Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоподготовка инновационные проектные решения. Учебное пособие.pdf
Универсальных методов дезодорации не существует, но
комбинации их друг с другом обеспечивают требуемую степень
очистки.
Если вещества, вызывающие неприятные привкусы и запахи, находятся во взвешенном и коллоидном состоянии, то хорошие результаты дает их коагулирование.
Привкусы и запахи, обусловленные неорганическими веществами, которые находятся в растворенном состоянии, извлекают дегазацией, обезжелезиванием, обессоливанием.
Запахи и привкусы, вызванные органическими веществами,
отличаются большой стойкостью. Их извлекают путем оксида-
ции (хлорированием и др.) и сорбции. Действие окислителей
эффективно лишь по отношению к ограниченному числу загрязнений. Недостатком данного метода является необходимость точного дозирования окислителя.
Подготовка воды в оборотных системах охлаждения
Оборотные системы промышленных предприятий обеспечиваются водой для охлаждения, которая перекачивается из искусственного охладителя (градирни, брызгального бассейна,
пруда-охладителя), где вода отдает тепло воздуху.
Вода, циркулирующая в оборотной системе охлаждения,
подвергается физико-химическим воздействиям: упариванию,
нагреванию, охлаждению, аэрации, многократному контакту
с охлаждаемой поверхностью. В результате изменяется ее состав.
Особенно часто нормальная работа циркуляционных систем
нарушается в результате появления на стенках теплообменных
аппаратов накипи, биологических обрастаний, коррозии металлических элементов систем. Отложения на стенках аппаратов
и труб вызывают увеличение потерь напора при движении по
ним воды, ухудшение условий теплопередачи и уменьшение
расходов охлаждающей воды, что приводит к снижению эффекта охлаждения, нарушению технологических режимов работы
теплообменных аппаратов.
Потери жидкости за счет испарения и разбрызгивания компенсируются добавочной водой из источника.
31
Потери воды на испарение Q1 определяют по формуле
Q1 = k1·∆t·Q0,
где k1 – коэффициент потери поды на испарение, зависящий от
температуры воздуха; ∆t – разность температур до и после
охлаждения; Q0 – расход охлаждаемой воды, м/ч.
Потери воды из системы на разбрызгивание Q2 зависят от
типа, конструкции и размеров охладителя и определяются по
формуле
Q2 = k2·Q0,
где k2 – коэффициент потерь воды на разбрызгивание.
Необходимость обработки охлаждающей воды для борьбы
с отложениями накипи возникает в системах оборотного водоснабжения. Основным соединением, встречающимся в составе
накипи в охлаждающих системах, является карбонат кальция
CaCO3. Для предотвращения его образования применяют следующие методы обработки:
1. Освежение оборотной воды, т.е. непрерывное добавле-
ние в систему свежей воды с меньшей карбонатной жесткостью
и сбросом (продувкой) части отработанной воды.
2. Введение в добавочную воду фосфатов, тормозящих
процесс кристаллизации CaCO3.
3. Подкисление воды. При этом карбонатная жесткость
свежей воды переходит в некарбонатную, соли которой не выпадают в осадок, что приводит к снижению рН и возрастанию
концентрации свободной углекислоты СО2.
4. Умягчение воды в целях снижения содержания ионов
Са2+ и Мg2+, которые в виде нерастворимых солей удаляются из
воды отстаиванием при известковании или в результате катионирования.
5. Рекарбонизация оборотной воды – возмещение потерь
равновесной углекислоты.
6. Магнитная акустическая обработка воды.
32
Для борьбы с развитием в оборотных системах биологических обрастаний наибольшее распространение получила обработка воды хлором и медным купоросом.
Системы охлаждения теплообменных аппаратов подвержены процессам электрохимической и биологической коррозии.
Предотвращение коррозионного действия воды может быть достигнуто одним из следующих способов [1]:
1. Нанесением защитных покрытий (краски, лака и т.п.) на
омываемые водой металлические поверхности.
2. Удалением из воды коррелирующих агентов (кислорода,
сероводорода, свободной углекислоты).
3. Нанесением карбонатной, силикатной или фосфатной
пленки на внутренние поверхности труб.
33
2. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОДОПОДГОТОВКИ
2.1. Универсальная технология подготовки питьевой
воды из поверхностных и подземных источников
На основании комплексных исследований, анализа экспе-
риментальных данных, теоретических расчетов и производственных испытаний оборудования и процессов, в НГАСУ (Сибстрин) разработана универсальная экологически эффективная
технология подготовки питьевой воды из поверхностных и подземных источников маломутных вод с высоким содержанием
органических соединений [2, 3], в которую были включены основные технологические процессы очистки поверхностных
и подземных вод источников 3-го класса по ГОСТ 2761-84 [18]
для хозяйственно-питьевого водоснабжения: аэрирование, коагулирование, отстаивание (или осветление в слое взвешенной
контактной среды), фильтрование, обеззараживание, и дополнительные процессы очистки от антропогенных загрязнений:
окисление, сорбция, фильтрование через модифицированные
фильтрующие материалы.
Кроме того, в разработку вошли процессы очистки и по-
вторного использования промывных вод, уплотнения и обезвоживания осадка с целью его дальнейшей утилизации. Рекомендуемая технологическая схема реагентной очистки поверхностных и подземных вод с высоким природным и техногенным загрязнением приведена на рис. 2.1.
34
Рис. 2.1. Общая схема станции очистки воды:
1 – водозаборные сооружения поверхностных вод; 2 – реактор-осветлитель для осветления воды в слое
взвешенной контактной загрузки [4]; 3 – скорый фильтр с плотной загрузкой; 4 – сорбционный фильтр
с загрузкой активного гранулированного угля; 5 – резервуар чистой воды; 6 – насосная станция подачи
очищенной воды потребителю и промывной воды на сорбционный фильтр; 7, 8, 9, 10 – баки гипохлорита
35
натрия, коагулянта, щелочи, флокулянта (или перманганата калия) соответственно; 11 – дозировочные насосы;
12 – бункер отработанной контактной загрузки; 13 – гидроэлеваторы; 14 – отстойник грязной промывной воды;
15 – насос подачи отстоянной промывной воды в реакторе-осветлителе; 16 – реактор-осветлитель промывной
воды; 17 – резервуар очищенной промывной воды; 18 – промывной насос; 19 – сгуститель осадка; 20 – насос
подачи осадка на фильтр-пресс или в автоцистерну; 21 – насос надиловой воды; 22 – фильтр-пресс; 23 – бункер
осадка; 24 – водозабор подземных вод; 25 – эжектор-распылитель; 26 – аэратор с насадкой;
27 – электроразрядный блок; 28 – блок питания; 29 – контактная камера; 30 – подкачивающий насос;
31 – вентилятор; 32 – воздуходувка
36
2.2. Подготовка воды из поверхностных источников водоснабжения
Для очистки поверхностных вод схема (см. рис. 2.1) преду-
сматривает первичное хлорирование, обработку воды коагулянтами и флокулянтами, осветление в слое взвешенной контактной массы реактора-осветлителя (РО) 2, фильтрование на скором фильтре 3 с загрузкой из горелых пород, адсорбцию в слое
загрузки гранулированного активного угля сорбционного
фильтра 4 и обеззараживание.
В установке в качестве хлорреагента используется электро-
литический и технический гипохлорит натрия (ГХН); коагулянта – рекомендуется применение оксихлорида или сульфата алюминия в зависимости от температуры обрабатываемой воды;
флокулянта – Праестол 650 ТР.
В качестве загрузки реактора используется мелкозернистый
песок дробленого кварца или горелой породы. В контактной
массе РО, по сравнению с отстойниками или осветлителями,
с взвешенным осадком увеличивается степень гидролиза соли
алюминия, ускоряется процесс коагуляции гидроксидов, повышается эффективность извлечения примесей воды при меньших
дозах коагулянта. При этом имеет место гетерогенный катализ,
в котором важную роль играет адсорбция, благодаря которой на
поверхности зерен контактной загрузки, являющихся катализатором, создается увеличение концентрации реагирующих веществ, что ведет к ускорению реакций. В контактной загрузке
реактора-осветлителя задерживается значительная часть образовавшегося гидроксидного осадка, соответственно снижаются
нагрузки по взвеси на скорые фильтры и до трех раз увеличивается продолжительность их фильтроциклов.
Скорый фильтр 3 (см. рис. 2.1) предназначен для выделения
из воды мелких хлопьев гидроксида алюминия, не задержанных
на реакторе-осветлителе, с сорбированными на них природными
и антропогенными примесями. Для повышения эффективности
работы в качестве фильтрующего материала для скорых фильтров рекомендуется использование дробленых горелых пород
37
производства ООО «Аргеллит» г. Киселевска (Кемеровская область), повышающих производительность фильтров до 35 %.
Для удаления остаточных растворенных органических и неорганических природных и антропогенных соединений рекомендуемая технологическая схема (см. рис. 2.1) дополнена
сорбционным фильтром 4, загруженным гранулированным активированным углем марки АГ-3, имеющим высокую сорбционную емкость и механическую прочность.
В случае высокого сезонного содержания в речной воде
трудновыводимых органоминеральных соединений марганца
рекомендуется применение окислительно-адсорбционного метода на заключительной ступени очистки. Марганец может быть
удален на фильтрах с модифицированным фильтрующим материалом – активным розовым песком (АРП) [4]. Фильтры с АРП
устанавливаются вместо сорбционных фильтров. Перед ними
постоянно вводится раствор перманганата калия или производится периодическая регенерация загрузки АРП перманганатом
после предварительной водяной промывки.
Заключительный этап обеззараживания воды осуществляется введением раствора гипохлорита натрия в трубопровод перед
резервуаром чистой воды 5.
2.3. Подготовка воды из подземных источников водоснабжения
Для очистки подземных вод схема (см. рис. 2.1) предусмат-
ривает дегазацию, аэрацию, электроразрядную обработку воды
в аэраторе-окислителе [6], подщелачивание и марганцевание воды, предварительную коагуляционную очистку воды на реакторе-осветлителе 2, фильтрование на скором фильтре 3 и сорбционном фильтре 4, обеззараживание.
Эжектор-распылитель 25 обеспечивает диспергирование
подземной воды, подаваемой из источника 24, с образованием
водовоздушного факела над насадкой 26 аэратора-окислителя.
За счет большой удельной поверхности воды в факеле и разности парциальных давлений в воде и в воздухе происходит интен-
38
сивная диффузия растворенных в воде газов диоксида углерода,
метана, сероводорода.
Электроразрядный блок 27 формирует в нисходящем водовоздушном потоке квазиобъемный разряд – источник атомарного кислорода, озона и других активных частиц. Образующаяся
газовая смесь непрерывно вытесняется вверх вводимым воздухом с помощью вентилятора 31, омывая противоточно стекающую вниз по насадке дегазатора-окислителя в виде пленки воду.
При этом происходит дальнейшее удаление из воды газов диоксида углерода и др. и насыщение воды кислородом с последующим окислением содержащихся в ней природных и антропогенных примесей.
На аэраторе-окислителе происходит десорбция из воды до
60 % свободного оксида углерода, который является наиболее
важным фактором, удерживающим в растворенном состоянии
железо и марганец. Десорбция сопровождается некоторым повышением рН среды и сокращает расходование щелочного реагента при последующей реагентной очистке воды.
Допускается предварительное хлорирование воды гипохлоритом натрия после дегазатора-окислителя в случае непредвиденного ухудшения ее микробиологических или физикохимических показателей. Трудноокисляемые металлоорганические соединения железа, марганца и других тяжелых металлов
выделяются из воды увеличением окислительно-восстановительного потенциала Еh при использовании сильных оксидантов
или повышении рН. Возможно также совместное применение
сильных окислителей и едких щелочей. В результате окисления
происходит связывание металлов в нерастворимые соединения,
их коагуляция и образование хлопьевидного осадка. Одновременно окисляются фенолы, нефтепродукты и другие органические вещества, обусловливающие цветность воды.
Окисленные соединения тяжелых металлов, а также фенола, нефтепродуктов и других органических соединений в основном извлекаются из воды осветлением в слое взвешенной контактной загрузки реактора-осветлителя и сорбцией на загрузке
активированного угля марки АГ-ОВ-1 сорбционного фильтра 4
39
(см. рис. 2.1). В качестве щелочи для корректировки рН воды
рекомендуется едкий натр, в качестве окислителя и катализатора процесса окисления металлов в воде кислородом воздуха
применяется перманганат калия. При отсутствии трудноокисляемых металлоорганических форм и органических примесей
в подземной воде может быть достаточным применение одного
перманганата калия без подщелачивания воды или реагенты могут быть вообще исключены. Для удаления трудноокисляемых
соединений марганца из поверхностных и подземных вод в состав технологической схемы могут быть включены фильтры
с модифицированным фильтрующим материалом АРП, устанавливаемые вместо сорбционных фильтров 4 [5]. Фильтрующий
материал АРП эффективен также в снижении мутности, цветности, окисляемости, содержания фенола и нефтепродуктов.
2.4. Очистка и повторное использование промывных вод водоочистных станций
Загрязненные фильтрующие загрузки реактора-осветлителя,
скорого и сорбционного фильтров промываются по истечении
времени их защитного действия и при ухудшении качества осветляемой воды.
Технология очистки, утилизации промывной воды и осадка (см. рис. 2.1 и [3])
1. Промывная сточная вода от реактора-осветлителя 2, ско-
рого фильтра 3 и сорбционного фильтра 4 сбрасывается в отстойник грязной промывной воды 14.
2. В промывную поду вводится комплексный коагулянт,
представляющий собой смесь водных растворов сульфата и оксихлорида алюминия в соотношении 2 : 1 по окиси алюминия.
3. В отстойнике 14 происходит коагуляция в объеме, выде-
ление гидроксидного осадка и других примесей из очищаемой
воды.
4. Затем отстоянную воду насосом 15 по трубопроводу ос-
ветленной воды подают в реактор-осветлитель промывной воды
40