close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

383.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 собственные
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
СО
∑ Ме
∑
1,4
оргпр ,
р
где [Mem+] − концентрация каждого катиона (за исключением Fe), мг/л; [Ас ] −
концентрация каждого из анионов (за исключением
О и О ), мг/л; [ О ]
концентрация бикарбонат-ионов, мг/л; [ О ] − концентрация кремнекислоты в
форме О , мг/л; [Fe] − суммарная концентрация ионов железа, мг/л; Соргпр —
содержание органических примесей, мг/л.
ПСО определяется из выражения
ПСО = ∑[Ме
р
] + ∑[Ас ]+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 (NН , Na+, К+, Mg2+, Са2+, Fe2+, Мn2+, А13+), анионов (Сl-, НСО ,СО ,
SО , HS-, S2-, HSiО , SiО , NО , NО , 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
SО 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
О , карбонатов О , 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
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
13
Размер файла
6 397 Кб
Теги
383, бахметьева, воды, техническое, водоснабжение, подготовки
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа