Главная » 2017 » Октябрь » 16 » Умягчение воды. Удаление из воды механических примесей.
14:45
Умягчение воды. Удаление из воды механических примесей.
Умягчение воды
Рис. 11.1. Катионитный фильтр: 1 — воронка; 2— кольцевая дырчатая трубка; 3 — корпус; 4 — верхний люк; 5 — нижний люк; 6 — дренажное устройство; 7 — бетонная подушка; 8 — трубопровод для подачи воды на умягчение или раствора соли на регенерацию; 9 — катионит; 10 — трубка для отбора проб
Умягчение воды проводят методом осаждения и методом ионного обмена. Метод осаждения заключается в том, что присутствующие в обрабатываемой воде в растворенном состоянии накипеобразующие катионы Са2+, Mg2+B результате химического взаимодействия их с вводимыми в воду реагентами (известь Са(ОН)2, сода Na2C03 и т.д.) или в результате термического воздействия образуют новые соединения, малорастворимые в воде и поэтому выделяющиеся из нее в твердом состоянии. Образованные таким путем вещества удаляют затем из воды в процессе отстаивания и фильтрования. При умягчении воды введением соды и извести, т.е. содово-известковым методом, не удается получить достаточно глубокого умягчения воды, поэтому в настоящее время наибольшее распространение получил метод ионного обмена. Обработка воды методом ионного обмена осуществляется в фильтрах, заполненных ионообменными смолами — ионитами в виде слоя зернистого материала. В процессе фильтрования ионы солей, содержащихся в воде, заменяются ионами, которыми насыщен ионит. В качестве обменных ионов в практике водоподготовки применяются катионы натрия Na+, водорода Н+, аммония NH4 и анионы гидроксидные ОН", хлоридные СГ. Если зернистый материал содержит катионы, он называется катионитом, а фильтрация воды через слой катионита — катионированыем воды. В случае фильтра с использованием анионитной смолы ионит называется анионитом, а обработка воды — анионированием. В зависимости от обменного катиона различают Na-катионирование и Н-катионирование. При умягчении воды способом Na- катионирования в результате реакций ионного обмена соли жесткости удаляются из воды, а в умягченную воду переходят соли натрия, обладающие высокой растворимостью. В качестве катионита на установках умягчения воды в настоящее время используются относительно дешевые сульфированные угли (сульфоугли) и более дорогие синтетические смолы. Сульфоуголь получают при обработке бурого или каменного угля высококонцентрированной серной кислотой. Широкое распространение получил катионит КУ-2 на основе полистирольного синтетического материала. Катионитный фильтр (рис. 11.1) состоит из цилиндрического корпуса J со сферическими днищами. Катионит загружают в фильтр через верхний люк 4, а выгружают через нижний 5. Высота слоя катионита в зависимости от жесткости исходной воды может достигать 3...4 м. На бетонной подушке 7 устанавливается дренажное устройство б, предназначенное для равномерного распределения воды, проходящей по всему сечению фильтра. Оно состоит из коллекторов и системы труб, к которым приварены патрубки с резьбой. На них навинчиваются пластмассовые либо фарфоровые колпачки с отверстиями или щелями. Для равномерного распределения по поверхности катионита вода подается в фильтр через воронку 1, обращенную широким концом кверху. Регенерирующий раствор поступает в фильтр через кольцевую трубку 2, в которой имеется множество мелких отверстий. Для регенерации фильтра необходимо проведение следующих операций: взрыхление катионита, собственно регенерация, отмывка катионита. Взрыхление производится током воды снизу вверх с целью устранения спрессованности катионита за счет давления при фильтровании воды. Непосредственно регенерация заключается в пропуске сверху вниз регенерирующего раствора через слой катионита. При Na-катионировании регенерацию проводят 8...10%-ным раствором поваренной соли NaCl. Ионы Na+, содержащиеся в регенерирующем растворе, вытесняют ионы Са2+и Mg2+, задержанные в процессе фильтрования. Вытесненные ионы переходят в раствор, и катионит, обогащаясь катионами Na+, восстанавливает свою обменную способность. Отмывка катионита заключается в том, что током воды сверху вниз катионит очищается от избытка регенерирующего раствора и от продуктов регенерации, вытесняемых из катионита. Регенерацию катионитных фильтров в зависимости от качества воды проводят 1—3 раза в сутки. Во время регенерации, которая занимает около 2 ч, воду пропускают через резервный фильтр. Чистое Na-катионирование применяют при умягчении воды только с небольшой карбонатной жесткостью. Для умягчения воды с большой карбонатной жесткостью используют совместное Na- Н-катионирование. После Na-катионирования получают щелочной фильтрат, а после Н-катионирования — кислотный. Если смешать оба фильтрата в определенной пропорции, можно получить практически полностью умягченную воду с заданной величиной щелочности. Устройство Н-катионитного фильтра аналогично устройству Na- катионитного за исключением защитного антикоррозионного слоя, которым покрыта внутренняя поверхность Н-катионитного фильтра. Регенерация Н-катионитного фильтра осуществляется 1,5... 2,0%-ным раствором серной кислоты. Наиболее простой и дешевой является установка Na-катионирования (рис. 11.2, а), состоящая из катионитных фильтров и реагентного хозяйства. Обрабатываемая в ней вода не должна содержать грубодисперсных и коллоидных загрязнений, а также гидроксида железа. Этим условиям удовлетворяют многие артезианские воды, а также вода из сети питьевого водоснабжения. Схема на рис. 11.2, б с предвключенным механическим фильтром допускает обработку вод, содержащих взвешенные вещества до 80... 100 мг/кг, а также артезианских вод, загрязненных (более 5 мг/кг) железом. Ее целесообразно применять для обработки поверхностных вод, которые периодически загрязняются грубодисперсными веществами и хорошо удаляются осветлительными механическими фильтрами. Схема на рис. 11.2, в более универсальна, чем схема на рис. 11.2, б, так как перед осветлительным механическим фильтром имеется насос-дозатор, который подает раствор коагулянта из расходного бачка. Выпадающая взвесь задерживается осветлительными фильтрами. Основным недостатком рассмотренных схем является то, что посредством их реализации невозможно уменьшить щелочность исходной воды, которая может превышать требуемую величину. В схемах параллельного и последовательного совместного H-Na-катионирования щелочность воды может быть снижена до приемлемого значения. В схеме на рис. 11.2, г обрабатываемая вода, пройдя осветли- тельные фильтры, направляется двумя параллельными потоками на водородные и натриевые катионитные фильтры. Пройдя фильтры, кислая вода смешивается со щелочной Na-катионированной и происходит нейтрализация свободных кислот. Рис. 11.2. Схема водоподготовительных установок: а — с Nа-катионитным фильтром; б — с предвключенным механическим фильтром; в — с предвключенным механическим фильтром и насосом-дозатором; г — с параллельно включенными Na- и Н-катионитными фильтрами; д — с последовательно включенными Na- и Н-катионитными фильтрами; 1 — Na-катионитный фильтр; 2 — насос; 3 — механический фильтр; 4 — раствор коагулянта; 5— раствор щелочи; 6 — насос-дозатор; 7— Н-катионитный фильтр; 8 — декарбонизатор; 9 — вентилятор; А — точка смешения кислой воды с исходной водой
Для удаления образующейся углекислоты (в виде диоксида углерода) вода после фильтров направляется в декарбонизатор, который содержит внутри специальную насадку, состоящую из керамических колец. Навстречу движению воды, стекающей по насадке в виде пленок или капель, вентилятором подается воздух, который и удаляет из нее С02; расход подаваемого воздуха 20...40 м3/м3 обрабатываемой воды. Остаточная концентрация С02 в воде после де карбон изатора составляет 2... 6 мг/кг. Схема параллельного Н-, Na-катионирования обычно применяется для слабо минерализованных вод. После обработки получают умягченную воду с щелочностью 0,5...0,6 мг-экв/кг. Для сильно минерализованных вод более целесообразна схема последовательного Н-, Na-катионирования (рис. 11.2, д). После осветлительных фильтров осветленная вода поступает на Н-катионитные фильтры. Кислая вода после Н-катионитного фильтра нейтрализуется щелочностью исходной воды (смешивание проводят в точке А на схеме), после чего смесь поступает в декарбонизатор. Дегазированная вода второй группой насосов направляется в Na- катионитные фильтры для окончательного умягчения. Жесткость H-Na-катионированной воды составляет 10... 15 мг-экв/кг.
Удаление из воды механических примесей
Наряду с растворенными примесями природная вода содержит минеральные и органические примеси, которые значительно различаются по своей крупности. Для удаления веществ, находящихся во взвешенном состоянии, используют методы отстаивания, фильтрования и коагуляции. Отстаивание проводится в отстойниках, длительность этого процесса зависит от плотности частиц, их размера и формы. Объем отстойника обычно равен полуторной или удвоенной часовой производительности. Скорость осаждения мелких частиц невелика, поэтому воду после отстаивания подвергают дальнейшему осветлению путем фильтрования. Фильтрование заключается в пропускании воды через слой мелкозернистого материала (кварцевого песка, мрамора, доломита, антрацита) с размером частиц 0,6... 1 мм, которыми заполнены закрытые напорные фильтры. Значительно быстрее и полнее процессы отстаивания и фильтрования протекают при коагуляции, суть которой заключается в укрупнении наиболее мелких коллоидных частиц и выделении их наряду со взвесями в осадок при добавлении к воде специальных реагентов-коагулянтов. Наиболее эффективными коагулянтами являются соли алюминия и железа — сульфаты алюминия A12(S04)3 и железа FeS04-7H20 и хлорное железо FeCl3-6H20. Осветлительный фильтр представляет собой цилиндрический металлический резервуар с эллиптическими днищами, в котором на дренажном расширительном устройстве располагается слой фильтрующего материала. Вода после предварительного отстаивания и коагуляции или непосредственно в смеси с коагулянтом поступает в верхнюю часть фильтра через дырчатое распределительное устройство. Просачиваясь со скоростью 12... 15 м/ч через фильтрующий материал с высотой слоя 800... 1 200 мм, вода оставляет на его поверхности и в толще взвешенные вещества и хлопья коагулянта и осветленная через дренажную систему отводится в бак.
