полевое водоснабжение. Учебное пособие по полевому водоснабжению предназначено для изуче ния средств добычи, очистки и хранения воды, порядка проведения разведки водоисточников и оборудования на них пунктов полевого водоснабжения
 Скачать 3.8 Mb.
|
|
5.5.4 Устройство и технология очистки воды СКО-8БС (СКО-10) и ПВУ-300 В состав установки ПВУ-300 входят собственно установка, футляр, вы- носной насос и резервуары для воды. Для очистки (рис.78) вода из источника электрическим насосом 1 или ручным насосом 2 через демпфер 3 подается на распределитель 5 и из него на ультрафильтрационные аппараты 4 (УФ1-УФ4), где проходя по каналам полых волокон, фильтруется через их стенки, очищается от механических примесей и частично от органических соединений, бактерий и вирусов. После ультрафиль- трационных аппаратов вода поступает на микрофильтр, где двумя патронными мембранными элементами обеззараживается от бактерий, в том числе и в спо- ровой форме. На сорбционном фильтре 7 вода очищается от ОВ и растворимых органических веществ (пестицидов, фенолов, нефтепродуктов и др.), которые задерживаются сорбентом – карбоферрогелем-М. Окончательное обеззаражи- вание воды от болезнетворных бактерий, вирусов и токсинов происходит в 176 блоке обеззараживания 8 с помощью ультрафиолетового облучения. Полно- стью очищенная вода поступает в резинотканевый резервуар для воды 9. Рис. 78. Технологическая схема установки ПВУ-300: 1 – электронасос; 2 – ручной насос; 3 – демпфер; 4 – ультрафильтрационный аппарат; 5 – распределитель; 6 – микрофильтр; 7 – сорбционный фильтр; 8 – блок обеззараживания воды; 9 – резервуары для чистки воды В комплект станции СКО-8БС входит: блок ультрафильтрации; пульт управления; адсорбер; счетчик воды; аппарат бактерицидный ОВОД-1ОП; па- нель манометров; комплект ЗИП; дополнительный насос. Сорбент в комплект поставки не входит. Блок ультрафильтрации состоит из 10 секций по четыре ультра фильтрационных половолоконных аппарата в каждой, самовсасывающего насоса Н1 с предохранительным клапаном КП1, циркуляционного насоса Н1, распределителя четырех ходового РП, регулиру- ющего клапана КРЗ, электромагнитных клапанов К1-К3, емкости реагентов ЕР, стеклянных ротаметров РМ1, РМ2 с регулировочными клапанами КР1, КР2, обратных клапанов КО1, КО2, предохранительного клапана КП2. 177 При пуске станции в работе находятся только девять секций ультрафиль- трационных аппаратов (рис.79), а десятая секция промывается с помощью цир- куляционного насоса. Периодически с помощью автоматики на промывку включаются другие секции ультрафильтрационных аппаратов. Через час рабо- ты поток очищаемой воды в ультрафильтрационных аппаратах изменяется на противоположный с помощью четырехходового крана. Одновременно с про- мывкой ультрафильтрационных аппаратов часть очищаемой воды в количестве 10 % сбрасывается в виде концентрата через ротаметр. В блоке ультрафильтрации вода очищается от взвешенных веществ, а также частично обезвреживается, обеззараживается и дезактивируется. В сорб- ционном фильтре из воды удаляются растворенные органические вещества, в том числе ОВ, а также оставшаяся часть радиоактивных веществ и вирусов. В блоке бактерицидных ламп вода окончательно обеззараживается. Оборудование блока ультрафильтрации смонтировано на одной раме с поддоном для сбора утечек и конденсата, получающегося при «отпотевании» станции. Рис. 79. Водоочистное оборудование СКО-8БС 178 1 – выносной насос подачи воды; 2 – эжектор; 3 – растворный бак; 4 – блок ультрафильтра- ции; 5 – циркуляционный насос; 6 – черырехходовой кран; 7 – ротаметр; 8 – сорбционный фильтр; 9 – блок бактерицидных ламп; 10 – резервуар для очищенной воды Аппарат бактерицидный ОВОД-10П предназначен для обеззараживания пресной воды до норм ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Самовсасывающий насос Н1 предназначен для подачи воды на станцию в случае, когда ее давление на входе менее 0,25 МПа (2,5 кгс/см 2 ) или необходи- мы забор воды из открытого источника. При необходимости забора воды из от- крытого источника рекомендуется насос Н1 делать выносным и устанавливать его на расстоянии 5-6 м от уреза воды. При давлении воды на входе более 0,25 МПа, его уменьшают регулиру- ющим клапаном, при этом насос Н1 можно не включать. Циркуляционный насос Н2, прокачивая при определенном давлении воду через каналы полых во- локон ультрафильтрационных аппаратов, создает необходимую скорость пото- ка, которая способствует быстрой очистке каналов полых волокон от загрязне- ний. Вода, под действием разности давлений внутри и снаружи полого волокна, фильтрируется через стенку любого волокна, являющуюся мембраной и соби- рается в корпусе аппарата. Далее она системой трубопроводов из всех аппара- тов собирается в трубопровод ультрафильтра. Промывочная вода (концентрат) отводится периодически из цикуляционного контура после прохождения воды через ультрафильтрационные аппараты. Производительность станции по филь- трату определяется разностью давлений внутри и снаружи полых волокон уль- трафильтрационных аппаратов. Регулируется производительность станции кла- паном. Станция снабжена автоматической системой промывки ультрафильтров, что дает возможность эксплуатировать их в течение 500-4000 ч и более. В настоящее время принята на вооружение инженерных войск и пришла на замену станции СКО-8 станция комплексной очистки воды СКО-10 (рис. 80). СКО-10 очищает воду от механических частиц, взвесей, коллоидных со- единений, трёхвалентного железа, обеззараживает от антропогенных веществ и 179 СДЯВ органического происхождения, включая боевые ОВ, дезактивирует от РВ и обеззараживает от БС. Характеристики станции приведены в таблице 3.10. Рис.80 Станция комплексной очистки воды СКО-10 Таблица 3.10 Основные характеристики станции комплексной очистки воды СКО-10 характеристики показатели Производительность станции, м 3 /час 8-10 Ресурс работы фильтрующих элементов: - сорбента (одной загрузки) при очистке от ОВ, РВ и СДЯВ не ме- нее, час; - сорбента (одной загрузки) при очистке от других низкомолеку- лярных орг-х веществ, до, час; - ультрафильтрационных аппаратов при очистке от естественных загрязнений, не менее, час 100 4000 5000-8000 Энергообеспечение: - от штатного АД16С-Т400-1Р(У98); - от внешнего источника 380В 50Гц с изолированной или глухоза- землённой нейтралью - потребляемый ток не более, А 25 180 Габаритные размеры LxBxH мм 9950х2550х3300 Масса, кг 17000 Расчёт, чел 3 Показатели качества воды: мутность, мг/дм 3 Цветность, град. ПДК содержания органических веществ 200 200 5 Рис. 81 Схема развёртывания станции СКО-10 181 5.6. СРЕДСТВА ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ 5.6.1. Общие положения Опресняется вода с целью удаления растворенных в ней различных солей. Природные воды всегда содержат то или иное количество растворенных солей и по солесодержанию делятся на воды: пресные – до 1г/л, слабосолоноватые – 1…3 г/л, сильносолоноватые – 3…10 г/л, соленые 10…50 г/л и рассолы более 50 г/л. Воды, содержащие общее количество солей более 1,5 г/л, подлежат опреснению. В процессе опреснения существенно снижается общая жесткость воды. Солевой состав опресняемой воды очень разнообразен, поэтому универ- сального метода опреснения не существует. Существует два способа опреснения (удаления солей из воды): с измене- нием агрегатного состояния – дистилляция (с использованием обычного топли- ва, солнечного тепла, ядерного горючего) и вымораживание с охлаждением во- ды природным или искусственным способом; без изменения агрегатного состо- яния – ионный обмен, электродиализ, гиперфильтрация (обратный осмос). При выборе способа опреснения воды следует учитывать: солесодержа- ние исходной воды, заданную производительность опреснительной установки, а также экономическую сторону (на- пример, стоимость установки, источников тепла, электроэнергии, потребных химических материалов и реагентов и т. д.). На практике встречается необходимость опреснения воды с общим соле- содержанием от 2 до 35 г/л. При наличии в воде солей с концентрацией 2 — 3 г/л наиболее экономич- ны ионитовые опреснители (катионитовые и анионитовые фильтры). При соле- содержании 3 г/л рентабельны электродиализные установки. Если необходимо опреснять воду с концентрацией солей от 10 до 35 г/л, следует применять ди- стилляцию, вымораживание или фильтрацию. 182 Дистилляция является наиболее изученным и распространенным методом опреснения соленых вод. Этот метод целесообразен в том случае, когда в нали- чии имеется крупный источник дешевого тепла и достаточный обмен исходной воды. Основными типами дистилляционных установок термической обработки воды, которые получили широкое распространение, являются установки мгно- венного испарения и многокорпусной выпарки. Установки мгновенного испарения действуют по методу мгновенного ис- парения («флеш), основанному на явлении снижения температуры кипения по мере уменьшения давления в испарителях. Подогретая вода, поступая в изоли- рованную вакуумированную камеру (испаритель), частично мгновенно испаря- ется. Чем выше температура воды и чем глубже вакуум, тем больше воды испа- ряется. В многоступенчатой (шесть ступеней) прямоточной опреснительной установке (рис.82) каждый испаритель 10 представляет собой камеру с трубча- тым теплообменником 2 в верхней части, под которым имеется лоток 3 для сбора и отведения дистиллята. Рис. 82 Технологическая схема установки опреснения по методу мгновенного испарения 1 — головные подогреватели; 2 — теплообменник; 8 — лотки; 4 — эжекторный блок; 5 — штуцер; 6 и 8 — насосы; 7 — сепаратор пара; 9 — труба; 10 — испарители 183 Для очистки пара от капелек соленой воды предназначен пластинчатый сепаратор 7 пара. В самой верхней части камеры имеется штуцер 5 для отсоса эжекторным блоком 4 некондиционирующихся газов. Исходная соленая вода, последовательно протекая через трубчатые теп- лообменники, постепенно нагревается до температуры 70 0 С за счет скрытой конденсации пара, затем доводится в вынесенном головном подогревателе до 80' С. Нагретая таким образом вода вводится в первую камеру и далее последо- вательно протекает через камеры установки под снижающимися вакуумом и температурой. В последней камере температура воды 45 0 С. Неиспарившаяся вода откачивается по трубе 9 из последней камеры (из-под вакуума) насосом 8 и сбрасывается в дренаж. Дистиллят из лотков откачивается насосом 6 (из-под вакуума) в резервуар пресной воды. Зависимость производительности (Q) по- добной установки от расхода и температуры воды показана на рисунке 83. Установки многокорпусной выпарки с вертикальными длинно-трубными испа- рителями-корпусами (от четырех до девяти), включенными последовательно, стационарного типа, широко используются в народном хозяйстве. Рис. 83 Зависимость производительности (Q) установки опреснения от расхода и температу- ры (t) воды (после головного подогревателя) 184 Термическое опреснение в таких установках сопровождается отложением солей на поверхностях нагрева, что снижает эффективность опреснителей. По- этому необходима периодическая чистка греющей поверхности котлов и испа- рителей. Снижение накипеобразования на греющихся поверхностях опресните- лей достигается применением магнитных фильтров (рис. 84), через которые со- леная вода проходит перед поступлением в теплообменники и испарители. Под действием магнитного поля происходит кристаллизация солей Са и Mg, вслед- ствие чего образуется шлам, не отлагающийся на греющих поверхностях и уда- ляющийся потоком воды при продувке. Рис. 84 Магнитный фильтр 1 — корпус; 2 — направляющий диск с отверстиями; 3 — сердечник; 4 — магнитные кольца; 5 — кольцевой канал; 6 — крышка корпуса; 7 — гайка крепления фильтра к всасывающему патрубку насоса Широкое применение в полевом водоснабжении нашел и способ дистил- ляции с тепловым насосом (термокомпрессором).В опреснителях, выполненных 185 на этой основе, достигается большой съем пара с испарителя и повышается производительность испарителя в целом. Суть этого способа (парокомпрессионной дистилляции) заключается в выпаривании горько-соленой воды и последующей конденсации пара. Полу- ченный конденсат и является опресненной водой, так как освобождается от со- лей. Конденсат называют также дистиллятом. Поступающая в опреснитель вода выпаривается не полностью. Поэтому концентрация солей в невыпаренной воде возрастает. Вода, оставшаяся после выпаривания, с содержащимися в ней соля- ми удаляется (сбрасывается), ее принято называть сбросом. Другая часть солей откладывается на внутренних поверхностях аппаратов в виде накипи, удаляе- мой путем периодических химических чисток опреснителя. Тепло конденсата и сброса в теплообменниках передается исходной воде и возвращается вместе с ней в опреснитель. Для поддержания процесса опреснения опреснителю непрерывно переда- ется тепло от термокомпрессора и котла-подогревателя, которое расходуется на подогрев воды до кипения и на ее испарение. Тепло, сообщаемое воде в про- цессе испарения, накапливается паром в виде теплоты фазового превращения. Попадая в воду с пониженной температурой, пар конденсируется и отдает воде накопленное им тепло. Это тепло используется для последующего выпарива- ния, и цикл продолжается. Чем полнее будет использовано тепло конденсации, тем меньше топлива потребуется на опреснение воды и тем экономичнее окажется опреснительная станция. Подобный принцип в ОПС использован с применением однокорпусно- го выпарного аппарата 1 (рис. 85) и термокомпрессора 2.В выпарном аппарате имеется две полости: испарения Т и конденсации М. Для использования скры- той теплоты испарения необходимо, чтобы между зонами конденсации и испа- рения был некоторый тепловой интервал. В полости испарения вода кипит при температуре 100'С, образуется пар примерно с такой же температурой и давле- нием около 0,1 МПа. Пар забирается термокомпрессором, сжимается до 0,15 МПа, вследствие чего теплосодержание пара возрастает с 639 до 644 ккал/кг, а 186 температура повышается со 100 0 до 112 0 С (в расчете на насыщенный сухой пар), и направляется на конденсацию. Рис. 85 Принципиальная схема опреснения воды выпариванием с тепловым насосом 1 – выпарной аппарат; 2 – термокомпрессор; Т – полость испарения; М – полость конденсации Температурного перепада в 12 0 С оказывается достаточно для передачи тепла из полости конденсации в полость испарения и, следовательно, для выде- ления тепла конденсации (скрытой теплоты), идущего на выпаривание новой порции воды. Пар, создающий этот перепад температур, принято называть гре- ющим, а пар, образующийся за счет тепла конденсации греющего пара, - вто- ричным. В многокорпусных установках вторичный пар является греющим для последующего корпуса, а в ОПС вторичный пар после его сжатия в термоком- прессоре служит греющим для того же корпуса, в котором он образовался. Подобные процессы протекают и при дезактивации воды. Если бы не бы- ло потерь тепла в окружающую среду (с конденсата и со сброса, через стенки аппаратов и трубопроводов), то после пуска (разогрева воды до кипения) за- данные в ОПС параметры обеспечивались бы только за счет термокомпрессора. Но потери тепла существуют, и возмещаются они за счет работы котла - подогревателя. Ионообменное опреснение воды заключается в последовательном филь- тровании воды через катионитовые и анионитовые фильтры, периодически ре- 187 генерируемые кислотой и щелочью. Рентабельность применения этого способа ограничивается исходным содержанием растворенных солей до 3 г/л. Однако при необходимости, когда себестоимость воды не играет большой роли, можно опреснять ионообменным способом воду с большим солесодержанием. Ионообменное опреснение воды имеет ряд достоинств: простоту обору- дования, малый расход исходной воды на собственные нужды (15 — 70% про- изводительности установки), малый расход электроэнергии, малый объем сбросных вод и т. д. Недостаток этого способа — необходимость расходования реагентов. Ионообменное опреснение заключается в последовательном фильтрова- нии соленой воды через катионит и анионит (рис.86). Рис. 86 Технологическая схема ионообменного опреснителя По мере опреснения обменная способность ионитов снижается. При этом в фильтрате после катионита появляется в первую очередь Na + , а после аниони- та СI - . Снижение обменной способности устанавливается с помощью солемера и рН-метра по проскоку катионов и анионов в опресненную воду. Она может восстанавливаться (регенерироваться) фильтрованием через истощенный кати- 188 онит концентрированного раствора кислоты и через истощенный анионит кон- центрированного раствора щелочи (например, NaOH). Образующийся раствор NaCI сбрасывают в сток, а анионит после регене- рации отмывают пресной водой. Подобным способом можно снизить солесодержание в опресненной воде до 0,015 – 0,15 г/л в зависимости от солености исходной воды. Для улучшения вкусовых свойств воды после опреснения в нее рекомендуется добавлять часть исходной воды. Ионообменное опреснение требует хорошего осветления воды. В каче- стве ионитов для опреснения питьевой воды используются: катиониты: сульфоуголь – обменная способность 500 – 600 г экв./м 3 , КУ- 1 - обменная способность 450 г экв./м 3 , КУ-2-8 – обменная способность 1300 г экв./м 3 , КБ-4П-2 - обменная способность 3000 г экв./м 3 ; аниониты: АН-2ФН – обменная способность 700 г экв./м', ЭДЭ-10П - обменная способность 800 г экв./м 3 , АН-18-6 - обменная способность 600 г экв./м 3 . Для опреснения технической воды используются любые иониты. Опреснение электродиализом основано на разделении и удалении ионов солей под действием постоянного электрического тока. Устройство, в котором происходит опреснение, называется электродиализной ванной. В нее погруже- ны два электрода анод 1 (рис.87) и катод 4. Между ними находятся ионитовые гетерогенные мембраны (например, МК-40, МА-40) толщиной 0,6 – 0,7 мм. Эти мембраны обладают избирательной ионопроницаемостью, очень большим диффузионным сопротивлением и не очень высокой электропроводностью. Из- бирательная ионопроницаемость заключается в том, что мембрана из катионита (КУ-2-8) не пропускает анионы, но пропускает катионы, а анионитовые мем- браны (из ЭДЭ-10П), наоборот, проницаемы для анионов и практически не проницаемы для катионов. Кроме того, мембраны отличаются незначительны- ми размерами пор, соизмеримыми с размерами ионов, благодаря чему устраня- ется влияние диффузий. Под действием тока, проходящего последовательно че- рез все камеры, катионы растворенных солей (например, натрия) переносятся к 189 катоду, а анионы (например, хлора) - к аноду. Вследствие этого в одних каме- рах, образуемых мембранами, получается опресненная вода, а в других - рас- сол. Рис. 87 Схема опреснения электродиализом: 1 - анод; 2 - анионитовая мембрана; 3 - катионитовая мембрана; 4 - катод; В - камера с опрес- ненной водой; Р — камера с рассолом В качестве материала для электродов рекомендуется графит или платина. Размеры и пропускная способность ванн незначительны, поэтому в пакет соби- рают 100 и более ванн. Основными экономическими показателями опреснителя являются: расход электроэнергии на опреснение 1 м 3 воды, который тем меньше, чем ниже соле- ность воды и степень снижения солености; стоимость опреснителя, которая возрастает с увеличением суточной производительности и солености воды. Управление электродиализными опреснителями может в значительной степени автоматизироваться, что позволяет иметь в полевых условиях мини- мальный обслуживающий персонал. Время на получение опресненной воды со- ставляет минуты, что делает опреснение электродиализом более приемлемым по сравнению с термическим опреснением. |