Материал: Подготовка воды для технического водоснабжения промышленных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды. Бахметьева Л.К., Бахметьев А.В

Иногда решение этой задачи достигается объединением нескольких потоков, наиболее близких друг к другу по качеству воды.

При отсутствии достаточных данных в задании на проектирование следует обратиться к специальной технической литературе, в которой описаны основные производственные процессы, указаны цели водопотребления, удельные расходы и требования к качеству используемой воды [9].

Выбор окончательной схемы водоподготовки должен обосновываться тех- нико-экономическим сравнением различных вариантов технического решения.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОКАЗАТЕЛЯХ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Технология очистки воды в значительной степени определяется физикохимическими и биологическими показателями ее качества и требуемой степенью его улучшения.

Качественная и количественная характеристики содержащихся в воде примесей определяют возможность ее использования для хозяйственно-питьевых и производственных нужд, а также оптимальные методы ее кондиционирования.

Основными физическими показателями качества воды являются: температура, мутность (содержание взвешенных веществ), цветность, сухой и прокаленный остаток.

Температура воды t для производственных нужд определяется заданием на проектирование и зависит от характера технологического процесса.

Мутность М, определяемая сравнением мутности исследуемой воды с мутностью стандартных суспензий, характеризует содержание высокодисперсных взвешенных и коллоидных примесей. Содержание взвешенных веществ (ВВ) характеризует количество примесей минерального и органического происхождения, имеющих размер более 100 мкм. Допустимые величины мутности и содержание ВВ зависят от требований, предъявляемых к технической воде. Например, вода, используемая для охлаждения агрегатов или охлаждения продукции через стенку теплообменного аппарата, не должна содержать более 20—50 мг/л ВВ.

Цветность воды Ц обусловливается в основном наличием в ней коллоидально растворенных органических соединений, в частности гумусовых веществ, придающих воде желтый и бурый оттенки. Для большинства производственных процессов цветность воды не нормируется.

В некоторых случаях содержание органических примесей, обусловливающих цветность, ограничивается. В частности, при промывке пряжи должна использоваться вода с цветностью, не превышающей 20 град. Цветность воды, подвергающейся умягчению и обессоливанию на ионитовых фильтрах, не должна превышать 30 град. Еще более жесткие требования по этому показателю предъявляются к воде, расходуемой для подпитки паровых котлов высокого давления.

6

Сухой остаток (СО), получающийся при просушивании остатка пробы профильтрованной воды при 105° С, и прокаленный сухой остаток (ПСО), получающийся при прокаливании сухого остатка, ориентировочно характеризуют содержание растворенных минеральных веществ.

СО ориентировочно можно определить по формуле

содержание органических примесей, мг/л.

Величины СО и ПСО, характеризующие общее солесодержание Р, нормируются для воды оборотных систем водоснабжения (не более 2000 мг/л), питательной и котловой воды парогенераторов, воды, используемой для изготовления ионообменных материалов, и т. п.

дорода H2S, угольной кислоты Н2СО3, кремниевой кислоты Н2SiO3, окисляемость, щелочность, жесткость, активная реакция рН.

Повышенное содержание катионов щелочных металлов характерно для солоноватых и соленых вод. Удаление Na+ и K+ из природных вод применяется при получении воды, расходуемой на питание прямоточных парогенераторов докритического и закритического давления, промывку некоторых деталей радиотехнических и электронных приборов и в других технологических процессах.

Наличие в воде катионов Mg2+ и Са2+ придает ей жесткость и создает условия для отложения их солей на внутренней поверхности трубопроводов и аппаратов. Для очень многих производственных процессов содержание солей жесткости в используемой воде нормируется. Мягкая вода используется при получении искусственных волокон, кинопленки, синтетического каучука, пластмасс и др. Особенно строго регламентируется содержание солей жесткости в питательной воде парогенераторов. Так, для парогенераторов с давлением от 2,4 до 4,0 МПа жест-

7

кость питательной воды не должна превышать 0,003—0,005 мг-экв/л, для прямоточных парогенераторов − соответственно не более 0,0005 мг-экв/л.

Наличие в воде соединений железа и марганца даже в небольших количествах (>0,3 мг/л) придает воде неприятный вкус, цвет и может оказаться причиной обрастания аппаратуры и трубопроводов колониями железистых и марганцевых бактерий. Поэтому воды с повышенным содержанием Fe и Мn подвергаются обезжелезиванию и деманганации. В частности, вода, используемая при крашении тканей, не должна содержать железо в количестве, превышающем 0,1 мг/л, и марганца более 0,05 мг/л.

Для многих производственных процессов содержание в воде анионов С1- и S обычно не регламентируется.

Практически полное удаление анионов из воды необходимо при использовании ее в качестве питательной для барабанных и прямоточных котлов с докритическим и закритическим давлением.

В воде, используемой для охлаждения оборудования и продукции в теплообменных аппаратах, содержание хлоридов в зависимости от температуры стенок аппаратов и оборудования не должно превышать 350 – 150 мг/л, содержание сульфатов – не более 500 – 250 мг/л.

Содержание соединений кремниевой кислоты Н2SiO3 регламентируется для питательной воды, парогенераторов давлением > 4 МПа и при промывке некоторых деталей радиоэлектронного производства.

Окисляемость воды обусловливается присутствием в ней органических веществ и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сульфитов, сероводорода, двухвалентного железа и др.).

Примеси органического происхождения могут явиться причиной интенсивного биологического обрастания охладительных градирен систем оборотного водоснабжения.

По рекомендациям водохозяйственных органов СЭВ [9] в этом случае перманганатная окисляемость не должна превышать 20 мг/л.

Показатель концентрации водородных ионов рН обусловливает интенсивность протекания физико-химических реакций при обработке воды и позволяет судить о характере ее воздействия на стенки трубопроводов и аппаратуры.

Упомянутыми ранее нормами СЭВ [9] для большинства производственных процессов рекомендуется рН технической воды поддерживать в пределах от 7,2 до

8,5.

Щелочность воды, обусловливаемая содержанием анионов слабых кислот (бикарбонатов , карбонатов , фосфатов, гуматов) и гидратов ОН−, является важным нормируемым для ряда технологических процессов показателем. Величина щелочности влияет также на процессы улучшения качества воды при коагулировании, известковании и др.

8

К биологическим загрязнениям, влияющим на качество воды, используемой для технического водоснабжения, относятся микроорганизмы, водоросли, водные растения и животные. Некоторые из них являются причиной обрастания внутренних поверхностей трубопроводов и аппаратов, другие своим присутствием в воде увеличивают общее содержание механических примесей. Поэтому иногда нормируются скорость развития биологических обрастаний, содержание биогенных элементов (Р и N), биохимическая потребность в кислороде и т. п.

Технологические показатели качества воды позволяют оценить эффективность использования основных методов улучшения ее качества. К ним, согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 для воды хозяйственно-питьевого назначения, относятся показатели осаждаемости взвеси, коагулируемости, обесцвечиваемости, относительной фильтруемости, хлорируемости и стабильности воды. Эти показатели и методика их определения распространяются и на воду, используемую для технических нужд предприятий.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ

3.1. Осветление и обесцвечивание воды

Для глубокого осветления и обесцвечивания технической воды состав основных технологических сооружений рекомендуется принимать в соответствии с

[8, табл. 15].

В дополнение к данным таблицы следует отметить, что для производственных нужд целесообразно в ряде случаев расширить область применения напорных фильтров, позволяющих исключить строительство и эксплуатацию резервуаров фильтрованной воды и насосной станции II подъема, не ограничивая их использование максимальной суточной производительностью станции в 3000 м3. Они могут быть также использованы без применения коагулянта для частичного осветления природной воды, содержащей до 100 мг/л ВВ.

Расчёт скорых напорных фильтров производится так же, как и расчёт скорых открытых фильтров [8].

Наряду со скорыми напорными фильтрами для частичного осветления природной воды, содержащей до 50 мг/л ВВ, целесообразно применять высокопроизводительные фильтровальные станции со сверхскоростными фильтрами, позволяющими получить фильтрованную воду с содержанием ВВ в пределах 3 – 5 мг/л. Эти станции представляют собой батарею из 6−10 (оптимальное количество−8) напорных фильтров (рис. 1), работающих в режиме сверхскоростного фильтрования. Сущность режима состоит в пропуске воды с высокими, понижающимися в

.

9

10

Рис. 1. Принципиальная схема сверхскоростной фильтровальной станции:

1 – сверхскоростной фильтр; 2 – редукционный клапан; 3 – задвижка на подаче сжатого воздуха; 4 – задвижка на подаче исходной воды; 5 – задвижка осветлённой воды; 6 – задвижка на отводе промывной воды;

7 – клапан дроссельный