close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

276.Бахметьева Л.К. Подготовка воды для технического водоснабжения

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Л.К. Бахметьева, А.В. Бахметьев, Д.Е. Белых
ПОДГОТОВКА ВОДЫ
ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.
ИОНООБМЕННЫЕ МЕТОДЫ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ
Учебно-методическое пособие
для студентов, обучающихся в магистратуре
по специальности «Водоснабжение и водоотведение»
Воронеж 2013
УДК 628.1.032(07)
ББК 38.761.1я7
Б303
Рецензенты:
кафедра органической химии
Воронежского государственного университета;
В.И. Акименко, начальник сантехнического отдела
ОАО «Воронежпроект»
Бахметьева, Л.К.
Подготовка воды для технического водоснабжения промышленБ303 ных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды : учеб.метод. пособие / Л.К. Бахметьева, А.В. Бахметьев, Д.Е. Белых ; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2013. – 76 с.
Изложена информация о качестве и современных методах подготовки природных вод
для промышленного использования. Приведены основные методы и примеры расчёта установок
для умягчения и обессоливания воды.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся в магистратуре по специальности
«Водоснабжение и водоотведение», для изучения разделов водоснабжения и водоподготовки на
промышленных предприятиях. Учебно-методическое пособие будет также полезно для инженерно-технических работников, связанных с разработкой или эксплуатацией сооружений очистки природных вод, и студентов специальности «Водоснабжение и водоотведение» направление подготовки 270100 «Строительство».
Ил. 17. Табл. 3. Библиогр.: 16 назв.
УДК 628.1.032(07)
ББК 38.761.1я7
Печатается по решению научно-методического совета
Воронежского ГАСУ
© Бахметьева Л.К., Бахметьев
А.В., Белых Д.Е., 2013
© Воронежский ГАСУ, 2013
ISBN 978-5-89040-453-4
2
Оглавление
Введение …………………………………………………………………….
1. Основные принципы проектирования сооружений для очистки воды,
расходуемой на производственные нужды………………………………
2. Краткие сведения о показателях качества природной воды ………….
3. Технологические процессы улучшения качества технической воды ..
3.1. Осветление и обесцвечивание воды ……………………………...
3.2. Умягчение воды …………………………………………………….
3.2.1. Известково-содово-катионитовые установки ………………
3.2.2. Натрий-катионитовые установки……………………………..
3.2.3. Водород – катионитовые установки …………………………
3.2.4. Водород – натрий – катионитовые установки ………………
3.2.5. Аммоний – катионитовые установки ………………………..
3.2.6. Установки с натрий- и хлор-ионированием …………………
3.3. Опреснение и обессоливание воды ………………………………
3.3.1. Метод ионного обмена………………………………………...
3.3.2. Многоступенчатая установка ………………………………...
3.3.3. Фильтры смешанного действия ……………………………...
3.3.4. Обессоливание электродиализом ……………………………
4. Примеры расчёта установок для умягчения и обессоливания воды …
4.1. Пример расчёта установки для умягчения воды ……………….
4.1.1. Общие вопросы проектирования установки ……………….
4.1.2. Определение производительности установки ……………..
4.1.3. Определение доз реагентов
при известково-содовом умягчении воды …………………
4.1.4. Определение солевого состава воды
после известково-содового умягчения …………………….
4.1.5. Определение расходов воды по различным направлениям..
4.1.6. Выбор способа умягчения ……………………………………
4.1.7. Расчёт натрий – катионитовых фильтров II ступени ……..
4.1.8. Определение расхода поваренной соли для регенерации
Na – катионитовых фильтров II ступени …………………..
4.1.9. Определение расходов воды на собственные нужды
Na-катионитовых фильтров II ступени ……………………
4.1.10. Расчёт Na – катионитовых фильтров I ступени …………..
4.1.11. Определение расхода поваренной соли для регенерации
Na – катионитовых фильтров I ступени …………………..
4.1.12. Определение расходов воды на собственные нужды
Na – катионитовых фильтров I ступени …………………
3
5
5
6
9
9
12
13
15
18
19
20
21
22
23
25
25
26
27
27
27
28
28
30
31
32
32
35
36
37
39
39
4.1.13. Расчёт солевого хозяйства ………………………………….
4.1.14. Определение объема бака для взрыхления катионита …..
4.1.15. Определение гидравлических потерь напора в установках …...
4.1.16. Подбор насосов ………………………………………………
4.1.17. Расчет дегазаторов …………………………………………...
4.1.18. Расчет Н – катионитовых фильтров ………………………..
4.1.19. Определение расхода серной кислоты
для регенерации Н-катионитовых фильтров ……………..
4.1.20. Определение расходов воды на собственные нужды
Н-катионитовых фильтров …………………………………..
4.1.21. Расчет кислотного хозяйства ……………………………….
4.1.22. Определение потерь напора ………………………………...
4.1.23. Подбор насосов ……………………………………………….
4.1.24. Технологические и балансовые схемы …………………….
4.2. Пример расчета установки для обессоливания воды …………..
4.2.1. Выбор схемы водоподготовки ……………………………….
4.2.2. Определение дозы коагулянта
и изменения солевого состава после коагуляции ………….
4.2.3. Расчет анионитовых фильтров II ступени ………………….
4.2.4. Расчет водород-катионитовых фильтров II ступени ………
4.2.5. Определение расходов реагентов и воды на собственны е
нужды катионитовых и анионитовых фильтров II ступени..
4.2.6. Расчет анионитовых фильтров I ступени …………………..
4.2.7. Расчет катионитовых фильтров I ступени ………………….
4.2.8. Расчет декарбонизатора ………………………………………
4.2.9. Расчет механических напорных фильтров ………………….
4.2.10. Расчет оборудования коагуляционного хозяйства ……….
Заключение ……………………………………………………………………
Библиографический список …………………………………………………
4
41
43
43
44
45
46
48
49
50
51
51
51
54
54
55
57
59
61
63
66
69
70
71
74
75
ВВЕДЕНИЕ
В учебно-методическом пособии изложена информация о качестве и современных методах подготовки природных вод для промышленного использования.
Рассматриваются основные принципы проектирования сооружений для очистки
воды, расходуемой на производственные нужды, краткие сведения о показателях
качества воды, технологические процессы улучшения качества технической воды
и примеры расчёта установок для умягчения и обессоливания воды. Пособие
предназначено для студентов, обучающихся в магистратуре по специальности
«Водоснабжение и водоотведение», для изучения разделов водоснабжения и водоподготовки на промышленных предприятиях. Учебно-методическое пособие будет также полезно для инженерно-технических работников связанных с разработкой или эксплуатацией сооружений очистки природных вод и студентов специальности «Водоснабжение и водоотведение», направление подготовки 270100
«Строительство».
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ
ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, РАСХОДУЕМОЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ НУЖДЫ
Задачи расчёта и проектирования комплекса водоочистных сооружений
промышленных предприятий включают:
а) выбор методов и технологической схемы очистки воды, определение
состава сооружений, обеспечивающих необходимый эффект улучшения качества
воды при минимальной величине приведенных затрат на строительство и эксплуатацию;
б) технологические и гидравлические расчёты элементов и узлов водоочистных сооружений;
в) проектирование комплекса водоочистных сооружений и конструирование их отдельных элементов;
г) определение основных экономических показателей сооружений.
Выбор технологической схемы и состава сооружений для осветления и
кондиционирования воды должен производиться на основе анализа исходных
данных, в которые входят показатели качества исходной воды, требования по допустимому содержанию примесей в обрабатываемой воде, полезная производительность сооружений по обработке воды.
Требования к воде, используемой на промышленных предприятиях с различными технологическими процессами, могут существенно отличаться друг от
друга.
В таких случаях исходная вода подвергается различным способам очистки
и кондиционирования.
5
Иногда решение этой задачи достигается объединением нескольких потоков, наиболее близких друг к другу по качеству воды.
При отсутствии достаточных данных в задании на проектирование следует
обратиться к специальной технической литературе, в которой описаны основные
производственные процессы, указаны цели водопотребления, удельные расходы
и требования к качеству используемой воды [9].
Выбор окончательной схемы водоподготовки должен обосновываться технико-экономическим сравнением различных вариантов технического решения.
2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОКАЗАТЕЛЯХ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ
Технология очистки воды в значительной степени определяется физикохимическими и биологическими показателями ее качества и требуемой степенью
его улучшения.
Качественная и количественная характеристики содержащихся в воде примесей определяют возможность ее использования для хозяйственно-питьевых и
производственных нужд, а также оптимальные методы ее кондиционирования.
Основными физическими показателями качества воды являются: температура, мутность (содержание взвешенных веществ), цветность, сухой и прокаленный
остаток.
Температура воды t⁰ для производственных нужд определяется заданием на
проектирование и зависит от характера технологического процесса.
Мутность М, определяемая сравнением мутности исследуемой воды с мутностью стандартных суспензий, характеризует содержание высокодисперсных
взвешенных и коллоидных примесей. Содержание взвешенных веществ (ВВ) характеризует количество примесей минерального и органического происхождения,
имеющих размер более 100 мкм. Допустимые величины мутности и содержание
ВВ зависят от требований, предъявляемых к технической воде. Например, вода,
используемая для охлаждения агрегатов или охлаждения продукции через стенку
теплообменного аппарата, не должна содержать более 20—50 мг/л ВВ.
Цветность воды Ц обусловливается в основном наличием в ней коллоидально растворенных органических соединений, в частности гумусовых веществ,
придающих воде желтый и бурый оттенки. Для большинства производственных
процессов цветность воды не нормируется.
В некоторых случаях содержание органических примесей, обусловливающих цветность, ограничивается. В частности, при промывке пряжи должна использоваться вода с цветностью, не превышающей 20 град. Цветность воды, подвергающейся умягчению и обессоливанию на ионитовых фильтрах, не должна
превышать 30 град. Еще более жесткие требования по этому показателю предъявляются к воде, расходуемой для подпитки паровых котлов высокого давления.
6
Сухой остаток (СО), получающийся при просушивании остатка пробы профильтрованной воды при 105° С, и прокаленный сухой остаток (ПСО), получающийся при прокаливании сухого остатка, ориентировочно характеризуют содержание растворенных минеральных веществ.
СО ориентировочно можно определить по формуле
,
где [Mem+] − концентрация каждого катиона (за исключением Fe), мг/л; [
]−
концентрация каждого из анионов (за исключением
и
), мг/л; [
]
концентрация бикарбонат-ионов, мг/л; [
] − концентрация кремнекислоты в
форме
, мг/л; [Fe] − суммарная концентрация ионов железа, мг/л; Соргпр —
содержание органических примесей, мг/л.
ПСО определяется из выражения
ПСО = ∑[
] + ∑[
]+0,13[
]+1,4[Fe]+[
].
Величины СО и ПСО, характеризующие общее солесодержание Р, нормируются для воды оборотных систем водоснабжения (не более 2000 мг/л), питательной и котловой воды парогенераторов, воды, используемой для изготовления
ионообменных материалов, и т. п.
К основным химическим показателям качества воды относятся: содержание
катионов (N , Na+, К+, Mg2+, Са2+, Fe2+, Мn2+, А13+), анионов (Сl-, НС ,С ,
S
, HS-, S2-, HSi , Si
, N , N , F-), растворенного кислорода O2, сероводорода H2S, угольной кислоты Н2СО3, кремниевой кислоты Н2SiO3, окисляемость, щелочность, жесткость, активная реакция рН.
Повышенное содержание катионов щелочных металлов характерно для солоноватых и соленых вод. Удаление Na+ и K+ из природных вод применяется при
получении воды, расходуемой на питание прямоточных парогенераторов докритического и закритического давления, промывку некоторых деталей радиотехнических и электронных приборов и в других технологических процессах.
Наличие в воде катионов Mg2+ и Са2+ придает ей жесткость и создает условия для отложения их солей на внутренней поверхности трубопроводов и аппаратов. Для очень многих производственных процессов содержание солей жесткости
в используемой воде нормируется. Мягкая вода используется при получении искусственных волокон, кинопленки, синтетического каучука, пластмасс и др. Особенно строго регламентируется содержание солей жесткости в питательной воде
парогенераторов. Так, для парогенераторов с давлением от 2,4 до 4,0 МПа жест-
7
кость питательной воды не должна превышать 0,003—0,005 мг-экв/л, для прямоточных парогенераторов − соответственно не более 0,0005 мг-экв/л.
Наличие в воде соединений железа и марганца даже в небольших количествах (>0,3 мг/л) придает воде неприятный вкус, цвет и может оказаться причиной
обрастания аппаратуры и трубопроводов колониями железистых и марганцевых
бактерий. Поэтому воды с повышенным содержанием Fe и Мn подвергаются
обезжелезиванию и деманганации. В частности, вода, используемая при крашении
тканей, не должна содержать железо в количестве, превышающем 0,1 мг/л, и марганца более 0,05 мг/л.
Для многих производственных процессов содержание в воде анионов С1 - и
S
обычно не регламентируется.
Практически полное удаление анионов из воды необходимо при использовании ее в качестве питательной для барабанных и прямоточных котлов с докритическим и закритическим давлением.
В воде, используемой для охлаждения оборудования и продукции в теплообменных аппаратах, содержание хлоридов в зависимости от температуры стенок
аппаратов и оборудования не должно превышать 350 – 150 мг/л, содержание
сульфатов – не более 500 – 250 мг/л.
Содержание соединений кремниевой кислоты Н2SiO3 регламентируется для
питательной воды, парогенераторов давлением > 4 МПа и при промывке некоторых деталей радиоэлектронного производства.
Окисляемость воды обусловливается присутствием в ней органических веществ и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сульфитов, сероводорода, двухвалентного железа и др.).
Примеси органического происхождения могут явиться причиной интенсивного биологического обрастания охладительных градирен систем оборотного водоснабжения.
По рекомендациям водохозяйственных органов СЭВ [9] в этом случае перманганатная окисляемость не должна превышать 20 мг/л.
Показатель концентрации водородных ионов рН обусловливает интенсивность протекания физико-химических реакций при обработке воды и позволяет
судить о характере ее воздействия на стенки трубопроводов и аппаратуры.
Упомянутыми ранее нормами СЭВ [9] для большинства производственных
процессов рекомендуется рН технической воды поддерживать в пределах от 7,2 до
8,5.
Щелочность воды, обусловливаемая содержанием анионов слабых кислот
(бикарбонатов
, карбонатов
, фосфатов, гуматов) и гидратов ОН−, является важным нормируемым для ряда технологических процессов показателем. Величина щелочности влияет также на процессы улучшения качества воды при коагулировании, известковании и др.
8
К биологическим загрязнениям, влияющим на качество воды, используемой
для технического водоснабжения, относятся микроорганизмы, водоросли, водные
растения и животные. Некоторые из них являются причиной обрастания внутренних поверхностей трубопроводов и аппаратов, другие своим присутствием в воде
увеличивают общее содержание механических примесей. Поэтому иногда нормируются скорость развития биологических обрастаний, содержание биогенных элементов (Р и N), биохимическая потребность в кислороде и т. п.
Технологические показатели качества воды позволяют оценить эффективность использования основных методов улучшения ее качества. К ним, согласно
СанПиН 2.1.4.1074-01 для воды хозяйственно-питьевого назначения, относятся
показатели осаждаемости взвеси, коагулируемости, обесцвечиваемости, относительной фильтруемости, хлорируемости и стабильности воды. Эти показатели и
методика их определения распространяются и на воду, используемую для технических нужд предприятий.
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА
ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ
3.1. Осветление и обесцвечивание воды
Для глубокого осветления и обесцвечивания технической воды состав основных технологических сооружений рекомендуется принимать в соответствии с
[8, табл. 15].
В дополнение к данным таблицы следует отметить, что для производственных нужд целесообразно в ряде случаев расширить область применения напорных
фильтров, позволяющих исключить строительство и эксплуатацию резервуаров
фильтрованной воды и насосной станции II подъема, не ограничивая их использование максимальной суточной производительностью
станции в 3000 м3. Они
могут быть также использованы без применения коагулянта для частичного осветления природной воды, содержащей до 100 мг/л ВВ.
Расчёт скорых напорных фильтров производится так же, как и расчёт скорых открытых фильтров [8].
Наряду со скорыми напорными фильтрами для частичного осветления природной воды, содержащей до 50 мг/л ВВ, целесообразно применять высокопроизводительные фильтровальные станции со сверхскоростными фильтрами, позволяющими получить фильтрованную воду с содержанием ВВ в пределах 3 – 5 мг/л.
Эти станции представляют собой батарею из 6−10 (оптимальное количество−8)
напорных фильтров (рис. 1), работающих в режиме сверхскоростного фильтрования. Сущность режима состоит в пропуске воды с высокими, понижающимися в
.
9
10
Рис. 1. Принципиальная схема сверхскоростной фильтровальной станции:
1 – сверхскоростной фильтр; 2 – редукционный клапан; 3 – задвижка на подаче сжатого воздуха;
4 – задвижка на подаче исходной воды; 5 – задвижка осветлённой воды; 6 – задвижка на отводе промывной воды;
7 – клапан дроссельный
течение фильтроцикла скоростями без их регулирования при постоянной разности
давлений, измеряемых на входе в блок фильтров и на выходе из него.
Сверхскоростные фильтровальные станции работают с автоматическим
управлением всеми технологическими операциями. В зависимости от качества исходной воды назначается определенный интервал времени между промывками
фильтров, в соответствии с которым фильтры поочередно автоматически выводятся на промывку, промываются собственным фильтратом из напорного коллектора
фильтрованной воды и вводятся в работу по окончании промывки.
Сверхскоростные фильтры рекомендуется изготавливать из корпусов натрий-катионитовых фильтров I ступени с трубчатым дренажем. Кроме дренажной
системы для распределения воды при промывке устраивается трубчатая распределительная система для подачи сжатого воздуха. Водяную и воздушную распределительные системы следует конструировать и рассчитывать в соответствии с указаниями, приведенными в [8].
В качестве фильтрующего материала надлежит использовать кварцевый песок крупностью 1,0 – 2,0 мм с коэффициентом неоднородности К≤2.
Высота слоя загрузки — 2,6 м.
Площадь фильтра fф предварительно определяется по формуле
где Qэф− расход воды, подаваемой потребителю, м3/ч;
−средняя скорость
фильтрования по блоку;
=25—30 м/ч; nф – количество фильтров в блоке,
nф=6−10
К задачам автоматики сверхскоростных фильтровальных станций относятся:
1) соблюдение заданного интервала времени между промывками фильтров
(окончанием промывки одного фильтра и началом промывки следующего).
Величина интервала времени зависит от качества исходной воды и назначается обслуживающим персоналом. Для этой цели в системе автоматики предусматривается блок режимов, обеспечивающий задание следующих интервалов
времени: t=0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 и 60 мин;
2) соблюдение порядка (очередности) вывода фильтров на промывку;
3) выполнение заданной программы операции по промывке фильтра.
Программа промывки фильтров слагается из следующих операций:
а) барботирование загрузки сжатым воздухом с интенсивностью
=25 л/(с·м2) в течение t1=4—5 мин;
б) водовоздушная промывка с интенсивностью подачи сжатого воздуха
=20 л/(с·м2) и воды с интенсивностью
= 5 л/(с·м2) в течение t2=4 мин;
в) промывка водой с интенсивностью
=20 л/(с·м2) в течение t3=6 мин.
11
Давление сжатого воздуха, подаваемого в промывающийся фильтр, должно
быть в пределах 0,1 – 0,15 МПа.
Продолжительность фильтроцикла tфц (полезной работы фильтра) определяется по формуле
где tпр − общая продолжительность всех операций промывки фильтра в системе
автоматики с учетом времени открытия и закрытия задвижек, мин.
Проверка расчёта сверхскоростных фильтровальных станций производится
для периода наибольшей мутности исходной воды, т. е. при i=0.
В этом случае суточный расход промывной воды Sпp определяется по формуле
Расчётная подача насосов Qнпри этом равна
Q н =Q эф +Q пр , м 3 /ч,
где Q пр − максимальный секундный расход воды на промывку, выраженный,
м 3 /ч,
.
Полный напор, развиваемый насосами Нн, определяется из выражения
Н п =Н г +h нс +h сфс +h тр +Н потр , м,
где Нг – геометрическая высота подъема воды, м; hнс− потеря напора в насосной
станции, hнс 2,5 м; hсфс – потеря напора в пределах сверхскоростной фильтровальной станции, hсфс =10 м; hтр − потери напора в трубопроводах от насосной
станции до фильтровальной и от фильтровальной станции до потребителя, м;
Нпотр − максимальный потребный напор у водоразбора, м.
3.2. Умягчение воды
Проектирование установок по умягчению воды начинается с выбора технологической схемы и состава водоочистных сооружений. Выбор их зависит от показателей качества исходной воды, требований потребителей к обработанной воде
и местных условий (наличия реагентов, площадей, условий кооперирования с дру-
12
гими предприятиями и т. п.). Ниже рассмотрены проектируемые в настоящее время схемы и сооружения по умягчению воды и условия их применения.
3.2.1. Известково-содово-катионитовые установки
Известковые или известково-содовые установки, работающие по схеме отстаивание – фильтрование – Na-катионирование (или без него), являются наиболее
универсальными. Они снижают щелочность исходной воды Щ ив до 0,7— 1,0 мгэкв/л, жесткость Ж − до 0,01 – 0,02 мг-экв/л и несколько снижают сухой остаток
воды; позволяют обрабатывать воду почти любого качества и обеспечивают высокую надежность работы устройств. Основной недостаток – громоздкость сооружений, например, сатуратора и осветлителей.
Известково-содово-катионитовые установки обычно применяются при высокой мутности исходной воды (более 150 мг/л), цветности (более 150 градусов),
значительном содержании органических и минеральных коллоидов, вызывающих
необходимость ведения коагуляции более 3−4 месяцев в году, высокой жесткости
(Жо>6 мг-экв/л) и величине сухого остатка более 1000 мг/л.
Реагентное умягчение воды осуществляется как с подогревом, так и без подогрева ее. Наиболее типичные схемы известко-содово-катионитовых установок
(или реагентно-катионитовых) показаны на рис. 2.
Во всех схемах необходимо достаточно полное удаление воздуха из воды,
поступающей в осветлитель. Натрий-катионированная минерализованная вода обладает повышенной агрессивностью, известково-катионированная вода с рН>8 заметно менее агрессивна. При декарбонизации общая жесткость исходной воды не
ограничивается. Остаточная жесткость равна некарбонатной жесткости плюс
0,4−0,8 мг-экв/л; щелочность может быть снижена до 0,8−1,2 мг-экв/л; температура обрабатываемой воды может быть любой. При содово-известковом способе
общая жесткость исходной воды также не ограничивается; предел возможного
снижения общей жесткости Жо без подогрева воды до 0,5−1,0 мг-экв/л, с подогревом (до 80−90°С) до 0,2 – 0,4 мг-экв/л; щелочности – до0,8 − 1,2 мг-экв/л.
Схемы известково-содового умягчения без натрий-катионирования применяются для приготовления воды хозяйственно-питьевого назначения, с высоким
начальным содержанием мутности и цветности.
Применение различных вариантов реагентных методов умягчения воды определяется качеством исходной воды и необходимым эффектом умягчения.
Декарбонизация воды может применяться в тех случаях, когда требуется одновременное снижение ее жесткости и щелочности. Причем основной задачей
иногда является устранение щелочности воды. При известковании необходимо
следить за дозами извести, так как избыток ее (более 0,5 мг-экв/л) может привести
к возрастанию жесткости обрабатываемой воды.
13
При известково-содовом методе также не рекомендуется применять избытки
извести, так как это может привести к перерасходу соды и увеличению гидратной
щелочности воды.
Выбор сочетания реагентного метода умягчения воды и Nа-катионирования
в каждом конкретном случае должен обосновываться технико-экономическими
расчётами возможных вариантных схем умягчения воды. Часто известкование в
сочетании с последующим Nа-катионированием дает возможность получать более
дешевую глубоко умягченную воду с небольшой щелочностью.
Применение осветлительных фильтров напорных или ненапорных (рис. 2)
будет обусловливаться конкретными условиями проектирования водоумягчительной станции. Применение второй ступени Nа-катионитовых фильтров также обусловливается технико-экономической целесообразностью.
С х е м а 1 (рис. 2) предназначена для неглубокого умягчения воды при одновременном ее осветлении и обесцвечивании. Возможно сочетание умягчения,
осветления, обесцвечивания воды с такими методами обработки воды, как обезжелезивание, обескремнивание и др. Такое сочетание обработки воды возможно
также по схемам 2, 3 и 4 (рис. 2).
Схема 1
У
2
УК
3
КМ
1
кан
4
ИВ
С
5
И
УФ
6
УФ
Рис. 2. Схема известково-содового умягчения воды с осветлителями:
1 – вихревой реактор; 2 – шайбовый смеситель; 3 – воздухоотделитель; 4 - осветлитель;
5 – фильтр; 6 – резервуар чистой воды; трубопроводы: у – умягчённой воды; с – раствора соды;
и – известкового молока; к – раствора FeCl3; УК - коагулированной воды; о – воды после осветлителей; уф – умягчённой фильтрованной воды; канн – сброс в канализацию;
км – подача контактной массы; ив – исходная вода
С х е м а 2 применяется для установок с Q>100 м3/ч или при расходе извести более 0,5 т/сут. (по СаО). В схеме отсутствует сатуратор. Дозировка извести
осуществляется подачей известкового молока (см. рис. 3).
14
С х е м у 3 рекомендуется использовать для установок с производительностью до Q≤100 м3/ч или расходе извести менее 0,25 т/сут. (по СаО). В этом случае
применяется сатуратор, с помощью которого удовлетворительно решается дозировка известкового раствора (см. рис. 3).
С х е м а 4 рекомендуется для небольших установок. В ней применен осветлитель напорного типа. Достоинством этого варианта является отсутствие разрыва
струи и устранение тем самым второй группы насосов (рис. 3).
Схема 5 (рис. 4) применяется для умягчения подземных или предварительно осветленных поверхностных вод и предназначена для выделения образующегося карбоната кальция. Рекомендуется применять при декарбонизации, если
Са2+/20>Жк, и при содово-известковом умягчении, если содержание магния в
умягчаемой воде не более 15 мг/л. Окончательное осветление воды осуществляется на механических фильтрах.
3.2.2. Натрий-катионитовые установки
Натрий-катионитовое умягчение применяется для умягчения воды подземных и поверхностных источников с содержанием взвешенных веществ не более 5
− 8 мг/л и цветности до 30 град. При одноступенчатом Na-катионировании жесткость воды снижается до 0,03 − 0,05 мг-экв/л; при двухступенчатом − до 0,01 мгэкв/л. При натрий-катионировании рН и щёлочность остается без изменений; солесодержание увеличивается.
Применимость Na-катионирования для приготовления котловой воды ограничивается размером продувки по щелочам, величиной щелочности исходной воды и значением сухого остатка котловой воды Sкв и исходной воды Sив:
где Жк − карбонатная жесткость (щелочность) исходной воды, мг-экв/л; Рп − расчётная величина продувки котлов по пару, %; Щкв − допускаемая щелочность исходной воды,мг-экв/л; аx − добавка химически обработанной воды (возмещающей
потери пара, конденсата), %; Sив − сухой остаток исходной воды.
С х е м а 6 (рис. 5) применяется для неглубокого умягчения воды (Na-I)
и глубокого умягчения (Na-1+Na-II).
15
Рис. 3. Схемы известково-катионитового умягчения воды:
схема 2 – без применения сатуратора; схема 3 – с применением сатуратора;
схема 4 – с напорным осветлителем;1 – осветлители с взвешенным осадком; 2 – напорные
фильтры; 3 и 4 – катионитовые фильтры I и II ступени; 5 – гидравлическая мешалка извести;
6 – насос для перемешивания известкового молока;7 – насос-дозатор;8 – насос для подачи воды
на катионитовые фильтры;9-промежуточный бак; 10 – сатуратор;11 – подогреватель;
12 – водораспределитель;13 – воздухоотделители (варианты);14 – подача коагулянта;
15 – подача содового раствора (вариант);16 – подача на умягчение исходной воды;17 – выход
умягченной воды; 24 – опорожнение сооружений;
16
Схема 5
КМ
5
4
2
8
6
10
3
1
9
Рис. 4. Водоумягчительная установка с вихревым реактором:
1 – выпуск отработавшей контактной массы; 2, 10 – подача исходной и отвод умягчённой воды;
3 – эжектор; 4 – бункер с контактной массой; 5 – вихревой реактор; 6 – подача реагента;
7 – сброс промывной воды; 8 – скорый осветлительный фильтр; 9 - резервуар умягчённой воды
С х е м а 7 (рис. 5) допускает обработку поверхностных вод, содерж ащих взвешенные вещества до 100 мг/л, а также артезианских вод, загря зненных железом (>5 мг/л).
Рис. 5. Схемы натрий-катионитовых установок:
NaIи NaII-натрий-катионитовые фильтры I и II ступеней; Ф – механический фильтр;
О – напорный осветлитель; Д – дегазатор; 2 – удаление газа; в – подача воздуха;
ПР – промежуточный резервуар; Н – насос
17
Взвешенные вещества и соединения железа задерживаются на фильтрах (Ф). Схему целесообразно применять при постоянном или периодич еском (в паводки) наличии в воде грубодисперсных взвешенных веществ.
С х е м а 8 (рис. 5) с предварительной коагуляцией исходной воды
[Al 2 (SO 4 ) 3 ]и, в случае необходимости, подщелачиванием ее (NaOH). Схема
позволяет удалять из воды мелкодисперсные и коллоидные примеси.
Напорные механические фильтры, работающие на щелочной воде (после реагентного умягчения), должны быть загружены антрацитом или мр аморной крошкой.
При производительности станции более 200 м 3 /ч рекомендуется применять двух- и трехпоточные фильтры. Это особенно выгодно при достаточной высоте зданий.
С х е м а 9 (рис. 5) допускает применение исходной воды с любым содержанием взвешенных и коллоидных веществ. Основная грязевая нагрузка в этом случае ложится на напорные осветлители со взвешенным осадком.
С х е м а 10 (рис. 5) позволяет осуществлять Na-катионирование со снижением щёлочности воды путем подкисления (к) перед декарбонизатором. В декарбонизаторе удаляется С02. Применяется для обработки воды с повышенной карбонатной жесткостью (щелочностью). При необходимости удаления кислорода и углекислого газа используются вакуумные дегазаторы.
3.2.3. Водород-катионитовые установки
С х е м а 11 (рис. 6) самостоятельно применяется только при наличии в воде бикарбонатной жесткости. При этом щелочной анион НС разрушается:
+Н + →Н 2 О+СО 2 ,
что обусловливает понижение щелочности и солесодержания (сухого остатка).
Кислотный показатель рН остается без изменения.
Схема 11
Д
H-I
в
п.р.
Н
Рис. 6. Схема водород-катионитовой установки:
18
H – I – первая ступень водород-катионитовой установки; остальные обозначения см. рис. 3
3.2.4. Водород-натрий-катионитовые установки
С х е м а 12 (рис. 7) применяется для последовательного Н – Nакатионирования. Умягчаемая вода частично пропускается через Н-катионитовые
фильтры. В дальнейшем, после смешения, вся вода проходит через дегазатор и Naкатионитовые фильтры. Схема применяется для глубокого умягчения; при умягчении снижаются щелочность и солесодержание воды.
Рекомендуется использовать для умягчения жестких вод с высоким солесодержанием (более 1000 мг/л) при(Жк:Жо) <0,5 и при
+Сl-+N <˂7 мг-экв/л.
Предел умягчения до 0,1−0,03 мг-экв/л (при одной ступени Nакатионитового фильтра); щелочность понижается до 0,5−0,6 мг-экв/л. Последовательное H-Na-катионирование целесообразно применять для снижения рН воды,
умягченной реагентным методом перед подачей ее на Na-катионитовые фильтры,
чтобы предохранить от разрушения уголь.
С х е м а 13 (рис. 7) используется для параллельного H-Na-катионирования.
Умягчаемая вода в определенных пропорциях пропускается одновременно через
Н- и Na-катионитовые фильтры, после чего оба потока смешиваются. Схема применяется для глубокого умягчения. Происходит снижение щелочности и солесодержания. Используется для умягчения жестких вод (до 15 мг-экв/л), слабоминерализованных при (Жк:Жо) > 0,5, при S
+Сl-+N < 7 мг-экв/л, некарбонатной
жесткости Жнк не более 3,5 мг-экв/л и содержании Na+ − не более 2 мг-экв/л. Глубина умягчения до 0,1−0,03 мг-экв/л, снижение щелочности до 0,40−0,5 мг-экв/л.
Последовательное и параллельное H-Na-катионирование со второй ступенью Na-катионитовых фильтров позволяет снизить Жо до 0,03 мг-экв/л и ниже.
С х е м а 14 (рис. 7) применяется для совместного Н-Nа-катионирования в
тех случаях, когда Жо не более 6, содержание Na+ не более 1 и сумма анионов
сильных кислот не превышает 3,5 − 5 мг-экв/л в воде, поступающей на фильтры, и
когда получаемая по этой схеме щелочность умягченной воды (Щ ост=1 − 1,3 мгэкв/л) не вызовет заметного увеличения продувки парогенераторов сверх установленных норм. При данной схеме отсутствуют кислые воды.
Предел умягчения 0,1 − 0,3 мг-экв/л.
С х е м а 15 (рис. 7) – Н-катионирование с «голодной» регенерацией и Nакатионирование − применяются для обработки воды с повышенной карбонатной
жесткостью (щелочностью), с солесодержанием до 1500 мг/л после предочистки и
при сравнительно малом содержании солей натрия при возмещении любых потерь
пара и конденсата.
19
Глубина умягчения до 0,1 мг-экв/л, снижение щелочности до
0,7−1,5 мг-экв/л.
Схема 13
Схема 12
г
г
Na-II
Na-I
H-I
Na-I
в
H-I
Na-II
Дг
Дг
п.р.
в
Н
п.р.
Н
Схема 14
Схема 14
г
г
Hгол
Na-II
H-I
Na-I
в
п.р.
Na-II
Дк
Дг
в
п.р.
Н
Н
Рис. 7. Схемы водород-натрий катионитовых установок:
Н гол – фильтр с «голодной» регенерацией,остальные обозначения см. рис. 3 и 4
3.2.5. Аммоний-катионитовые установки
С х е м а 16 (рис. 8) находит применение при обработке воды для промышленных котельных. Использование ее исключает применение кислот и
образование кислых вод, что имеет место при Н-катионировании. Введение
в воду аммиака значительно повышает рН, углекислый газ СО 2 связывается
с образованием NH 4 HCO 3 , который обладает буферным действием.
20
Схема 16
г
Д
Na
NH4
в
п.р.
Н
Рис. 8. Схема установки с аммоний-катионитовым фильтром (NH 4 ):
обозначения см. рис. 3
Установки рекомендуется проектировать при невысоком содержании солей
жесткости в исходной воде. Предел снижения жесткости до 0,1−0,3 мг-экв/л. Щелочность снижается примерно на величину карбонатной жесткости. Недостаток:
аммоний-катионированная вода является потенциально кислой.
3.2.6. Установки с натрий- и хлор-ионированием
С х е м а 17 (рис. 9) позволяет снизить жесткость воды до 0,01−0,02 мгэкв/л, щелочность − до 0,2 − 0,6 мг-экв/л. Катионит и анионит могут быть загружены в один фильтр. Схема используется для умягчения воды с содержанием Сl- и
S
менее 200 мг/л, а также в тех случаях, когда желательно избежать применения кислоты для снижения щелочности воды.
Cl
Na
Схема 17
Рис. 9. Схема установки с натрий-хлор-ионированием:
Na и Cl – натрий и хлор-анионитовый фильты
21
3.3. Опреснение и обессоливание воды
При опреснении воды солесодержание должно быть снижено до величины,
делающей воду пригодной для питьевых целей (Р<1000 мг/л). Обессоливание
должно обеспечивать более полное удаление растворенных солей до величины,
установленной технологическими требованиями.
Данные о рекомендуемых областях применения различных методов опреснения и их эффективности приведены в табл.1.
Таблица 1
Целесообразные пределы применения основных методов
опреснения воды
Способ
опреснения
Дистилляция
Солесодержание воды,
мг/л
исходной
опресненной
более 10 000
Технологическая схема (аппаратура)
1-50
Многоступенчатые
установки адиабатного испарения
Электродиализ
Ионный обмен
2500—15 000
(Жобщ<40 мг-экв/л Ц<20
град
Fео б щ <0,5 мг/л
до 2000—3000 (М8мг/л
Ц<30 град, перманганатная окисляемость
500 -1000
15-150
02<7мг/л )
Гиперфильтрация
3000—3500
300 -1000
Замораживание
более 5000
300 -1000
Электродиализная
установка, фильтры с
активированным углем
Н-катионитовые
фильтры, дегазатор,
анионитовые фильтры, барьерные Naкатионитовые фильтры
Фильтр-прессные
аппараты
Для обессоливания воды применяются ионообменные методы, многоступенчатая дистилляция и электродиализ в многокамерных аппаратах с ионитовым
заполнением.
22
Выбор метода обессоливания должен основываться на экономическом
сравнении ионитового и испарительного обессоливания. Ионитовое обесс оливание обычно предпочтительнее других методов при общем солесодерж ании менее 800−1000 мг/л.
Частичное обессоливание на одноступенчатых ионообменных установках, состоящих из катионитовых фильтров, загруженных средне - или сильнокислотными катионитом, и анионитовых фильтров, загруженных слабоо сновным анионитом, позволяет снизить общее солесодержание до 2−10 мг/л.
При этом на катионитовых фильтрах задерживается большая часть катионов, а на анионитовых фильтрах со слабоосновным анионитом — анионы
сильных кислот.
II ступень катионитовых и анионитовых фильтров предназначается для
дообессоливания вод, причем анионитовые фильтры II ступени загружаются
сильноосновным анионитом, который при отсутствии углекислоты, удале нной в дегазаторе, и анионов сильных кислот способен задержать анионы
кремниевой кислоты. Еще более глубокое обессоливание (Р<0,02−0,05 мг/л)
достигается на трехступенчатых ионообменных установках.
Применение ионитовых фильтров смешанного действия в качестве II
ступени при двухступенчатой схеме и III ступени при трехступенчатой сх еме позволяет получить более глубоко обессоленную воду, однако связано со
значительным перерасходом реагентов.
3.3.1. Метод ионного обмена
Метод ионного обмена применяется при исходной концентрации солей
порядка 2,5-3 г/л, при мутности исходной воды не более 8 мг/л, при цветности не более 30 °С, при перманганатной окисляемости не более 7 мг/л. Глубина опреснения или обессоливания достигает предела от 15 до 150 мг/л при
применении одноступенчатых опреснительных установок. Глубина может
быть увеличена до 1 мг/л при применении многоступенчатых установок.
Суть обессоливания ионным обменом заключается в том, что происходит
обмел на специальные вещества иониты, которые эта вода пропускает (воду
пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры).
Обмен катионов происходит на катионитах, а анионов – на анионитах.
В зависимости от обменной способности анионитов они подразделяются на:
слабоосновные - для удаления анионов сильных кислот (НСl,
H2SO4),
среднеосновные – для удаления слабых кислот (НСО3 и т.д.),
23
сильноосновные – для удаления анионов слабых кислот (кремниевая
кислота).
Установка катионово-анионитового типа (одноступенчатая) представлена на рис. 10.
Регенерационный
раствор
CO2
Промежуточная
ёмкость
А
Дегазатор
К
После
взрыхления
На
взрыхление
Резервуар
Рис. 10. Установка катионово-анионитового типа (одноступенчатая)
Катиониты и аниониты характеризуются обменной способностью, которая
постепенно снижается. Регенерация катионитов осуществляется соляной или серной кислотой. Перед регенерацией обычно необходимо взрыхление загрузки.
Взрыхление происходит подачей воды снизу вверх. Регенерация осуществляется
1,5-процентной соляной кислотой. Этот раствор поступает на фильтр и фильтруется с V=10 м/ч. Время фильтрации зависит от эффекта регенерации, но иногда
достигает порядка 40 мин – 1,5 ч. Затем осуществляется отмывка катионита от регенерационного раствора. Отмывку осуществляют фильтратом, Vотм=10 м/ч.
Обычно количество этого раствора определяют по удельному расходу на отмывку.
Удельный расход воды на 1 м3 загрузки равен:
q уд = 4-5 м 3 /м 3 .
Регенерация анионитовых фильтров осуществляется, как правило, 3-4процентным раствором кальцинированной соды. Можно делать регенерацию
NaOH, но более глубокая регенерация происходит при использовании кальцинированной соды.
Перед регенерацией загрузка анионитового фильтра также взрыхляется.
Время взрыхления 15 мин. Затем происходит регенерация путём пропуска регене-
24
рационного раствора в течение 1 - 1,5 ч со скоростью V = 10 м/ч. После регенерации необходима отмывка анионита от регенерационного раствора путём фильтрования воды со скоростью V = 10 м/ч в течение 3 часов. При этом из воды не удаляются соли кремниевой кислоты. Для более глубокого обессоливания применяют
двух-трехступенчатые схемы обессоливания.
3.3.2. Многоступенчатая установка
Многоступенчатая установка (рис. 11) позволяет увеличивать эффективность обессоливания и снизить расходы на собственные нужды станции, увеличивая продолжительность работы этой установки. Для взрыхления фильтров 1 ступени можно использовать воды фильтров 2 ступени.
Регенерационный
раствор
CO2
На
взрыхление
А2
А1
К1
Промежуточная
ёмкость
К2
Дегазатор
После
взрыхления
Резервуар
Резервуар
Рис. 11. Установка катионово-анионитового типа (многоступенчатая)
3.3.3. Фильтры смешанного действия
При использовании фильтра смешанного действия (рис. 12) в один фильтр
загружаются и катиониты и аниониты. Фильтрование идёт со скоростью V= 50
м/ч. Толщина слоев загрузки по 0,6 м (катионита и анионита).
Через нижнее устройство пропускают кислоту, отводят через промежуточный коллектор 5, через верхнее устройство подают дистилляционную воду и также отводят через коллектор 5. Отмывку катионита сочетают с регенерацией анионита. Щёлочь подают через устройство подачи щёлочи 4, отводят через коллектор
5, воду через дренаж 6. Фильтров смешанного действия должно быть не менее 3х,
при этом 2 – рабочих, 1 – на регенерации. Расчёт этих фильтров ведётся по формулам расчёта либо катионитовых, либо анионитовых фильтров. Регенерация
25
осуществляется после обессоливания 10000-12000 м3 воды. Регенерация катионита
осуществляется Н2SO4, а анионита — едким натром.
1
Рис. 12. Схема устройства фильтра
смешенного действия:
1 – водораспределитель; 2 – слой анионита;
3 – слой катионита; 4 – устройство подачи щёлочи; 5 – промежуточный коллектор; 6 – дренаж
для подачи воздуха, кислоты, отвода фильтрата.
4
2
5
3
6
1- водораспределитель
3.3.4. Обессоливание электродиализом
2- слой анионита
3-Основано
слой катионита
на свойствах положительно заряженных ионов (катионов) притя4устройство
щёлочи
гиваться к отрицательноподачи
заряженному
электроду (катоду), а отрицательно заря5промежуточный
коллектор
женных ионов — к аноду (положительно заряженному электроду).
электродиализа
осуществляется
в установке, изображённой на рис. 13.
6-Принцип
дренаж,
для подачи
воздуха,
Электродиализные
ванны
снабжаются специальными мембранами, которые обкислоты,
отвода
фильтрата
ладают свойством пропускать либо катионы и возвращать анионы, либо наоборот.
1
-
К
А
К
+
А
3
2
4
Рис. 13. Схема электродиализной установки:
1 – трубопровод, подающий исходную воду; 2 – мембраны; 3 – отвод опреснённой воды;
4 – сброс рассола
26
4. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА УСТАНОВОК
ДЛЯ У М Я ГЧ Е Н И Я И ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ
4.1. Пример расчёта установки для умягчения воды
Задано: а) качество исходной воды; жесткость общая Ж о = 18 мг-экв/л;
жесткость карбонатная Ж к =10 мг-экв/л; жесткость некарбонатная Жнк=8 мгэкв/л; мутность воды М=50 мг/л, мутность воды в паводок 500 мг/л; конце нтрация в воде свободной углекислоты 87 мг/л; концентрация ионов:
Сa 2+ −210 мг/л, Mg 2 +−91,12 мг/л, Na+−60 мг/л, S
−288 мг/л, С1 - −163 мг/л,
t=15 °С;
б) производительность станции Q пол =15000 м 3 /сут. Требуется подготовить воду хозяйственно-питьевого назначения (Ж о ≤7 мг-экв/л, М≤1,5 мг/л)
14000 м 3 /сут. (первый поток) и 900 м 3 /сут. с жесткостью Ж о ≤0,01 мг/л и
Щ о ≤0,5 мг-экв/л (второй поток) для производственных целей.
4.1.1. Общие вопросы проектирования установки
Система очистных сооружений выбирается в зависимости от суточного
расхода, мутности, цветности [8, табл. 15] и жесткости исходной воды. При
заданных условиях для основного потока воды очистные сооружения будут
включать:
1) устройства для приготовления и дозирования растворов реагентов
(извести и соды для устранения жесткости воды и коагулянта FeСl 3 или
FeS0 4 для удаления взвеси); 2) смесители; 3) осветлители со взвешенным
осадком; 4) фильтры.
Для дополнительного потока воды (900 м 3 /сут.), в котором предусматривается глубокое умягчение воды, требуется снижение солей жесткости, а
также щелочности воды. В этом случае рассчитываются следующие сооружения: 1) Н-катионитовые фильтры; 2) Na-катионитовые фильтры; 3) устройства для хранения, приготовления и перекачки серной кислоты; 4) ус тройства для мокрого хранения соли, приготовления раствора соли и его п ерекачки; 5) устройства для взрыхления и отмывки катионитовой загрузки
фильтров.
Кроме указанного оборудования как для основного, так и дополнительного потоков воды необходимо предусматривать резервуары для сбора
промывной воды после скорых и катионитовых фильтров и. устройства для
ее обработки (осветления, нейтрализации, осушки осадка и др.).
27
4.1.2. Определение производительности установки
Общая производительность станции определяется по формуле
Q oбщ =Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 ,
(1)
где Q 1 − полезный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды; Q 2 − полезный расход воды, подаваемой со станции умягчения в котельную; Q 3 –
расход воды на собственные нужды станции известково-содового умягчения; Q 4 – расход воды на собственные нужды станции Н-Nа-катионитового
умягчения воды.
В начале расчёта трудно установить поступающий на очистные соор ужения расход Q общ так, чтобы в конце сооружений за минусом расходов на
собственные нужды были точно обеспечены потребности водопотребителей
Q 1 и Q 2 . С учётом этого это обстоятельства расчёт рекомендуется начинать
«с конца», т. е. с последней группы сооружений. В нашем примере завершающей группой сооружений являются катионитовые фильтры, предназн аченные для глубокого умягчения воды, поступающей на них после реаген тного умягчения.
Значения Q 3 и Q 4 будут уточнены в процессе расчётов. Но прежде чем
переходить к расчёту последней группы сооружений, необходимо устан овить солевой состав поступающей на них воды.
4.1.3. Определение доз реагентов при известково-содовом умягчении воды
Определение дозы извести (СаО) и соды (Nа 2СOз)
Проверяем соотношение
вычисляются по формулам [14]:
. При
=10,5>10 дозы извести и соды
;
.
(2)
(3)
Предварительно дозу коагулянта (FeCl 3 ) определяем по мутности исходной воды [8, табл. 16]: Д к =60 мг/л.
28
Тогда
Уточнение дозы FеС1 3
Доза коагулянта определяется по формуле
,
(4)
где С − количество образующейся при умягчении взвести в расчёте на сухое
вещество, мг/л.
Величина С при известково-содовом умягчении определяется по выражению
,
где М исх – мутность исходной воды,М исх =500 мг/л.
Для известково-содовой обработки воды применяются:
а) известь строительная (ГОСТ 9179-59), 2-й сорт, с активным содержанием СаО в негашеной извести, в количестве m=70 %;
б) сода кальцинированная техническая (ГОСТ 10689-63), марки Б, с
активным содержанием Na 2 C0 3 m1 =91 %.
Доза коагулянта
29
4.1.4. Определение солевого состава воды
после известково-содового умягчения
Как показывает практика умягчения воды известково-содовым способом, при
расчётных дозах извести и соды рН среды повышается и достигает 10,2—10,9,
при которых и протекает образование нерастворимых соединений (СаС0 3, Mg
(OH)2) и их выпадение в осадок.
В процессе реагентной обработки воды часть ионов, введенных в воду, выпадает в осадок (Са2+, С
, Mg2+, Fe3+),но другая часть остается в воде (Na+, Сl-,
S
).
Общее количество введенных ионов натрия может быть определено из соотношения
Тогда общее, содержание натрия СNa после обработки воды
СNa=232,6+60=292,6 мг/л.
Количество ионов хлора, введенных с [FeCl3],
Тогда общее количество ионов хлора C Cl после обработки воды
С Сl =27,6+163,1 = 190,7 мг/л.
Установлено, что в процессе коагуляции в результате образования мицелл
их внешними слоями сорбируется определенное количество ионов.
Как показывают анализы, снижение ионов Na+ и Сl- происходит до 10 %,
ионов S
− до 20 %.
Ориентировочно можно принять:
[Са 2+ +Mg 2+ ]=1 мг-экв/л; [Na+]=
мг-экв/л;
[НС
]=1,2 мг-экв/л;
[S
[Cl - ]=
]=
мг-экв/л;
мг-экв/л;
Количество катионов должно быть равно количеству анионов, т. е. ∑А=∑К
или ∑К = 1 + 11,56= 12,56 и ∑А= 1,2+6+4,9=11.
После корректировки окончательно принимаем:
2+
[Ca +Mg2+] =1 мг-экв/л; [Na+] =10,9 мг-экв/л; [НС ]=1,2мг-экв/л;
[S
] =5,3 мг-экв/л; [Сl-]=5,4 мг-экв/л; солесодержание Р=789,5 мг/л.
30
4.1.5. Определение расходов воды по различным направлениям
Расходы потоков воды (рис. 14), направляемых для осветления и умягчения (известково-содовое умягчение), определяются следующим образом:
3
Qпр.=900 м /сут.
Qобщ.
Qосв.
Qум.
Qх.п.=14100 м3/сут.
Рис. 14. Схема распределения потоков воды:
1 – осветлители со взвешенным осадком для осветления воды;
2 – осветлители со взвешенным осадком для осветления и умягчения воды; 3 – скорые фильтры
Количество умягчаемой воды находится по формуле [14]:
,
где Ж о исх − общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Ж ос −общая жесткость
воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л; Ж у − жесткость умягченной воды, мгэкв/л.
Расход воды, который должен пройти умягчительные сооружения (вода, идущая на хозяйственно-питьевые нужды):
Q ум = 14100*0,63=8900 м 3/сут.
Общий расход умягчаемой воды известково-содовым способом с учетом расхода воды на второй поток
Q yм =8900 + 900=9800 м 3 /сут., или 408 м 3 /ч.
Дальнейшие расчёты будут касаться только катионитового умягчения.
Расчёт сооружений, применяёмых для известково-содового умягчения,
в данном пособии не рассматривается.
31
4.1.6. Выбор способа умягчения
Анализ солевого состава воды (пп. 3.2.1) показывает, что сумма хлоридов и
сульфатов (4,3+5,17)>4 мг-экв/л и сумма [Na+]>2 мг-экв/л. При данных условиях
[14, табл.15.30] принимаем последовательное водород-натрий-катионирование со
второй ступенью Nа-катионитовых фильтров (рис. 15).
900 м3/сут.
793 м3/сут.
Д
H-I
Na-I
Na-II
900 м3/сут.
107 м3/сут.
Рис. 15. Схема H-Na последовательного катионирования
Расход воды, подаваемой на Н-катионитовые фильтры, определяем по
формуле [14]:
.
(7)
где
и
− соответственно полезная производительность
Н-катионитовых фильтров и полная производительность установки, м 3 /сут.;
Щ − щелочность исходной воды, мг-экв/л; а − требуемая щелочность умягченной воды, мг-экв/л; А − суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), мг -экв/л.
4.1.7. Расчёт Na-катионитовых фильтров II ступени
В качестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь с крупностью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная емкость катионит сульфоугля
500 г-экв/м3. Расчёт осуществляется в следующем порядке.
Рабочая обменная емкость Na- катионита в фильтрах II ступени определяется по формуле
NaII
E раб
(8)
э Na Eпол .
32
При расходе соли на регенерацию катионита 300 г/л-экв поглощенных катионитов жесткости согласно табл. 2 α = 0,9.
Коэффициент βNa учитывает снижение обменной емкости катионита по
Ca2+ Mg2+ вследствие частичного задержания ионов Na+. Значение βNa принимается по табл. 3.
Таблица 2
Значения коэффициента αэ
Удельный расход соли Dc на
регенерацию катионита в граммах на 1 кмоль рабочей обменной способности
Коэффициент эффективности
регенерации αэ
100
150
200
250
300
400
0,62
0,74
0,81
0,86
0,90
0,91
Таблица 3
Значения коэффициента βNa
2
С Na
// Ж ф
0,01
0,03
0,05
0,1
0,3
1
2
3
5
10
βNa
0,93
0,9
0,88
0,83
0,70
0,65
0,60
0,57
0,54
0,50
С NaI
При значении
Жф
2
9,797 2
0,253
Na
Na
1 0,5
379( 10) βNa определяется по формуле
C 2 Na
1
CCa
2
C 2 Na
C Ca
1 ,
(9)
где C Na , CCa - содержание соответственно ионов Na+ и Ca2+ в воде, поступающей на Na-катионитовые фильтры II ступени,
2
Na
1 0,5
E раб
9,797 2
1
0,001
NaII
2
0,001
9,797 2
1
0,50
мг-экв/л;
0,9 0,5 500 225 г-экв/м3 .
33
Объем катионита в фильтрах
WNaII
16qч Ж ф
q сут Ж ф
n E NaII раб.
n E NaII раб.
900 0,253
4,82
0,21 225
м3 ,
(10)
где qч – часовой расход установки, м3/ч; qсут =900, м3/сут – суточный расход умягчаемой воды; n - число регенераций каждого фильтра в сутки, n = Т/t + t1;
Т – продолжительность работы станции в течение суток (16 ч); t – полезная продолжительность фильтроцикла, определяемая по формуле
t
E раб
NaII
H
Жф
2
0,025d 80 ln Ж ф ; ;
(11)
H=1,5 м – толщина слоя катионита в фильтре; - расчётная скорость фильтрования (м/ч), должна быть не более 60 м/ч [14]; предположительно принимаем
V=20 м/ч; Жф – жесткость воды, поступающей на фильтр II ступени, Жф=0,253 мгэкв/л; d80 – 80-процентный калибр зерен катионита (мм), d80=0,8мм;
t
225 1,5
0,025 0,81ln 0,253 75,33 0,02 75, ч ;
20 0,253
t1 - продолжительность всех операций регенерации фильтра (ч), t1 =1,5ч, тогда
16
75,4 1,5
n
0,21.
Площадь фильтров равна
F
W NaII
H
4.82
3,2
1.5
м2.
(12)
Принимаем к установке 2 рабочих Na- катионитовых фильтра Д=1,5 м
(Fф=1,77 м2), выпускаемых Бийским котельным заводом [14, табл. 15.33], шифр
ХВ-041-2.
Проверим действительность скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах:
н
qч
,
N Fф
(13)
где
qч
q сут
T nt1
900
16 0.21 1.5
57.32,
м3/ч;
N - количество рабочих фильтров.
Тогда
н
57,32
16,2
2 1,77
34
м/ч < 60 м/ч;
при регенерации одного из фильтров
ф
57,32
1 1,77
32,4
м/ч < 60 м/ч.
Фактическое количество регенераций каждого из фильтров в сутки
225 1,5
t
0,025 0,8 2 ln 0,253 93,0 0,02 93 ч.
16,2 0,253
С точки зрения эксплуатации установки желательно принимать время работы ее равным целому числу суток, т. е. в нашем случае t=6 сут (96 ч), из которых
полезное время работы будет составлять 94,5 ч, а время регенерации 1,5 ч.
При этом
n
16
0,167.
94,5 1,5
Так как установка работает не круглосуточно (Т=16 ч), то фильтры не предусматриваются.
4.1.8. Определение расхода поваренной соли для регенерации
Na-катионитовых фильтров II ступени
Расход соли для регенерации одного Na-катионитового фильтра II ступени
определяется по формуле
Pc
Cкат a
,
1000
(14)
где C кат - количество поглощенных катионов жесткости за фильтроцикл,
Fф t Ж фna
C кат
16.2 1.77 94.5 0.253 0.059
Ж фNaII
525.7
мг-экв/л;
a - удельный расход соли, a =300 г/г-экв.
При указанных данных
Pc
25,7 300
157,71 кг.
1000
Суточный расход соли для всех фильтров равен
Pсут
Pc n N
1000
157,71 0,167 2
1000
0,053
т.
Запас соли на 30 суток ([8])
Pз"
Pсут Т
35
0,053 30 1,59
т.
(15)
4.1.9. Определение расходов воды на собственные нужды
Na-катионитовых фильтров II ступени
Определение расходов воды на взрыхление
Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра
qвзр
Wвзр Fф tвзр 60
4 1.77 15 60
1000
6,37
м3
(16)
где Wвзр - интенсивность взрыхления, принимаемая равной Wвзр 4 л/с м при крупности зерен катионита 0,5÷1,1 мм [14]; tвзр = 15 мин – продолжительность взрыхления.
Часовой расход воды равен
3
"
qвзр
Wвзр Fф 4 6,37 25.48 м /ч.
Необходимое среднесуточное количество воды для взрыхления катионита в
фильтрах равно
3
Qвзр qвзр N n 6,37 2 0,167 2,13 м /сут.
1000
2
Определение расходов воды на отмывку катионита
Расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации
3
qотм q уд Fф H 5 1,77 1,5 13,28 м ,
где q уд - удельный расход воды на отмывку катионита при продолжительности отмывки 45 мин равен
q отм
q отм 60
t отм
13,28 60
45
17,7
м3/ч.
Скорость фильтрования при отмывке
отм
qотм
Fф
17,7
1,77
10 м/ч.
По п. 6.289 [14] скорость должна составлять 8-10 м/ч.
Среднесуточное количество воды для отмывки катионита в фильтрах определится из выражения
Qотм q отм n N 13,28 0,167 2 4,44 м3/сут.
Первая половина общего расхода воды при отмывке отводится в специальные баки или в канализацию (2,31 м3/сут. ), вторая половина направляется в баки
отмывочной воды для дальнейшего использования на взрыхление катионита (2,31
м3/сут.).
36
Отмывка производится фильтратом I ступени [14].
Расход воды для приготовления 5%-го раствора NaCl
Расход воды для приготовления 5-процентного раствора NaCl определяется
по формуле
Pc S
1000
q рс
157,71 19
1000
3,0
м3,
(17)
где S - расход воды на растворение 1 кг технической соли для приготовления 5%-го раствора NaCl, S=19 л.
Суточный расход воды Qр с равен
Q рс
q рс n N
3
3,00 0,167 2 1,00 м /сут.
Для растворения поваренной соли и промывки солерастворителя используется неумягченная вода. Расчёт расхода воды для промывки солерастворителя см.
пп. 4.1.14.
4.1.10. Расчёт Na-катионитовых фильтров I ступени
В качестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь
с крупностью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная емкость
сульфоугля – 500 г-экв/м 3 (табл. 15.39 [14]).
Рабочая обменная емкость Na-катионита в фильтрах I ступени определяется
по формуле
(18)
E NaI раб
0,5q уд Жcм , м 3 / сут. .
э
Na N пол
где э 0,74 при расходе соли на регенерацию катионита 150 г/г-экв поглощенных
катионов жесткости [14];
при
Na
2
C Naсa
Ж см
9,6 2
0,452
204
(полученное значение больше
10) находится по формуле
2
1 0,5
Na
1 0,5
q уд
Ж см
E NaI раб
C Na
1
CCa
9,6 2
1
0,0015
2
2
CCa
C Na
2
0,0015
1
9,6 2
1
0,50;
3 3
5 м/ м катионита [8];
0,452 мг-экв/л=0,452 г-экв/м3,
0,74 0,50 500 0,5 5 0,452 184 г-экв/м3.
37
(19)
Объем катионита в фильтрах равен
WNaI
где
qсутI
qсутII
qсутI , qсутII
qсI
qсут Ж см
NaI
n E раб
,
(20)
3
м /сут.
производительность Na-катионитовых фильтров соответственно
NaII
900 4,44 1,00
905,44
I и II ступеней м3/сут.; qсн 5,44 м3/сут. – расход умягченной воды на собственные
нужды Na-катионитовых фильтров, равный расходу воды на отмывку катионита в
фильтрах II ступени (4,44 м3/сут.) и приготовление 5%-го регенерационного раствора (1,00 м3/сут.); n – число регенераций каждого фильтра в сутки; так как
фильтры работают не круглосуточно, принимаем предварительно n=0,5.
Тогда
WNaI
905,44 0,452
0,5 184
3
4,45 м .
Площадь фильтров равна
WNaI
H
F
где H
4.45
2
2.23, м 2
(21)
2 м – высота слоя катионита в фильтре [8].
Принимаем к установке 2 рабочих Na-катионитовых фильтра Д-1,5 м
(Fф=1,77 м2), выпускаемые Бийским котельным заводом [14, табл. 15.33].
Проверим действительные скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах. При нормальном режиме
н
где
qчас
qчас
N Fф
59,32
16,8 м/ч < 25,
2 1,77
qсут
905.44
16 0.5 1.5
Т
nt1
59.32 м3/ч ;
при регенерации одного из фильтров (форсированном режиме)
ф
59,32
1 1,77
33,5 м/ч.
Фактическое количество регенераций каждого из фильтров в сутки
38
t
E NaI раб H
Жсм
0,025d802 ln Жсм
184 2
0,025 0,82 ln 0,452 48,5ч .
16,8 0,452
(22)
С точки зрения эксплуатации установки принимаем время работы ее равным
целому числу суток, т. е. t=3 cут. (48 ч), из которых полезное время работы будет
составлять 46,5 ч, а время регенерации – 1,5 ч. Тогда
n
16
46,5 1,5
0,333.
Так как установка работает некруглосуточно (Т=16 ч), то резервные фильтры не предусматриваются.
4.1.11. Определение расхода поваренной соли для регенерации
Na-катионитовых фильтров I ступени
Расход соли для регенерации одного Na-катионитового фильтра I ступени
определяется по формуле
Pc
NaI
Fф H E раб
a
1,77 2 184 150
97,7, кг
1000
1000
(23)
где a 150 г/г-экв – удельный расход соли [14].
Суточный расход соли для всех фильтров равен
Pcуу
Pс n N
1000
97,7 0,333 2
1000
0,065, т
(24)
Запас соли на 30 суток [8]
Pз
Pсут Т
0,065 30 1,95, т.
4.1.12. Определение расходов воды на собственные нужды
Na-катионитовых фильтров I ступени
Определение расходов воды на взрыхление
Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра
qвзр
Wвзр Fф tвзр 60
Wвзр
4 1,77 15 60
6,37, м3
1000
1000
2
4 л/с м ,
t взр 25,48 мин.
Часовой расход воды равен
39
(25)
qвзр 60
qвзр
15
3
25,48 м /ч.
6,37 4
Необходимое среднесуточное количество воды для взрыхления катионита в
фильтрах равно
Qвзр qвзр N n 6,37 2 0,333 4,25, м3 / сут.
Определение расходов воды на отмывку катионита
Расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации
равен
qотм
q уд Fф H
3
5 1,77 2 17,7 м .
Часовой расход воды на отмывку катионита при продолжительности отмывки 1 час составит
q отм 60
60
qотм
17,7 60
60
17,7
м3/ч.
Скорость фильтрования при отмывке
отм
q отм
Fотм
17,7
1,77
10
м/ч.
По [14] скорость должна составлять 8-10 м/ч.
Среднесуточное количество воды для отмывки катионита в фильтрах равно
Qотм
q отм N n 17,7 0,333 2 11,80
м3/сут.
Первая половина общего расхода воды при отмывке отводится в специальные баки или в канализацию (7,55 м3/сут.), вторая половина направляется в баки
отмывочной воды для дальнейшего использования на взрыхление катионита (4,25
м3/сут) .
Отмывка производится неумягченной водой.
Определение расхода воды для приготовления 5%-го раствора NaCl
Расход воды для приготовления 5%-го раствора NaCl определяется по формуле
q о р .с
Pс S
1000
97.7 19
1000
где S 19 л на 1 кг технической соли.
40
1.86
м3,
Суточный расход воды для промывки солерастворителя см. в пп. 4.1.14. Для
растворения поваренной соли и промывки солерастворителя используется неумягченная вода.
4.1.13. Расчёт солевого хозяйства
Расчёт солерастворителя
Так как суточный расход соли
Pсут
Pсут
Pсут
44 65 109кг.
менее 500 кг, то предусматриваем склад сухого хранения соли, при этом
слой соли не должен превышать 2 м.
Растворение соли осуществляется в проточных солерастворителях непосредственно перед регенерацией Na-катионитовых фильтров.
Расчётное количество соли на одну регенерацию одного фильтра II ступени
(наибольшее) Рс=132,5 кг. Полезная емкость по соли серийно изготовляемого солерастворителя составляет 200 кг [14, табл. 15.35], Д=600 мм, объем 0,4 м3. Берём
солерастворители Саратовского завода тяжелого машиностроения, шифр солерастворителя К-188810/С. К установке принимаем 1 рабочий и 1 резервный солерастворители.
Объем раствора соли, пропускаемого через фильтрующие слои солерастворителя для очистки от загрязнений, определяется по формуле
W рс
Pc S
,
N 1034
(26)
где S 19 л – количество воды для растворения 1 кг технической соли;
N- количество рабочих солерастворителей; 1034 кг/м3 – плотность 5%-го раствора
NaCl [5].
Определяем объем раствора соли отдельно для регенерации фильтров I и II
ступеней:
a) для регенерации фильтров I ступени
97,7 19
1 1034
W I рс
3
1,80 м .
Часовой расход раствора соли при подаче его в Na-катионитовый фильтр I
ступени в течение 15 мин tрег
qс
W р.с 60
t рег
1,80 60
15
7,20 м3/ч.
Скорость фильтрования раствора соли через катионит равна
рег
qс
Fф
7,2
1,77
41
4,07 м/ч.
Согласно [8] скорость должна составлять 3-5 м/ч.
б) для регенерации фильтров II ступени
157.7 19
1 1034
W II рс
3
2.90 м .
Часовой расход раствора соли при подаче его в Na-катионитовый фильтр II
ступени в течение 30 мин равен
2,90 60
30
qс
3
5,80 м /ч.
Скорость фильтрования раствора соли через катионит
рег
5,80
1,77
3,27 м/ч.
По [8] скорость должна составлять 3-5 м/ч.
Скорость фильтрования раствора соли через фильтрующие слои солерастворителя должна быть не больше 6 м/ч.
Пусть скорость фильтрования раствора соли через фильтрующие слои будет
υ=5,5 м/ч. Тогда время, за которое раствор соли профильтруется через солерастворитель, будет:
a) для регенерации фильтров I ступени
t
W р .с
f
1,86
0,28 5,5
1,21
ч,
где f 0.28 м2 – площадь солерастворителя;
б) для регенерации фильтров II ступени
t
2,43
1,58 ч.
0,28 5,5
Полезный объем каждого солерастворителя принимается на 30 – 40 % больше расчётного количества соли, т.е.
Wс
1,35
157,5
1 1034
3
0,205 м ,
что соответствует полезному объему принятого солерастворителя [14].
Отсюда высота полезного объема каждого солерастворителя
hс Wc : f c 0,205 : 0,28 0,732 м.
Полная высота корпуса 1,025 м.
Определение расходов воды для промывки солерастворителя
Расход воды для промывки солерастворителя при регенерации Naкатионитового фильтра определяется по формуле
q о пр с
f c wc 60 t c
1000
42
0,28 5 60 5
1000
0,42
м,
где w=5 л/(c
м2) – интенсивность промывки
tc=5 мин – продолжительность промывки солерастворителя.
солерастворителя;
Суточный расход воды qпр.с равен
q пр.с
q о пр.с n N .
(27)
Для регенерации фильтров I ступени
qпр.с
0,42 0,333 2
3
0,28 м /сут.;
для регенерации фильтров I I ступени
qпр.с
3
0,42 0,167 2 0,14 м /сут.
Определение объема промежуточного бака регенерационного раствора
Так как концентрация соли в выходящем из солерастворителя растворе изменяется в течение фильтроцикла, то для регенерации Na-катионитовых фильтров
его концентрацию усредняют. Для этого раствор из солерастворителя собирают в
промежуточный бак и из него насосами подают на регенерируемый фильтр. Объем промежуточного бака должен быть равен объему катионита в регенерируемом
фильтре.
Объем катионита Na-катионитовых фильтров I ступени равен 4,45 м3, второй ступени – 4,82 м3.
Принимаем бак объемом 5 м3; высота бака 1,8 м, площадь – 1,7х1,7=2,9 м2.
4.1.14. Определение объема бака для взрыхления катионита
На взрыхление Na-катионитовых фильтров I ступени требуется 6,37 м3 воды.
Емкость бака должна обеспечивать взрыхление двух фильтров и будет равна
6,37х2=12,74 м3. Принимаем бак из двух отделений емкостью по 6,4 м3, высотой
1,7 м, площадью 4,3 м2.
На взрыхление фильтров II ступени требуется также 6,37 м3. Принимаем бак
из двух отделений емкостью по 6,4 м3 каждый (аналогично баку для взрыхления
катионитовых фильтров I ступени), высотой 1,7 м, площадью 4,3 м2.
4.1.15. Определение гидравлических потерь напора в установках
Потери напора определяются: а) при рабочем цикле фильтров (умягчении
воды); б) при взрыхлении загрузки фильтров; в) при регенерации фильтров соответствующими растворами; г) при отмывке фильтров.
43
В каждом режимном случае работы умягчительной установки состав потерь
напора будет определяться потерями напора в трубопроводах, арматуре и катионитовых фильтрах.
Определение потерь напора в трубопроводах и арматуре возможно только
после размещения всего оборудования (как в пределах помещения, так и вне его) и
трассировки трубопроводов.
Потери напора в напорных катионитовых фильтрах при фильтровании определяются по табл. 15.33 [14].
Потери напора на Na-катионитовых фильтрах II ступени при скорости
υ=16,2 м/с, высоте загрузки Н=1,5 м и крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм равны 5 м вод. ст. (500 гПа). При тех же условиях, но форсированном режиме, т.е.
υфорс = 32,4 м/ч, потери напора будут составлять 7 м вод. ст. (700 гПа).
Потери напора на Na-катионитовых фильтрах I ступени при скорости
фильтрования υнорм = 16,8 м/с, высоте слоя загрузки 2 м, крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм равны h=6,1м вод. ст. (610 гПа); при форсированном режиме, т.е.
υфорс = 33,5 м/ч, потери напора будут 9 м вод. ст. (900 гПа).
При взрыхлении фильтров при интенсивности 4 л/c м2 (υ=14,4 м/ч) потери
напора будут 5-5,2 м вод. ст. (500-520 гПа).
Потери напора при регенерации и отмывке фильтров можно принимать равными потерям напора при умягчении воды.
4.1.16. Подбор насосов
Раствор соли на фильтры (5%-й) подается с помощью насосов. Расход раствора соли для регенерации фильтров I ступени – 7,20 м3/ч. Принимаем к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа КНЗ 3/23; qн=7,5 м3/ч, H=15 м вод. ст.
(1500 гПа), N=4,5 кВт, n=1450 об/мин.
Расход раствора соли для регенерации фильтров II ступени – 5,80 м3/ч. Принимаем к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа КНЗ 3/23; qн=6 м3/ч,
H=15,5 м вод. ст. (1550 гПа), N=4,5 кВт, n=1450 об/мин.
Вода на взрыхление подается насосами. Расход воды, подаваемой на взрыхление Na-катионита I ступени в течение 15 мин, составляет 25,5 м3/ч. Принимаем
к установке 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа 2К – 20/30, qн=10 – 30 м3/ч,
H=25 м вод. ст. (2500 гПа), N=4,0 кВт, n=2900 об/мин [11].
Расход воды, подаваемой на взрыхление Na-катионита II ступени в течение
15 мин, составляет также 25,5 м3/ч. К установке принимаем 2 насоса (1 рабочий, 1
резервный) типа 2К – 20/30, qн=10 – 30 м3/ч, H=24 – 34 м вод. ст. (2400-3400 гПа),
N=4,0 кВт, n=2900 об/мин [11].
44
4.1.17. Расчёт дегазаторов
Удаление углекислоты из водород-катионированной воды производится в
дегазаторах с загрузкой из колец Рашига размером 25х25х3 мм.
Площадь поверхности насадки для удаления из воды СО2 равна
FСО2
GСО2
0,065
45,3 м 2
0,35 0,0041
К ЖСО2 СсрСО2
(28)
где GСО – количество углекислоты (кг/ч), подлежащее удалению из воды,
2
GСО2
q р (СвхСО2
СвыхСО2 )
1000
,
(29)
СвхСО2
содержание углекислоты в воде, поступающей на дегазацию после Нкатионирования,
определяется
по
графику
[14,
рис.
15.40],
=0,485 мг-экв/л=107 мг/л;
– предельная концентрация углекислоты в
дегазированной воде,
=1 мг/л; qр – расчётный расход воды
3
3
qр =6,75 м /ч (107 м /сут. ).
6,75(10,7 1)
1000
GСО2
СсрСО2
0,065 кг/ч;
средняя движущая сила процесса десорбции (кг/м3), определяемая
по формуле
СсрСО2
СвхСО2
2,3 lg
СвыхСО2
СвхСО2
СвыхСО2
10,7 1
10,7
2,3 lg
1
4,1г / м 3 =
=0,0041 кг/м 3 ;
(30)
К ЖСО коэффициент десорбции, м/ч (величина скорости вытеснения из жидкости поглощенных его газов и парообразных продуктов); К ЖСО 0,35 м/ч при
t 0 150 C [14].
Объем колец Рашига равен
2
2
Wк
FСО2
f
45,3
204
0,22 м 3 ,
(31)
где f – поверхность колец Рашига размером 25х25х3 мм в м2/м3.
По [14, табл. 15.40] при производительности дегазатора 6,75 м3/ч принимаем
к установке два дегазатора (1 рабочий, 1 резервный) с внутренним диаметром 460
мм и площадью поперечного сечения FД=0,167 м2. тогда высота загрузки колец
определяется по формуле
Нк
Wк
FД
0,22
1,33м
0,167
Объем парогазовой смеси, удаляемой из дегазатора
45
(32)
Vсм
GСО2 273 t
520 Р у
0,065(273 15)
520 0,000507
71,0 м 3 / час
(33)
где Р у – парциальное давление газа в воде на выходе его из дегазатора, отвечающее равновесному состоянию и определяемое по формуле:
– растворимость углекислоты в воде (г/м3) при данной температуре и
парциальном давлении 1 атм. (1000 гПа), определяется по [14], при 150С
г/м3.
Приведем объем парогазовой смеси к нормальным условиям
V0
Vсм Р у
1 0,00366t
71,0 0,01
1 0,00366 15
0,67
м3/ч = 0,011 м3/мин ,
где Р Д – давление парогазовой смеси (кг/см3) в дегазаторе, соответствующее точке кипения воды при данной температуре, принимается по [14, рис 31.4].
Для создания вакуума в дегазаторах принимаем к установке два вакуумнасоса (1 рабочий, 1 резервный) типа ВВН-1,5 производительностью 1,55 м3/мин
при вакууме 70 %, N 4,5 кВт, n 1450 об/мин [16].
Подача воды в Na-катионитовые фильтры I ступени после дегазатора осуществляется с помощью насосов. Потребная производительность насосов
q н 6,75 м3/ч.
К установке принимаем 2 насоса (1 рабочий, 1 резервный) типа 2К – 6б,
q н 7 м3/ч, H 22 м вод. ст. (2200гПа), N 2,8 кВт, n 2800 об/мин.
4.1.18. Расчёт Н-катионитовых фильтров
В качестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь с крупностью зерне от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная объемная емкость сульфоуголя
500 г-экв/м3.
Рабочая обменная емкость Н-катионита в фильтрах I ступени определяется
по формуле
н
(34)
Е раб
0,5q у Cк 0,68 500 0,5 4 11,4 317,2г экв / м3 ,
н Еполн
где н 0,68 при расходе серной кислоты на регенерацию катионита 50 г/г-экв поглощенных катионов [14];
C к общее содержание катионов в воде, поступающей на Н-катионитовые
3
фильтры, г-экв/м3, Cк Ca 2 Mg 2 Na
Ж0 Na
0,502 10,9 11,402 г-экв/м ;
3 3
q у 4 м /м .
46
Объем катионита в фильтрах равен
Wн
q н полн ( Ж 0 C Na )
н
n Е раб
107(0,502 10,9)
317,2
3,9 м 3 ,
(35)
где q н полн полезная производительность водород-катионитовых фильтров,м3/сут., q н полн 107 м3/сут.; n число регенераций в течение суток, принимаем
предварительно n 1.
Площадь водород-катионитовых фильтров равна
Wн
Н
F
3,9
1,56 м 2 ,
2,5
(36)
где H 2,5 м – высота слоя катионита в фильтре.
К установке принимается два рабочих водород-катионитовых фильтра I ступени D=1,0 м (Fф=0,785 м2), выпускаемых Бийским котельным заводом [14, табл.
15.36].
Проверяем скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах
q н полн
N Fср T n(tвзр t рег tотм )
расч
107
107
4,7 м/ч,
2 0,785 16 1(0,25 0,25 1,00) 2 0,785 14,5
где Т 16 ч – число часов работы установки в течение суток; t взр
продолжительпродолжительность регенерации, t рег 0,25 ч;
ность взрыхления, t взр 0,25 ч; t рег
t отм продолжительность отмывки
qотм
отм Fср
tотм
(37)
7,85
1,00ч,
10 0,785
(38)
где q отм расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации, qотм q уд Fср H 40,785 2,5 7,85 м3, отм скорость фильтрования при отмывке, согласно [14, табл. 15.36] отм 10 м/ч.
Скорость при форсированном режиме (один фильтр на регенерации) равна
ф
107
0,785 14,5
9,4 м/ч.
Фактическая продолжительность работы фильтра до проскока в фильтр ионов натрия
н
Е раб
H
t Na
расч
( Ж0
С Na )
0,025 d 802 ln( Ж 0
Ж 0 С Na
47
С Na )
317,2 2,5
4,7 11,4
0,025 0,8 ln11,4
14,8÷.
11,4
(39)
С точки зрения эксплуатации установки принимаем время работы ее равным
целому числу суток, т.е. t=1 сут. (как было принято ранее), из которых полезное
время работы будет составлять 14,5 ч, а время регенерации 1,5 ч.
Так как установка работает, не круглосуточно (Т=16 ч) то в соответствии
[8] резервные фильтры не предусматриваются.
4.1.19. Определение расхода серной кислоты для регенерации
Н-катионитовых фильтров
Расход 100%-й серной кислоты для регенерации одного Н-катионитового
фильтра, составит
Pк
где
0,785 2,5 317,2 50
1000
1000
31,12кг,
(40)
– удельный расход кислоты.
Тогда объем технической серной кислоты равен
Qк
50 г/г-экв
WТК
где
н
Fф H Qк Е раб
Pк 100
1000 p к
к
31,12 100
1000 75 1,675
0,025
м3, или 25 л (объем мерника),
содержание H2SO4 в технической серной кислоте pк = 75 % [14];
3
1,675 т/м – удельный вес серной кислоты 75%-й концентрации.
к
Согласно [14, табл. 15.36] регенерацию Н-катионитовых фильтров производят 1%-м раствором H2SO4. Количество 1%-го раствора H2SO4 для регенерации
одного фильтра равно
pк
WК
Pк 100
1000 b
31,12 100
1000 1
31,12 м3
(41)
где b концентрация раствора серной кислоты.
Продолжительность подачи раствора серной кислоты в фильтр при регенерации равна t рег 15 мин = 0,25 ч [8]. Тогда скорость фильтрования раствора H2SO4
через катионит составит
Wк
Fф t рег
3,112
15,86 м 3 / ч.
0,785 0,25
(42)
По [14, табл. 15.36] скорость должна быть не менее 10 м/ч.
Суточный расход 100%-й кислоты для всех фильтров определяется по формуле
48
P N n
pH
31,12 2 1
0,0622т.
1000
1000
(43)
Запас технической серной кислоты на 30 дней [8] равен (объем вытеснителя)
pH T 100
Pк к
WД
0,0622 30 100
1,49 м3 ,
75 1,675
(44)
где Т число дней, на которое предусматривается запас кислоты.
4.1.20. Определение расходов воды на собственные нужды
Н-катионитовых фильтров
Определение расходов воды на взрыхление
Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра
qвзр
где Wвзр
Wвзр Fф tвзр 60
4 0.785 15 60
2.82м3 ,
1000
1000
интенсивность взрыхления катионита, W
(45)
4 л/с м2.
Часовой расход воды равен
q 0 взр
Wвзр Fф
4 0.785 3.14
л/с = 11,3 м3/ч.
Необходимое среднесуточное количество воды для взрыхления катионита в
фильтрах равно
qвзр
q 0 взр N n
2,82 2 1 5,64
м3/сут.
Определение расходов воды на отмывку катионита
Ранее (см. пп. 4.1.19) был определен расход воды на отмывку катионита одного фильтра после его регенерации, q отм 7,85 м3.
Среднесуточное количество воды для отмывки катионита в фильтрах равно
Qотм
q отм n N
49
7,85 1 2 15.70 м3/сут.
Первая половина общего расхода воды при отмывке отводится на нейтрализацию в специальные баки (10,66 м3/сут.), вторая часть направляется в баки отмывной воды для дальнейшего использования на взрыхление катионита
(5,64 м3/сут.). Отмывка производится неумягчённой водой.
Определение расхода воды для приготовления 1%-го раствора
Расход воды для приготовления 1%-го раствора серной кислоты для регенерации одного фильтра определяется по формуле
qê
Wê
Pê 100
1000 ðê
3,112
ê
31,12 100
3
3,0 м .
1000 75 1,675
Часовой расход воды составит
q
qк
t рег
3,00
12,00 м3/ч.
0,25
Суточный расход воды равен
Qк
q N n
3,00 2 1
6,00
м3/сут.
Для приготовления 1%-го раствора H2SO4 используется неумягченная вода.
4.1.21. Расчёт кислотного хозяйства
Подбор оборудования для регенерации фильтров
Для хранения кислоты принимаем 2 вытеснителя (1 рабочий, 1 резервный)
крепкой серной кислоты объемом 1,5 м3 [15].
Из вытеснителей кислота поступает в мерники. Принимаем изготовляемый
промышленностью бак-мерник диаметром 450 мм, высотой 845 мм, объемом 90 л.
Подача кислоты из мерника на регенерацию Н-катионитовых фильтров производится с помощью эжектора.
50
Определение объема бака для взрыхления катионита
На взрыхление Н-катионитовых фильтров I ступени требуется 2,82 м3 воды.
Емкость бака должна обеспечивать взрыхление двух фильтров и будет равна
2,82х2=5,64 м3. Принимаем бак железобетонный с противокислотной изоляцией,
состоящий из двух отделений, полезной емкостью 5,7 м3, высотой 1,7, площадью
3,8 м2.
4.1.22. Определение потерь напора
Замечание по определению потерь напора в целом на установке
см. в пп. 4.1.15. Потери напора в Н-катионитовых фильтрах определяются
по [14, табл.15.33] и при скорости фильтрования норм 4,7 м/ч, высоте слоя 2,5 м и
крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм равны h 4.5 м вод. ст. (450 гПа); при тех
же условиях, но форсированном режиме ( форс 9,4 м/ч) потери будут составлять
h 5.5 м вод. ст. (550 гПа).
4.1.23. Подбор насосов
Подача воды на взрыхление фильтров перед их регенерацией осуществляется с помощью насосов. Расход воды, подаваемой на взрыхление Н-катионита I
ступени в течение 15 мин, составляет 11,3 м3/ч. Принимаем к установке два насоса
(1 рабочий, 1 резервный) типа КНЗ 3/23; q н 12 м3/ч; H 13,5 м вод. ст. (1350гПа),
N 2,8 кВт, n 1450 об/мин.
4.1.24. Технологические и балансовые схемы
Составление балансовых схем может предшествовать выполнению проекта,
но может быть и завершающим этапом проектирования. На балансовой схеме каждый поток изображается в масштабе соответствующего расхода.
Технологические схемы составляются в конце разрабатываемого проекта.
На них изображаются не только расходы, скорости и диаметры трубопроводов, но
и показатели качества воды.
Примеры балансовых схем приведены на рис. 16, технологическая схема –
на рис. 17.
51
52
Рис. 16. Балансовые схемы:
а – при последовательном H-Na-катионировании; б – при использовании высокорасположенного бака
для взрыхления катионных фильтров;
- насосное хозяйство; ● – трубопроводы сбросной воды
53
Рис. 17. Технологическая схема умягчаемой воды:
1 – водород-катионитовый фильтр; 2 – дегазатор; 3 – вакуум-насос; 4 – насос; 5 и 6 – натрий-катионитывае фильтры I
и II ступеней; 7 – вытеснитель; 8 – сжатый воздух; 9 – мерник; 10 – гидроэлеватор;
11 – вода на солерастворение; расходы воды Q, м3/ч; содержание в воде ионов в мг-экв/л
4.2. Пример расчёта установки для обессоливания воды
В качестве примера рассмотрим расчёт установки для подготовки питательной воды для парогенераторов ТЭЦ давлением до 11,0 МПа.
Исходные данные:
производительность установки (полезная) Qэф 200 м3/ч; источник водоснабжения – река; напор на выходе установки водоподготовки Н 25 м.
Данные анализов исходной воды:
а) содержание взвешенных веществ М0 – до 30 мг/л;
б) цветность Ц0 – 25 град.; в) окисляемость О0 7 - мг/л О2; г) кальций [Сa2+]0
– 24,3 мг/л; д) магний [Mg2+]0 – 11,2 мг/л; е) натрий [Na+]0 – 4,6 мг/л; ж) бикарбонаты [HCO3-]0 – 115 мг/л; з) хлориды [Cl-]0 – 4,6 мг/л; и) сульфаты [SO42-]0 – 14
мг/л; к) кремниевая кислота [SiO32-]0 – 2,3 мг/л; л) активная реакция рН=6,7-6,9; м)
средняя расчётная температура – 10 0С.
Требования к качеству воды:
а) кремниевая кислота – до 0,1 мг/л; б) железо общее [Fe2+] и [ Fe3+] – до 0,1
мг/л; в) свободная углекислота CO2 ≈ 0; г) активная реакция рН ≈ 8,5-9,0; д) жесткость – до 0,003 мг-экв/л; е) солесодержание – до 0,3 мг/л.
4.2.1. Выбор схемы водоподготовки
В соответствии с исходными данными и требованиями к качеству питательной воды принимается следующая технологическая схема подготовки воды: коагулирование сульфатом алюминия – фильтрование на напорных фильтрах, загруженных антрацитом, – обессоливание на двухступенчатой ионитовой установке.
Последовательность движения воды по отдельным элементам схемы:
К – НС – М – НI – АI – НII – Д – Б - АII –,
где К – установка для коагулирования воды; НС – напорный шайбовый смеситель;
М – механические фильтры; НI,НII – водород-катионитовые фильтры первой и
второй ступеней; АI, АII – анионитовые фильтры первой и второй ступеней; Д –
декарбонизатор (дегазатор); Б – промежуточный бак.
Для интенсификации процесса коагуляции вода пред подачей на сооружения
по обессоливанию нагревается до 20-25 0С. Растворенные газы в условиях ТЭЦ
удаляются в термических деаэраторах, обычно располагаемых за пределами станции водоподготовки, вблизи парогенераторов. Корректировка величины рН достигается подщелачиванием ее после деаэраторов аммиаком.
54
В соответствии с принятой схемой обессоливания, требованиями к качеству
обессоленной воды и показателями качества исходной воды предусматривается
загрузка катионитовых фильтров I и II ступеней сильнокислотным катионитом
марки КУ-2. Анионитовый фильтр I ступени загружается слабоосновным анионитом АН-2Ф, II ступени - сильноосновным анионитом АВ-17.
Расчёт схемы начинается с оборудования, расположенного в «хвосте» установки, что дает возможность учесть дополнительную нагрузку на предыдущую
ступень, связанную с расходами воды на собственные нужды рассчитываемой
ступени.
4.2.2. Определение дозы коагулянта и изменения солевого
состава после коагуляции
Перед началом расчётов необходимо определить погрешность анализа исходной воды по формуле
К
К
где
К 0,
А0
0
(46)
суммы концентраций катионов и анионов, мг-экв/л.
К
0
[Ca 2 ] 0
20,04
[ Mg 2 ] 0
12,6
[ Na ] 0
23
2,33
А0
[ HCO3 ]0
61,02
[Cl ]0
35,46
24,3
20,04
11,2
12,16
4,6
23
мг-экв/л;
2
[ SO4 ]0
48,03
2,30
Тогда
А0
100 %,
А0
0
115
4,6
61,02 35,46
14
48,03
мг-экв/л.
2,33 2,3
100 0,65 %, т.е. погрешность анализов меньше допусти2,33 2,3
мой величины, принимаемой равной 1 % [2].
Доза коагулянта Дк определяется согласно [8]: по табл. 18 Дк = 30 мг/л; по
формуле Дк = 4√Ц=4√25=20 мг/л.
К расчёту принимается Дк = 30 мг/л
Доза щелочи, необходимая для улучшения процесса хлопьеобразования, определяется по формуле
ДЩ
еЩ
Дк
ек
Щ 0 1 мг / л,
(47)
где еЩ – эквивалентный вес щелочи, для CaO еЩ = 28; еК - эквивалентный вес коагулянта, для Al2( SO4)3 ; еК = 57,62;
55
Щ0 – щелочность исходной воды, при рН ≤ 8,4
Щ0
ДЩ
[ HCO3 ]0
1,88 мг-экв/л.
61,02
30
28
1,88 1
10,1 мг/л.
57,62
Подщелачивание не требуется.
Содержание свободной углекислоты в исходной воде [CO2]0 до коагулирования может быть определено по номограмме (рис. 15.40 [14]).
Для этого необходимо предварительно определить общее солесодержание:
24,3 11,2 4,6 115 4,6 14 173,7 мг/л.
Р0
Тогда при рН = 6,7 [CO2]0 = 45 мг/л и при рН =6,9 [CO2]0 =29 мг/л.
Щелочность воды после коагуляции определяется по формуле
Щк
Щ0
1,88 30 / 57,62 1,36 мг/л.
Dк / е к
Соответственно количество свободной углекислоты можно найти из выражения:
СО2
СО 2
кI
СО2
кII
к
СО2
0
44 Д к / е х ;
45 44 30 / 57.62 67.9 мг/л;
29 44 30 / 57,62 44,9 мг/л.
Определим изменение солесодержания в результате коагулирования:
НСО
SО 2
4 к
1,36 61,02 83 мг/л;
14 48,03 30 / 57,62 39 мг/л.
3 к
Новое значение величины рН после коагулирования воды найдем по номограмме (см. рис. 15.40 [14]) для
Рк
Р0
166,7
НСО
3 к
НСО
3 0
SО 2
4 к
SО 2
4 0
мг/л, рН = 6,4-6,6.
Определяем количество механических примесей, поступающих на установку
с исходной водой после ее коагулирования [8]:
Мк
30 0,55 30 0,25 25
56
52,8
мг/л.
Общее солесодержание коагулированной воды
Рк экв
К
к
Ак
К
0
А0
4,63 мг-экв/л.
4.2.3. Расчёт анионитовых фильтров II ступени
Количество кремниевой кислоты, подлежащее удалению, равно
[SiO32-]0 = 2,3/38,04 = 0,06 мг-экв/л.
Согласно [8] при содержании SiO32- в обессоленной воде до 100 мкг/л кремнеемкость анионита АВ-17
АII
AH
АII
АII
Е раб
E полн
0,8q отм
SiO32 I ,
э
H
где эA
коэффициент эффективности регенерации анионитовых фильтров II
ступени. Так как через анионитовые фильтры II ступени пропускается регенерационный раствор, предназначенный для регенерации обеих ступеней, то можно
АII
принять ЭА I ; qотм
удельный расход воды (м3) на отмывку одного м3 сильно3
3
22АII
или среднеосновного анионита, qотм
10 м / м ; [SiO3 ]I – концентрация SiO3 в
отмывочной воде.
Так как для отмывки анионитов II ступени используется частично обессоленная вода после I ступени, то
[SiO32-]I = [SiO32-]0 =0,06 мг-экв/л.
Тогда
3
АII
Е раб
420 1 0,8 10 0,06 419,5 экв/м .
Определим расчётную скорость фильтрования для анионитовых фильтров II
ступени исходя из условия одновременной регенерации анионитовых фильтров
обеих ступеней (фильтр I ступени регенерируется обработанным регенерационным раствором после регенерации фильтра II ступени).
Тогда количество регенераций анионитовых фильтров I и II ступеней в сутки принимается одинаковым и равным согласно [8]
Н
n АI
n АII
2.
Продолжительность работы каждого анионитового фильтра между промывками определяем по [8]:
Т АI
Т АII
24
n АII
t1АII
где t1АII , t 2АII , t3АII
57
t 2АII
[14];
t 3АII ,
24
0,25 1,5 3,0
2
Т АII
7,25 ч.
Расчётную скорость фильтрования на анионитовых фильтрах II ступени определим по формуле
АII
Е раб
H AII
АII
р
T
AII
2
3
SiO
I
0.04Е
АII
раб
d
2
AII
ln
,
SiO32
I
SiO32
II
2
где Н АII высота слоя анионита, Н АII 1,2 м; d AII
средний диаметр зерен аниони2
1 мм; SiO32 II содержание SiO32 в воде после анионитовых фильтров II
та, d AII
ступени,
0,1
0,0026 мг-экв/л;
38,04
419,5 1,5
11,8 м/ч,
0,06
2
7,25 0,06 0,04 419,5 1,0 ln
0,0026
SiO32
АII
р
II
что отвечает требованиям [14, табл.15.45].
Площадь анионитовых фильтров II ступени определяем по формуле
F AII
24Q АII
n АII Т АII рАII
.
(48)
Так как на собственные нужды катионитовых и анионитовых фильтров второй ступени расходуется частично обессоленная после анионитовых фильтров I
ступени вода, то количество воды, поступающее на катионитовые фильтры II ступени Q KII и на анионитовые фильтры II ступени (Q AII ) , равно Qэф , т.е.
Q KII Q AII Qэф , тогда
F AII
24 200
2 7,25 11,8
28,05 м2.
К установке принимаем: m АII 4 рабочим фильтрам диаметром D АII 3000мм
и резервный фильтр того же диаметра, не загруженный анионитом и предназначенный для приема анионита из одного рабочего фильтра во время его ремонта.
Перегрузка анионита производится гидравлическим способом.
Площадь одного фильтра AII=7,07 м2. Площадь рабочих фильтров
F AII 28,3 м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах W AII 4 7,07 1,5 42,42 м3. Скорость фильтрования при нормальном режиме равна
58
200
4 7,07
АII
7,07 м/ч < 10-15 м/ч;
при регенерации одного из рабочих фильтров
АII
ф
200
3 7,07
9,43 м/ч < 10-15 м/ч;
Для подачи воды на анионитовые фильтры II ступени устанавливаем центробежные насосы производительностью Qн 200 м3/ч [11,12].
Согласно [8] потеря напора в фильтре принята равной hфAII 5 м.
Необходимый напор, развиваемый насосами, равен H н hфAII Н Н зап ,
где Н зап запас напора, Н зап 3 м, тогда H í 5 25 3 33 м. К установке приняты насосы марки Д320-50 с электродвигателями А2-82-4 мощностью 55 кВт,
частотой вращения 1450 мин-1 (один агрегат – рабочий, второй – резервный) [11].
4.2.4. Расчёт водород-катионитовых фильтров II ступени
Согласно [14, табл. 15.33] расчётную скорость фильтрования на водородкатионитовых фильтрах II ступени надлежит принимать в пределах
КII
50 60 м/ч.
р
Тогда
F
КII
KII
Qэф
200
50
КII
р
4 м2.
К установке принимаем: m KII 5 рабочим и 1 резервным фильтрам диаметром 1000 мм. Площадь одного фильтра f КII 0,8 м2, высота слоя загрузки
H КII 1,5 м.
Площадь рабочих катионитовых фильтров II ступени F КII 4 м2.
Объем загрузки в рабочих фильтрах W КII 4 1,5 6 м3.
Определим количество регенераций водород-катионитовых фильтров II ступени в сутки по формуле
n
КII
KII
24Q эф
[Ca 2 ] I
[ Mg 2 ] I
КII
E раб
W КII
[ Na ] I
,
(49)
где [ Na ]I количество Na , подлежащее задержанию. После Н-катионитовых
фильтров I ступени с противоточной регенерацией принимаем остаточное содер-
59
жание
мг-экв/л, соответственно [Ca 2 ] I [ Mg 2 ] I 0,02 мг-экв/л;
объем загрузки в рабочих катионитовых фильтрах II ступени,
W КII
КII
КII
КII
W
m
f КII H КII 5 0.8 1.5 6.0 м3; E раб
рабочая объемная способность катионита фильтров II ступени,
[ Na ] I
0,1
КII
E раб
где
КII
э
КII
э
КII
0,5qотм
{[Ca 2 ] I
KII
E полн
[ Mg 2 ] I
[ Na ] I },
(50)
коэффициент эффективности регенерации катионитов при удельном
расходе 100%-ной H2 SO 4. При 100 г H2 SO 4 на 1 г-экв/м3 поглощенных катионов,
согласно табл. 15.37 [14],
KII
тионита КУ-2, Eполн
КII
э
KII
0,85; E полн
3
КII
750 г-экв/м ; qотм
полная объемная способность для ка-
удельный расход отмывочной воды (час-
3
3
КII
тично обессоленной после анионитовых фильтров I ступени), qотм
10 м на 1 м
катионита.
КII
E раб
n КII
0,85 750 0,5 10 0,12
24 200 0,12
636,9 6,0
636,9
г-экв/м3;
0,15 регенераций в сутки.
Принимая согласно [14] продолжительность простоя фильтров во время
взрыхления, регенераций и отмывки t КII 3 ч, определим продолжительность работы Н-катионитового фильтра II ступени по формуле
Т КII
24
n КII
t КII
24
0,3 157 ч 6,54 сут.
0,15
Скорость фильтрования при нормальном режиме
60
(55)
КII
KII
Qэф
F
200
50 м / ч
4
КII
Скорость
фильтрования
КII
ф
200
4 0,8
м/ч, что незначительно превышает рекомендуемый предел
КII
ф
60
62,5
при
(56)
регенерации
одного
из
фильтров
м/ч.
4.2.5. Определение расходов реагентов и воды на собственные нужды
катионитовых и анионитовых фильтров II ступени
Определим расход едкого натра, необходимого для регенерации анионитовых фильтров II ступени, по формуле
AII
G NaOH
где q
SiO32 .
AII
NaOH
AII
G NaOH
AII
AII
24Qэф
q NaOH
SiO32
1000
удельный расход NaOH, согласно [8] q
24 200 500 0.06
1000
I
AII
NaOH
,
(57)
500 г/г-экв поглощенного
144 кг/сут.
Расход частично обессоленной воды после анионитовых фильтров I ступени
для приготовления 4%-го раствора NaOH:
S pAIIp
144 96
4 1000
3
3,5 м /сут.
Расход частично обессоленной воды для отмывки анионитовых фильтров II
ступени:
AII
AII
(58)
Sотм
n AII W AII qотн
2 42,42 10 848,4 м3 / сут.
Расход воды на взрыхление анионитовых фильтров II ступени определяем
по формуле
(59)
SâçAII 0,06n AII F AII qâçAII tâçAII ,
где qâçAII интенсивность подачи воды для взрыхления анионитовых фильтров II ступени, для зерен крупностью 1,0 мм qвзAII 4 л/с м2; t взAII продолжительность взрыхления анионитовых фильтров II ступени, t взAII 15 мин.
3
S взAII 0,06 2 28,3 4 15 203,8 м /сут.
Для взрыхления анионитовых фильтров II ступени используется вторая половина отмывочной воды этих же фильтров. Емкость бака для взрыхления анионитовых фильтров II ступени принимаем из расчёта хранения запаса воды на 2
взрыхления:
61
AII
Wвз
3
51 м
0,06 2 7,07 4 15
.
Секундный расход при взрыхлении равен q
4 7,07 28,3 л/c. К установке
для взрыхления принимаем насосы марки 6К-12 (Q=110-200 м3/ч, Н=22,7-17 м)
[16].
Один агрегат – рабочий, второй – резервный.
Определим количество 100%-й серной кислоты, необходимое для регенерации Н-катионитовых фильтров II ступени, по формуле
AII
вз
S
24QýôKII qHÊII2SO4 {[Ca 2 ]I
ÊII
H 2 SO4
[ Mg 2 ]I
[ Na ]I }
1000
(60)
,
где q HКIISO удельный расход H2SO4, согласно [14, табл. 15.48] q HКIISO
глощенных катионов;
2
4
2
24 200 100 0,12
1000
GHКII2 SO4
4
100
г/г-экв по-
57,6 кг/сут.
Расход частично обессоленной воды для приготовления 1%-го раствора серной кислоты равен
57,6 99
1 1000
S pКIIp
3
5,7 м /сут.
Расход частично обессоленной воды для отмывки катионитовых фильтров
II ступени:
3
КII
КII
S отм
n КII W КII qотн
0,15 6 10 9 м /сут.
Расход воды на взрыхление катионитовых фильтров II ступени определяем
по формуле
S взКII
0,06n КII F КII qвзКII t взКII ,
где, согласно [14, пп. 6.287 и 6.320], q
S
КII
вз
КII
вз
2
4 л/с м ; t
(61)
15 мин.
КII
вз
3
0,06 0,15 4 4 15 2,2 м /сут.
Емкость бака взрыхления согласно [11] равна
Wвз
КII
0,06 2 0,8 4 15
5,8
м3.
Секундный расход при взрыхлении равен qвзКII 4 0,8 3,2 л/c.
К установке для взрыхления катионитовых фильтров II ступени принимаем
насосы марки 2К-9 (Q=11-22 м3/ч; Н=21-17 м) [16].
Для взрыхления катионитовых фильтров II ступени используется вторая половина обработанной отмывочной воды этих же фильтров.
Количество воды, расходуемое на собственные нужды II ступени обессоливающей установки, определяется из выражения
S CH
II
S pAIIp
AII
S отм
S рКIIр
КII
S отм
.
3
(62)
м /сут.
Так как одновременно с регенерацией анионитовых фильтров II ступени
производится регенерация анионитовых фильтров I ступени 4%-м раствором
S CH
II
3,5 848,4 5,7 9,0
62
866,6
NaOH, пропущенным предварительно через фильтры II ступени, то общее количество обессоленной воды для собственных нужд обеих ступеней равно
I I
S чо
II
S CH
S pAI p ,
где S pAI p расход частично обессоленной воды на приготовление 4%-го раствора NaOH для регенерации анионитовых фильтров I ступени.
4.2.6. Расчёт анионитовых фильтров I ступени
Количество частично обессоленной воды, которое должно быть подано
анионитовыми фильтрами I ступени на II ступень обессоливания, без учета воды,
расходуемой на приготовление раствора NaOH для регенерации анионитовых
фильтров I ступени, определяется из выражения
SI
I
S CH
II
24Qэф
866,6 24 200
м3/сут.
5666,6
Рабочую обменную способность анионита АН-2Ф определяем по формуле
S раб
АI
AI
э
E AI
AI
0,8qотм
{[Cl ] K
2
[SO4 ] K }
,
(63)
где ýAI
коэффициент эффективности регенерации, при удельном расходе
2
AI
100%-й NaOH q NaOH
70 г/г-экв [14, табл. 15.48] эAI 0,9; [Cl ]K , [SO4 ]K содержание хлоридов и сульфатов в воде, поступающей на анионитовый фильтр I ступени
4,6
35,46
(после коагулирования), [Cl ] K
0,13 мг-экв/л, [ SO4 ] K
2
39
48,03
0,81 мг-экв/л;
полная обменная способность анионита марки АН-2Ф,
AI
700 г-экв/м3 по SO4 2
согласно EClAI 500 г-экв/м3 по Cl- и E SO
E AI
2
4
E
AI
[Cl ]K EClAI
2
AI
[ SO4 ]K ESO
2
4
2
[Cl ]K [ SO4 ]K
0.13 500 0.81 700
672 г экв / м3 ,
0.13 0.81
AI
AI
- удельный расход воды на отмывку анионита, qотм
qотм
3
(64)
3
10 м /м анионита
[14, табл. 15.45].
г-экв/м3.
Расчётную скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени определяем из уравнения
S раб
АI
0,9 672 0,8 10 (0,13 0,81)
63
597
AI
E раб
H AI
AI
р
AI
T {[Cl ] K
2
[ SO4 ] K } 0,03E
AI
раб
d
2
AI
ln
,
2
{[Cl ] K
[ SO4 ] K }
{[Cl ] I
[ SO4 ] I }
2
(65)
где H AI высота слоя анионита в фильтре, H AI = 2,5 м; T AI - продолжительность
работы анионитового фильтра между регенерациями, T AI T AII , так как регенерация анионитовых фильтров I и I I ступеней производится одновременно последовательным пропуском регенерационного раствора через аниониты фильтров I и I I
ступеней, T AI 7,25 ч, [Cl ]K [SO4 2 ]K 0,13 0,81 0,94 мг-экв/л; d AI2 - крупность зерен анионита, принимаем d AI 1,0 мм;
2
[Cl ] I [SO4 ] I содержание анионов сильных кислот после анионитовых
фильтров I ступени,
2
[Cl ] K [SO4 ] K 0,01 мг-экв/л.
AI
р
597 2,5 : 7,25 0,94 0,03 597 12 ln
0,94
0,01
16,9 м / ч . 4
AI
р
30
м/ч,
что отвечает требованиям [8].
Площадь фильтрования анионитовых фильтров I ступени определим по
формуле
F AI
n AI
S II
T AI
AI
p
(66)
,
где n AI количество регенераций анионитовых фильтров I ступени в сутки,
n AI 2 .
2
F AI 5666,6 / 2 7,25 16,9 23,1 м .
К установке принимаем: m AI 4 рабочим фильтрам диаметром 2600 мм и 1
резервный фильтр того же диаметра.
Площадь одного фильтра f AI 5,3 м2. Площадь рабочих фильтров F AI 21,2
м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах W AI 53 м3.
Расход 100%-го едкого натра на регенерацию анионитовых фильтров I ступени может быть найден из выражения
G
AI
NaOH
AI
q NaOH
S II
S pAI p [Cl ] K
1000
2
[ SO4 ] K
,
(67)
где q
удельный расход NaOH, при регенерации анионитовых фильтров I ступени, принимается согласно [14, табл. 15.45].
AI
q NaOH
70 г/г-экв.
AI
NaOH
64
При приготовлении 4%-го раствора NaOH для регенерации анионитов I ступени расход частично обессоленной воды равен
S
AI
p p
AI
G NaOH
96
4 1000
.
(68)
Решая совместно уравнения (67) и(68), получим
и S pAI p 9,0 м3/сут.
Общее количество воды, подаваемое анионитовыми фильтрами I ступени,
374 кг/сут.
AI
GNaOH
равно
м3/сут.
Проверим скорость фильтрования на анионитовых фильтрах I ступени при
нормальном режиме:
AI
AI
S сум
/ 24F AI 5675.6 / 24 21.2 11.2 м/ч.
Скорость фильтрования при регенерации одного их фильтров
AI
S сум
SI
S pAI p
AI
ф
5666,6 9
5675,6
5675,6
14,9 м/ч.
24 3 5,3
Скорости фильтрования в обоих случаях отвечают требованиям [14].
Расход Н-катионированной воды на отмывку анионитовых фильтров I ступени равен
AI
Sотм
W AI q AI ,
(69)
м / м3
3
10
где q - удельный расход воды на отмывку анионита, q
3
AI
[14, табл. 15.45]; S отм 53 10 530 м /сут.
Расход воды на взрыхление анионитовых фильтров I ступени определяем по
формуле
AI
AI
S взAI
0,06n AI F AI qвзAI t взAI ,
интенсивность взрыхления, qвзAI 4 л/с м2; tâçAI
где q
взрыхления, t взAI
AI
âç
(70)
продолжительность
15 мин.
S взAI
3
0,06 2 4 15 21,2 152,6 м /сут.
Взрыхление анионитовых фильтров I ступени производится водой, использованной ранее для отмывки этих фильтров.
Первая часть отмывочной воды сбрасывается в сток, вторая часть – в требуемом количестве направляется в бак для взрыхления.
Едкий натр поступает в цех водоподготовки в бочках в твердом виде. Его
растворяют в специальном баке. Приготовленный крепкий раствор (РNaOH=42 %)
насосом марки 1,5Х-6Д-1-41 перекачивается в цистерну-хранилище, откуда компрессором выдавливается в мерник едкого натра. Насосами-дозаторами крепкий
65
раствор едкого натра подается в трубопровод, по которому направляется в анионитовые фильтры II ступени.
Объем бака для растворения NaOH рассчитан на прием суточного количества едкого натра:
NaOH
áàêà
W
AI
GNaOH
AII
GNaOH
374 144 100
42 1450
42%
NaOH
PNaOH
0,9 ì
3
.
(71)
4.2.7. Расчёт катионитовых фильтров I ступени
Суточная производительность катионитов I ступени.
3
AI
АI
S KI S сум
S отм
5675,6 530 6205,6 м /сут.
Расчётная обменная способность катионита марки КУ-2 определяется по
формуле
AI
E раб
KI
э
KI
Eполн
KI
0,5qотм
Kф
(72)
где E
полная обменная способность, для КУ-2 E
коэф750 г-экв/ м ;
фициент эффективности регенерации. При солесодержании Рк экв 4,33 мг-экв/л
удельный расход H2SO4 согласно графику [14, рис. 7] равен qHKI SO 4 50 г/г-экв В соответствии с [14, рис.15.37] эKI 0,68 ; qîòìKI
удельный расход отмывочной воды;
3
3
KI
содержание катионов в отмывочной (осветленной
qотм
5 м /м катионита; K ô
KI
ïîëí
,
3
KI
полн
KI
ý
2
на механических фильтрах) воде,
AI
E раб
Kф
K0
0,68 750 0,5 5 2,33
2,33 мг-экв/л.
504,2
г-экв/ м3.
Объем катионита в фильтрах определяем по формуле
W KI
S KI [ K ]0
KI
n KI E раб
,
где n - число регенераций каждого фильтра в сутки, n KI =1.
(73)
KI
W KI
6205,6 2,33
1 504,2
28,7 м3.
При высоте слоя загрузки в катионитовых фильтрах Н KI
площадь фильтрования равна
F КI
2,5 м суммарная
28,7
11,47 м2.
2,5
К установке принимаем: m KI 4 рабочим фильтрам и 1 резервный фильтр
диаметром 2000 мм с высотой загрузки 2,5 м. Площадь одного фильтра f KI 3,14
66
м2. Площадь рабочих фильтров F КI 12,56 м2. Объем загрузки в рабочих фильтрах
3
W КI 31,4 м .
Скорость фильтрования при нормальном режиме
КI
6205,6
24 12,56
20,6 м/ч ≤ 25 м/ч [14, табл. 15.36].
При регенерации одного из фильтров
КI
ф
6205,6
24 3 3,14
27,4 м/ч,
что находится в соответствии с нормами, допускающими временное увеличение
скорости фильтрования свыше допустимой на 10 м/ч.
Расход фильтрованной воды на отмывку катионитовых фильтров I ступени
определяем по формуле
КI
S отм
n КI W КI q КI
3
1 31,4 5 157 м /сут.
Расход воды на взрыхление равен
КI
S взр
0,06 1 12,56 4 15
45,2
м3/сут.
Второй половины сбрасываемой отмывочной воды достаточно для взрыхления катионитовых фильтров I ступени.
Расход 100 %-й H2SO4 на регенерацию катионитовых фильтров I ступени
определяется из выражения
KI
H 2 SO4
G
KI
n KI W KI E раб
qHKI2 SO4
1000
1 31,4 504,2 50
1000
791,6 кг / сут.
(74)
Расход осветленной воды для приготовления 1,5 %-го раствора (количеством воды, содержащимся в крепкой серной кислоте, пренебрегаем)
SР
KI
791,6 98,5
1,5 1000
52 м3/сут.
Серная кислота (содержание моногидрата 94 %) поступает на станцию в железнодорожных цистернах. Перелив кислоты в стационарные цистерны осуществ-
67
ляется с помощью сифонной установки, заряжаемой вакуум-насосом. Из цистерны
серная кислота с помощью компрессора выдавливается в мерники, откуда насосами-дозаторами подается в трубопроводы, по которым направляется в катионитовые фильтры I и II ступени.
Общее количество 100 %-й серной кислоты, подаваемое на катионитовые
фильтры I и II ступени, равно
кг/сут.
Объем стационарной цистерны определим исходя из расчётной продолжительности хранения серной кислоты:
G HKI2 SO4
G H 2 SO4
G HKII2 SO4
791,6 57,6
Н хрH 2 SO4
30
GH 2 SO4 100 TхрH 2 SO4
H 2 SO4
Wцист
суток.
849,2 100 30
14,8 м 3 .
94 1830
94%
H 2 SO4
PH 2 SO4
849,2
(75)
В связи с тем, что для транспортировки серной кислоты в настоящее время
применяют железнодорожные цистерны вместительностью 60 т, к установке приняты три цистерны БК- 15 вместительностью 15 1830 27,5 т каждая.
1000
Часовой расход концентрированной серной кислоты для регенерации Нкатионитового фильтра I ступени равен
Q
KI
H 2 SO4
G HKI2 SO4 100
P 0 H 2 SO4
94%
H 2 SO4
n KI m KI t 2
KI
,
(76)
где
продолжительность
подачи
регенерационного
раствора,
t2 KI
KI
KI
KI
KI
KI
скорость пропуска регенерационного раствора, рег
t2
WH SO / рег f ; рег
10
2
KI
3,14 м ; WHKISO объем регенерационного раствора на регенерацию одного
м/ч; f
фильтра,
KI
2
4
2
KI
H 2 SO4
W
4
GHKI2 SO4 100
P
p
1, 5%
H 2 SO4
H 2 SO4
t2
QHKI2 SO4
KI
n
KI
m
KI
791,6 100
12,16 м3 .
1 4 1,5 1085
(77)
12,16 / 10 3,14 0,39 ч;
791,6 100
0,29 м3/ч.
94 1830 1 4 0,39
К установке принимаем два насоса-дозатора марки НД-400/16 (один агрегат
– рабочий, второй – резервный) [16].
Аналогично для катионитовых фильтров II ступени:
68
57,6 100
3
4,7 м ;
0,15 5 1,5 1085
KI
t2
4,7 / 10 0,8 0,59 ч;
57,6 100
3
0,076 м /ч.
94 1830 0,15 5 0,59
WHKII2 SO4
QHKII2 SO4
К установке принимаем два насоса-дозатора марки НД-100/10 (один агрегат
– рабочий, второй - резервный) [16].
4.2.8. Расчёт декарбонизатора
Расчётное количество воды, поступающее на декарбонизатор после катионитовых фильтров II ступени S эф 4800 м3/сут, Qэф 200 м3/ч.
Декарбонизатор загружается насадкой из колец Рашига размером
25х25х3 мм.
Количество СО2 , удаленного в декарбонизаторе:
GСО2
Qэф{[СО2 ]вх
[СО2 ]вых }
1000
,
(78)
где [ÑÎ 2 ]âõ
содержание СО2 в воде, поступающей на декарбонизатор;
[ÑÎ 2 ]âûõ содержание СО 2 в декарбонизованной воде, [СО2 ]вых =4 мг/л.
[СО2 ]вх [СО2 ] к 44Щ к 67,9 44 1,36 127,7 мг/л;
GСО2
200{127,7 4}
1000
24,74 кг/ч.
Необходимая поверхность колец Рашига определяется по уравнению
Fнас
GСО2
K ж С ср
,
где K æ коэффициент десорбции, согласно [5] при t 200 C K ж 0,51 м/ч;
3
Сср - средняя движущая сила десорбции, согласно [5] Сср 0,0325 кг/ м ;
Fнас
24,74
1493
0,51 0,0325
м3.
Поверхность 1 м3 насадки колец Рашига 25х25х3 мм равна 204 м3 [14, табл.
15.41].
Тогда объем насадки
Wнас 1493 : 204 7,3 м3.
При плотности орошения qор 60 м3/ч на 1 м2 площади декарбонизатора его
площадь равна
2
Fдек Qэф / qор 200 / 60 3,33 м .
69
Fдек
Устанавливаются два декарбонизатора диаметром 1500 мм общей площадью
3,54 м2.
Высота слоя насадки в декарбонизаторе должна быть не менее
17,3
H нас Wнас / Fдек
2,1 м.
3,54
Согласно [14, табл. 47] высоту слоя насадки окончательно принимаем равной 4,0 м
Расход воздуха на декарбонизацию определяем по [8]:
Qвозд 20 200 4000 м3/ч.
Напор, развиваемый вентилятором, равен H вент 30 4 40 160 мм вод.ст.
(16 ГПа). К установке принимаем вентиляторный агрегат марки А4095-3.
4.2.9. Расчёт мёханических напорных фильтров
Общее количество осветленной воды, которое должно быть получено от механических фильтров (полезная производительность) без учета воды, расходуемой
на приготовление раствора коагулянта, определяется из выражения
м3/сут.
Во избежание увеличения содержания кремниевой кислоты в воде, поступающей на ионообменные фильтры, скорые напорные фильтры загружаются малозольным термостойким дробленым антрацитом крупностью 0,7-1,6 мм.
Расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме не должна превышать 4-5 м/ч. Принимаем р н 4 м/ч.
Для восстановления фильтрующей способности применяется промывка
фильтров обратным током воды с интенсивностью до 15 л/с м2 в течение 7 мин
( t1 0,117 ч).
Высокие требования к качеству фильтрата обусловливают необходимость
сброса первого фильтрата в течение 10 мин ( t 3 0,167 ч).
Общее время простоя фильтра в связи с промывкой принято равным, согласно [8], t 3 0,33 ч.
Площадь фильтрования определяется из выражения
Sэфм
S KI
KI
Sотм
Fм
S pKI p
6205,6 157 52
6414,6
S эф м
T
рн
3,6n t1
nt2
рн
nt3
,
рн
где T число часов работы станции в сутки, T 24 ч; n
каждого фильтра в сутки, n 3 ;
интенсивность промывки,
Fм
6414,6
24 4 3,6 3 15 0,117 3 0,33 4 3 0,167 4
70
(79)
число промывок
15 л/с м2.
90,2 м 2 .
К установке принимаем: mф 10 рабочим механическим напорным фильтрам
диаметром Dм ф 3400 мм, площадью f м 9,1 м2. Дополнительно для гидроперегрузки антрацита во время ремонта одного из фильтров устанавливается один резервный фильтр того же диаметра.
Расход воды на промывку одного фильтра определяется по формуле
qпром
3,6 f м
t1
3
3,6 9,1 15 0,117 57,5 58 м .
Для хранения запаса промывной воды устанавливается специальный металлический бак объемом Wпром 2 58,0 116,0 м3, высотой 3,4 м, с размерами в плане
6 6 м2. Промывка производится промывными насосами. Производительность насоса равна Qпром.нас 3,6 15 9,1 491 м3/ч. Потребный напор ориентировочно принят
равным 22 м вод. ст. (2200 гПа). К установке приняты насосы марки Д800-28 с подачей 700 м3/ч и напором 22 м (один агрегат – рабочий, второй – резервный, [11]).
Промывка фильтров осуществляется автоматически. Программа автоматики
предусматривает поочередный вывод каждого фильтра на промывку с соблюдением определенного интервала времени между завершением промывки предыдущего
фильтра и началом промывки следующего. Величина указанного интервала зависит от качества исходной воды и вводится обслуживающим персоналом в систему
автоматики как заданный параметр, определяемый на основании анализов качества исходной воды.
Суточный расход воды на промывку фильтров определяется из выражения
3
Vпром n mф qпром 3 10 58,0 1740 м .
Суточный расход воды при сбросе первого фильтрата определяется из выражения
3
S фI n mф p н t 3 3 10 9,1 4 0,167 183 м .
Суточное поступление промывной воды и первого фильтрата на сооружения
для их обработки равно
3
S пром S фI 1740 183 1923 м .
При выполнении последующих расчётов принимаем, что безвозвратные потери воды при промывке фильтров и спуске первого фильтрата (с учетом возврата
отстоянной части промывных вод) составляют 10 % от общего количества сбросных вод от механических фильтров.
Тогда суточное количество исходной воды определяется из выражения
(80)
Sисх S эф. м 0,1( S пром S фI ) 6414,6 0,1(1740 183) 6607 м3
Количество воды, возвращаемой после сооружений по обработке воды, равно S возв 0,9(1740 183) 1730,6 м3/сут.
71
4.2.10. Расчёт оборудования коагуляционного хозяйства
Суточное количество безводного 100 %-го сернокислого алюминия по формуле
Gк
где
мг/л (см. в пп. 4.2.4).
Gк 0,001 6607 35 231,2 кг/сут.
Предусматривается мокрое хранение 30-дневного запаса коагулянта в бакаххранилищах в виде 20 %-го раствора ( Т к 30 сут.).
Объем баков-хранилищ определяется по формуле
Dê
доза коагулянта,
0,001S исх Dк ,
Dк
35
Wкхр
100 Gк Т к / p р.к
р .к
,
где p ð.ê концентрация раствора коагулянта, p р.к
твора коагулянта, р.к 1226 кг/ м3.
Тогда
Wкхр
20% ;
ð.ê
(81)
плотность рас-
100 213,2 30 / 20 1226 28,3 30 м3.
К установке принимаем 4 сблокированных железобетонных бака глубиной
1,5 м, шириной 3 м и длиной 3 м, каждый из которых оборудован центральным
каналом с отверстиями в боковых стенках.
Растворение коагулянта осуществляется циркуляцией его раствора, отбираемого из бака через отверстия центрального канала центробежным насосом
марки 1,5Х-6Д-1-41 производительностью 8,6 м3/ч и полным напором 17,8 (два агрегата: один – рабочий, второй – резервный). Циркулирующий раствор в баки возвращается через перфорированные трубы диаметром 50 мм из полиэтилена или
нержавеющей стали, смонтированные в верхней части баков.
Коагулянт привозится в цех самосвалами, разгружающими его непосредственно в баки-хранилища. Из баков-хранилищ по мере необходимости раствор коагулянта перекачивается циркуляционным насосом в расходные баки, где разбавляется до концентрации p ð.ê 5 % .
Продолжительность полного цикла работы расходного бака принята равной
t к 12 ч. Его объем может быть определен из формулы
W р .к
где
5%
ð. ê
S исх t к Д к
,
240 p р.к 5% р.к
плотность раствора коагулянта в баках,
72
(82)
5%
р .к
1050
3
кг/ м .
W р.к
6607 12 35
240 5 1050
3
2,2 м .
Устанавливаются два расходных бака с размерами в плане 1,5х1,5 м и высотой 1,2 м. Для перемешивания раствора предусматривается подача сжатого воздуха с интенсивностью 3-5 л/с м2.
Воздух в растворных баках распределяется через перфорированные трубы,
уложенные по дну баков.
Расход раствора равен
Q Доз .к
Sисх Д к
240 p р.к 5% р.к
6607 35
0,184 м 3 / ч.
240 5 1050
(83)
Устанавливаются два насоса-дозатора марки НД-400/16 с номинальной подачей 400 л/ч и давлением нагнетания 1,6 МПа [10] (один агрегат – рабочий, второй – резервный)[16].
Суточный расход воды на приготовление раствора коагулянта равен
S р .к
G K 100
5 1000
4,6
м3.
Для смешения коагулянта с водой перед фильтрами на общем трубопроводе
устанавливается шайбовый смеситель (расчёт шайбового смесителя см. [1].
Составление технологической и балансовой схем производится аналогично
п. 4.1.24 (рис. 14 и 15).
Для определения недостающих показателей в балансовой схеме произведены следующие расчёты:
жесткость исходной воды Ж 0 24,3 / 20,04 11,2 / 12,16 2,13 мг-экв/л;
количество растворенных солей, поступающих с исходной водой на установку,
G р0
S исх Р0 / 1000 6607 173,7 / 1000 1143 кг/сут.;
количество взвешенных веществ в исходной воде
G р0
S исх M 0 / 1000 6607 30 / 1000 198,2 кг/сут.;
количество взвешенных веществ в коагулированной воде
73
BB K
S исх M K / 1000
6607 52,8 / 1000
348,8
кг/сут.;
количество взвешенных веществ, поступающих с повторно используемой
промывной водой,
BBвозвр 1730,6 10 / 1000 17,3 кг/сут.;
количество взвешенных веществ в фильтрованной воде, поступающей на катионитовые фильтры,
BBФ S эфм M Ф / 1000 6414,6 1,5 / 1000 9,9 кг/сут.;
количество взвешенных веществ, удаляемых с осадком,
ВВсбр ВВК BBФ 348,8 9,9 338,9 кг/сут.;
окисляемость и цветность после фильтрования принимаются соответственно
равными:
ОФ 3 мг/л и Ц Ф 5 град.;
количество воды, удаляемое с осадком,
3
S сбр S пром S фI S возв 1740 183 1730,6 192,4 м /сут.;
количество воды, удаляемой в канализацию при отмывке ионообменных
фильтров:
а) для катионитовых фильтров I ступени
КI
S отм
.сбр
КI
S отм
S взрКI
157 45,2
111,8;
б) для анионитовых фильтров I ступени
АI
S отм
.сбр
530 152,6
377,4
в) для катионитовых фильтров I I ступени
КII
S отм
.сбр
848,4 203,8
644,6
м3/сут.;
г) для для анионитовых фильтров I I ступени
АII
S отм
.сбр
848,4 203,8
644,6
м3/сут.
При составлении технологической схемы обессоливания воды подбор диаметров трубопроводов осуществляется по [2] согласно рекомендуемым [8] скоростям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
74
Учебно-методическое пособие даёт возможность студентам, обучающемся в
магистратуре по специальности «Водоснабжение и водоотведение» по направлению 270100 «Строительство», изучить методику выбора схем очистки природных
вод, предназначенных для использования в промышленных целях, а также методику расчёта установок для умягчения воды. В пособии приводятся примеры расчёта умягчительных установок. Настоящее пособие будет также полезно аспирантам и инженерам, работающим в области водоподготовки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчёты,
В.Ф. Кожинов. 4-е изд., репринт. – М.: Бастет, 2008. – 303с.
2. Шевелев, Ф.А. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб:
справочное пособие / Ф.А.Шевелев, А.Ф.Шевелев. - 8-е изд.. перераб. и доп.
– М.: Бастет, 2007. – 349 с.
3. Журба, М.Г. Водоснабжение : в 2 т.: учебник. Т. 2: Улучшение качества воды/ М.Г. Журба. – М.: 2010. 542 с.
4. Сомов М.А. Водоснабжение в 2 т.: учебник. – М.:2010. – 260с.
5. Фрог, Б.Н. Водоподготовка: учеб. пособие для ВУЗов: / Б.Н. Фрог, А.П.
Левченко. – М.: АСВ 2007 – 665с.
6. Иванов В.Г. Водоснабжение промышленных предприятий/ В.Г. Иванов. –
СПб.: ПГУПС – ЛИИЖТ., 2003. – 530 с.
7. Николадзе, Г.И. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения/ Г.И. Николадзе, Д.М. Минц, А.А. Кастальский. – М.: Высшая
школа.
8. Строительные нормы и правила: Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.02-84. - М.: ГУПЦПП, 1998. – 127 с.
9. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности: 2-е изд. перераб. – М.: Стройиздат, 1982. – 582 с.
10. Журба, М.Г. Водозаборно-очистные сооружения и устройства: учеб. пособие/ М.Г. Журба [и др.]. – М.: Астриев: АСТ, 2003. – 559 с.
11.http: /WWW.studresearsh.ru / Технические характеристики насосов Д и Д1.:
html 2005-2013.
12. http: /WWW.grundfos.ru / официальный сайт подбора насосов
13.Николадзе, Г.И. Водоснабжение: учебник для ВУЗов/ Г.И. Николадзе, Г.И.
Сомов. – М.: Стройиздат, 1987 - 688 с.
14. Журба, М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3 т.
Т.2: Очистка и кондиционирование природных вод/ М.Г. Журба, Л.М. Соколов, Ж.М. Говорова. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 552 с.
75
15. Подготовка воды для производственного водоснабжения: метод. указания/
сост.: Л.К. Бахметьева, А.В. Бахметьев, Н.В. Гвоздев. – Воронеж,2000. – 28 с.
16. Справочник монтажника. Оборудование водопроводно-канализационных
сооружений / под ред. А.С. Москвитина /: - М.: Стройиздат, 1979, - 432с.
Учебное издание
Бахметьева Любовь Кузьминична
Бахметьев Александр Васильевич
Белых Дмитрий Евгеньевич
Подготовка воды для технического водоснабжения
промышленных предприятий.
Ионообменные методы умягчения воды
Учебно-методическое пособие
для студентов, обучающихся по направлению
270100 «Строительство»
Редактор Аграновская Н.Н.
Подписано в печать 20.06. 2013. Формат 60 х 84 1/16. Уч.-изд. л. 5,0.
Усл.-печ. л. 5,1. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 326.
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии
издательства учебной литературы и учебно-методических пособий
Воронежского ГАСУ394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
76
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
27
Размер файла
1 764 Кб
Теги
бахметьева, 276, воды, техническое, водоснабжение, подготовки
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа