9.4. Декарбонизация воды методом известкования

Известкование как метод снижения щелочности воды при ее подготовке для теплосети долгое время рассматривался только применительно к закрытым системам теплоснабжения. Он считался экономичным при небольших расходах добавочной воды в теплосеть. При этом очистка подпиточной воды для теплосети совмещалась на первых стадиях с подготовкой добавочной воды для основного контура ТЭЦ.

В настоящее время известкование рассматривается как конкурентоспособный метод, позволяющий достаточно просто решать вопрос очистки сбросных вод даже для установок большой производительности, поскольку примеси, удаляемые из воды в процессе известкования, переводятся в практически нерастворимые осадки, которые могут быть удалены в соответствующие шламоотвалы.

Сущность метода заключается в обработке воды известью Са(ОН)₂. Повышение в воде концентрации ионовприводит к уменьшению концентрации ионов Н⁺. Увеличение рН вызывает смещение углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов. При этом происходит диссоциация молекул угольной кислоты по первой и второй ступеням, а также диссоциация бикарбонат-ионов, присутствующих в воде. В результате этих реакций в воде возрастает концентрация ионов , которые по достижении произведения растворимости СаСО₃вызывают образование твердой фазы карбоната кальция. Переход в осадок ионов и Са²⁺обусловливает снижение щелочности и жесткости воды. Если известь дозируется в количестве большем, чем это необходимо для связывания свободной угольной кислоты и разложения бикарбонатов, в воде появляется избыточная концентрация гидроксильных ионов. При условии достижения произведения растворимостиMg(OH)₂гидроокись магния также выпадает в осадок. Снижение щелочности и жесткости воды сопровождается соответствующим уменьшением сухого остатка. Кроме того, происходит уменьшение содержания соединений железа, кремния, органических веществ, снижается цветность воды.

На основе многолетних исследований отделением водно-химических процессов Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) сформулированы оптимальные условия проведения процесса известкования воды. На рис. 9.12 показана принципиальная технологическая схема подготовки воды этим методом.

В правильно налаженных установках с использованием осветлителей конструкции ВТИ при нагреве воды до 30–40 °С можно получить остаточную щелочность воды Щ_ОСТ =0,55–0,80 ммоль/дм³при содержании кальция до 1 ммоль/дм³и Щ_ОСТ =0,35–0,60 ммоль/дм³при3 ммоль/дм³. Оптимальное значение рН, при котором достигается минимальная общая щелочность, лежит в пределах 10–10,2. При снижении рН обрабатываемой воды остаточная щелочность повышается до 1–1,5 ммоль/дм³.

Рис. 9.12. Схема подготовки добавочной воды методом известкования:

1 – подогреватель; 2 – осветлитель; 3 – бак известкованной воды; 4 – насос; 5 – механический фильтр; I – исходная вода; II – известковое молоко; III – раствор флокулянта; IV – раствор коагулянта;V – осветленная добавочная вода

Если требуется получить воду с минимально низкой щелочностью, необходимо применять комбинированные схемы, например известкование с последующим подкислением.

На установках с известкованием важно получать очищенную воду, стабильную по содержанию карбоната кальция. Этому способствует совмещение процессов известкования и коагуляции в осветлителях со взвешенным слоем. При необходимости улучшить структуру шлама допускается использование флокулянтов. Осветлители серии ВТИ-И снабжены системами автоматизации для поддержания температуры воды в оптимальных пределах, соблюдения шламового режима осветлителя, приготовления и дозирования реагентов. Объем необходимой автоматизации, обеспечивающий нормативный режим эксплуатации осветлителей, разработан СКВ ВТИ в виде технического проекта и рекомендован для широкого внедрения на всех строящихся и расширяющихся водоочистках.

Эффект умягчения воды при известковании зависит от состава исходной воды. Если он не отвечает требованиям ПТЭ (кальциевая жесткость не выше 3,5 ммоль/дм³), возникает необходимость дополнительного умягчения. В подобных случаях проводится Na-катионирование части или всего потока известкованной воды.

9.5. Na-катионирование добавочной воды

Умягчение воды по методу Na-катионирования многие годы применялось на ТЭЦ для подготовки добавочной воды тепловых сетей. Эксплуатация Na-катио-нитных установок позволила выявить положительные и отрицательные стороны этого метода. Достигаемый при Na-катионировании глубокий эффект умягчения добавочной воды положительно сказывается на уменьшении кальциевого и магниевого накипеобразования в теплообменной аппаратуре. Однако повышение агрессивных свойств глубоко умягченной воды по отношению к металлу вызывает усиление коррозии подпиточного тракта (до деаэратора), а при недостаточно качественной деэрации – и всего остального водогрейного оборудования и теплофикационных магистралей. Иначе говоря, применение Na-катионирования как метода подготовки добавочной воды требует особенно тщательного проведения противокоррозионных мероприятий в теплосети, чтобы избежать загрязнения сетевой воды повышенным количеством продуктов коррозии.

Существенным недостатком метода Na-катионирования следует считать наличие сбросных вод, содержащих хлориды и сульфаты кальция и натрия в количествах, превышающих нормы. В настоящее время применяется разбавление сбрасываемых растворов водами более низкой минерализованности. В перспективе использование метода Na-катионирования в водоподготовительных установках будет зависеть от возможности утилизации сбросных вод.

В настоящее время в схемах подготовки добавочной воды для тепловых систем с непосредственным водоразбором Na-катионирование используется после стадии, снижающей щелочность исходной воды. Необходимость в доумягчении воды возникает, если исходная вода содержит значительное количество ионов кальция, и для выдерживания в сетевой воде соотношения требуется уменьшить их концентрацию доммоль/дм³. В подобных случаях применяются комбинированные схемы: а) известкование – коагуляция с последующим частичным или полным умягчением воды методом Na-катионирования; б) подкисление в комбинации с Na-катионированием части исходной воды. Та или другая схема очистки для каждого конкретного состава воды выбирается по результатам технико-экономического расчета, а также при положительном решении вопроса об утилизации сбросных вод Na-катионитных фильтров.