Учебное пособие 1700

3.3. Опреснение и обессоливание воды

При опреснении воды солесодержание должно быть снижено до величины, делающей воду пригодной для питьевых целей (Р<1000 мг/л). Обессоливание должно обеспечивать более полное удаление растворенных солей до величины, установленной технологическими требованиями.

Данные о рекомендуемых областях применения различных методов опреснения и их эффективности приведены в табл.1.

Таблица 1

Целесообразные пределы применения основных методов опреснения воды

Для обессоливания воды применяются ионообменные методы, многоступенчатая дистилляция и электродиализ в многокамерных аппаратах с ионитовым заполнением.

22

Выбор метода обессоливания должен основываться на экономическом сравнении ионитового и испарительного обессоливания. Ионитовое обесс о- ливание обычно предпочтительнее других методов при общем солесодерж а- нии менее 800−1000 мг/л.

Частичное обессоливание на одноступенчатых ионообменных установках, состоящих из катионитовых фильтров, загруженных средне - или сильнокислотными катионитом, и анионитовых фильтров, загруженных слабоо с- новным анионитом, позволяет снизить общее солесодержание до 2−10 мг/л. При этом на катионитовых фильтрах задерживается большая часть катионов, а на анионитовых фильтрах со слабоосновным анионитом — анионы сильных кислот.

II ступень катионитовых и анионитовых фильтров предназначается для дообессоливания вод, причем анионитовые фильтры II с тупени загружаются сильноосновным анионитом, который при отсутствии углекислоты, удале н- ной в дегазаторе, и анионов сильных кислот способен задержать анионы кремниевой кислоты. Еще более глубокое обессоливание (Р<0,02−0,05 мг/л) достигается на трехступенчатых ионообменных установках.

Применение ионитовых фильтров смешанного действия в качестве II ступени при двухступенчатой схеме и III ступени при трехступенчатой сх е- ме позволяет получить более глубоко обессоленную воду, однако связано со значительным перерасходом реагентов.

3.3.1. Метод ионного обмена

Метод ионного обмена применяется при исходной концентрации солей порядка 2,5-3 г/л, при мутности исходной воды не более 8 мг/л, при цветности не более 30 °С, при перманганатной окисляемости не более 7 мг/л. Глубина опреснения или обессоливания достигает предела от 15 до 150 мг/л при применении одноступенчатых опреснительных установок. Глубина может быть увеличена до 1 мг/л при применении многоступенчатых установок. Суть обессоливания ионным обменом заключается в том, что происходит обмел на специальные вещества иониты, которые эта вода пропускает (воду пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры).

Обмен катионов происходит на катионитах, а анионов – на анионитах. В зависимости от обменной способности анионитов они подразделяются на:

слабоосновные - для удаления анионов сильных кислот (НСl,

H2SO4),

среднеосновные – для удаления слабых кислот (НСО3 и т.д.),

23

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА УСТАНОВОК ДЛЯ У МЯГЧЕ НИ Я И ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ

4.1. Пример расчёта установки для умягчения воды

Задано: а) качество исходной воды; жесткость общая Ж о= 18 мг-экв/л; жесткость карбонатная Жк=10 мг-экв/л; жесткость некарбонатная Жнк=8 мгэкв/л; мутность воды М=50 мг/л, мутность воды в паводок 500 мг/л; конце н-

трация в воде свободной углекислоты 87 мг/л; конц ентрация ионов:

Сa2+−210 мг/л, Mg2+−91,12 мг/л, Na+−60 мг/л, S −288 мг/л, С1-−163 мг/л, t=15 °С;

б) производительность станции Qпол=15000 м3/сут. Требуется подготовить воду хозяйственно-питьевого назначения (Жо≤7 мг-экв/л, М≤1,5 мг/л) 14000 м3/сут. (первый поток) и 900 м3/сут. с жесткостью Жо≤0,01 мг/л и Що≤0,5 мг-экв/л (второй поток) для производственных целей.

4.1.1. Общие вопросы проектирования установки

Система очистных сооружений выбирается в зависимости от суточного расхода, мутности, цветности [8, табл. 15] и жесткости исходной воды. При заданных условиях для основного потока воды очистные сооружения будут включать:

1) устройства для приготовления и дозирования растворов реагентов (извести и соды для устранения жесткости воды и коагулянта Fe Сl3или FeS04 для удаления взвеси); 2) смесители; 3) осветлители со взвешенным осадком; 4) фильтры.

Для дополнительного потока воды (900 м3/сут.), в котором предусматривается глубокое умягчение воды, требуется снижение солей жесткости, а также щелочности воды. В этом случае рассчитываются следующие сооружения: 1) Н-катионитовые фильтры; 2) Na-катионитовые фильтры; 3) устройства для хранения, приготовления и перекачки серной кислоты; 4) ус т- ройства для мокрого хранения соли, приготовления раствора соли и его п е- рекачки; 5) устройства для взрыхления и отмывки катионитовой загрузки фильтров.

Кроме указанного оборудования как для основного, так и дополнительного потоков воды необходимо предусматривать резервуары для сбора промывной воды после скорых и катионитовых фильтров и. устройства для ее обработки (осветления, нейтрализации, осушки осадка и др.).

27

4.1.2. Определение производительности установки

Общая производительность станции определяется по формуле

где Q1 − полезный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды; Q2 − полезный расход воды, подаваемой со станции умягчения в котельную; Q 3 – расход воды на собственные нужды станции известково -содового умягчения; Q4 – расход воды на собственные нужды станции Н-Nа-катионитового умягчения воды.

В начале расчёта трудно установить поступающий на очистные соор у- жения расход Qобщ так, чтобы в конце сооружений за минусом расходов на собственные нужды были точно обеспечены потребности водопотребителей Q1 и Q2. С учётом этого это обстоятельства расчёт рекомендуется начинать «с конца», т. е. с последней группы сооружений. В нашем примере завершающей группой сооружений являются катионитовые фильтры, предназн а- ченные для глубокого умягчения воды, поступающей на них после реаген т- ного умягчения.

Значения Q3и Q4 будут уточнены в процессе расчётов. Но прежде чем переходить к расчёту последней группы сооружений, необходимо устан о- вить солевой состав поступающей на них воды.

4.1.3. Определение доз реагентов при известково-содовом умягчении воды

Определение дозы извести (СаО) и соды (Nа2СOз)

Предварительно дозу коагулянта (FeCl3) определяем по мутности исходной воды [8, табл. 16]: Дк=60 мг/л.

28

Тогда

где С − количество образующейся при умягчении взвести в расчёте на сухое вещество, мг/л.

Величина С при известково-содовом умягчении определяется по выражению

,

где Мисх – мутность исходной воды,Мисх=500 мг/л.

Для известково-содовой обработки воды применяются:

а) известь строительная (ГОСТ 9179-59), 2-й сорт, с активным содержанием СаО в негашеной извести, в количестве m=70 %;

б) сода кальцинированная техническая (ГОСТ 10689-63), марки Б, с активным содержанием Na2C03m1=91 %.

Доза коагулянта

29

4.1.4. Определение солевого состава воды после известково-содового умягчения

Как показывает практика умягчения воды известково-содовым способом, при расчётных дозах извести и соды рН среды повышается и достигает 10,2—10,9, при которых и протекает образование нерастворимых соединений (СаС03, Mg (OH)2) и их выпадение в осадок.

В процессе реагентной обработки воды часть ионов, введенных в воду, выпадает в осадок (Са2+, С , Mg2+, Fe3+),но другая часть остается в воде (Na+, Сl-,

S ).

Общее количество введенных ионов натрия может быть определено из соотношения

Тогда общее, содержание натрия СNa после обработки воды

СNa=232,6+60=292,6 мг/л.

Количество ионов хлора, введенных с [FeCl3],

Тогда общее количество ионов хлора CCl после обработки воды ССl=27,6+163,1 = 190,7 мг/л.

Установлено, что в процессе коагуляции в результате образования мицелл их внешними слоями сорбируется определенное количество ионов.

Как показывают анализы, снижение ионов Na+ и Сl- происходит до 10 %,

Количество катионов должно быть равно количеству анионов, т. е. ∑А=∑К

или ∑К = 1 + 11,56= 12,56 и ∑А= 1,2+6+4,9=11.

После корректировки окончательно принимаем:

[Ca2++Mg2+] =1 мг-экв/л; [Na+] =10,9 мг-экв/л; [НС ]=1,2мг-экв/л;

[S ] =5,3 мг-экв/л; [Сl-]=5,4 мг-экв/л; солесодержание Р=789,5 мг/л.

30