Тема 7. Формирование солевого состава воды в оборотных системах водоснабжения. 0,055 (2 час).
При изучении материала студенту следует обратить внимание на следующие вопросы: типы сбросных вод, загрязнения сбросных вод и концентрация загрязняющих веществ сбросных вод, понятие стабилизационного расхода, осветление подпиточной воды стабилизационного расхода ионообменная корректировка сбросных вод и подпиточного расхода, роль локальных установок в системе водоочистки.
Основной теоретический материал по теме изложен (приведен) ниже.
Примеси сбросных вод замкнутых систем оборотного водоснабжения разнообразны. Для различных промышленных предприятий и технологических процессов они отличаются по концентрации, химическому и дисперсному составу, условиям извлечения и сбросных вод, ценностью в качестве вторичного сырья. Сбросные воды по составу примесей могут быть разделены на три типа:
1.Производственные – использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти и т.д.). Содержание примеси в них и их вид зависят от назначения воды в производстве.
2.Бытовые – от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок.
3.Атмосферные – дождевые от таяния снега.
Сбросные воды систем охлаждения относятся к не загрязненным (условно чистым).
Загрязненные производственные сточные воды могут быть загрязнены:
минеральными примесями (предприятиями металлургической, машиностроительной, рудо – и угледобывающей промышленности, заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов);
органическими примесями (предприятиями мясной, рыбной, молочной, пищевой, микробиологической, целлюлозно− бумажной, химической промышленности, заводы по производству пластмасс, каучука); минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности, заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, витаминов).
Производственные сточные воды могут быть слабоагрессивными ( с рН =6 −6,5 и с рН= 8− 9); и сильноагрессивными ( с рН <6 и с рН >9); и не агрессивными (с рН= 6,5 −8).
Принято считать что, не загрязненные сбросные воды поступают от холодильных. компрессорных, теплообменных аппаратов охлаждения основного оборудования и продуктов производства. Сбросные воды от продувки систем охлаждения по качеству значительно отличаются от качества подпиточной воды и загрязнены различными примесями (шлам, соли жесткости, цветность). Кроме того в сбросной воде присутствуют продукты жизнедеятельности и отмирания биообрастаний, ингибиторы, хлор и продукты хлорирования, медный купорос и другие ядовитые вещества, применяемые для борьбы с биообрастаниями и коррозии. Также в систему водоотведения поступают сбросные воды от продувки локальных производственных циклов и продукты регенерации ионообменных фильтров, поливо −моечные стоки и жидкие отходы цехов по обработке осадка сточных вод.
Формирование солевого состава воды в оборотных системах и изменение концентрации отдельных ионов в оборотной воде, зависят от коэффициента упаривания, от величины продувки и метода обработки подпиточной воды, от качества воды в водоеме и состава используемых для подпитки системы очищенных производственных или биологически очищенных городских сточных вод.
В замкнутых беспродувочных системах водоснабжения сбросная вода от различных технологических процессов не отводится за пределы предприятия, а после очистки вновь используется на производстве.
Подпиточная вода поступает на площадку предприятия для компенсации безвозвратных потерь на испарение, унос и производственные нужды.
В связи с отсутствием продувки системы с заменой части оборотной воды свежей водой в замкнутых системах водоснабжения, часть оборотной воды временно выводится из системы для корректировки ее минерального состава и затем возвращается в оборотный цикл раздельно или совместно с подпиточной водой. Эта часть оборотной воды, временно выводимая из системы называется стабилизационным расходом. Необходимая степень обессоливания этой части воды зависит от коэффициента упаривания оборотной воды и относительного количества воды выводимого из системы для обработки в замен продувки.
Это количество воды в замкнутых системах оборотного водоснабжения, вычисляется с учетом того что объем подпитывающей свежей воды в замкнутых системах водоснабжения должен компенсировать только потери от уноса воды при разбрызгивании и испарении в охладительных устройствах, и потери обусловленные затратами воды на собственные нужды (т.е на эксплуатацию сооружений для корректирования солевого состава и осветления расхода оборотной воды). Критерием удовлетворительного качества исходной воды является соответствие солесодержания и содержания отдельных ионов предельно допустимым концентрациям. Превышение этих концентраций приводит к интенсивной коррозии или образованию отложений накипи на теплообменных поверхностях и трубопровода. Свежая подпиточная вода из водоема или биологически очищенные городские сточные воды являются источником, нарушающим стабильность оборотной воды при высоких коэффициентах упаривания. Поэтому для подпитки замкнутых систем водоснабжения необходимо умягчение подпиточной воды и устранение временной жесткости (см. основной курс лекций.). Основным источником накопления взвешенных веществ в оборотной воде является взвесь в природных или очищенных сточных водах, которые используются для подпитки систем водоснабжения. Взвешенные вещества накапливаются в результате отмирания биологических обрастаний. Кроме того оборотная вода аккумулирует пылевидные частицы в охладительных устройствах. В результате после каждого цикла содержание взвешенных веществ в оборотной воде повышается на 5−6 г/м3. Одним из основных мероприятий, позволяющим стабилизировать содержание взвешенных веществ в оборотной воде, является фильтрование части оборотной воды в каждом цикле. Целесообразно этот процесс в замкнутых системах совместить с корректировкой минерального состава стабилизационного расхода воды. В замкнутых системах, работающих с высоким коэффициентом упаривания, необходимо тщательное осветление свежей подпиточной воды. Необходимая степень ответвления подпиточной воды оценивается величиной подпитки и балансом взвешенных веществ.
где В1 − количество взвеси удаляемое при ответвлении подпиточной воды, г/м3; Q –производительной системы оборотного водоснабжения, м3 /ч; Q В− производительность вентиляторов градирен (по воздуху), м3 /ч; Воб − допустимая концентрация взвешенных веществ в системе оборотного водоснабжения (обычно принемается 40 −50 г/м3, иногда 12 −15 г/м3); В2 – концентрация пыли в воздухе (обычно 1 −3,5 г/м3); р1, р2 − потери воды из системы оборотного водоснабжения, м3/ч; р3 – стабилизационный расход, м3/ч, определенный по условиям сохранения допустимой концентрации взвешенных веществ.
Для осветления подпиточной воды, а в ряде случаев и оборотной воды, предусматривают одно – или двухступенчатую обработку ее с коагулированием. Выделение карбоната кальция и магния после обработки воды реагентами переносится на сооружения ответвления. Для осветления и химической обработки подпиточной воды применяют вихревые реакторы, осветлители конструкций ЦНИИ МПС и ВТИ, коридорные осветлители со взвешенным слоем осадка, крупно зернистые фильтры или фильтры КФ −5.
Повышение фильтрующей способности фильтров КФ−5 обеспечивается различной по крупности загрузкой. Фильтрование идет в направлении убывающей крупности загрузки. Загрузка имеет три слоя толщиной по 0,5м каждая. В качестве фильтрующей загрузки применяют смеси керамзит− аглапорит− кварцевый песок, керамзит− доменный шлак− кварцевый песок. Скорость фильтрования на фильтрах КФ−5 составляет 12−20 м/ч, интенсивность промывки −15л/см2, продолжительность промывки− 6−8 мин. Фильтры КФ−5 обеспечивают экономию коагулянта 30−60% и высокий технологический эффект.
Одновременно с осветлением происходит умягчение воды за счет подаваемых на сооружение аммиака или извести. Эти реагенты вводят в начале процесса в вихревые реакторы. Для укрупнения взвешенных веществ и кристаллизации карбоната кальция после вихревых реакторах воду коагулируют хлорным или сернокислым железом.
Для осветления подпиточной воды и стабилизационного расхода применяют напорные, безнапорные фильтры и самопромывающиеся сетчатые фильтры. Из напорных фильтров наиболее часто применяют фильтр ВСФ−200.
Ионный состав сбросных вод и стабилизационного расхода зависит от условий эксплуатации систем водоснабжения и требует корректировки перед подпиткой замкнутых оборотных циклов очищенной сбросной водой. Требуется корректировка ионов Ca2+, Mg2+, Na+, H+,а так же различных анионов SO42-, CO32-, HCO3-, Cl-. В замкнутых системах водоснабжения необходимо воду умягчать, обессоливать, уменьшать коррозионную активность за счет снижения концентрации хлоридов, сульфатов и регулирования рН. В этом случае целесообразно применение ионообменных процессов применяют в основном Н− катионирование и ОН− анионирование. При корректировке состава сбросных вод и стабилизационного расхода бывает достаточно удалить катионы жесткости и снизить солесодержание до 300−500мг/л.
Наиболее сложной проблемой для замкнутых систем водоснабжения является утилизация или ликвидация минеральных стоков.
Сточные воды отдельных производств содержат ограниченное число загрязняющих компонентов, но их концентрация в воде значительно превышает содержание их в общезаводском стоке. Локальная очистка стоков позволяет решить две важные задачи: извлечь из стоков основную массу загрязнений; снизить потери ценного сырья за счет утилизации извлеченных продуктов. Для локальной очистки сточных вод применяют следующие методы: механические, химические и физиико− химические. Предпочтение отдают регенерационным методам, которые позволяют вернуть ценные продукты в производство.
Литература:
1. В.Г. Иванов Водоснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие.− СПб: Петербургский гос. ун−т путей сообщения, 2003.
2. Н.Н. Абрамов Водоснабжение. 2−е изд. Перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1984
3. Л.А. Алферова, А.П. Нечаев замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. −М.: Стройиздат, 1984
4. Б.Н. Фрог, А.П. Левченко Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 1996
5. С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов Водоотводящие системы промышленных предприятий.− М.: Стройиздат, 1990
6. . С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. Очистка производственных сточных вод −М.: Стройиздат, 1985
7. СНиП 2.04.03−84 Водоотведение. Наружные сети и сооружения/Госстрой России.−М.:ГУП ЦПП, 1998
8. А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко, Р.М. Марутовский, И.Г. Рода Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. –М.: Химия, 1983