Вода из скважин и природных источников имеет ряд растворенных компонентов и взвесей. Чтобы получить жидкость, которую можно использовать в промышленности, для бытовых целей и для питья, ее следует качественно очистить. Современные способы очистки воды очень разнообразны. Они делятся на несколько групп по характеру происходящих процессов. С использованием методов создаются приборы, которые обеспечивают оптимальную очистку. Этот процесс требует комплексного подхода, поэтому применяется сразу несколько подходящих методов.
Рис. 1 Некоторые методы водоочисткиФизические способы основаны на соответствующих физических процессах, воздействующих на воду и присутствующие загрязнения. Обычно такие методы используют для устранения нерастворимых, крупных включений. Иногда они воздействуют и на растворенные вещества и биологические объекты. Основными физическими способами очистки являются кипячение, отстаивание, фильтрование и обработка ультрафиолетом.
Кипячение
В процессе кипячения на воду воздействует высокая температура. В результате такого воздействия устраняются микроорганизмы, некоторые растворенные соли выпадают в осадок, образуя накипь. При длительном кипячении могут распадаться более устойчивые вещества, например, соединения хлора. Метод простой и оптимальный для использования в быту, но очищающий только относительно небольшие объемы воды.
Отстаивание
В этом случае используется воздействие естественной силы тяжести на относительно большие механические включения. Под воздействием собственной тяжести они опускаются на дно емкости, образуя слой осадка. Выполняют отстаивание воды в специальных отстойниках. Эти емкости снабжаются устройствами для сбора и удаления получающегося осадка.
Фильтрование
При прохождении воды материал с порами или другими отверстиями, часть загрязнений задерживается. Остаются на поверхности частицы, которые крупнее пор или ячеек. По степени очищения выделяют фильтрацию грубую и тонкую. При грубой очистке задерживаются только крупные частицы. В процессе тонкой удерживаются включения, размер которых составляет всего несколько микрон.
Рис. 2 Уровни фильтрования
Обработка ультрафиолетом
Использование ультрафиолетового излучения позволяет устранить биологические загрязнения. Свет этого спектра воздействует на основные молекулы, что приводит к гибели микроорганизмов. Стоит учитывать, что обрабатывают ультрафиолетом воду, которая очищена от взвеси, т.е. произведена предварительная . Твердые включения создают тень, которая защищает бактерии от ультрафиолетового света.
Химические методы водоочистки
Химические способы очистки воды основаны на реакциях окисления-восстановления и нейтрализации. В результате взаимодействия специальных реагентов с загрязняющими веществами происходит реакция, итогом которой становится нерастворимый осадок, разложение на газообразные составляющие или появление безвредных компонентов.
Нейтрализация
Применение этого метода обеспечивает устранение кислой или щелочной среды и приближение ее показателей к нейтральным. В воду с определенным показателем кислотности добавляют реагенты, обеспечивающие создание кислой или щелочной среды. Чтобы нейтрализовать кислую среду, применяют щелочные составы: кальцинированную соду, гидроксид натрия и некоторые другие. Для устранения щелочной среды выбирают растворы некоторых кислот или оксиды углерода, серы и азота. Последние при растворении в воде образуют слабые кислоты. Реакции нейтрализации обычно представляют собой . При подготовке питьевой воды из природных источников изменение реакции не требуется, она изначально близка к нейтральной.
Процессы окисления и восстановления
При очистке воды чаще всего используется окисление. В процессе реакции с окислителями загрязняющие соединения превращаются в безвредные компоненты. Они могут быть твердыми, газообразными или растворимыми. В качестве сильных окислителей выступают соединения хлора, озон и некоторые другие вещества.
Рис. 3 Установка для окисления озоном
Очистка воды физико-химическими методами
Методы очистки воды, относящиеся к этой группе, включают одновременно физические и химические способы воздействия. Они весьма разнообразны и помогают удалить значительную часть загрязнений.
Флотация
В процессе очистки воды методом флотации через жидкость пропускают газ, например, воздух. Создаются пузырьки, на поверхность которых прилипают гидрофобные частицы загрязнений. Пузырьки поднимаются на поверхность и образуют пену. Этот слой пены с загрязнениями легко удаляется. Дополнительно могут использоваться реагенты повышающие гидрофобность или сцепляющие и укрупняющие частицы загрязнений.
Рис. 4 Принцип флотации
Сорбция
Очищение воды методом сорбции основывается на избирательном удерживании веществ. Чаще всего используют адсорбцию, когда удержание происходит на поверхности сорбента. Сорбция бывает физической и химической. В первом случае используются силы межмолекулярного взаимодействия, а во втором – химических связей. В качестве сорбентов обычно выступают активированный уголь, силикагель, цеолит и прочие. Некоторые виды адсорбентов могут восстанавливаться, а другие утилизируются после загрязнения.
Экстракция
Процесс экстрации выполняется с использованием растворителя, который плохо смешивается с водой, но лучше растворяет загрязняющие вещества. При контакте с очищаемой жидкостью загрязнители переходят в растворитель и концентрируются в нем. Таким способом из воды устраняют органические кислоты, и фенолы.
Метод ионного обмена применяется в основном для удаления из воды солей жесткости. В некоторых случаях его используют для устранения растворенного железа. Процесс заключается в обмене ионами меду водой и специальным материалом. В качестве такого материала выступают специальные синтетические ионообменные смолы. Этот способ очистки воды получил распространение не только в промышленности, но и в быту. Сейчас не затруднит приобрести фильтр, имеющий ионообменный картридж.
Рис. 5 Ионный обмен
Еще один способ, с помощью которого выполняется , это обратный осмос. Для очистки требуется специальная мембрана с очень мелкими порами. Через поры проходят только небольшие молекулы. Загрязняющие вещества отличаются большим размером, чем молекулы воды, поэтому не проходят сквозь мембрану. Такая фильтрация выполняется под давлением. Получающийся раствор из загрязняющих веществ утилизируется.
Рис. 6 Обратный осмос
Методы, используемые в бытовых фильтрах
Все эти методы используются для очищения жидкостей, в том числе и сточных вод. Но в большинстве случаев людей интересует, как очистить воду дома для употребления в пищу и бытовых целей. Очистка воды в домашних условиях не предполагает использования всех названных способов. Только часть из них реализуется в современных приборах. Есть возможность очистить воду из-под крана и без фильтра. Этот метод – кипячение. Однако гораздо чаще воду чистят специализированными фильтрующими устройствами.
В фильтрах задействованы такие методы очистки питьевой воды как механическая фильтрация, ионный обмен, сорбция, обратный осмос. Иногда применяются и некоторые другие, но гораздо реже.
Все эти современные методы очистки воды реализуются в картриджных проточных фильтрах. В таких приборах очищают водопроводную воду в несколько этапов. На первом этапе осуществляется механическая фильтрация, затем устраняются растворенные вещества методами сорбции и ионного обмена, а в завершении вода может пропускаться через обратноосмотическую мембрану.
Воду мы используем везде: бассейны, ванна, отопления, приготовления пище… Ни для кого не секрет что вода со временем загрязняется, так что же делать? Тут на помощь нам придут элементы из таблицы Менделеева с помощью которых можно выполнить химическую очистку воды. В химической очистке воды могут быть использованы многие вещества. Ниже представлены популярные химические реагенты используемые для очистки воды.
Альгициды это химические соединения, которые при добавлении в воду убивают синие и зеленые водоросли. Примеры таких соединений:
- сульфат меди,
- соли железа,
- соли амина и хлорид «бензалкония».
Альгициды очень эффективны в борьбе с водорослями, но они не очень полезны против «цветения» водорослей в окружающей среде.
Обратите внимание! Проблема альгицидов заключается в том, что убивают они все присутствующие водоросли, но не нейтрализуют их токсины, освобождаемые этими водорослями до их уничтожения.
Средства против вспенивания
Пена-это масса пузырьков, образующихся когда определенные типы газов рассеиваются в жидкости. Образование пены это сложная тема исследований в физической химии, но известно, что ее присутствие вызывает серьезные проблемы в ходе промышленных процессов и качества готовой продукции. Когда образование пены не под контролем, она может уменьшить способность работы оборудования.
Смесь средства против образования пены содержит масла, в сочетании с небольшим количеством кремнезема. Эти соединения разбивают пену благодаря двум свойствам кремнезема: несовместимость с водной системой и легкость распространения. Средства против вспенивания доступны либо в виде порошка либо в виде эмульсии чистого продукта.
Порошок
Порошкообразные средства против вспенивания-это группа продуктов на основе модифицированного полидиметилсилоксана. Эти продукты отличаются между собой основными характеристиками, но как группа очень хорошо препятствуют образованию пены в широком диапазоне применений и условий.
Средства против вспенивания являются химически инертными и не реагируют со средой. Не имеют запаха, вкуса, не являются летучими или токсичными и не вызывают коррозии материалов. Единственный недостаток измельченного продукта является то, что он не может быть использован в водном растворе.
Эмульсии
Эмульсии, т.е. средства против вспенивания -это полидиметилсилоксан в жидком виде. Они имеют те же свойства, что и в форме порошка. Единственная разница заключается в том, что они могут быть применены в водных растворах.
Коагулянты
Что касается коагулянтов, предпочтительными являются положительные ионы с высокой валентностью. Обычно ионы алюминия и железа используются в виде Al2(SO4)3- («aluin») и железа в виде FeCl3 или Fe2(SO4)3. Можно применить и относительно дешевую форму FeSO4, при условии что она будет смешана с перекисью водорода и Fe3+ при аэрации.
Коагуляция в значительной степени зависит от дозы коагулянтов, pH и концентрации коллоидов. Чтобы отрегулировать рН Ca (OH) 2 также используется в качестве флокулянта. Дозы обычно находятся в диапазоне между 10 и 90 мг Fe3+/ L.
Ингибиторы коррозии
Коррозия-это общий термин, определяющий переход металла в растворимую форму.
Коррозия может привести к разрушению важных элементов системы котла, осаждению продуктов коррозии в соответствующих поверхностях теплообменников, и общему снижению производительности систем.
Поэтому ингибиторы коррозии часто используются в водяных отопительных системах. Эти химические соединения реагируют с металлической поверхностью, давая ей определенный уровень защиты. Ингибиторы часто действуют путем адсорбции на металлической поверхности, защищая ее- формируя защитный слой на внутренней стороне трубопроводов.
Существует пять различных видов ингибиторов коррозии. Это:
- Пассивные ингибиторы («passivators»). Они вызывают сдвиг потенциала коррозии. Примерами таких ингибиторов являются окисляющие анионы, такие как хромат, нитрит и нитрат, и ионы не поддерживающие горения, например, фосфата и молибдата. Эти ингибиторы являются наиболее эффективными в связи с чем наиболее распространены в использовании.
- Катодные ингибиторы . Некоторые из них, такие как соединения мышьяка и сурьмы, работают путем препятствования рекомбинации и высвобождения водорода. Другие ионы, такие как кальций, цинк или магний, могут быть осажденные как оксиды, образуя защитный слой на металлической поверхности.
- Органические Ингибиторы . Они влияют на всю поверхность коррозионно-агрессивных жидкостей металлов, когда они присутствуют в соответствующей концентрации. Органические ингибиторы защищают металлы путем создания пленки (слоя) и гидрофобной группы на ее поверхности.
- Ингибиторы вызывающие осадки . Это соединения, вызывающие образование продукта осаждения на металлической поверхности, таким образом создавая защитную пленку. Самые популярные ингибиторы из этой категории это силикаты и фосфаты.
- Летучие ингибиторы коррозии (VCI). Эти соединения проводят в закрытой среде коррозии улетучивания из источника. Примерами таких ингибиторов являются морфолин, гидразин и летучие твердые вещества, такие как соли дициклогексиламина, циклогексиламин и гексаметилен. При контакте с поверхностью металла, пар этих солей конденсируется и гидролизует с помощью влаги, чтобы освободить защитные ионы.
Дезинфицирующие средства
Дезинфицирующие средства убивают нежелательные микроорганизмы присутствующие в воде. Есть много различных типов дезинфицирующих средств:
- Хлор (доза 2-10 мг / л);
- Диоксид хлора;
- Озон;
- Гипохлорит.
Дезинфекция хлором диоксида
ClO2 используется в качестве первичного дезинфицирующего средства для поверхностных вод с проблемами запаха и вкуса. Этот хлор содержит биоцид в таких низких концентрациях, как 0,1 частей на миллион, и в широком диапазоне рН. ClO 2 проникает через клеточную стенку и вступает в реакцию с аминокислотами в цитоплазме клетки, чтобы убить микроорганизмы.
Диоксид хлора дезинфицирует в соответствии с тем же принципом как хлор. Тем не менее, в отличие от хлора, диоксид хлора не оказывает вредного воздействия на здоровье человека.
Гипохлорит
Гипохлорит используется таким же образом, как двуокись хлора и хлор. Гипо-хлорирование является способом дезинфекции, который в последнее время широко не используется, поскольку доказано что при дезинфекции, в воде появляется консистенция бромата.
Обеззараживание озоном
Озон является мощной окислительной средой, с удивительно короткой «жизнью». Он состоит из частиц с дополнительным атомом кислорода с образованием O3. Когда озон вступает в контакт с причиной запаха, бактериями или вирусами дополнительный О-атом разбивает их в процессе окисления. Дополнительная молекула кислорода настолько «изношевается», что в конечном результате остается только кислород.
Дезинфицирующие средства могут быть использованы во многих отраслях промышленности. Озон используется в фармацевтической промышленности для приготовления питьевой воды, при обработке воды для различных процессов в производстве сверхчистой воды, а также для дезинфекции поверхностей.
Диоксид хлора используется в первую очередь для подготовки питьевой воды и дезинфекции трубопроводов.
Флоккулянты
Способствуют формированию хлопьев в воде, которые содержат взвешенные твердые частицы полимера флоккулянтов (полиэлектролитов). Они способствуют образованию связей между молекулами. Эти полимеры имеют очень специфический эффект, в зависимости от их заряда, молекулярной массы и степени молекулярного ветвления.
Полимеры растворимы в воде, и их молекулярная масса составляет от 10,5 до 10,6 г / л. При этом могут быть несколько разные расходы одного флоккулянта. Катионные полимеры основанные на азоте, и анионные полимеры на основе карбоновых кислот и цвиттерионов несут как положительные так и отрицательные ионы.
Нейтрализующие агенты (контроль щелочности)
Для того чтобы нейтрализовать кислоту используется гидроксид натрия (NaOH), карбонат кальция или известь (Са (ОН) 2) для повышения рН. Для снижения рН используется разбавленная серная кислота (H 2 SO 4) или разбавленная соляная кислота (HCl). Доза нейтрализующих агентов зависит от рН воды в реакционном резервуаре. Нейтрализация реакции вызывает повышение температуры.
Окислители
Химические окислительные процессы требуют использования (химических) окислителей, чтобы снизить уровень ХПК / БПК, а также для удаления органических и неорганических компонентов окисления.
Есть много окисляющих соединений. Примеры включают в себя:
- Пероксид водорода;
- Озон;
- Сочетание озона и перекиси;
- Кислород.
Химводоочистка является одним из важнейших факторов срока службы котла. Чем выше качество воды, тем дольше вам прослужит система водоснабжения в целом.
Основными задачами водоподготовки и рациональной организации водно-химического режима котлов, парогенераторов, тракта питательной воды и тепловых сетей являются:
· Предотвращение образования на поверхностях нагрева котлов, теплообменников и др. частей теплофикационных систем отложений накипи, окислов железа и т.п.,
· Защита от коррозии конструкционных металлов основного и вспомогательного оборудования теплофикационных систем в условиях их контакта с водой и паром, а также при нахождении в резерве, длительном простое или на консервации.
Требования по качеству подпиточной и сетевой воды устанавливаются в зависимости от типа теплосети:
Для теплосети с открытым водоразбором обработанная вода должна отвечать:
требованиям для воды хозяйственно-питьевого назначения, качество которой регламентируется СанПИН 2.1.4.559-96., в частности ГОСТ «Вода питьевая». Величина общей жесткости не должна превышать 7 мг-экв/л, железа - 0,3 мг/л, значение рН-9,0.
Качество воды для закрытой сети определяется видом применяемого теплофикационного оборудования (котла, бойлера и т.п.). К качеству воды для закрытой сети в связи с отсутствием непосредственного водоразбора на нужды населения предъявляются менее строгие требования, основной задачей является обеспечение безнакипного режима работы применяемого теплофикационного оборудования (котлы, бойлера) и нормативно допустимого уровня коррозионной активности. Так, может быть допустимым повышение значения рН до 10,5 при одновременном глубоком умягчении, определяющим показателем является значение карбонатного индекса, который в свою очередь определяет допустимый уровень накипеобразования - не выше 0,1.
Основным показателем безнакипного режима является величина карбонатного индекса - произведения общей щелочности на кальциевую жесткость , который имеет различные значения для данного температурного режима.
Основные современные способы подготовки воды:
· Умягчение Na-катионированием с применением современных методов ионного обмена, с использование фильтрующих материалов и соответствующих им конструкций фильтров;
· Декарбонизация воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов) и соответствующих им конструкций фильтров взамен Н - катионированием с «голодной» регенерацией;
· Очистка воды с применением мембранных технологий подготовки воды;
· Применение программ химической обработки подпиточной воды с помощью дозирования современных более эффективных реагентов (ингибиторов коррозии, дисперсантов и ингибиторов солеотложения)
· Также комбинирование всех вышеупомянутых методов;
· Альтернативные способы - в основном различные «преобразователи солей жёсткости» основанные на физических методах обработки воды;
Рассмотрим применение первых двух ионообменных способов - умягчением Na-катионированием и декарбонизацией воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов).
Умягчение
Метод одноступенчатого параллельно-точного Na-катионирования применяется наиболее широко. Данный процесс реализуется в фильтрах (различной конструкции и размеров в зависимости от производительности, требований к проведению самого процесса и т.п.). Сам ионообменный процесс происходит при фильтровании воды через слой ионообменной смолы (представляющей собой сильнокислотный катионит в Na-форме), загруженный в фильтр и периодически, по истощению, регенерируемый раствором поваренной соли. При этом происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на натрий (Na+) по следующей схеме:
Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество натрия (Na+). В результате получается умягченная вода, но при этом щелочность исходной воды практически не меняется в ходе обработки, а в случае ее повышенного значения вода будет обладать усиленными коррозионными свойствами вследствие разложения щелочности при нагреве. В качестве фильтрующих загрузок обычно служат сильнокислотные катиониты типа КУ2-8 или сульфоуголь, регенерируемые поваренной солью.
Недостатками данного метода является:
· Повышенный (обычно трехкратный) расход реагента (соли NaCl) по отношению к стехиометрии;
· Повышенный расход воды на собственные нужды;
· Повышенное содержание в сбросных водах хлоридов и натрия зачастую превышающих нормы;
· Для получения глубоко умягчённой воды требуется вторая ступень;
Современные способы ионирования и использование новых типов катионитов позволяют существенно оптимизировать процесс Na - катиониования – снизить расход реагентов на регенерацию, уменьшить расход воды на собственные нужды, сократить количество задействованного оборудования (фильтров). К таким методам относится противоточное катионирование, при котором поток фильтрата и регенерационного потока имеют противоположные направления. В частности, используется практически весь объем фильтра под загрузку катионита. Процент собственных нужд снижается до 3-4 %, расход соли уменьшается на 15-20 %. Появляется возможность получать фильтрат после первой ступени с качеством воды по жесткости не выше 10 –15 мкг-экв/л, то есть вторая ступень катионирования устраняется. Но данная технология требует высокой степени организации эксплуатации и желательна автоматизация технологических процессов.
Особо следует отметить, что перевод катионита из одной формы в другую непосредственно у потребителя приводит не только к повышенным трудозатратам и дополнительному расходу воды и реагентов, но и зачастую приводит к снижению эксплуатационных показателей, в первую очередь, динамической обменной ёмкости. Объяснением этому служит сама процедура перевода из Н-формы в Na-форму, при которой вначале необходимо «истощить» катионит, слив кислую воду в канализацию (что приводит не только к загрязнению сточных вод, но и к коррозии трубопроводов), а только затем дважды отрегенерировать раствором поваренной соли перевести в Na-форму. Следует отметить также, что сильнокислотный катионит в Н-форме при пропускании через него исходной воды до «истощения» кроме солей жёсткости захватывает из неё и другие ионы, в том числе ионы металлов (железа, алюминия и т.д.), которые при последующей регенерации раствором поваренной соли не удаляются. Следовательно, часть функциональных групп заблокирована, в результате чего обменная емкость катионита после таких процедур снижается. Этих негативных процессов не происходит в случае применения для процессов умягчения воды специально, в заводских условиях, изготовленных катионитов в Na-форме.
Дальнейшим усовершенствованием противоточных процессов послужила разработка ионитов в виде моносфер, т.е. смол имеющих узкий фракционный эффективный состав гранул (количество частиц эффективного размера -около 0,5-0,6 мм достигает 95 %, тогда как у обычных ионитов оно составляет примерно 40 - 45 %).
Однако, неплохих результатов можно достигнуть, если применить катиониты и с обычным грансоставом (0,3-1,2 мм), но изготавливаемыми и поставляемыми потребителям в Na-форме. Например, сильнокислотный катионит Тульсион Т-42 в Na-форме, с фракционным составом 0,3-1,2 мм.
Декарбонизация
При подготовке подпиточной воды для систем ГВС, применяется также технология подготовки воды Н - катионированием с «голодной» регенерацией.
Технология Н-катионирования с «голодной» регенерацией позволяет существенно снизить карбонатную жесткость воды с частичным уменьшением некарбонатной. Все ионы водорода, вводимые в катионит с регенерационным раствором, полностью задерживаются, и вследствие этого в отработанных сточных водах кислота практически отсутствует. Расход регенерирующего реагента - серной кислоты является стехиометрическим, т.е. расчетным.
Недостатками данного метода при использовании сульфоугля в Н-форме является пониженные эксплутационные характеристики, в частности:
· Низкая скорость фильтрования (до 10 м 3 /ч);
· Низкая обменная емкость (200-250 г-экв /м 3), как следствие
- большие затраты реагентов и воды на собственные нужды
-увеличенное количество фильтров
- трудность в управлении процессом и, как следствие, нестабильное качество воды
Существуют слабокислотные катиониты, зачастую называемые карбоксильными катионитами, которые специально созданы для удаления карбонатной жёсткости т.е. декарбонизации. К ним в частности относится слабокислотный катионит Тульсион СХО-12.
При ионообменном способе декарбонизации воды на слабокислотном карбоксильном катионите к водородной форме (как наиболее экономичном) происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на водород (Н+) по следующей схеме:
Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество водорода (Н+). Далее анионы HCO3- взаимодействуют с образующимися катионами Н+.
В результате происходит снижение концентрации бикарбонатов путём их «разрушения» и образование в результате углекислого газа. При этом, происходит снижение рН воды. Далее, для стабилизации рН воды требуется её отдувка на дегазаторе.
Например, рассмотрим технологическую схему, предусматривающую применение процесса декарбонизации на слабокислотном катионите взамен Н-катионирования с «голодной регенерацией» и умягчение на сильнокислотном катионите, поставляемом сразу в Na – форме. Учитывая, что источником исходной воды служит питьевая хлорированная вода из городского водопровода, для повышения срока службы катионитов предусмотрена предварительная очистка в виде фильтра заполненного активированным углём. После этого вода поступает на три фильтра декарбонизации, заполненные слабокислотным катионитом, один/два в работе, один в резерве. Образовавшийся углекислый газ после ионообменника отдувается в дегазаторе (декарбонизаторе) и поступает через деаэратор на нагрев. Часть декарбонизированной воды поступает на установку двухстадийного умягчения - для получения подпиточной воды паровых котлов. Принципиальная схема представлена на рисунке 10, в виде прямоточных фильтров с организацией верхней распредсистемы и инертным слоем для повышения эффективности фильтрования и отмывки катионита.
Рисунок 10 - Принципиальная технологическая схема ХВО котельной
Рисунок 11 - Фотография цеха ХВО
Общее количество воды, добавляемое из химводоочистки, состоит из следующих потерь:
1) Потери конденсата от технологических потребителей:
В случае отсутствия конденсата от технологических потребителей кг/с.
2) Потери продувочной воды кг/с.
Химическая водоочистка сегодня получила широкое распространение. Вещества, которыми насыщена вода, которые пригодны для химической очистки воды , очень обширны. Поэтому обширны способы применения водоочистки с ультрафильтрацией. Полной водоочистки можно добиться с помощью сочетания нескольких реагентов при любой загрязненности. Как правило, химические способы очистки сточных вод применяются больше в промышленности, нежели в быту. Ее цель - удаление тонкодисперсных взвешенных частиц, органики, растворенных газов и минеральных веществ.
Обычно применение достаточно деликатного метода - химической водоочистки - в доме, на даче или в коттедже позволяет учесть все мелкие детали и именно это делает данный способ водоочистки самым эффективным. Выбор реагента зависит от состава воды, которая подлежит очистке. Предварительно стоит сделать анализ воды.
Сам процесс химической очистки осуществляется с помощью фильтров и представляет собой достаточно сложную процедуру, которая зависит от многих факторов. Реагентами для химической водоочистки применяются различные окислители, такие, например, как хлор, озон, перманганат калия, а также подщелачивающие вещества (сюда, к примеру, можно отнести гидроксид натрия, сода, известь и подкисляющие вещества типа серной кислоты и соляной).
Окисление как химическая водоочистка . Подобный способ очистки применим тогда, когда вода наполнена вредными веществами, и если их невозможно извлечь никаким иным способом. Такими веществами являются цианистые соединения, которые чаще всего встречаются в сточных промышленных водах (обычно именно они загрязнены разнообразными отходами производства).
Окислители, применяемые при химической очистке воды, которые способны справиться с цианистыми соединениями, это гипохлорит натрия и хлор. Его применяют чаще всего из-за достаточно невысокой стоимости. При процедуре химической очистки воды нужен постоянный контроль уровня кислотности воды, потому что реакция может происходить только при определенном уровне pH. Очищенная вода должна обладать уровнем pH водоема, в который ее возвратят после процедуры очистки.
Химическая водоочистка важна так же, как озонирование и электрохимическое окисление. , как электрохимическое окисление на аноде, позволяет извлечь кислоты, металлы и другие вещества, находящиеся в отработанных растворах. Одним из самых безопасных способов водоочистки является именно озонирование, потому что оно используется чаще всего для повторного применения сточных вод. Озонирование обладает высокой скоростью реакции, которая обеспечивает разложение озона на кислород. Плюсами являются также полное отсутствие следов реакции и возможность получения озона на месте, где проводится реакция.
Сохраняет её кислотно-щелочной баланс в норме, не увеличивая содержание солей, как это бывает от остальных химических реагентов. Озон - это производная кислорода, именно этим и объясняется быстрота реакции: в процессе озонирования быстрота отдачи атома кислорода другим веществам очень велика. Озон - это, пожалуй, самый эффективный окислитель металлов среди реагентов, применяемых при водоочистке.
Нейтрализация с применением подщелачивающих или подкисляющих веществ - это еще один способ водоочистки. Как правило, такой метод химической очистки используется при очистке промышленных сточных вод, pH которых нарушен. Этот метод с успехом применяют для удаления тяжелых металлов из воды.
Метод нейтрализации - это взаимодействие щелочей, кислот, которые стабилизируют уровень pH (а он по стандартам не должен превышать коэффициента 8.5, а также не должен и опускаться ниже 6.5). Вода подлежит химической очистке перед выпуском в городскую канализацию или в водоем, если кислотно-щелочной баланс не соответствует этим нормам. Процесс обычно происходит в специальных нейтрализаторах контактного или проточного типа, объединенных отстойником. После химической очистки вода подлежит осветлению.
Химическая водоочистка сточных вод - это самый совершенный метод химической очистки, потому что происходит полное очищение воды без возникновения нежелательных побочных эффектов. Этот метод пока еще мало распространен, что обуславливается его высокой стоимостью.
Химически очищенная вода для подпитки тепловой сети поступает в вакуумный деаэратор (р - 0 02 - 0 05 МПа), в котором греющим рабочим телом служит горячая сетевая вода.
Химически очищенная вода для подпитки тепловой сети поступает в вакуумный деаэратор (р 0 02 - 0 05 МПа), в котором греющим рабочим телом служит горячая сетевая вода.
Химически очищенная вода подается в деаэратор для восполнения потерь конденсата в линиях. Для удовлетворения собственных нужд котельной используют также воду непрерывной продувки. Вода из линии непрерывной продувки поступает в расширитель непрерывной продукви РНП, где вследствие падения давления она закипает. Образовавшийся пар поступает в паровую линию собственных нужд, а вода с повышенным солесодержа-нием отдает тепло сырой воде в ПСВ1 и удаляется в канализацию.
Химически очищенная вода из химводоочистки подается в главный корпус ТЭЦ по двум трубопроводам; каждый трубопровод рассчитывается на 100 % подачи химически очищенной воды. Трубопроводы между главным корпусом и химводоочисткой прокладываются либо в канале, либо по наземной эстакаде. Кроме воды, из главного корпуса в помещение химводоочистки прокладывается трубопровод сжатого воздуха, потребность в котором имеется на всех современных водоочистительных установках. Арматура на трубопроводах, связывающих емкости и аппараты, устанавливаемые на открытом воздухе, размещается внутри помещения химводоочистки. Водоочистительная аппаратура промышленных котельных обычно располагается в здании котельной ка отметке 0 0 (см. гл. Должна предусматриваться возможность расширения химводоочистки.
Схема пароснабжения коксохимического.| Схема пароснабжения коксохимического завода с УСТК при отсутствии внешних источников паротеп-лоснабжепия. Химически очищенная вода для УСТК подается из водоочистки теплосиловых установок металлургического завода.
Химически очищенную воду (дистиллат) с выходной жесткостью 0 4 мг-экв / л, что соответствует требованиям, предъявляемым к воде, подаваемой в форсунки увлажнения, можно получить при двухступенчатой фильтрации в натрий-катионовых фильтрах. С) устройство для увлажнения воздуха выключается, и агрегаты охлаждаются с помощью АВО, число которых зависит от нв.
Добавочная химически очищенная вода подается по отдельной линии в деаэраторы через регуляторы уровня воды в баках деаэрированной воды.
Смесь химически очищенной воды и конденсата, поступающих в котел, принято называть питательной водой.
Смесь химически очищенной воды и конденсата за питательным насосом принято называть питательной водой. С охлаждающей водой уносится около 65 % подведенного к турбине тепла свежего пара и около 90 % тепла отработавшего в турбине пара, которое бесполезно теряется.
Трубопроводы химически очищенной воды прокладываются в грунте бескаяалыф ниже глубины промерзания. Хроме того, трубопроводы могут быть уложены надземно (на стойках, астакадах) - изолированные, а при периодическом расходе и с пароспутниками.
Солесодержание химически очищенной воды находится в зависимости от солесодержания исходной воды и принятой схемы водоподготовки. Правильная организация водного режима котлов среднего давления при наличии трехступенчатого испарения позволяет в большинстве случаев обеспечить требуемое качество химически очищенной воды без применения стадии обессолива-ния.
Щелочность химически очищенной воды является контролируемым показателем. При использовании химически очищенной воды для питания котлов высокого давления снижение ее щелочности до минимума существенно облегчает организацию водного режима котлов с фосфатной щелочностью.
Запас химически очищенной воды в баке достаточен для полуторачасовой работы установки.
С химически очищенной водой приносится 50 % окислов железа за счет коррозии оборудования хим-водоочистки. Оборудование химводоочистки, работающее при относительно низких температурах, подвергается коррозии под воздействием растворенного кислорода, углекислоты и агрессивных растворов, применяемых в процессе регенерации фильтров.
Деаэрированная и химически очищенная вода после охлаждения элементов нижнего строения печи подается в питательный бак, откуда питательным насосом направляется через экономайзер в барабан котла. Из барабана котла вода подается циркуляционным насосом в испарительные змеевики котла-утилизатора и в охлаждаемые элементы верхнего строения печи.
При добавке химически очищенной воды контролируют также те же показатели качества питательной воды; пробы отбирают через ка ждый чае.
Для приготовления химически очищенной воды, используемой в качестве добавки для питания паровых котлов любых давлений с экранированными топками, должно применяться двухступенчатое катионирование в сочетании с другими стадиями очистки воды. Кроме того, для котлов давлением 70 ата и выше должно применяться обескремнивание или химическое обессоливание воды.
Для приготовления химически очищенной воды, используемой в качестве добавки для питания паровых котлов любых давлений с экранированными топками, должно применяться двухступенчатое катионирование в сочетании с другими стадиями очистки воды. Кроме того, для котлов давлением 70 ста и выше должно применяться обескремнивание или химическое обессоливание воды.
Масляный пы леуловитель. Происходит деаэрация химически очищенной воды. Деаэрированная вода смешивается с охлажденной сетевой водой, проходящей через подогреватель и змеевик, расположенный в баке, и поступает во всасывающий трубопровод к сетевым насосам.
Трубопроводы для химически очищенной воды прокладываются бесканально ниже глубины промерзания грунта. Кроме того, трубопроводы могут быть уложены надземно (на стойках, эстакадах), изолированно, а при периодической работе и с пароспутниками.
При добавке химически очищенной воды накопление солей в котле осуществляют со скоростью не выше в котловой воде чистого отсека 50 - 70 мг / кг-час, а при ступенчатом испарении в соленых отсеках 200 - 300 мг / кг-час и доводят до появления бросков, регистрируемых солемерами.
При добавке химически очищенной воды контролируют также те же показатели качества питательной воды; пробы отбирают через каждый час.
Чрезмерная жесткость химически очищенной воды, доходившая до 43 мкг-экв / л, и высокое солесодержание пара служили источником многих неполадок на котлах, турбинах и парозапорной арматуре, создавая к тому же дополнительные трудности при ремонте (необходимость частой шарошки труб и пр.
Жесткость подпиточной химически очищенной воды определяется олеатным методом с тарировочной кривой (по ВТИ) или комплексометрическим методом.
Деаэрация добавочной химически очищенной воды и производственного конденсата, содержащих наибольшее количество растворенных газов, осуществляется по двухступенчатой схеме.
Лусмотрен подогрев химически очищенной воды паром в пароводяном подогревателе.
Экономайзер подогревает химически очищенную воду. По водяному тракту он установлен между ХВО и теплообменниками, предназначенными для нагрева умягченной воды до деаэратора.
Заполняют цистерну химически очищенной водой.
Поступившая в деаэратор химически очищенная вода 35 С за счет тепла конденсации смеси паров подогревается до температуры 60 С, при которой осуществляется деаэрация. Несконденсировавшиеся пары и газы отсасывают из деаэратора вспомогательным эжектором и нагнетают во вспомогательный конденсатор, где также (охлаждающая ере да-химически очищенная вода) происходит деаэрация воды. Отработавший пар конденсируется, а несконденсировавшиеся пары и газы выбрасывают в атмосферу. Деаэрированная вода из вспомогательного конденсатора и деаэратора стекает в емкость и насосом направляется потребителям. Применение таких совмещенных установок позволяет снизить общее паропотребление и исключить потребление оборотной воды для конденсатора.
Принципиальная схема бесколонковых трехступенчатых деаэраторов (ДСП-6 и ДСП-13. В смесительной камере химически очищенная вода смешивается с конденсатом и далее поступает на барботажный лист. Восходящим потоком пара вода подхватывается в подъемную шахту, из верхней части которой по циркуляционным каналам, образуемым перегородками, она вновь направляется, вниз, попадая на барботажный лист. Таким образом в циркуляционной шахте 15 создаются устойчивые циркуляционные контуры. Из верхнего барботажного устройства вода по нижнему лотку 16 отводится в аккумулирующую часть деаэратора. В аккумулирующей части деаэратора поддерживается постоянная циркуляция воды, которая обеспечивается нижним барботажный устройством.
Сюда же подается химически очищенная вода для восполнения потерь воды в ходе процесса, а также для растворения соды, налипающей на стенки барабанов.
В смесительной камере химически очищенная вода смешивается с конденсатом и далее поступает на барботажный лист. Восходящим потоком пара вода подхватывается в подъемную шахту, из верхней части которой по циркуляционным каналам, образуемым Перегородками, опускается вниз, вновь попадая на барботажный лист. Таким образом, в циркуляционной шахте 15 создаются устойчивые циркуляционные контуры.
Охлаждающей средой служит химически очищенная вода.
Качество обессоленной или химически очищенной воды для подпитки барабанных котлов, а также качество внутристанционных составляющих питательной воды прямоточных и барабанных котлов (конденсаты регенеративных, сетевых и других подогревателей, вод дренажных баков, баков нижних точек, баков запаса конденсата и других потоков) должно быть таким, чтобы обеспечивалось соблюдение норм качества питательной воды.
При больших расходах химически очищенной воды на подпитку тепловых сетей, горячее промышленное и бытовое водоснабжение ее подогрев перед вакуумным деаэратором может осуществляться в конденсаторах паровых турбин, работающих с малым (ухудшенным) вакуумом. В этом случае химически очищенная вода заменяет охлаждающую циркуляционную воду.
Среда из трубопровода химически очищенной воды насосом прокачивается по калориметрическим трубам. Для измерения расхода воды на входе в каждую трубу установлены сужающие устройства. Вскипание воды в трубах не допускается, что контролируется двумя термопарами, установленными в необогреваемой зоне на выходе каждой трубы. Расход воды регулируют так, чтобы вода была недогретой до температуры насыщения на 5 - 10 С. Калориметрический контур можно смонтировать без насоса, взяв питательную воду до экономайзера и сбросив ее в выходной коллектор экономайзера или в барабан.
Подпиток в систему химически очищенной воды осуществляется по линии 7 в буферный бак. Давление перед сетевыми насосами 3 в данной схеме обуславливается высотой столба воды от уровня ее в буферном баке до сетевых насосов.
При большой добавке химически очищенной воды в условиях ТЭЦ для эффективного удаления из воды СО2 применяют двухступенчатую деаэрацию. При этом второй ступенью является барботажное устройство, размещенное в баке-аккумуляторе. В барботажном устройстве пар пропускается через слой воды, вследствие чего обеспечиваются значительная поверхность контакта между паром и жидкостью и турбулизация жидкости.
Схема автоматического регулирования деаэратора повышенного давления с подводом добавочной воды в конденсатор турбины.| Схема автоматического регулирования деаэраторов повышенного давления на электростанциях с поперечными связями с установкой индивидуальных регуляторов давления и уровня. ГРЭС, добавка химически очищенной воды - будет чревычайно малой, вследствие чего она беспрепятственно может поступать в конденсатор турбины.
Подогрев этого количества химически очищенной воды до температуры в деаэраторе 6 ат учтен при составлении диаграмм режимов и, следовательно, отдельно его учитывать не надо.
Котлы питаются смесью химически очищенной воды и конденсата. Схема водоочистки двухфазная: предварительное известкование с коагуляцией и натрий-катио-нирование.
В начале процесса химически очищенную воду или конденсат из сборника / подают центробежным насосом через холодильник 7 в систему. Затем в нижнюю часть абсорбера 4 (I ступени) вводят аммиак, образующаяся аммиачная вода стекает в сборник 3, расположенный под абсорберами и разделенный перегородкой.
Эти котлы-утилизаторы питаются химически очищенной водой, а пар низкого давления используется в регенеративной схеме для подогрева питательной воды.
Определение обменной емкости катионообменной смолы по кобальту. Доупа-ренный остаток разбавляют химически очищенной водой в смесителе, подогревают до 145 - 165 С в теплообменнике и направляют в экстрактор. Ароматические соединения (кислоты, альдегиды, высокомолекулярные продукты окислительной конденсации л-ксилола) при снижении температуры реакционной массы в холодильнике высаживаются (до 90 %) из раствора, после чего из полученной суспензии на фильтре 1 осаждается твердая фаза. Водный раствор катализатора направляется на стадию концентрирования и очистки кобальта или смеси кобальта, марганца и никеля.
Приготовленный раствор разбавляют химически очищенной водой до концентрации 70 - 90 г / л по AlgOg, затем отстаивают от нераство-рившихся частиц гидрата глинозема, откачивают из реактора и используют для осаждения гидроокиси алюминия. Нерастворившаяся часть гидрата глинозема остается в реакторе для приготовления следующей порции раствора основного сульфата алюминия.
При питании испарителей химически очищенной водой с общим солесодержанием свыи е 2000 мг / л рекомендуется фосфатированпе упариваемой воды.
Индивидуальная промывка змеевиков пароперегревателя. Затем пароперегреватель заполняют химически очищенной водой с температурой 50 - 70 С, которая подается по специальному промывочному трубопроводу диаметром 38 - 50 мм. Прикрывают доступ воды в пароперегреватель и продувку.
Питание паропреобразователей производится химически очищенной водой.
К задаче 9 - 31.| К задаче 9 - 34. Потеря конденсата покрывается химически очищенной водой, имеющей температуру / IBM 90 С.
При питании испарителей химически очищенной водой с общим солесодержанием более 2 000 мг / кг допускается фосфатирование.
