным благодаря шаровому клапану. При увеличении количества воды, поступающей на обработку, уровень воды в баке повышается, поплавок поднимается, дозирующая трубка опускается, и расход раствора реагента увеличивается пропорционально расходу обрабатываемой воды. В баке исходной воды успокоительная камера отделена перегородкой.Автоматически действующим дозатором пропорциональной дозы является дозатор, предложенный В.Л. Чейшвили и И.Л. Крымским (рис.4.8), действие которого основано на использовании разности электропроводности еще не коагулированной воды и этой же воды после введения в нее коагулянта. Рис.60. Автоматический дозатор Чейшвили-Крымского: 1 и 4 - подвод исходной и коагулированной воды; 2 - ввод коагулянта; 3 - шайбовый смеситель; 5 - регулятор подачи коагулянта; 6 - магнитный пускатель; 7 - измерительный прибор; 8 и 11 - ячейки некоагулированной и коагулированной воды; 9 - компенсационная ячейка; 10 - сливная воронка; 12 - раствор коагулянта из бакаПо тому же принципу действует дозатор АОВ-2 системы ИОНХ АН Украины.К автоматическим дозаторам относятся разработанные ВНИИ ВОДГЕО Рис.61. Дозатор пропорциональной дозы(а) и «плавающая труба» (б)конструкции дозатора типа ДИМБА (дозатор известкового молока бункерный автоматический). Они регулируют подачу реагента, поддерживая заданное значение рН или пропорционально расходу воды. Могут быть использованы также для дозирования раствора коагулянта.Для углевания в НИКТИ городского хозяйства МЖКХ Украины разработан дозатор-смеситель, с помощью которого можно дозировать и смешивать с водой пылевидный уголь.В последние годы в отечественной и зарубежной практике для дозирования реагентов все более широко используют плунжерные и винтовые насосы-дозаторы. К первым относятся насосы типа НД с подачей 0,16.2,5 м3/ч и давлением 981 кПа, а ко вторым - марки 1В6/10Х с подачей 0,5.6 м3/ч и давлением 392 Па. Реагентное обезжелезивание воды.Реагентные емкости и блоки емкостей предназначены для приготовления водных растворов химических реагентов, применяемых в системах очистки сточных вод:- коагулянтов (солей алюминия, железа);- флокулянтов;- растворов для нейтрализации сточных вод (щелочь, известковое молоко, различные кислоты);Реагентные емкости и блоки предназначены для периодического приготовления растворов.Реагентными блоками комплектуются очистные сооружения сточных вод предприятий пищевой промышленности, нефтеперерабатывающей отрасли, установки для очистки ливневых сточных вод и прочих производственных стоков производительностью до 100 м3/час.Состав и технические характеристикиКлассификация реагентных блоков:1. По объему – 0,1 – 10 м3.2. По методу перемешивания: механическое (электромиксеры) – для емкостей объемом до 1 м3, пневматическое для емкостей любого объема.В состав реагентных блоков входит:- емкость,- перемешивающие устройства (при барботажном типе – система аэрации и компрессор, при механическом – электромешалка),- насосы дозаторыРеагентные емкости.Емкости могут быть выполнены в зависимости от назначения, условий использования и типов химреагентов из: полиэтилена, полипропилена, нержавеющих сталей.В зависимости от типа химреагентов емкости оснащаются высокооборотными и низкооборотными электромешалками.Выбор типов перемешивающих устройств производится с учетом следующих критериев:- устройства барботажного типа применяются в основном для приготовления больших объемов растворов на очистных сооружениях большой производительности (до 1000 м3/сут и более) также в случае требований по пожаро-взрывобезопасности, при наличии у заказчика значительных резервных объемов по сж. воздуху (производительность компрессорной станции). Барботажные устройства применяются также для приготовления водных суспензий тонкодисперсных нерастворимых (малорастворимых) веществ, например известкового молока.- устройства механического типа (электромешалки) применяются в основном для приготовления небольших объемов растворов на очистных сооружениях малой производительности (до 500 м3/сут). Также для растворов реагентов склонных к окислению воздухом (например, солей железа II). Высокооборотные мешалки применяются преимущественно для растворения минеральных веществ (солей), имеющих высокую растворимость в воде, низкую вязкость раствора, не склонных к вспениванию. Например, растворов коагулянтов, щелочей, кислот, и пр. Низкооборотные мешалки применяются преимущественно для растворения веществ не допускающих интенсивное перемешивание, например, флокулянтов на основе полиакриламида и пр.Реагентные блоки.Для удобства монтажа и эксплуатации емкости объединяются в блоки: по 2 и 3 шт. различного объема в зависимости от функционального назначения.В состав блоков входит:- общая несущая рама с площадками обслуживания,- емкости для приготовления растворов реагентов,- перемешивающие устройства (при барботажном типе – система аэрации и компрессор, при механическом – электромешалка),- пульт управления,- система трубопроводов подачи воды, воздуха, растворов реагентов, перелива и опорожнения.Характеристики реагентных блоков с двумя емкостями.Реагентные блоки с двумя баками могут иметь вертикальную, либо горизонтальную компоновку. Реагентные блоки с вертикальной компоновкой применяются для 2-х стадийного приготовления растворов: в верхнем баке (растворном) – маточный (концентрированный) раствор реагента, в нижнем (расходном) – рабочий раствор.Реагентные блоки с вертикальной компоновкой применяются на очистных сооружениях непрерывного действия, не допускающих перерыв в работе. Вертикальная компоновка обеспечивает самотечное поступление маточного раствора в расходный бак.Реагентные блоки с горизонтальной компоновкой применяются для одностадийного приготовления рабочих растворов реагентов на очистных сооружениях, допускающих перерыв в работе на период соответствующий длительности технологического цикла приготовления раствора реагента.Блоки с горизонтальной компоновкой могут применяться как для приготовления раствора одного реагента (один бак используется для подачи раствора, другой – для приготовления раствора), так и для приготовления растворов 2-х различных реагентов (например, коагулянта и флокулянта).Безреагентное обезжелезивание воды.Обезжелезивание воды – одна из основных стадий водоочистки. Именно поэтому загрузочный материал для фильтрационных колонн следует выбирать особенно внимательно. И реагентные и безреагентные фильтры-обезжелезиватели заполняются специальными загрузками. Однако, если аэрационное обезжелезивание предъявляет только одно требование к активному компоненту – большая площадь поверхности, то реагентные методы неизменно связаны с проведением химических реакций и отведением образующегося осадка.Безреагентное обезжелезиваниеБезреагентные обезжелезиватели заполняют фильтрующими материалами, которые легко переводят двухвалентные соединения в нерастворимые трехвалетные соли. Таблица 11.

Конструкция термоумягчителей. Способы умягчения.Способы умягчения жесткой водыСпособы можно смело поделить на химические и физические. Химическая очистка воды подразумевает использование разнообразных реагентов, в процессе работы которых соли жесткости становятся малорастворимыми, выпадают в осадок и легко выводятся из систем, где используют воду. Ф изические способы умягчения воды.Группа же физических способов умягчения воды работает без применения каких-либо химикатов. Эта группа идеальна для очистки водопроводной воды, то есть той воды, которая в том числе идет для личного использования – пить и есть. Там вода должна быть мягкой по умолчанию.Мембранные способы умягчения воды. Еще можно выделить группу мембранных способов умягчения воды. Сюда входят очень популярный в промышленности обратный осмос. Это метод тонкой очистки с помощью давления. Внутри такого прибора располагается тонкая мембрана, выполненная из дорогостоящих материалов. Вся поверхность такой мембраны испещрена отверстиями. Диаметр таких дырочек не превышает размера молекулы воды. Такая полупроницаемая поверхность дает возможность устранить из воды практически любые примеси, которые имеют размер более молекулы воды.С таким прибором вы легко сможете получить воду идеальную для той же фармакологии или для производства питьевой воды. Дистиллят получают с помощью нанофильтрации. Это еще один вид Рис.100. обратного осмоса, только низконапорного.Главный козырь этого способа умягчения воды – высочайшая степень очистки, возможность получить воду с заданными признаками, только сменив мембрану. Но есть у обратного осмоса, как и у других мембранных способов очистки воды, свои минусы. Когда прибор работает, очень много воды находится внутри прибора. Так происходит по нескольким причинам. Во-первых, скорость просачивания через мембрану далеко не такая высокая, плюс прибор включает в себя не один фильтр. В установку могут входить обратный осмос, механический фильтр и кондиционер. Последний в обязательном порядке ставят на установках для производства питьевой воды. Такой способ умягчения воды очень хорошо устраняет любые примеси вплоть до бактерий с вирусами, что для питьевой воды немаловажно. Потом без кондиционирования такая вода становится непригодной для личного использования. Ну и потом использование обратного осмоса значительно ограничивает стоимость установки. Далеко не все в быту пока могут дозволить себе, использовать такую установку.Химический способ умягчения воды.Химический способ умягчения воды как мы уже говорили, подразумевает использование химических веществ. Сюда относят и натрий хлор, и фосфаты. Для такого умягчения чаще всего используют дозаторы, которые монтируют на трубу водопровода. Такие способы плохи тем, что химикаты могут образовывать другие примеси в воде и получается все тот же осадок. Только он еще и очень плохо устраняется. При этом к химическому способу умягчения воды относится и химическое восстановление фильтрующих частей приборов. Поэтому самым известной системой очистки и умягчения воды такого способа является ионный обмен. Здесь картридж восстанавливают с помощью очень соленого раствора. После восстановления картридж сможет снова работать.Ионообменный способ умягчения воды.Ионный обмен, как способ умягчения воды один из самых простых. Каких-то особых конструкций он не требует. Основа, как понятно из названия ионный обмен. Работает внутри такого прибора гелеобразная смола. В ней содержится большое количество натрия, который очень быстро при контакте с жестковатой водой сменяется на кристаллы солей кальция и магния. Вот и получается простой и быстрый процесс очистки, без каких либо усилий. Спустя определенный период времени, весь натрий из картриджа вымывается.В промышленности картридж восстанавливают, промывая раствором, а вот в быту просто меняют, т.к. питьевая вода не терпит реагентов. Скорость очистки отличная, только вот расходы на картриджи или их восстановление довольно большие. Да и в быту фильтр-кувшин в состоянии от силы очистить вам пару тройку литров. Для полной защиты от накипи и жесткости придется в обязательном порядке использовать еще один фильтр.Безреагентный способ умягчения воды.Ярким представителем безреагентного способа умягчения воды является магнитное силовое воздействие. Основу таких приборов составляют мощные магниты. Обязательно постоянные. Такой прибор еще только монтируешь, а магнитное поле уже работает. При этом прибор легко установить, легко снять. Обслуживания он не требует, не нужны ему картриджи и очистки. Он работает. Магнитное силовое поле, таким образом, пронизывает воду, что находящиеся в ней соли жесткости теряют прежнюю форму. Теперь это острые иголочки. Они натирают поверхности со старой накипью, очень качественно при этом ее удаляя. Но магнитное воздействие очень придирчиво к воде. Ему нужна вода комнатной температуры, текущая в одном направлении и с определенной скоростью. Убрать все минусы магнитного способа умягчения воды получилось только путем добавления электрического тока. Так и изобрели электромагнитную установку.Термический метод умягчения воды.Термический метод умягчения воды целесообразно применять при использовании карбонатных вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами умягчения воды. Он основан на смещении углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования карбоната кальция Рис.101. Термоумягчитель конструкции Копьева.15 - сброс дренажной воды; 12 - центральная подающая труба; 13 - ложные перфорированные днища; 11 - взвешенный слой; 14 - сброс шлама; 9 - сборник умягченной воды; 1, 10 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - продувка котлов; 3 - эжектор; 4 - выпар; 5 - пленочный подогреватель; 6 - сброс пара; 7 - кольцевой перфорированный трубопровод отвода воды к эжектору; 8 - наклонные сепарирующие перегородки.Реагентные методы умягчения воды.Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2, СаС03, Са3 (Р04) 2, Mg3 (P04) 2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества.Электромагнитные аппараты в системах водоочистки.Магнитные фильтры.В настоящее время не существует системы очистки воды без недостатков. Мембранные методы очень требовательны к исходному составу жидкости, ионообменные фильтры загрязняют окружающую среду регенерационным раствором. И только магнитные преобразователи, по заверениям производителей, способны без «побочных эффектов» идеально очищать воду от солей жесткости и взвешенных частиц. Рис.102. активатор магнитный полиградиентный.Магнитная обработка воды была открыта в начале XX века. Устройства, функционирующие на основе нетрадиционных методик, и сегодня вызывают оживленный интерес ученых и провоцируют многочисленные споры. Магнитные фильтры для воды для дома, коттеджа или квартиры не являются исключением. Как работает системы очистки будущего? И куда магнитное поле «прячет» загрязнитель?Очень упрощенно магнитный преобразователь можно представить в виде нескольких постоянных магнитов большой мощности. Расположенные особым образом магниты образуют магнитную систему. В аппаратах магнитной обработки жидкость должна двигаться перпендикулярно силовым линиям.Типы магнитных фильтров.На сегодняшний день существует два типа аппаратов магнитной обработки:Сетчатый магнитно-механический фильтр, предназначенный для постоянной грубой очистки, например  фланцевый (ФМФ) или муфтовый (ФММ).Электромагнитный фильтр, функционирующий только при наличии источника постоянного тока.Фильтр сетчатый магнитный и электромагнитный преобразователь лучше всего задерживают металлические примеси, обладающие магнитными свойствами и ферросоединения. Предпологается, что подобные устройства умеют и «исправлять» (структурировать) воду.Механизм работы.Механизм работы магнитных фильтров сводится к инициированию структурной перестройки среды. Происходящие в жидкости процессы ученые объясняют по-разному:Теория 1. При возникновении магнитного поля коллоидные примеси воды превращаются в центры кристаллизации. В результате структурной перестройки кристаллы солей переходят в иные модификации (кальцит-в арагонит). Таким образом, вместо твердых отложений возникает тонкодисперсный шлам, легко улавливаемый на поверхности жидкости.Теория 2. Действие постоянного магнитного поля деформирует ионы загрязнителя и изменяет саму структуру воды, что позволяет предотвратить образование накипи и отложение солей. Магнитные фильтры для устранения жесткости воды.Магнитные преобразователи чаще всего используются для водоочистки промышленных металлургических предприятий и котельных. Преимуществами фильтров такого типа можно считать отсутствие необходимости регулярной промывки регенеративными растворами, а также высокую эффективность в отношении уже имеющихся солевых отложений. К недостаткам подобных устройств следует отнести высокую стоимость многомодульных конструкций. Частным случаем магнитных фильтров являются магнитные умягчители. Это устройство не устраняет соли жесткости, а лишь переводит соединения магния и кальция в безопасную для домашней бытовой техники форму.В зависимости от назначения выделяют:- Смягчение воды для бытовых целей.- Очистка воды из источников водоснабжения;- Подготовка воды для котельных и промышленных предприятий;Первый главный плюс устройств магнитной водоподготовки, она не требует расходных материалов. Никаких тебе засыпок, смены картриджей, а также промывок. Это значительно экономит силы, время и конечно деньги. Для быта нет лучше варианта защиты от жестковатой воды, как установка магнитной водоподготовки. Вы сразу решаете установкой одного фильтра для воды несколько проблем.Умягчитель вообще не требует обслуживания. Его не нужно разбирать, чтобы что-то прочистить. Единственный вид отложений, которые могут возникнуть при работе магнитного устройства – это зеленные феррамагнитные отложения. Но очистить их очень просто, достаточно протереть трубу тряпочкой.Следующим качественным плюсом устройств магнитной водоподготовки будет срок ее использования. Разные виды умягчителей воды работают в течение, ну от силы лет семи, магнитный прибор или его электромагнитный аналог может  обеспечить лет 25-30 бесперебойной работы. Иногда этот показатель доходит до полувека. То есть, приобретая и устанавливая магнитную подготовку, вы защищаете себя от излишков солей кальция и магния практически на всю жизнь. И при этом вам не придется еще и накипь удалять. Тем, что касается минусов данный устройств: Очень слабые, особенно на жесткой воде; Дальность действия магнитных полей очень коротка; Очень большой минус, это дороговизна оборудования; Громоздкость. Принцип работы прибора.Основное влияние на кристаллы солей производит силовое магнитное поле, создаваемое магнитом. Под его влиянием в толще воды образовываются центры кристаллизации или их еще называют ядро конденсации карбонатной жесткости. Под воздействием магнитного силового поля соли переходят в форму кристаллических пластин. Эти центры не могут оседать на поверхностях оборудования, внутри организма и внутри пор тканей. Накапливая вес, эти центры становятся тяжелыми и выпадают в осадок. Осадок точно также не прилипает к поверхностям, а имеет рыхлую основу. Поэтому его так легко вымыть из оборудования.Умягчение воды катионированием.На эффект очистки воды влияет присутствие в исходной воде ионов натрия. Когда концентрация натрия невелика, общая жесткость фильтрата по величине близка к некарбонатной жесткости исходной воды и незначительно изменяется на протяжении рабочего цикла фильтра, так же как и общая щелочность фильтрата, которая составляет 0,3—0,5 мг- экв/л. Когда в исходной воде много натрия, щелочность фильтрата от начала рабочего цикла снижается, затем возрастает и в среднем за цикл составляет 0,7—0,8 мг-экв/л; в начале и конце рабочего цикла получается глубокоумягченный фильтрат, появление некарбонатной жесткости наблюдается в средней части фильтроцикла.Если для ионного состава исходной воды ввести обозначения для соотношения концентраций катионов (К) и анионов (А) в виде выражений где [Na+], [Са2+], [Mg2+] — концентрации в воде соответственно ионов натрия, кальция и магния, мг-экв/л; [НС03], [С1

Солнечные опреснители. Рис.112.Опреснитель данной конструкции не содержит стеклянных деталей, что значительно сокращает расходы на его техническое обслуживание.Конструктивное исполнение опреснителейОпреснители морской воды наиболее целесообразно размещать на плавучих платформах, на прибрежных скалах или береговых сооружениях, которые очень существенно снижают затраты на фундаментные работы. Такие опреснители позволят выводить на побережье трубопровод с уже готовой пресной водой. Если установка производит пресную воду из воздуха, то её желательно размещать не выше 10 метров над уровнем моря.Опреснители, работающие на альтернативных источниках энергии, проектируются в каждом конкретном случае отдельно. Это связано с тем, что производительность опреснителей сильно зависит от климатических условий местности и наличия источников альтернативной энергии. Выбрать оптимальный вариант опреснителя, можно только лишь при наличии плана местности и определения энергетических показателей источников энергии. Исключение составляют только лишь индивидуальные опреснители малой производительности. Выбор материалов.При конструировании опреснителей следует отдавать предпочтение деталям, изготовленным из антикоррозионных материалов, например, деталям из полимеров или деталям с полимерным покрытием. Применение материалов из алюминиевых сплавов очень нежелательно. По возможности следует избегать прямого контакта металлических деталей с морской водой. Теплоизоляцию испарительной камеры предпочтительно изготавливать из пенополиуретана или аналогичных теплоизоляционных материалов. В качестве теплоносителя солнечного рефлектора следует выбирать органические теплоносители с максимально малой вязкостью и рабочей температурой от 0 до 350 градусов. Абсорбер рефлектора предпочтительно изготавливать из медного листа с покрытием из чёрного хрома. Все трубопроводы между абсорбером и испарительной камерой должны быть защищены теплоизоляцией с рабочей температурой не менее 400 градусов (асбест, каолин, и т. п.).Выбор метода и технологии опреснения воды зависит от предъявляемых к воде требований по качеству и солесодержанию, а также технико-экономических показателей. В зависимости от реализуемого способа опреснения воды применяются различные типы опреснительных установок. Дистилляционные опреснительные установки (однокорпусные и многокорпусные, по способу опреснения — парокомпрессионные и солнечные) применяются при опреснении морской воды и соленых вод с высоким солесодержанием до 35 г/л.Опреснение морской воды электродиализом и гиперфильтрацией (обратным осмосом) экономично при солесодержании 25 г/л, ионным обменом — менее 25 г/л.Из всего объема получаемой в мире опресненной воды 96 % приходится на долю дистилляционных опреснительных установок, 2,9 % — электродиализных, 1 % — обратноосмотических и 0,1 % — на долю замораживающих и ионообменных опреснительных установок.Главная задача опреснения воды в том, чтобы проводить процесс с минимальной затратой энергии и минимальными расходами на оборудование. Это требование важно, потому что страна, которая вынуждена в большей мере полагаться на опресненную воду, должна выдерживать экономическую конкуренцию с другими странами, располагающими более обширными и дешевыми источниками пресной воды.Проектные разработки показывают, что транспортировка пресной воды из естественного источника даже на расстояние до 400–500 км дешевле опреснения только для небольших водопотребителей. Оценка прогнозных эксплуатационных запасов солоноватых и соленых подземных вод в засушливых районах с учетом удаленности большинства из них от естественных пресноводных источников позволяет сделать четкий вывод о том, что опреснение является для них единственно возможным и экономически оправданным способом водообеспечения.Установки опреснения воды экстракцией.Экстракцией называют физический метод разделения жидких смесей, основанный на различном равновесном распределении компонентов раствора между двумя фазами, которые образуются при введении специального экстрагента. Экстракционный процесс опреснения состоит из трех стадий: собственно экстракции, заключающейся в смешивании исходной воды и экстрагента с последующим разделением водной и органической фаз; сепарации — отделения экстрагированной воды и рассола от растворителя предварительным расслаиванием при изменении температуры экстракта и рафината; десорбции — извлечения остатков растворителя из опресненной воды и рассола (способ десорбции зависит от свойств используемого экстрагента). В качестве экстрагентов, наиболее полно удовлетворяющих требованиям процесса экстракции воды, могут использоваться триэтиламин, диэтилметиламин, дипропиламин и другие жидкие, твердые и газообразные растворители. Принципиальная схема опреснения воды жидкими аминами приведена на рис. 2L20. Основой ее является узел экстракции — сепарация. Процесс протекает в противоточном экстракционном аппарате, где соленая вода контактирует с растворителем, перемещающимся снизу вверх. Экстракт, содержащий пресную воду, направляется через систему теплообменников и нагреватель в сепаратор гравитационного типа, где в результате повышения температуры и изменения растворимости происходит разделение фаз. Отделенный растворитель через теплообменник и холодильник возвращается, а опресненная вода и рафинат с остатками аминов направляются на извлечение растворителя в десорбционные аппараты. Для] предотвращения концентрирования солей в экстрагенте при повышенном содержании солей в исходной воде рекомендуется циркуляция части экстракта, выделяемого в сепараторе промежуточным подогревом. В настоящее время внимание ученых всего мира привлекают биологические методы опреснения соленых вод, основанные на том, что многие морские растения и водоросли обладают способностью концентрировать в себе растворенные в морской воде соли. Если в сосуд с соленой водой опустить водоросли, то на свету (под действием солнечных лучей) они поглощают содержащиеся в воде соли. Процесс этот может быть еще усилен введением небольшого количества углекислоты. Через некоторый промежуток времени вода, находящаяся в сосуде, будет опреснена. Опресненную воду надо сливать из сосуда, а в него наливать новую порцию соленой воды. Затем сосуд поместить в темное место. В темноте водоросли выпускают в сосуд соли и снова становятся готовыми к опреснению. Так, смена света и темноты влияет на водоросли, которые становятся способными опреснять воду.Специальных серьезных исследований по использованию водорослей для опреснения воды еще никто не проводил. Ученые считают, что если подобрать специальные виды водорослей и соблюдать определенные условия течения процесса, то они с успехом могут быть применены для опреснения соленой воды. Существует способ опреснения воды, основанный на способности некоторых бактерий извлекать соли из соленой воды. Способ этот разработан и запатентован в США в 1969 г. Установлено, что при контакте соленых вод с водными суспензиями микроорганизмов, выращенных при перегнивании экскрементов сельскохозяйственных животных (например, коровьего навоза), солесодержание воды снижается с 2,0— 2,5 г/л до 0,15 г/л. Процесс протекает при нормальных температуре и давлении. Полученная вода после фильтрования и бактерицидной обработки может быть использована для питьевых целей. Большой интерес представляют биологические процессы onреснения воды, протекающие в организмах рыб, морских птиц и млекопитающих. Например, китообразные, тюлени и другие морские животные, находясь всю жизнь в соленой воде, не пьют соленую воду. Но так как без воды не может существовать ни одно живое существо, то они производят пресную воду в своем организме путем окисления собственного жира. В процессе окисления жира вырабатывается так называемая «метоболическая» вода. Не случайно, все морские животные имеют большие жировые запасы.  Обескремнивание вод.Основы технологии удаления из воды кремниевой кислотыВ подземных водах содержание кремниевой кислоты достигает половины их общего анионного состава. Концентрация кремниевой кислоты в воде равнинных рек обычно значительно ниже, чем в воде горных рек. Формы присутствия в воде кремниевой кислоты варьируются от коллоидной до ионно-дисперсной в зависимости от ее температуры, рН и от соотношения различных примесей воды.,Воду, содержащую кремниевую кислоту, нельзя использовать для питания котлов высокого и сверхвысокого давления, в химико-фармацевтической промышленности, при производстве капрона и текстиля, при переработке цветных металлов.Кремниевая кислота является основным компонентом сложных силикатных накипей (до 50% кремниевой кислоты, до 30% оксидов железа, меди и алюминия и до 10% оксида натрия), которые способны отлагаться на стенках котлов и теплообменных аппаратов. Кремниевая кислота образует накипи с катионами кальция, магния, натрия, железа, аммония. Силикатная накипь обладает низким коэффициентом теплопроводности и поэтому существенно снижает теплотехнические показатели работы котлов и теплообменных аппаратов.Таким образом, вода, содержащая кремниевую кислоту, осложняет и ухудшает работу котлов, турбин, а также различных теплообменных аппаратов, понижает качество продукции ряда производств, поэтому при ее использовании для указанных целей необходимо произвести предварительное обескремнивание воды. Глубина обескремнивания питательной воды для котлов зависит от их рабочего давления, температуры и конструкции. Содержание кремниевой кислоты в добавочной воде обычно до 0,05 ... 0,1 мг/л (считая по Si032-).Соли кремниевой кислоты достаточно хорошо растворимы в воде. Наименее растворимы в воде силикаты марганца, цинка, кадмия и кальция. Использование солей этих металлов в технологии обескремнивания воды неэкономично из-за больших расходов осадителя. Кремниевая кислота хорошо сорбируется на хлопьях гидроксидов магния, железа и алюминия. Как показали результаты исследований О. Н. Шемякиной и В. А. Клячко, кремниевая кислота не извлекается из воды в результате обменной адсорбции на слабоосновных анионитах, а средне- и сильноосновными анионитами сорбируется при отсутствии в воде сильных и слабых кислот (особенно угольной).Обескремнивание воды достигается: осаждением известью; сорбцией гидроксидами железа, алюминия, оксидом или гидроксидом магния; фильтрованием через магнезиальный сорбент; ионным обменом и электрокоагулированием.Очевидно, что выбор метода обескремнивания воды зависит от предъявляемых к ней требований и экономических показателей.При обескремнивании воды температурой 98°С осаждением известью и при значительном избытке осадителя содержание кремниевой кислоты может быть снижено до 0,4 ... 0,5 мг/л, а сорбцией гидроксидами алюминия и железа — до 1,5... 2 мг/л. При обескремнивании воды, нагретой до 40 °С, сорбцией гидроксидом магния или каустическим-магнезитом достигается снижение соединений кремния в ней до 0,8...1,2 мг/л, а при подогреве воды до 120°С — до 0,25... 0,5 мг/л. При обескремнивании воды фильтрованием через магнезиальный сорбент остаточное содержание кремниевой кислоты снижается до 0,1 ... 0,2 мг/л.Наиболее глубокое обескремнивание воды достигается в цикле ее ионитового обессоливания: до 0,05... 0,01 мг/л. Однако этот метод является наиболее дорогостоящим.Сорбционное обескремнивание воды.Обескремнивание воды известью основано на небольшой растворимости силиката кальция. При наличии в исходной воде 10... 12 мг/л кремниевой кислоты остаточное содержание ее в обработанной воде составляет 6... 8 мг/л. С избытком извести и повышением температуры глубина обескремнивания возрастает. Так, если подлежащую обескремниванию воду нагреть в каскадном подогревателе до температуры 80...90°С и насытить известью в сатураторе, то при этом выпадают в осадок гидроксид магния, сорбирующий SiO32-, силикат и карбонат кальция. Вода обескремнивается и частично умягчается.Осветляют воду фильтрованием, избыток гидроксида кальция удаляют декарбонизацией в скрубберах продувкой очищенными дымовыми газами. Образующийся при этом осадокВ очищенной воде содержится 0,35 ... 0,50 мг/л Si032-, солей жесткости — не более 0,01 мг-экв/л, щелочность не превышает 0,3 мг-экв/л. Углекислота удаляется из воды и происходит частичное разложение гидрокарбонатов.Обескремнивание воды солями железа основано на способности хлопьев гидроксида железа (II), образующегося при введении в воду его солей, сорбировать молекулярно-дисперсную и коллоидную кремниевую кислоту.Установка, используемая для обескремнивания воды сульфатом железа (II) или хлоридом железа (III), состоит из вертикального смесителя, дозаторов реагента и известкового молока, осветлителя, фильтра и насоса для рециркуляции осадка. Благодаря рециркуляции осадка значительно снижается расход коагулянта.На снижение содержания кремниевой кислоты с 12... 14 до 2 мг/л расходуется 300... 350 мг сульфата железа(II). Оптимальные значения рН (8,5... 9,5) поддерживаются добавлением в воду извести.Обескремнивание воды солями алюминия основано на их способности сорбировать кремниевую кислоту из раствора. В качестве реагентов применяют алюминат натрия и сульфат алюминия.Концентрация остаточной кремниевой кислоты при использовании алюмината натрия составляет 0,5 ... 2 мг/л; расход алюмината — 150 ... 200 мг/л. Применение вместо алюмината натрия более дешевого сульфата алюминия уменьшает глубину декарбонизации и увеличивает содержание сульфатов, что нежелательно для вод, идущих на питание паровых котлов.Высокой сорбционной способностью по Si032- обладают хлопья алюмината магния, образующиеся при одновременном введении в воду солей магния и алюмината натрия при рН свыше 8,5. Для получения оптимального значения рН воду подщелачивают.Схема сооружений для обескремнивания воды этим методом аналогична предыдущей. Если допускается содержание взвешенных веществ в воде до 15 мг/л, то вода из осветлителей может непосредственно подаваться потребителю; при необходимости более полного осветления воду пропускают через фильтры с антрацитовой крошкой. Для снижения дозы коагулянта, расход которого обычно составляет 200 ...400 мг/л, принимают рециркуляцию осадка в осветлителе.Перечисленные методы имеют недостатки, среди которых, наиболее значительными являются большой расход и высокая; стоимость реагентов, а также увеличение количества сухого остатка декремнизированной воды.Магнезиальный метод обескремнивания воды, основан на способности соединений магния (оксида магния, обожженного доломита, каустического магнезита и др.) сорбировать из водных растворов коллоидную и молекулярно-дисперсную кремниевую кислоту; причем остаточное содержание Si02 в очищенной воде не превышает 1 ... 1,5 мг/л. Для снижения расхода магнезитовых реагентов (в 3 ... 4 раза) применяют высокий подогрев и рециркуляцию шлама из отстойников в камеру реакции. Так, при подогреве воды до температуры 35 ... 45°С остаточное содержание кремниевой кислоты при обработке оксидом магния не превышает 2 мг/л, до 86... 105 °С — 0,5 мг/л. Расход MgOв этом случае составляет 5 ... 7 мг/мг Si02. Рис.113. Установка магнезиального обескремнивания воды при высокой температуре.1 — греющий пар; 2,8 — подача исходной и отвод декремнизированной воды; 3 — водоподогреватель; 4 — реагентиый бак; 5 — напорный дозатор; 6 — осветлитель с каскадным подогревателем; 7 — фильтр, заполненный оксидом магния или антрацитом; 9 — насос для рециркуляции осадка.Ввиду дефицитности и высокой стоимости оксида магния в качестве магнезитовых реагентов часто применяют обожженный декарбонизованный доломит CaC03*MgC03, полуобожженный каустический доломит Mg0*CaC03 и каустический магнезит MgC03. Обожженный доломит заливается водой и через 1,5 ... 2 ч дозируется в обрабатываемую воду в виде 5%-ного раствора (по сумме СаО и MgO). В осветлителе образуется осадок из карбоната кальция и оксида магния, который сорбирует кремниевую кислоту.Каустический магнезит представляет собой пыль, улавливаемую из отходящих газов при обжиге природного магнезита MgC03.Поскольку обожженный доломит промышленностью не выпускается и его необходимо получать на месте потребления, при обескремнивании воды чаще всего применяют каустический магнезит. Его дозируют в виде суспензии или порошка. В воде он образует тяжелую быстрооседающую взвесь, эффект обескремнивания которой зависит от дозы реагента, времени контакта его с водой и температуры последней. Декремнизация воды происходит достаточно полно при рН 10,1—10,3, поэтому в нее добавляют известь, так как при больших количествах углекислоты и гидрокарбонатов гидроксид магния растворяется и процесс извлечения кремниевой кислоты ухудшается.Время контакта реагента с водой назначают 60 ... 90 мин. Оптимальная температура процесса обескремнивания 40°С, однако установлено, что при температуре воды выше 120... 130 °С эффект обескремнивания повышается до 0,3 ... 0,5 мг/л, а расход реагентов и время нахождения воды в осветлителе сокращаются вдвое.Фильтрационное обескремнивание воды.При фильтрационном методе обескремнивания воды фильтры загружаются магнезиальными сорбентами (полуобожженным доломитом, а также специальным сорбентом, получаемым обработкой измельченного каустического магнезита соляной кислотой), активированным оксидом алюминия, бокситами. Технология получения магнезиального сорбента следующая: смесь каустического магнезита с соляной кислотой или хлоридом магния, имеющую консистенцию теста, высушивают при температуре 80...100°С, измельчают и просеивают. Полученный магнезиальный сорбент представляет собой зерна светло-серого цвета крупностью 0,5... 1,5 мм. Массовое отношение Mg/Clв сорбенте примерно составляет 1,5 : 1, а его насыпная масса 0,75 ... 0,85 т/м3. Сущность обескремнивания воды фильтрованием через такой сорбент заключается в образовании мало растворимого в воде силиката магния.При высоте слоя сорбента в фильтре 3,4... 4,0 м, температуре воды до 40...50°С и скорости фильтрования до 10 м/ч, содержание кремниевой кислоты в воде снижается до 0,1 ... ... 0,3 мг/л. Один кубометр сорбента поглощает до полного истощения 90 кг Si02.Недостаток метода заключается в необходимости через каждые шесть месяцев (при среднем содержании в исходной воде до 10 мг/л SiO3) менять загрузку фильтра, поскольку сорбент не регенерируется.Большой практический интерес представляет использование активированного оксида алюминия и бокситов в качестве загрузки обеекремнивающего фильтра. При скорости фильтрования 5 ... 6 м/ч слой сорбента толщиной 1,5 м снижает содержание кремниевой кислоты до 0,1... 0,5 мг/л. Фильтр регенерируется 0,1%-ным раствором щелочи. За один цикл 1 м3 активированного оксида алюминия поглощает из воды 10 ... 12 кг Si032-. Большое преимущество фильтрационного метода заключается в компактности установок и простоте их обслуживания.Обескремнивание воды анионитамиАнионитовый метод обескремнивания воды в цикле ионитового обессоливания с сильноосновными анионитами обеспечивает снижение концентрации кремнекислых соединений до 0,03 ... 0,05 мг/л.Сущность анионитового метода обескремнивания и одновременного обессоливания воды заключается в следующем: воду пропускают через Н-катионитовые фильтры, где из нее извлекаются катионы Ca(II), Mg(II), К(1) и Na(I). Затем вода проходит через фильтры со слабоосновным анионитом, где она избавляется от анионов сильных кислот (S042, Cl, N02


Умягчение воды катионированием.

Умягчение воды катионированием - фильтрование воды через гранулированный катеонит, представляющий собой полимерную нерастворимую в воде кислоту, способную вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями кальция и магния, сорбируя их ионы из раствора и отдавая в раствор эквивалентное количество катионов, которыми катионит насыщается при регенерации.

Умягчение воды катионированием осуществляется главным образом с применением Na-, H- и NHU- форм катионитов. Освоение технологии началось с использования в качестве катионитов неорганических ионообменных материалов — минеральных природных (глауконит) и синтетических алюмосиликатов — пермутитов.

В дальнейшем для практических целей стали использовать также природные органических вещества: гумус, торф, уголь. В настоящее время в нашей стране применяют в основном сульфокатиониты (сульфоуголь, катиониты КУ-2-8, КУ-1 и КУ-23), а также карбоксильные катиониты, которые пригодны для умягчения воды с высоким содержанием солей (вплоть до морской).

Сульфокатиониты содержат способные к обмену катионов активные сульфогруппы, карбоксильные катиониты — активные карбоксильные группы. Степень ионизации активных групп, обусловленная их химической природой, определяет возможный режим эксплуатации катионов. Сильноионизованные катиониты (сильнокислотные), например, сульфокатиониты, способны к обмену в годных растворах с широким интервалом значений рН. Слабоионизованные катиониты (слабокислотные), например, карбоксильные, могут обменивать ионы водорода на металл только в щелочных и лишь отчасти нейтральных растворах. Число активных ионогениых групп в единице массы (объема) катионита определяет его обменную емкость. 

По окончании регенерации слой катионита промывают осветленной водой для удаления остатков продуктов регенерации, после чего начинают новый цикл умягчения. Na- катионирование по традиционной технологии производят на сульфоугле или катионите КУ-2-8 с регенерацией их раствором натриевой соли. Возможно применение карбоксильных катионитов, однако при этом требуется двухступенчатая регенерация — сначала раствором кислоты, затем едким натром.

В процессе умягчения воды Na-катионированием содержание кальция и магния в воде может быть снижено до весьма малых значений. Общая щелочность при этом не изменяется, сухой остаток несколько возрастает в результате замещения в воде одного иона кальция, имеющего атомный вес 40,08, на два иона натрия (атомный вес 2 х 22,99 - 45,98). В традиционной технологии Na-катионирования для регенерации применяют техническую поваренную соль как наиболее дешевый и недефицитный продукт.

Разработан также режим регенерации катионита сульфатом натрия. Возможно применение и других растворимых соединений натрия. При регенерации катионита раствором кислоты активные (способные к обмену) катионы катионита замещаются Н-ионами кислоты и катионит переводится в Н-форму.

При фильтровании через такой катионит умягчаемой воды все катионы растворенных в воде солей (в том числе и катионы солей жесткости) будут сорбироваться (поглощаться) катеонитом; в воду будет переходить эквивалентное количество Н-ионов; растворенные в воде соли будут превращаться в соответствующие кислоты. Кислотность воды, прошедшей через Н-катионитовый фильтр, который загружен сильнокислотным катеонитом, будет равна сумме концентраций в исходной воде солей сильных кислот.

При регенерации Н-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного вытеснения из катионита других катионов, катионит в фильтре будет находиться в двух формах: в верхней части — в Н-форме, в нижней — в Са- и Mg-формах. При фильтровании через такой фильтр воды в верхней части фильтра все растворенные соли в результате обмена катионов на Н-ион будут превращаться в соответствующие кислоты.

При этом угольная кислота будет распадаться с образованием СО и С02 и уходить из сферы реакции. В нижних слоях фильтра будет иметь место реакция обмена между Ca-Mg-катионитом и кислотой, в результате чего все некарбонатные соли будут оставаться в воде, а карбонатные — удаляться из нее.

Регенерация Н-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного удаления из катионита катионов жесткости, называется "голодной" регенерацией. Фильтр, работающий в режиме "голодной" регенерации, снижая щелочность воды до 0,4—0,5 мг-экв/л, не снижает некарбонатной жесткости воды.

В тех случаях, когда лимитируется только жесткость умягченной воды, наиболее дешевым способом ее умягчения является Na-катионирование. При высокой прочности (выше 3 мг-экв/л), магнезиальной жесткости воды или при высоком содержании в ней железа бывает целесообразно умягчать воду поверхностных источников известкованием с последующим Na-катионированием. В тех случаях, когда недопустимо присутствие в умягченной воде бикарбоната натрия, образующегося при Na-катионировании солей карбонатной жесткости (то есть когда лимитирована щелочность умягченной воды), применяют параллельно или последовательно H-Na-катионирование воды или умягчение воды известкованием с последующим Na-катионированием. Если в умягченной воде не допускается наличия карбонатов натрия или калия, но в ней допустимо присутствие ионов аммония, то вместо H-Na-катионированш воды можно применять NHU — Na-катионирование воды. В этом случае при регенерации раствором аммонийной соли его обменные катионы замещаются ионом аммония.

Для умягчения воды серийно выпускают следующие ионообменные фильтры: вертикальные, цилиндрические, напорные аппараты насыпного типа, параллельноточные и противоточные.

Натрий катионовый метод умягчения.

Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5—8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.

При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05—0,1 г-экв/м3, при двухступенчатом — до 0,01 г-экв/м3.

Объем катионита Wк, м3, в фильтрах первой ступени следует определять по формуле

Wк = 24qуЖо.исх/nр ,                                                     

где qу — расход умягченной воды, м3/ч;

Жо.исх — общая жесткость исходной воды, г-экв/м3;

 — рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/м3

nр —число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.

15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании  , г-экв/м3 следует определять по формуле

 = aNabNa Еполн - 0,5qудЖо.исх,                                            

где aNa — коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;

bNa — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca2+ и Mg2+ вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по табл. 2, в которой СNa — концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м3 (СNa = (Na+)/23);

Таблица 6.


Удельный расход поваренной соли на регенерацию катионита, г на г-экв рабочей обменной емкости
100
150
200
250
300

Коэффициент эффективности регенерации катионита aNa
0,62
0,74
0,81
0,86
0,9

Таблица

Cna/Жо.исх
0,01
0,05
0,1
0,5
1
5
10

bNa
0,93
0,88
0,83
0,7
0,65
0,54
0,5

Еполн — полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5—1,1 мм — 500 г-экв/м3; для катионита КУ-2 крупностью 0,8—1,2 мм — 1500—1700 г-экв/м3.

qуд — удельный расход воды на отмывку катионита, м3 на 1 м3 катионита, принимаемый равным для сульфоугля — 4 и для КУ-2 ? 6.

Площадь катионитных фильтров первой ступени Fк, м2, следует определять по формуле

 

Fк = Wк/Нк,                                                                

где Нк — высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м3);

Wк — определяется по формуле.

Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих — не менее двух, резервных — один.

Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:

до 5 г-экв/м3 — 25 м/ч;

5—10 г-экв/м3 — 15 м/ч;

10—15 г-экв/м3 — 10 м/ч.

Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл.

Таблица

Высота слоя, м, катионита крупностью 0,5–1,1 мм
Потери напора, м, в напорном катионитном фильтре при скорости фильтрования, м/ч

или 0,8–1,2 мм
5
10
15
20
25

2
4
5
5,5
6
7

2,5
4,5
5,5
6
6,5
7,5

В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5—3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч.

Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 л/(с?м2) при крупности зерен катионита 0,5—1,1 мм и 5 л/(с?м2) при крупности 0,8—1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит принимать 20—30 мин. Подачу воды на взрыхление катионита следует предусматривать согласно п. 6.117.

Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли Рс, кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле

Рс = fкНк ас/1000,                                                         

где fк — площадь одного фильтра, м2;

Н к — высота слоя катионита в фильтре;

 — рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3, принимаемая согласно п. 15;

ас — удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, принимаемый 120—150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой схеме и 150—200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.

Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на рисунке.
Рис.40. График для определения остаточной жесткости воды, умягченной одноступенчатым натрий-катионированием.

Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5—8 %.

Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3—4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита — 6—8 м/ч, удельный расход отмывочной воды — 5—6 м3 на 1 м3 катионита.

Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно пп. 20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита — 1,5 м; скорость фильтрования — не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300—400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора — 8—12 %.


Потерю напора в фильтре второй ступени следует принимать 13—15 м.

Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени.

При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них воды следует принимать 0,1 г-экв/м3, рабочую емкость поглощения катионита — 250—300 г-экв/м3.

При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.

Водород-натрий-катионный метод умягчения.

Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.

Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5 - 8 мг/л и цветностью не более 30°.

Умягчение воды надлежит принимать по схемам:

параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/м3с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/м3; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 г-экв/м3 и натрия не более 2 г-экв/м3.

-последовательного водород-натрий-катионирования с "голодной" регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 г-экв/м3, щелочность - 0,7 г-экв/м3;

-водород-катионирования с "голодной" регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7 - 1,5 г-экв/м3 выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата - 0,7 - 1,5 г-экв/м3. Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если нетребуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.

Натрий-хлор-ионитный метод.

Как показывает название этого метода обработки воды, он основывается на применении катионита в Na-форме и анионита в Cl-форме, регенерация обоих ионитов проводится раствором поваренной соли.

Хлор-ионирование осуществляется после предварительного натрий-катионирования. На натрий-катионитных фильтрах протекают реакции, рассмотренные выше и обрабатываемая вода умягчается, в ней остаются только соли натрия: NaHCO3, Na2SO4, NaCl, NaNO3. При пропуске натрий-катионированной воды через сильноосновный анионит в хлор-форме протекают реакции обмена анионов, содержащихся в Na-катионированной воде, на ионы хлора, находящиеся в анионите, а, именно: 


2Cl(A) + NaSO4 <-> SO4(A)2 + 2NaCl

Cl(A) + NaNO3/NaHCO3 <-> NO3(A)/HCO3(A) + NaCl

В результате сорбции иона НСОз снижается щелочность обрабатываемой воды, она минимальна в начале рабочего цикла, а затем постепенно повышается. Конец рабочего цикла хлоранионитного фильтра устанавливают по возрастанию щелочности фильтрата до заданной величины. 

Практика показала, что применение слабоосновных анионитов в описанной технологии Na—Cl-ионирования оказалось невозможным, так как после двух-трех регенераций поваренной солью аниониты этого типа не восстанавливают своей обменной емкости.

Претворение в жизнь этой технологии встретило и ряд других трудностей. Для продления срока службы сильноосновного анионита, например АВ-17-8, необходимо, чтобы в схемах Na—Cl-ионирования обрабатываемая вода не содержала железа и органических веществ. В подземных водах очень часто содержится двухвалентное железо, и тогда требуется исходную воду предварительно обезжелезивать. Поверхностные воды, для которых обязательна коагуляция в целях удаления органических веществ, обычно при необходимости снизить щелочность обрабатываются на предочистке известью, после чего они не нуждаются в Na—Cl-ионировании. 

Для регенерации анионита требуется поваренная соль высокого качества с минимальным содержанием посторонних примесей; для собственных нужд анионитных фильтров должна применяться умягченная вода. 

Метод натрий—хлор-ионирования следует применять в исключительных случаях при соотношении анионов в исходной воде 

(HCO3/1-)/(SO4/2- + NO3/1-) >= 1

и суммарной концентрации сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/л. 

В котельных установках обычно требуется глубокое умягчение воды, для чего применяют две ступени натрий-катионирования воды. В случае Na—Cl-ионирования после натрий-катионитных фильтров первой ступени ставятся фильтры второй ступени, где натрий-катионирование совмещается с хлор-ионированием, при этом в низ фильтра загружается катионит, а сверху помещается анионит типа АВ-17. В процессе регенерации фильтра второй ступени раствором поваренной соли ионы натрия — регенерируют катионит, а ионы хлора — анионит. 

Расход соли принимается равным 100—120 кг/м3 анионита. Регенерационный раствор готовится обязательно на умягченной воде. Расход воды на отмывку 3—4 м3/м3. Скорость фильтрования принимается 15—20 м/ч, количество фильтров — 2—3. 
При отключении хлор-анионитного фильтра при щелочности1,0—1,5 мг-экв/л средняя щелочность за рабочий цикл получается значительно ниже. Натрий—хлор-ионитный фильтр рассчитывается как натрий-катионитный первой ступени, а необходимый объем анионита определяется при рабочей обменной емкости анионита по иону НСОз- 280—300 г-экв/м3.

Смотрите также файлы