книги из ГПНТБ / Говерт А.А. Водоподготовка для локомобилей

Лянтй Коллоидные частицы в воде несут отрицательные зарядьп, взаимно отталкиваются друг от друга и находятся во взвешенном состоянии, образуя устойчивую коллоид­ ную систему. Коагулянты нейтрализуют отрицательные за­ ряды коллоидных частиц, в результате чего последние бы­ стро укрупняются; происходит образование хлопьев, кото­ рые захватывают на своем пути взвешенные частицы, органические и другие вещества и выпадают в осадок на дно отстойника. В результате этого происходит быстрое и полное осветление воды. После обработки коагулировани­ ем содержание органических веществ в воде снижается на 60—80%, прозрачность увеличивается на 75—80%, коли­ чество кремниевой кислоты снижается на 25—50%, щелоч­ ность уменьшается на величину, соответствующую дозе коагулянта (0,25—1,00 мг-экв/л), карбонатная жесткость снижается также на величину дозы коагулянта, а некарбо­ натная жесткость и количество сульфатов (или хлоридов) соответственно увеличиваются; общая жесткость воды ос­ тается постоянной.

В качестве коагулянтов для осветления воды наиболь­ шее распространение получили сульфат алюминия

[A12 (S0 4 )3» 18Н20], сульфат железа [FeS04 ■7Н20] и хлор­ ное железо [FeCK • 6Н20].

При введении в воду сульфата алюминия реакции идут по следующим схемам:

Ala(S04)3 + ЗСа(НС03)а = 2А1(ОН)3 + 3CaS04 + 6СОа; } A13(S04)3 + 3Mg(HC03)a = 2А1(ОН)3 + 3MgS04 + 6С03.I

Получившийся гидрат окиси алюминия нейтрализует отрицательные заряды коллоидных частиц и тем самым обусловливает образование хлопьев и протекание про­ цесса коагулирования. При наличии в воде извести суль­ фат алюминия взаимодействует с ней по схеме

При использовании в качестве коагулянта хлорного железа последнее гидролизуется, а получившаяся соля­ ная кислота взаимодействует с солями карбонатной жесткости воды:

71

Из условий уменьшения затрат на реагенты коагули­ рование производят также железным купоросом, хотя коагулирующая способность его ниже, чем сернокислого алюминия; при этом происходят следующие реакции:

FeS04 + Са(НСО,)„ = Fe(HC03)a + CaS04;

FeS04 + Mg(HC03)2 = Fe(HC03)2 + MgS04.

Железный купорос немного дешевле сернокислого алю­ миния, однако необходимость добавления извести являет­ ся недостатком процесса коагулированияКроме того, про­ цесс образования гидрата окиси железа происходит при наличии в воде достаточного количества кислорода.

Доза коагулянта зависит от количества имеющихся в воде коллоидных частиц и органических веществ и уста­ навливается лабораторией на основании результатов проб­ ного коагулирования; недостаточная или избыточная доза коагулянта отрицательно влияет на процесс коагулирова­ ния. В процессе эксплуатации дозу коагулянта необходимо уточнять, причем для одного и того же поверхностного ис­ точника водоснабжения в течение года доза коагулянта может изменяться: максимальная доза принимается в пе­ риод паводков, а минимальная — зимой. В зависимости от качества исходных вод принимаются следующие дозировки коагулянтов на 1 мг обрабатываемой воды: сернокислого алюминия — 30—150 г, железного купороса — 25—30 г и хлорного железа— 15—25 г. В1аиболее полно процесс коагулирования протекает при температуре воды 30—40° С; при низких температурах процесс может быть значительно ускорен путем интенсивного перемешивания воды с коагу­ лянтом; поэтому иногда бывает целесообразно вводить коагулянты во всасывающие трубопроводы насосов.

72

Процесс коагулирования может осуществляться при определенной щелочности обрабатываемой воды, при из­ быточной или недостаточной щелочности процесса коагу­ лирования не происходит. При недостаточной щелочности

обрабатываемой воды ("при >ЖК меньше 1,4 мг-экв/л) по­

следнюю приходится подщелачивать, добавляя к ней ед­ кий натр, кальцинированную соду или известковое молоко.

После ввода коагулянта вода направляется для отделе­ ния хлопьев в отстойники, осветлители или механические фильтры.

Растворы коагулянтов вызывают коррозию железа, по­ этому для их приготовления используют просмоленные де-

Рис. 22. Дозирование коагулянтов по прямоточной схеме.

1— поступление исходной воды; 2—дозаторы; 3—шайба; 4— бак с раствором реагентов; 5— смеситель; 6 — механический фильтр; 7—выход осветленной воды.

ревянные баки или защищенные от коррозии металличе­ ские баки. Дозаторы и трубопроводы, по которым проходит раствор коагулянта, необходимо гуммировать, освинцовы­ вать или покрывать другими защитными покрытиями (на­ пример, винипластом, перхлорвиниловым лаком и др.); применяемая арматура должна быть изготовлена из кис­ лотоупорных материалов.

Дозирование коагулянтов в обрабатываемую воду мо­ жет осуществляться при помощи напорных шайбовых до­ заторов по прямоточной схеме (рис. 22) или при помощи дозаторов других типов.

В случае использования дозировочных бачков раствор коагулянта приготовляется в затворном и растворном ба­ ках и затем подается в дозировочный бачок (рис. 2 3 )‘*

73

74

Для удобства работы рекомендуется иметь по два за­ творных и растворных бака; иногда устраивают совмещен­ ные затворно-растворные баки.

Дозировочные бачки могут иметь шаровой клапан или поплавок (рис. 24), обеспечивающий постоянство гидро­ статического напора и равномерность истечения раствора реагента.

Рис. 24. Дозировочный бачок с плавающей дроссельной шайбой.

/ — запорный кран; 2—шланг диаметром 25 мм; 8— дроссель­ ная шайба (свинцовая); 4 —поплавок; 5—воздушная трубка.

Дозатор-вытеснитель состоит из двух баков: неподвиж­ ного, в который заливается раствор реагента, и подвижно­ го бака-вытеснителя. Отсеченное на водораспределителе количество воды поступает в подвижной бак, который опу­ скается в раствор реагента и вытесняет последний из не­ подвижного бака в количестве, пропорциональном произ­ водительности водоочистки. После того как наполнится подвижной бак, включается в работу второй дозатор-вы­ теснитель и рабочая вода из первого дозатора удаляется при помощи сифона. Емкость подвижного бака каждого

75

Дозатора-вытеснителя рассчитывается на 8—12-часовой за­ пас реагента; обычно изготовляются дозаторы емкостью

0,2; 0,4 и 0,6 м3.

Для дозирования коагулянта применяют также изобра­ женный на рис. 25 сифонный дозатор. Количество подавае­ мого раствора реагента регулируется подниманием и ону-

Рис. 25. Схема сифонного дозатора.

сканием сифона 1 в зависимости от расхода воды, прохо­ дящей через бак 7. При увеличении расхода уровень воды в баке 7 поднимается, а сифонная трубка 1 опускается, что увеличивает гидростатическое давление и слив реаген­ та через сифон.

Можно применять плунжерные насосы-дозаторы; техни­ ческие характеристики некоторых плунжерных насосов-

76

Указанные в табл- 5 насосы-дозаторы предназначены для перекачки растворов реагентов с концентрациями до 10% по весу при температуре до 100° С.

Коагулирование воды для питания котлов локомобилей применяется сравнительно редко при сильно загрязненных поверхностных источниках водоснабжения с содержанием взвешенных веществ более 200 мг/л, и когда приходится производить усиленную продувку котла из-за наличия в во­ де большого количества органических веществ. Необходи­ мость осуществления коагулирования появляется в боль­ шинстве случаев только в паводковый период; при питании котлов локомобилей водопроводной водой и артезианскими водами коагулирования не требуется.

В связи со сложностью обслуживания коагуляционных установок от применения коагулирования следует по воз­ можности воздерживаться.

в) Ф и л ь т р о в а н и е

Более эффективным, чем отстаивание, является метод осветления воды фильтрованием. Прохождение водьи через фильтр осуществляется с некоторой скоростью, определяе­ мой по формуле

Фильтры, работающие со скоростью фильтрования до 2—15 м/ч, называются скорыми, а со скоростью 0,1— 0,5 м/ч—медленными.

Медленные фильтры вследствие небольших скоростей фильтрования и в связи с тем, что они требуют значитель­ ных площадей и капитальных затрат, распространения в промышленной энергетике не получили. Однако их при­ менение для стационарных локомобилей целесообразно, так как при относительно небольших расхода* питательной воды потребные площади фильтров получаются небольши­ ми (например, для локомобиля СК-125 при скорости фильт­ рования 0,5 м/ч потребная площадь медленного фильтра составляет 1,35 м2).

77

Для загрузки механических фильтров применяют квар­ цевый песок, дробленый антрацит или мрамор и кокс. Наи­ большее распространение получили кварцевый песок с раз­ мерами зерен 0,6; 1; 1,5; 3 мм и дробленый антрацит с раз­ мером зерен 0,8—0,9 мм (при коэффициенте неоднородно­

Фильтры также подразделяют на открытые (или без­ напорные) и напорные. В первом случае работа фильтра осуществляется за счет гидростатического напора воды; работа напорных фильтров обеспечивается за счет избы- - точного давления подводимой к фильтру воды. Для освет­ ления воды на локомобильных установках чаще всего при­ меняют напорные фильтры. Каждый такой фильтр (рис. 26)

78

состоит из стального корпуса с днищами (плоскими или сферическими), дренажной системы и фильтрующего слоя, устройства для ввода подлежащей фильтрации воды и от­ вода с фильтра грязной воды при промывке, устройства для управления процессом фильтрования, двух маномет­ ров, по которым определяется потеря напора в фильтре, и другой аппаратуры. Дренажная система фильтра предна­ значена для равномерного отвода профильтрованной воды и равномерного распределения по всей 'площади фильтра воды, подаваемой на его промывку.

Дренажное устройство делается с таким расчетом, что­ бы была исключена возможность выноса из фильтра зерен фильтрующего слоя. Положительные результаты дает при­ менение колпачковых дренажей; наилучшими являются дренажные колпачки типа ВТИ; они позволяют избавиться от поддерживающих слоев фильтра и тем самым увели­ чить его объем при тех же габаритах-

Полный цикл работы фильтра состоит из фильтрования, промывки и спуска первого фильтрата в начальный пери­ од работы фильтра. Смена этих операций достигается пу­ тем переключения задвижек и вентилей. Спуск первого фильтрата в дренаж необходим потому, что в начальный период работы фильтра на поверхности фильтрующего слоя еще не успела образоваться так называемая фильт­ рующая пленка и фильтр не задерживает находящиеся в воде мелкие взвешенные частицы. С образованием гидроокисной фильтрующей пленки, которая обладает хоро­ шей адсорбционной способностью, работа фильтра улуч­ шается и он начинает выдавать фильтрат высокого каче­ ства с содержанием взвешенных веществ 3—5 мг/л. Сле­ дует отметить, что в однопоточных однослойных фильтрах удержание взвешенных частиц осуществляется в основ­ ном только в верхней части фильтрующего слоя толщиной 200—250 мм. Освобождение механического фильтра от за­ держанных загрязнений производится путем нижней про­ мывки его обратным током осветленной воды. Нижняя про­ мывка характеризуется ее интенсивностью, т. е. количе­

79

время промывки 10 мин, .время сброса первого фильтрата б мин. Рас­

■_ 0,13-12-10-60 , 1,3-5

1000 + 60 ==1,05л<3-

Время работы фильтра от промывки до промывки на­ зывается его фильтроциклом, продолжительность которого определяется мутностью фильтруемой воды и уменьшением напора в фильтре до предельно допускаемой величины (10—15 м вод. ст-); с точки зрения эксплуатации наиболее желательной является продолжительность фильтроцикла около 7—12 ч.

За последнее время в промышленной энергетике полу­ чил распространение эффективный метод двухпоточного фильтрования, разработанный Академией коммунального хозяйства (АКХ). Сущность этого нового метода заклю­ чается в том, что подлежащая осветлению вода подается на фильтр одновременно и снизу и сверху. Отвод из фильт­ ра осветленной воды осуществляется через специальную дренажную систему, расположенную в средней части фильтра в толще фильтрующего слоя. По мере засорения верхнего слоя песка все время растет количество воды, про­ пускаемой снизу вверх. Вода, которая проходит через фильтр снизу вверх, фильтруется через слои песка после­ довательно уменьшающейся крупности, поэтому примеси задерживаются в толще фильтрующего слоя и описанной выше пленки из загрязнений на поверхности фильтра не образуется. Грязеемкость двухпоточных фильтров в 2,5—3 раза-больше, чем грязеемкость однопоточных фильтров; длительность их фильтроцикла больше, чем у однопоточ­ ных фильтров в 1,45 раза, а количество профильтрован­ ной за фильтроцикл воды в 2,26 раза больше. Кроме того, качество профильтрованной воды при двухпоточном фильт­ ровании выше, чем при однопоточном. -При двухпоточном способе скорость фильтрования доходит до 10—12 м/ч, ин­ тенсивность промывки составляет 10—17 л/сек-м2, про­ должительность промывки 10—20 мин, расход промывоч­ ной воды 2,5—3% общего количества фильтрата. При про­ мывке сначала (5—10 мин) подают воду в верхний дре-

80