Лекции по Водоподготовке. Лекция Значение водоподготовки на тэс для обеспечения надежности и экономичности эксплуатации

• Название: Лекция Значение водоподготовки на тэс для обеспечения надежности и экономичности эксплуатации
• Анкор: Лекции по Водоподготовке.doc
• Дата: 26.04.2017
• Размер: 10.65 Mb.
• Имя файла: Лекции по Водоподготовке.doc
• Тип: Лекция; #5696
• страница: 3 из 7

Известкование воды

Основное назначение известкования воды - это снижение ще­лочности (декарбонизация) исходной воды, при этом происходит соответствующее снижение жесткости и уменьшение количеств; сухого остатка. Одновременно из воды удаляются естественные ме­ханические примеси, органические загрязнения и соединения железа.

Декарбонизация воды, т.е. снижение щелочности, достига­ется путем увеличения рН > 9 с одновременным выводом из сфе­ры реакции (т.е. осаждением) образующихся карбонат-ионов в со­ставе труднорастворимого соединения СаСO₃. Для этого в обраба­тываемую воду вводят известь в виде раствора или суспензии, так называемого «известкового молока».

Известь предварительно гасят:

СаО+Н₂О=Са(ОН)₂

В результате подачи извести в обрабатываемой воде увеличивается концентрация ионов Са²⁺ и ОН^-:



Увеличение концентрации _приводит к изменению существовавшего равновесия (_) иобразованию молекул воды:



Концентрация _снижается, а величина рН увеличивается, что вызывает смещение углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов. При этом идут процессы:

1. 
   гидратация свободного СО₂ и диссоциация образующихся молекул угольной кислоты:
   

или суммарно: _

2. 
   диссоциация бикарбонат-ионов, ранее присутствующих в воде и обуславливающих ее щелочность:
   

Так как концентрация карбонат-ионов увеличивается, то:



Выделение ионов _ из раствора в составе осадка приводит к дальнейшей диссоциации ионов _.

При дозирование извести в количестве большем, чем это необходимо для связывания свободной угольной кислоты и разложения бикарбонат-ионов, в воде появляется избыточная концентрация гидрокольных ионов, в результате чего гидроксид магния выпадает в осадок:


Это приводит к частичному снижению магниевой жесткости воды.
Необходимые дозы реагентов:

Кальций-ионы содержатся в исходной воде ([Са]_исх), кроме того поступают в воду с дозируемой в ней известью в количестве, эквивалентном подаче ионов _

Ионы_должны вводится в следующих количествах:

1. 
   Для связывания свободной СO₂ в количестве, эквивалентном её исходному содержанию [СO₂]_исх:
   

СO₂+Н₂O+2OН^-->Н₂СО₃+2OН^-

2. 
   Для разложения бикарбонат-ионов в количестве, эквивалентном разности исходной и конечной концентрации в воде бикарбонат-ионов:
   

[_]_ИСХ — [_]_ОСТ

Н⁺+_+2_Н₂O+_+_

3. 
   Для разложения коагулянта в количестве, эквивалентном дозе Д₃ коагулянта :
   

Отсюда минимальная доза извести: Д_Н = [СO₂]_ИСХ + [НСО₃]_ИСХ + [НСO₃]_ОСТ + Д_К , (мг-экв/л). Общее количество ионов Са²⁺, содержащихся в исходной воде поступивших с известью:

[Са²⁺] = [Са²⁺]_ИСХ + Д_Н = [Са²⁺]_ИСХ + [С0₂]_ИСХ + [НСО_3-]_ИСХ - [НС0₃-]_ОСТ + Д_К , (мг-экв/л).

Интенсификация процесса известкования:

1. 
   Подогрев известкуемой воды:
   

• 
  ускоряются процессы кристаллизации образующихся веществ
  
• 
  уменьшается степень пресыщения раствора;
  
• 
  остаточные концентрации приближаются к равновесным;
  
• 
  улучшаются условия отделения взвеси от воды вследствие кинематической вязкости воды;
  
• 
  возрастают скорости химических реакций.
  

2. 
   Использование ранее выделившегося осадка в качестве контактной среды.
   

Обрабатываемую воду и реагенты смешивают в присутствие ранее выделившегося осадка, вводя их раздельно в нижнюю коническую часть аппарата. Движущийся в аппарате снизу вверх поток: поддерживает выделяющийся осадок во взвешенном состоянии, обтекает его частицы и контактирует с их поверхностью. Образующиеся при этом в результате обработки воды труднорастворимые вещества отлагаются на поверхности частиц контактной среды, а не выделяются в объеме обрабатываемой воды, как это происходило бы в отсутствие ранее выпавшего осадка. Излишек образующегося осадка удаляют из аппарата.
Минеральное обескремнивание воды

Кремнекислые соединения удаляются из обрабатываемой воды в результате связывания их гидроокисью магния. Для получения _в воде в к качестве реагента добавляют каустический магнезит

_ ( является продуктом обжига при t =750-800 °С металлургического

магнезита _).

Также может применяться:

• 
  полуобожённый (каустический) доломит MgO*CaC03, полученный при обжиге природного минерала доломита при t=700-750°С
  
• 
  обожженный (декарбонизированный) доломит MgO*CaO, полученный при обжиге доломита при t=900-925 °С.
  

Каустический магнезит - по внешнему виду похожий на цемент .Его состав: MgO – 83-75 %; СаО - 2,5-4,5 %; SiO₂-2,5-4,0 % , влага не более 1,5 %; потери при прокаливании 8-13 %.

Подавляющая часть кремнекислых соединений удаляется из воды вследствие сорбции их поверхностью частиц, содержащих _, и последующего образования труднорастворимых силикатов Mg.

Результаты магнезиального обескремнивания воды зависят от:

- качества обескремнивающего реагента и удельных доз (в мг _);

- продолжительности контакта обрабатываемой воды со взвешенным осадком;

- режима дозирования извести и коагулянта;

- температуры обрабатываемой воды.


Магнезиальное обескремнивание рекомендуется проводить при следующих условиях:

1) доза MgO, входящего в магнезиальный реагент – 5-20 мг на 1 мг удаленного _,

2) температура воды 40-45 °C при колебаниях не более ±1 °С;

3)продолжительность пребывания в зоне зашламления 1 ч;

4) доза коагулянта 0,25-0,5, иногда 1,0 мг-экв/л;

5) дозирование извести для поддержания рН=10,1-10,3.

На процесс магнезиального обескремнивания оказывают также влияние показатели качества и свойства исходной воды:

а) органические вещества, тормозящие процесс кристаллизации

выделяющих веществ, ухудшающие условия обескремнивания;

б) механические примеси, если они присутствуют в больших количествах, нарушают шламовый режим осветлителей;

в) большая карбонатная жесткость исходной воды благоприятна

для магнезиального обескремнивания, т.к. при ней, во-первых, больше масса и наделяющегося осадка, являющаяся контактной средой, вовторых легче поддерживается режим известкования.

Осветление воды фильтрованием

Для полного удаления из воды грубодисперсных частиц, хлопьев коагулянта и скоагулированных коллоидных частиц применяется фильтрование , т.е. пропуск воды через слой зернистого или пористого материала в оснетлительных фильтрах. При фильтровании воды твердые частицы задерживаются на поверхности или в толщине фильтрующего материала.

1. 
   При отсутствии предварительной коагуляции в осветлителях вода, содержащая грубодисперсную извесь, образует фильтрующую плёнку на поверхности фильтрующего материала.
   
2. 
   Если применяется предварительная коагуляция в осветлителе, где задерживается
   

основная масса взвеси, а на фильтры поступает вода, содержащая мельчайшие временные частицы, фильтрование идет не на поверхности, а в толще фильтрующего слоя. При таком процессе позднее используется вся толща зернистой загрузки фильтра и достигается высокая

степень осветления.

Процесс фильтрации имеет физико-химическую природу. Осветление воды при фильтрации объясняется прилипанием взвешенных частиц к зёрнам фильтрующего материала и к ранее прилипшим частицам под молекулярных сил притяжения. Причем устойчивость и притяжение мелких частиц к крупным значительно больше, чем интенсивность взаимного прилипания мелких частиц, т.к. вероятность попадания мелких частиц в сферу притяжения крупных больше, чем вероятность столкновения мелких. Явление прилипания мельчайших частиц, содержащихся в воде, к поверхности зерен фильтрующего материала называется контактной коагуляцией.

Здесь вода сразу после смешивания с коагулянтом поступает на механический фильтр, где проходит через слой песка. За коротки промежуток времени от момента поступления воды в фильтрующий слой в воде успевают образоваться лишь микроэлементы слипшихся частиц, которые прилипают к поверхности зерен песка.

Такой же процесс идет при фильтровании воды через фильтры после коагулирования и предварительного осветления. Вместе с водой в фильтры поступают мелкие хлопья, не успевшие осесть в отстойниках или осветлителях. При фильтрации эти хлопья прилипают к зернам фильтрующего материала и осветляют воду. Основной фактор определяющий эффект осветления воды фильтрами - способность; частиц прилипать к поверхности зерен загрузки фильтров. Эта способность — результат химической обработки воды коагулянтом.

Таким образом, для проведения фильтрации необходима неустойчивая коагулирующая суспензия.

Интенсивность работы осветлительных фильтров характеризуется скоростью фильтрации, численно равной часовой производительности 1 м² сечения фильтра (м³/м²*ч):

_ где Q - часовое количество фильтруемой воды, м³/ч; F - площадь фильтрования, м².



Фильтрация происходит за счет разности давлений на h^’ и под h’’ фильтрующим слоем: _h=h’-h’’ (перепад давлений или потеря напора в фильтре).

По мере увеличения сопротивления фильтра снижается скорость фильтрации и производительность фильтра. Поэтому для обеспечения необходимой производительности фильтра приходится периодически

увеличивать перепад давлений в нем путем повышения степени открытия задвижки на трубопроводе подвода воды к фильтру. При достижение максимально допустимого загрязнения (максимальная потеря напора) фильтр выключают из работы на взрыхляющую промывку (пропуск через него снизу вверх осветленной воды).

Период работы фильтра от начала одной промывки до начала следующей называется фильтроциклом:

T+t,

где Т - время полезной работы фильтра между промывками; t - время выключения фильтра на промывку.

Фильтрующие материалы

Фильтрующие материалы должны иметь определенные качества, соответствовать требованиям, предъявляемым к механической и химической стойкости, иметь определенный гранулометрический состав.

1. 
   Гранулометрический состав.
   

Высота слоя, мм: 700 2000

Однослойный: 0,7-0,8 1,1-1,2

Двухслойный: SiO2 0,8 (высота слоя по 500 мм)

антрацит 1,1

2. Механическая прочность — минимальные годовые потери металла не более 2,5 %.

3. Химическая стойкость зерен. Вода в процессе фильтрования не обогащается примесями железа, кремниевой кислоты, органическими и другими соединениями.

Условиям механической прочности соответствуют кварцевый песок и дробленый антрацит:

АЛ - антрацитная плита

АК - кулак зольность не более 5 %, сера не более 3 %

АС - семечко. Также этим требованиям соответствует дроблёный антрацит.



Классификация фильтров

1. По типу:

-вертикальные (рис. 10.2; а-к);

- горизонтальные (рис. 10.2; л-м).

2. По давлению воды над фильтрующим слоем:

- самотечные или открытые (рис. 10.2; а) - работают под напором, создаваемым разностью уровней воды в фильтре и сборном баке осветленной воды;

- напорные или закрытые (рис. 10.2; б-м) - работающие под напором, создаваемым насосом или высоко расположенным баком.

3. По количеству последовательно работающих фильтров:

- однослойные (рис. 10.2; а, б, в, е, л, м);

-двухслойные (рис. 10.2; г, д).

4. По числу параллельно работающих камер:

- однокамерные (рис. 10.2; а, б, в, д, л, м);

-двухкамерные (рис. 10.2; г, ж);

-двухэтажные (рис. 10.2; е);

- батарейные (рис. 10.2; и, к).

5. По способу фильтрования:

- однопоточные (рис. 10.2; а, б, г, д, л);

- двухпоточные (рис. 10.2; в, м).



Лекция 5. Обработка воды методами ионного обмена

Физико-химические основы ионного обмена

Высокая степень обессоливания природных вод достигается с применением ионитов, т.е. нерастворимых высокомолекулярных веществ, которые благодаря наличию в них иогенных групп способны к реакциям ионного обмена. Ионообменными свойствами обладают многие соединения самой различной природы.

В практике водоподготовки нашли применение в основном иониты на основе синтетических смол. Они состоят из «пространст­венно слитых» углеводородных цепей (матрицы) с жестко закреплен­ными на них активными иогенными группами. Матрица полимера с фиксированными отрицательными ионами называется поликатион, с положительными - полианион. В качестве исходных мономеров ис­пользуется стирол и дивинилбензол.



Природа фиксирующих групп или ионов оказывает решающее значение на ионообменные свойства смолы. В качестве фиксирующих групп (ионов) может служить:

для катионов: -SO₃ -СОО-, _, ; фенольная группа _

- для анионов: -NH₃⁺, =NH₂⁺, sS⁺, _N



Иониты обладают способностью удерживать на своей поверхности различные ионы и при определенных условиях обменивать их на другие, находящиеся в растворе, контактирующем с ионитами. Способные к обмену катионов иониты называются катеониты, способные к обмену анионов - аниониты.

В соответствии с основами физической химии, иониты - особь класс электролитов, которые обладают рядом общих технологических признаков:

- нерастворимостью;

- способностью к диссоциации на ионы;

- способностью к гидролизу;

- способностью к образованию ионной атмосферы.

Схематично диссоциация ионитов выглядит следующим образом:



где - катионит, в котором подвижным обменным катионом является К⁺, а неподвижным анионом катионита - органическая матрица, условное обозначение _;

R_a⁺_- анионит, в котором подвижным анионом является _, а неподвижным катионом — органическая матрица R_a⁺;

I - условный знак, указывающий на способность твердого электролита к диссоциации в твердых растворах без растворения само: электролита.

Характеристикой ионообменной способности ионита являете, величина его рабочей обменной емкости, которая характеризуется количеством ионов, поглощенных ионитом, при пропускании раствора солей или кислот определенной концентрации через лабораторный или промышленный фильтр, загруженный испытуемым ионитом, до начала «проскока» в фильтрат поглощаемых ионов.

Рабочая обменная емкость ионита выражается в грамм-эквивалентах ионов, поглощенных 1 м набухшего ионита (г-экв/м ).

Рабочая обменная емкость ионита зависит:

- от удельного расхода регенерирующего агента;

- от вида извлекаемой из воды иона;

- от значения рН воды;

- от скорости фильтрования обрабатываемой воды;

- от режима эксплуатации ионитного фильтра.

Рабочая объёмная емкость - основная технологическая характеристика ионита, т.к. от нее зависит объем ионита, необходимый для нагрузки фильтров при заданных условиях эксплуатации.