4.2.2. Визначення сольового складу суміші води, яка пройшла

Н-катіонітове та реагентне пом’якшення

Уміст іонів SO₄^2- = 4,0 мг-екв/л та Cl^- = 3,71 мг-екв/л залишається без змін.

Уміст іонів натрію визначається із рівняння балансу:

Q_Нк C_{Na Н} +(Q_В3 – Q_Нк) C_{Na РП} = Q_В3 C_{Na СУМ}

де Q_Нк , Q_В3 – відповідно корисна витрата води на Н-катіонітових фільтрах та повна витрата води іонітового пом’якшення, м³/добу;

C_NaН – концентрація іонів натрію у воді після Н-катіонітових фільтрів, мг-екв/л;

C_{Na РП} – концентрація іонів натрію у воді після реагентного пом’якшення, мг-екв/л;

C_{Na СУМ} – концентрація іонів натрію у суміші води, яка пройшла реагентне пом’якшення та Н-катіонування, мг-екв/л.

Із рівняння визначаємо C_{Na СУМ}:

C_{Na СУМ} = (Q_Нк C_{Na Н} +(Q_В3 – Q_Нк) C_Na )/Q_В3 =

= (40∙0,0687 + (700 – 40 )∙7,91)/700 = 7,46 мг-екв/л.

Загальна твердість води обчислюється також за рівнянням балансу:

Ж_СУМ = ( Q_Нк Ж_ФН + ( Q_В3 – Q_Нк)∙Ж_РП )/Q_В3 =

= (40∙0,0576 + (700 – 40)∙1)/700 = 0,95 мг-екв/л.

Загальна лужність води після змішування дорівнює 0,7 мг-екв/л (за завданням).

За [1, додаток 5, графік 2] визначається рН суміші. Для цього попередньо потрібно визначити загальний солевміст:

Р = 4,0∙48 + 3,71∙35,5 + 0,95∙12 + 7,46∙23 = 506,69 мг/л = 0,507 г/л. Температура води – 9С, лужність – 0,7 мг-екв/л і вміст CO₂1 мг/л, тоді рН=7,9.

Перевіряємо суму катіонів і аніонів:

К = 0,95 + 7,46 = 8,41 мг-екв/л;

А = 0,7 + 4,0 + 3,71 = 8,41 мг-екв/л.

Остаточно діаграма складу води після змішування має вигляд:

ЖСУМ = 0,95		Na+ = 7,46		К = 8,41
Л= 0,7	SO42- = 4,0		Cl- = 3,71	А = 8,41

4.2.3. Визначення якості фільтрату Na-катіонітового фільтра

Твердість фільтрату Na-катіонітової установки за [1, додаток 7, п.13] має бути Ж _{ф Na} = 0,05 мг-екв/л.

Уміст іонів Na⁺ після Na-катіонітових фільтрів:

C_Na = (Ж_СУМ – Ж _{ф Na}) + С_{Na СУМ} = (0,95 – 0,05) + 7,46 = 8,36 мг-екв/л.

Уміст іонів SO₄^2- та Cl^- залишається без зміни. Діаграма складу води після Na-катіонування має вигляд:

ЖФNa= 0,05	Na+ = 8,36			К = 8,41
Л=0,7		SO42- = 4,0	Cl- = 3,71	А = 8,41

4.3. Розрахунок Na-катіонітових фільтрів

4.3.1. Вибір фільтрів

В якості завантаження фільтра приймається катіоніт КУ-2-8Na з крупністю зерен від 0,315 до 1,25 мм.

Паспортна обмінна ємкість Є_П = 1600 г-екв/м³.

Робоча обмінна ємкість Na-катіоніту визначається за формулою:

Є^Na _РОБ = _Е ∙ β_Na ∙ Є_П – 0,5∙ q_П Ж_СУМ

Витрату солі на регенерацію катіоніту можна прийняти 150 г/г-екв ввібраних іонів твердості [1, додаток 7, п. 21].

Коефіцієнт, який враховує витрату солі, – _Е = 0,74 [1, додаток 7, табл.1]).

Коефіцієнт β_Na ураховує зниження обмінної ємкості катіоніту за Са²⁺ i Mg²⁺ внаслідок часткового затримання іонів Na⁺, при C_{Na СУМ}/Ж_СУМ = 7,46/0,95 = = 7,85 (<10) за [1, додаток 7, табл. 2] β_Na = 0,52. Питома витрата води на відмивання катіоніту q_П = 6 м³/м³ [1, додаток 7, п.15].

Є^Na_РОБ = 0,74∙0,52∙1600 – 0,5∙6∙0,95 = 612,83 г-екв/м³.

Об’єм катіоніту у фільтрах:

W_Na = Q_В3∙ Ж_CУМ /n_р∙ Є^Na _РОБ

де n_р – кількість регенерацій на добу, попередньо приймаємо n_р = 1 [1, додаток 7, п.14].

W_Na = 700∙0,95/(1∙612,83) = 1,09 м³.

Потрібна площа фільтрів:

F_Na = W_Na / H = 1,09/2 = 0,545 м²,

де Н = 2 м – висота завантаження фільтра [1, додаток 7, п.16].

Приймаємо для встановлення 2 робочих типових Na-катіонітових фільтра.

Діаметр одного фільтра:

Приймаємо два робочих типових Na-катіонітових фільтра діаметром D = 1,5 м.

Час роботи станції протягом доби приймається Т = 24 години.

Площа одного фільтра при D = 1,5 м:

Резервні Na-катіонітові фільтри не встановлюємо, але передбачена можливість використання резервних Н-катіонітових фільтрів у якості Na-катіонітових.

Годинна витрата Na-катіонітових фільтрів при нормальному режимі фільтрування:

q_Г =Q_В3 /(T – nt₁) = 700/(24 – 1∙2) = 31,82 м³/год,

де t₁ = 2 – тривалість усіх операцій регенерації фільтра: розпушування – 30 хв, фільтрація регенеруючого розчину – 30 хв, відмивання – 60 хв.

Слід перевірити дійсні швидкості фільтрування за нормальним та форсованим режимами.

Швидкість фільтрування води крізь катіоніт при нормальному режимі не повинна перевищувати 25 м/год. Допускається короткочасне збільшення швидкості фільтрування на 10 м/год, порівняно з вказаним вище при виключенні фільтрів під час регенерації чи ремонту [1, додаток 7, п.17].

V_Н = q_Г / (N∙ F_Ф)= 31,82/(2∙1,77) = 8,99 м/год < 25 м/год;

V_Ф = q_Г / ((N – 1)∙ F_Ф)=31,82/(1∙1,77) = 17,98 м/год < 35 м/год.

Фактичний час між регенераціями кожного із фільтрів:

t = Є^Na_РОБ ∙ H/(V_Н ∙ Ж_СУМ ) – 0,025 ∙ d₈₀²∙ ln Ж_СУМ =

= 612,83∙2/(8,99∙0,95) – 0,025∙1,25²∙ ln 0,95 = 143,51 год.

З точки зору експлуатації бажано час роботи прийняти рівним цілому числу діб, у цьому випадку t = 143,51/24 = 5,98 ≈ 6 діб (144 годин), із яких корисний час роботи буде складати 142 год, а час регенерації 2 год. При цьому фактична кількість регенерацій кожного із фільтрів за добу n = 24/(142+2)=0,17.