2 Вопрос. Методы реагентного умягчения воды. Технологические схемы и установки реагентного умягчения.Основы расчета.

В зависимости от вида реагентов, применяемых для умягчения воды, различают следующие методы водоумягчения:

• известковый;известковосодовый;едконатровый;фосфатный;бариевый.

Известковый метод

П рименяется для частичного устранения из воды карбонатной жесткости.

Известковое–содовый метод

П рименяется при необходимости устранения некарбонатной жесткости в воду помимо извести добавляют соду.

Едконатровый способ

Область применения метода определятся наличием такого соотношения между карбонатной жесткостью, содержанием свободной углекислоты и кальциевой некарбонатной жесткостью, при котором образующейся соды хватит для устранения кальциевой некарбонатной жесткости:

Щ_изб – заданная щелочность умягченной воды.

Если равенство нарушается в ту или другую сторону, то кроме едкого натра в воду добавляют:

• если правая часть больше левой - известь,

• если левая часть больше правой - соду.

Фосфатный метод

Применяется для доумягчения воды, поскольку при реагентом умягчении известковосодовым методом неизбежно наличие остаточной жесткости до 2 мг×экв/л, которую фосфатным методом можно снизить до 0,02-0,03 мг×экв/л.

При фосфатной обработке используется тринатрийфосфат Na₃PO₄, в результате обработки образуется малорастворимый Ca(PO₄)₂ и Mg(PO₄)₂.

Бариевый метод

Применяют в сочетании с другими методами.

В начале в воду вводят барий–содержащие реагенты:

• гидроксид бария Ba(OH)₂,

• углекислый барий BaCO₃,

• алюминат бария BaAl₂O₄.

З атем воду осветляют и обработают известью и содой для доумягчения.

3 Вопрос. Умягчение воды катионами. Конструкции катионитовых фильтров и цикл их работы.

Расчет Na-катионитовых установок

Расчет установок для умягчения воды выполняется в соответствии с рекомендациями прил. 7 СНиП 2.04.02-84^*.

Количество воды, подлежащей умягчению, q_у определяется по формуле:

М3/ч

где Ж_о.исх — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л;

Ж_ос — общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л;

Ж_у — жесткость умягченной воды, мг-экв/л

Последовательность расчета:

1. Разрабатывается технологическая схема обработки воды и выбирается марка катионита в зависимости от его технологических характеристик.

При одноступенчатом Na-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05…0,1 г-экв/м³, при двухступенчатом – до 0.01 г-экв/м³.

2 . Определяется рабочая обменная емкость катионита:

г-экв/м³

где Е_полн – полная обменная емкость катионита, г-экв/м³, определяемая по заводским паспортным данным;

q_уд – удельный расход воды на отмывку катионита м³ на 1 м³ катионита;

Ж_о.исх – общая жесткость исходной воды, г-экв/м³;

α_Na – коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации натрий-катионита, принимается по табл. 1 (здесь и далее из прил.7 СНиП);

Удельный расход пова-ренной соли на регенерацию катионита, г на г-экв рабо-чей обменной емкости	100	150	200	250	300
Коэффициент эффективности регенерации катионита aNa	0,62	0,74	0,81	0,86	0,9

β_Na – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита; принимается по табл. 2;

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

3 . Находится объем катионита для фильтров первой ступени:

М3

где q_у – расход умягченной воды, м³/ч;

Е_раб – рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м³;

n_р – число регенераций каждого фильтра в сутки, n_р = 1…3.

4. Определяется суммарная площадь катионитовых фильтров:

F_к = W_к / H_к ,

где Н_к – высота слоя катионита.

5. Назначается число фильтров N и определяется площадь одного фильтра:

f = F_к / N .

Число рабочих фильтров должно быть не менее 2.

Количество резервных фильтров зависит от технологической схемы умягчения воды.

6. Определяется фактическая скорость фильтрования воды:

v_ф = Q / F_Д ≤ v_ф.доп .

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;

• до 5…10 г-экв/м³ — 15 м/ч;

• до 10…15 г-экв/м³ — 10 м/ч.

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

В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом должен быть 2,5…3 м, а скорость фильтрации ≤ 15 м/ч.

Na-катионитные фильтры второй ступени рассчитываются аналогично.

Принимаются:

• высота загрузки катионита 1,5 м,

• скорость фильтрации v_ф ≤ 40 м/ч;

• Ж_о.исх = 0,1 г-экв/м³,

• E_раб^Na = 250…300 г-экв/м³;

• удельный расход соли для регенерации катионита – 300…400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости;

• концентрация регенерационного раствора 8…12%.

Отмывка их производится фильтратом первой ступени.

Расход поваренной соли Р_с кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра следует определять по формуле:

где f_к — площадь одного фильтра, м²;

Н_к — высота слоя катионита в фильтре, м;

E^Na_раб — рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м³;

а_с — удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, принимаемый /////.

Расчет H-Na-катионитовых установок

1. Разрабатывается технологическая схема обработки воды и выбирается марка катионита в зависимости от его технологических характеристик.

2 . Полезные расходы воды, м³/ч, подаваемые на водород-катионитные фильтры и натрий-катионитные фильтры:

где q_пол — полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м³/ч;

q_пол^H и q_пол^Na — полезная производительность соответственно водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров, м³/ч;

Щ_о —щелочность исходной воды, г-экв/м³;

Щ_у — требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м³;

А — суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м³.

3 . Рабочая обменная емкость, г-экв/м³, водород-катионита:

где a_Н – коэффициент эффективности регенерации водород-катионита

Е_полн – паспортная полная обменная емкость катионита, г-экв/м³;

С_к – общее содержание в воде катионов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/л;

q_уд – удельный расход воды на отмывку катионита, 4…5 м³ на 1 м³ катионита.

4. Объем катионита, м³:

• в водород-катионитных фильтрах

• в натрий-катионитных фильтрах

где Ж_о – общая жесткость умягчаемой воды, г-экв/м³;

n_р – число регенераций в сутки, n_р = 1…3;

E^H_пол и E^Na_пол – рабочие обменные емкости водород-катионита и натрий-катионита;

С_Na – концентрация в воде натрия, г-экв/м³.

5. По W_н и W_Na при Н_к = 2…2,5 м определяются суммарные площади фильтров F_н и F_Na и площади каждого водород-катионитного и натрий-катионитного фильтров:

F_к = W_к / H_к.

f = F_к / N

Количество рабочих фильтров каждого типа должно быть ≥ 2.

Количество резервных водород-катионитовых фильтров при числе рабочих ≤ 6 – 1, а при большем их количестве – 2.

Резервные натрий-катионитные фильтры не устанавливаются, но предусматривается использование в качестве их резервных водород-катионитных фильтров.

Остаточная жесткость воды, умягченной водород-катионированием определяется по графикам.

6. Расход 100 %-ной кислоты Р_Н, кг, на одну регенерацию водород-катионитного фильтра надлежит определять по формуле:

где а_Н — удельный расход кислоты для регене­рации катионита, г/г-экв, определяемый по рис. в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.

Далее рассчитываются установки для регенерации фильтров и реагентное хозяйство.

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 второй ступени следует принимать 13…15 м.