tehnologi_epta / 1tehn

ТЕМА 1

1.Определение коэффициента объемного использования горизонтального отстойника и его использование на практике.

Гидравлический режим работы отстойников в значительной степени влияет на эффект их работы. Чем совершеннее конструкция отстойника, тем выше эффективность задержания взвешенных веществ. Совершенство конструкций связано с условиями входа воды в отстойник, т. е. со скоростью входа воды и величиной заглубления кожуха в радиальном или распределительной перегородки в горизонтальном отстойнике. Гидравлический режим работы оценивается по коэффициентам объемного использования и полезного действия отстойников.

Коэффициент объемного использования отстойника определяется измерением скоростей течения воды по всей глубине отстойной зоны (в нескольких сечениях) и установлением активной зоны, а коэффициент полезного действия — как отношение эффекта осветления в натурном отстойнике к эффекту осветления на модели (в покое) при равной продолжительности отстаивания.

По принятым значениям L(H и глубине отстойной зоны Н, при которых определялись значения коэффициентов объемного использования и полезного действия отстойников, находим длину отстойной зоны и объем сооружения, за исключением объема, расположенного в пределах распределительного кожуха или между передней торцовой стенкой и полупогружной доской, где практически не происходит осаждения взвешенных веществ.

Отстойники предназначены для удаления из воды основной массы содержащихся в ней загрязнений. Производительность отстойников (расчетные скорости движения обрабатываемой воды приведены в табл. 6.1) и степень очистки воды зависят от физико-химических свойств отстаиваемой взвеси и гидравлических условий отстаивания.

При использовании коагулянта содержание взвешенных веществ после отстойников не должно превышать 8-12 мг/л. Гидравлическими причинами неудовлетворительной работы отстойников являются неравномерное поступление и отвод воды, разница температур поступающей воды и воды, находящейся в отстойнике, стеснение живого сечения потока отложениями осадка.

В результате влияния перечисленных факторов вода в отстойнике движется с разными скоростями. Наряду с наличием струй с резко увеличенной скоростью образуются застойные зоны. При этом быстрое осаждение хлопьев в застойных зонах не компенсирует ухудшения качества воды вследствие медленного осаждения хлопьев из струй, движущихся с большой скоростью. Работа отстойника нарушается. Степень гидравлического режима устанавливают сопоставление коэффициента объемного использования отстойника Коб, который определяют по формуле:

Коб = Тф / Тр

где Тф - фактическое время пребывания воды в отстойнике, определяемое опытным путем;

Тр - расчетное время пребывания воды.

По данным П.И. Пискунова, максимальное значение Коб находится в пределах 0,84-0,87. Поэтому гидравлическое совершенство отстойника оценивают сравнением найденного Коб с его максимальной возможностью величиной, а не с единицей.

Усовершенствование гидравлического режима горизонтального отстойника может быть достигнуто следующими мероприятиями:

1)оборудованием отстойника встроенными камерами хлопьеобразования,

2)повышением равномерности сбора и распределения воды,

3)непрерывным удалением осадка.

2.Конвективная (в объеме) коагуляция примесей воды.

Примеси, находящиеся в воде, имеют весьма малые размеры, и осаждение их происходит крайне медленно, так как силы диффузии превалируют над силами тяжести.

Для ускорения процесса осаждения, фильтрования и повышения эффективности осветления и обесцвечивания воды прибегают к коагулированию. Коагулирование — это процесс укрупнения коллоидных и взвешенных частиц вследствие их слияния под действием силы молекулярного притяжения. Укрупненные агрегаты слипшихся частиц отделяются от жидкой фазы осаждением, В качестве коагулянтов, добавляемых в воду, обычно используются соли алюминия и железа: сульфат алюминия

A12(S04)3 • 18Н20, сульфат железа (И) FeS04 • 7Н20, сульфат железа (ITT) Fe2(S04)3 • 9Н20, хлорид железа (III) FeCl3, а также аллюминат натрия NaA102, оксихлорид алюминия А12(ОН)5С1 и др.

Доза коагулянта (мл/л; г/м3) для вод разного состава не одинакова и устанавливается путем опытного (пробного) коагулирования обрабатываемой воды. Для ориентировочных подсчетов дозу коагулянта можно определить по СНиП 2.04.02-84*. Так, в пересчете на безводные FeS04, A12(S04)3, FeCl3 дозу следует принимать при обработке мутных вод (в зависимости от содержания примесей) равной 25—125 мг/л. При коагулировании воды с повышенной цветностью ориентировочная доза коагулянта находится по формуле Дк = 4^Ц, где Ц — цветность воды, град.

Коллоидные и взвешенные частицы примесей природных вод в большинстве случаев имеют одинаковые заряды, что приводит к возникновению межмолекулярных сил отталкиванияи к агрегативной устойчивости. При очистке агрегативную устойчивость стремятся нарушить, а заряд частиц снизить.При добавлении коагулянтов нарушается агрегативная устойчивость системы, снижается заряд частиц до нуля или малых значений. Параллельно, вследствие гидролиза, образуются коллоиды, которые сорбируют частицы примесей:

Al2(S04)3+6H20^2Al(OH)3+6H++3SOj-; FeCl3+3H20=Fe(OH)3+3H++3Cl-

Необходимым условием полного протекания гидролиза является удаление из сферы реакции ионов Н+. Ионы водорода ассоциируют с бикарбонатными ионами, присутствующими, как правило, в природных водах и определяющими ее щелочность:

Н++НС03 <->Н2С03 <->С02 Т+Н20.

Полнота гидролиза имеет большое значение для коагуляции и качества очищенной воды, так как концентрация ионов А13+ в питьевой воде строго регламентирована (А13+ < 0,3 мг/л).При недостатке щелочности исходная вода подщелачивается. С этой целью может быть иснользована известь СаО или кальцинированная сода Na2C03. Для интенсификации процессов коагуляции иногда применяют специальные химические реагенты — флокулянты (активная кремниевая кислота, полиакриламид и др.), способствующие образованию более крупных хлопьев.Процесс коагулирования примесей воды можно улучшить путем удаления углекислоты из зоны реакции продувкой воздухом.Гидроксиды железа и алюминия в воде при обычных значениях рН почти нерастворимы. Хлопья частиц гидроксила осаждаются, адсорбируя и увлекая с собой нерастворенные взвешенные частицы ила, клеток планктона, остатков растений и т. п. Это явление укрупнения частиц при столкновении их и осаждении носит название флокуляции. Гидроксиды железа и алюминия — хорошие сорбенты. Они сорбируют на своей поверхности бактерии, гуминовые вещества и даже некоторые растворенные соединения, например ионы тяжелых металлов. На поверхности гидроокисей также могут адсорбироваться растворенные органические вещества, обусловливающие привкусы и запахи.На процесс коагуляции в свободном объеме (конвективной коагуляции) оказывают влияние следующие факторы: концентрация водородных ионов в воде, рН, анионный состав воды, правильный выбор дозы коагулянта (что видно из коагуляцион-ной кривой на рис. 5.3), щелочность, температура воды (влияет на первый этап коагуляции — пере кинетический), быстрота смешения коагулянта с водой (влияет на второй этап коагуляции _ ортокинетический), содержание в воде естественных взвесей. Коагуляция в свободном объеме осуществляется в камерах хлопьеобразования.

Для осуществления процесса коагуляций применяются следующие реагенты (коагулянты): сернокислый алюминий (глинозем) Al2(S04b*18H20, сернокислое же* лезо (железный купорос) FeS04X X 7ЩЭ, хлорное железо FeCU * 6Н20-

3.Нарисуйте схему осветлителя со взвешенным слоем с поддонным осадкоуплотнителем, параметры его работы.

1, 12 – подача исходной и отвод осветлѐнной воды; 2 – слой взвешенного осадка; 4 – желоба сбора осветлѐнной воды; 5 – перфорированные трубы отвода ос-ветлѐнной воды из осадкоуплотнителя с рециркули-рующей задвижкой 11; 6 – тонкослойные модули; 7 – защитные козырьки; 9 – перфорированные трубы сброса осадка из осадкоуплотнителя; 10 – боковой карман сбора осветлѐнной воды; 13 – сопло; 14 – воз-духоотделитель; 15 – осадкоотводные трубы; 16 – поддонный осадкоуплотнитель; 17 – водораспреде-лительные трубы; 18 – целенаправленный подающий стояк.

50 ≤ Мисх ≤ 1500 мг/л ; Ц ≤ 120 град ; Q> 5000 м3/сут.

Широко используют при осветлении, обесцвечива-нии, умягчении, дефторирования, обезжелезивания и обескремнивании воды. Их применяют на 1 ступени водоподготовки, вместо отстойников и КХО. Они могут хорошо работать только при обработке исход-ной воды коагулянтом (флокулянтом). Эффект освет-ления воды = 5

– 8 мг/л. Производительность ↑, чем у отстойников. Но, более сложны в эксплуатации. Для нормальной работы осветлителя допускается колеба-ние расхода +15%, t–ры обрабатываемой воды ± 10С.

Исходная вода, после смесителей с введением в неѐ реагентов, вводится в осветлитель снизу и равномер-но распределяется по площади рабочих коридоров. Далее вода движется снизу вверх через слой ранееобразованного взвешенного осадка, хлопья которого непрерывно движутся, но весь слой в целом – непод-вижен. Он находится в состоянии динамического равновесия (v восходящего потока воды =v средней скорости осаждения взвеси). Но: средняя v скорость осаждения взвеси ≠ гидравлической крупности u, это объясняется стеснѐнным осаждением частиц, на котором основана работа осветлителей. Благодаря тому, что скорость стеснѐнного осаждения частиц зависит от концентрации взвешенного слоя, слой хоро-шо сохраняется в широком диапазоне изменения ско-ростей восходящего потока. Чем ↑v восхождения, тем ↓ концентрация слоя.

1.Если v восхождения >v осаждения → слой раз-мывается;

2. Если v восхождения <vmin → слой декан-тируется.

Осветление и обесцвечивание воды происходит в результате контактной коагуляции (которая заключа-ется в адсорбции примесей с нарушенной агрегатив-ной устойчивостью на поверхности зѐрен контактной массы). При движении воды через взвешенный слой, извле-каемые из неѐ примеси остаются в нем, при этом объѐм слоя должен непрерывно увеличиваться, но этого не происходит, т.к. избыточный осадок посто-янно удаляется в осадкоуплотнитель и далее в водо-сток.

5. Методы глубокогообескремнивания технической воды.

Методы глубокогообескремнивания технической воды.

Техническую воду, содержащую кремниевую кислоту, нельзя использовать для питания котлов высокого и сверхвысокого давления, в химико-фармацевтической промышленности, при производстве капрона и текстиля, при переработке цветных металлов.

Кремниевая кислота является основным компонентом сложных силикатных накипей, которые способны отлагаться на стенках котлов и теплообменных аппаратов. Поэтому перед использованием воды для технических нужд, необходимо произвести ее обескремнивание.

К методам глубокого обескремнивания технической воды (0,1 мг/л и ниже, считая по Si032") можно отнести фильтрование через магнезиальный сорбент (до 0,1 мг/л по Si032). Сущность этого метода заключается в образовании мало растворимого в воде силиката магния. Недостаток данного метода заключается в необходимости через каждые 6 месяцев менять загрузку фильтра, поскольку сорбент не регенерируется.

А наиболее глубокое обескремнивание воды достигается в цикле ее ионитового обессоливания (0,05-0,01 мг/л).сущность анионитового метода обескремнивания и одновременного обессоливанияводы заключается в следующем: воду пропускают через Н-катионитовые фильтры, где из нее извлекаются катионы Са (II), Mg (II), К (I), и Na (I). Затем вода проходит через фильтры со слабоосновным анионитом, где она избавляется от анионов сильных кислот (S042", СГ, NO2). После дегазации воды для удаления из нее оксида углерода (IV) ее пропускают через фильтры с сильноосновным анионитом, где удаляется слабая кремниевая кислота. Такая схема называется трехступенчатой, к недостаткам данного метода можно отнести его сравнительно высокую стоимость.

- Влияние флокулянтов: в качестве флокулянтов ис-пользуют химические соединения, имеющие цепоч-ную структуру.

Они интенсифици-руют процесс хлопь-еобразования. Быва-ют анионные органические ПАА и неорганические АКК; катионные ВА-2.

-Влияние типа коагулянта.

-Влияние щѐлочности воды:

Al3+ + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3H+

H+ + HCO3- → CO2↑ + H2O

Выделяющиеся при гидролизе сульфата Al ионы во-дорода понижают рН воды и ухудшают условия коа-гуляции. Одновременно избыток ионов водорода пре-кращает

процесс гидролиза сульфата Al .

2H+ + CO32- = CO2↑ + H2O, H+ + OH- = H2O

-Влияние температуры воды: молекулы воды, а также частицы еѐ примесей

находятся в тепловом броуновском движении, интенсивность которого прямо пропорциональна температуре воды. Опти-мальная t = 30…40 0С.

-Влияние условий перемешивания воды: при пере-мешивании происходит интенсификация коагуляции, т.к. частицы чаще сталкиваются между собой. Перемешивание происходит в смесителе. Процесс коагуля-ции проходит в 2 стадии:

1.Перекинетическая (образуются мельчайшие час-тицы 1…10 мкм).

2. Ортокинетическая (образуются крупные хлопья 10 …30 мкм).

-Влияние природы загрязнений:

-Влияние окислителей: хлор, озон, перманганат калия.

-Влияние замутнителей: песок, глина.

7. Приведите пример технологической схемы обработки маломутной цветной воды.

-Флотаторы + Скорые фильтры - М < 150 мг/л; Ц < 200 град;

-КО - М < 120 мг/л; Ц < 120 град; Q – любая.

Контактные осветлители.

На выходе мы получаем воду с параметрами: М до 1,5 мг/л, Ц до 20 град. В водоѐмах много планктона. В таких схемах перед КО устанавливают микро-фильтры. Перед микрофильтрами CI-ие не предус-матривается. CI вводится в контактную камеру, v которой рассчитывается на 5 минутное пребывание воды. Конструкция КО мало отличается от фильт-ров.

КО-3. (Используют с поддерживающими слоями).

1Корпус.

2Загрузка – кварцевый песок.

3Дренажно-распределительная система, находит-ся в поддерживающем гравийном слое.

4Подача воздуха для водовоздушной промывки. Трубы пластмассовые перфорированные.

5Струенаправляющий выступ. Направляет струю в горизонтальном направлении для равномер-ного отвода воды.

6Песко-улавливающий желоб.

7Верхнее отделение канала.

8Нижнее отделение канала.

ВКО-3 нет желобов, есть водовоздушная промывка и есть поддерживающий слой.

Описание работы КО.

Работает по принципу контактной коагуляции, т.е. во-да с частицами примесей с

нарушенной агрегативной устойчивостью подаѐтся снизу вверх в контактную загрузку. Вода на КО подается непосредственно из смесителя. Чем меньше время пребывания воды в смесителе, тем более высокий эффект очистки.

Применение КО приводит к снижению дозы коагуля-нта ~ на 15%. Опыты показывают, что время очистки воды при пропускании еѐ снизу вверх через слой загрузки, качество воды достигает нормативного через 5-7 сек ( в отличии от очистки воды в свободном объѐме – это время составляет 20-40 мин.). В КО движение воды происходит в направлении убывания крупности загрузки (в отличие от скорого фильтра).

8. Гидрохимический баланс в оборотных системах охлаждающего водоснабжения пробышленного водоснабжения и его основные составляющие.

Наличие оборотной системы водного хозяйства является одним из важнейших показателей технического уровня промышленных предприятий. Внедрение систем оборотного водоснабжения позволяет резко снизить количество сбрасываемых сточных вод и уменьшить потребности в свежей воде, что дает большой экономический и экологический эффект.

Оборотные системы широко используются в системах водяного охлаждения как на предприятиях теплоэнергетического комплекса, так и на многих других производствах. К оборотным системам можно также отнести закрытые системы теплоснабжения.

Что касается предприятий, использующих воду как технологическое сырье, то подавляющее большинство из них применяет морально устаревшие схемы водного хозяйства, когда для водоснабжения берется свежая вода, а все образующиеся сточные воды (отработанные технологические растворы, продувочные воды, воды от мойки оборудования и помещений и т.д.) единым потоком проходяточистные сооружения и сбрасываются в водоемы.

Создание оборотных систем водного хозяйства промышленных предприятий базируется на следующих принципах:

1.Водоснабжение и канализация должны рассматриваться в совокупности, когда на предприятии создается единая система, включающая водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод как подготовку для повторного использования.

2.Для водоснабжения основными должны являться очищенные производственные воды, а также очистка поверхностного стока. Свежая вода из водоисточников должна использоваться только для особых целей и для восполнения потерь.

3.Очистка должна сводиться к регенерации отработанных технологических растворов и воды с целью их повторного использования в производстве. При этом основным звеном оборотных схем водного хозяйства являются локальные системы, что позволяет двигаться к цели поэтапно, затрачивая минимум средств.

4.Разработке оборотной системы должны предшествовать мероприятия по минимизации расхода воды.

С оборотными системами обычно связаны четыре проблемы:

•Коррозия.

•Отложения и накипеобразование.

•Загрязнение оборотной воды пылью, продуктами коррозии, солями.

•Микробиологическое загрязнение оборотной воды.

Таким образом, водоподготовка для систем охлаждения и оборотного водоснабжения заключается в удалении из оборотной воды накапливающихся загрязнений обычными физико-химическими методами или продувкой, а также в дозировании в воду биоцидов, корректоров рН, ингибиторов коррозии и накипеобразования.

Оборотная система водоснабжение применяется только для промышленных систем. Система хозяйственно питьевого водоснабжения по санитарным нормам не предполагает вторичного использования воды. Поэтому система хозяйственно питьевого водоснабжения не является оборотной системой.Внедрение на промышленные предприятия систем оборотного водоснабжения позволяет получить большой экологический и экономический эффект посредством резкого снижения количества скидываемых сточных вод и уменьшения потребности в новой воде.

Оборотные системы

Оборотные системы активно применяются в системах водного охлаждения как на предприятиях теплоэнергетики, так и во многих других промышленных комплексах. К оборотным системам также относят закрытые системы теплоснабжения.

Создание оборотных систем промышленных предприятий основывается на следующих позициях:

2. Для водоснабжения главными являются подвергшиеся очистке производственные воды. Свежая вода из источников должна использоваться только для необходимых целей и для возмещения потерь.

3. Очистка сводится к восстановлению отработанных технологических примесей и воды с целью их вторичного употребления в производстве.