Обработки воды

Разнообразие примесей, которые должны быть удалены из воды, а также методов, применяемых при ее обработке на котельных и ТЭС, усложняют поиск оптимальных решений при выборе схем и аппаратов в каждом конкретном случае.

Поэтому очевидна необходимость классификации методов очистки и удаляемых примесей. При этом в качестве классификационных признаков используют

· физико-химическую сущность методов, применяемых при очистке без учета характера удаляемых примесей и изменения их состояния в процессе очистки;

· характер сил, воздействующих на примеси, также без учета характера примесей и изменения их состояния;

· характер подлежащих удалению примесей без учета изменения их состояния в процессе очистки;

· изменение состояния примеси в процессе очистки.

Наиболее известны классификации Л.А. Кульского и М.И. Лапшина. В основе классификации Л.А. Кульского лежит различие характера удаляемых примесей. Загрязненные воды представляют собой гомогенные или гетерогенные системы, которые соответственно подразделяются на ионные, молекулярные, коллоидные растворы и взвеси. К каждой из четырех групп вод (систем) подобраны соответствующие наиболее эффективные методы очистки воды, области их применения, состав очистных сооружений и т.д. Однако в этой классификации не учитывается характер отдельных примесей.

В классификации М.И. Лапшина, наоборот, основным классификационным признаком является характер и состояние удаляемых при очистке примесей; при этом методы очистки подразделяются на следующие группы:

· методы непосредственного выделения примесей, например отстаивание;

· методы выделения примесей с изменением фазового состояния воды или примеси, например деаэрация;

· методы превращения примесей, например образование труднорастворимых соединений (известкование);

· биохимические методы.

Обе классификации имеют достоинства и недостатки, но дополняя друг друга, помогают выбору оптимального решения схем ВПУ на котельных и ТЭС с точки зрения как повышения эффективности очистки воды, так и возможности утилизации извлеченных из нее при очистке примесей для предотвращения загрязнений окружающей среды. При выборе метода очистки в настоящее время следует учитывать в первую очередь водоисточник, производительность, который обеспечивал бы надежность, экологичность и экономичность.

Многообразие примесей в природной воде служит причиной того, что очистка добавочной воды для подпитки котлов организуется в несколько стадий на ВПУ (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Стадии водоочистки

На начальном этапе из воды выделяются грубодисперсные и коллоидные вещества, а также снижается бикарбонатная щелочность этой воды. На дальнейших этапах производится очистка воды от истинно-растворимых примесей.

Начальный этап очистки воды.

ПРЕДОЧИСТКА – необходима для улучшения технико-экономических показателей последующих этапов очистки воды, а также потому, что при отсутствии предочистки применение многих методов на последующих ступенях очистки встречает значительные затруднения. Так, наличие в воде органических веществ приводит к изменению технологических свойств анионитов, способствует их старению, а следовательно, к резкому (в 4–8 раз) снижению срока службы. Присутствие в воде ионов железа в концентрации свыше 50 мкг/дм³ вызывает отравление мембран при очистке воды электролизом. Неудовлетворительная очистка воды от грубодисперсных и коллоидных примесей является одной из причин образования накипей на поверхностях нагрева и ухудшению качества пара. Поэтому в настоящее время предочистке воды в схемах подготовки добавочной и подпиточной воды придается важное значение.

Предочистка воды может быть осуществлена в основном методами осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка.

Эти методы называются также реагентными, так как для выделения примесей в воду дозируются специальные реагенты.

К процессам осаждения, применяемым в настоящее время при предочистке воды, относятся коагуляция, известкование и магнезиальное обескремнивание. Как правило, эти процессы совмещаются и проводятся одновременно в одном аппарате – осветлителе, что целесообразно как для улучшения суммарного технологического эффекта процесса очистки воды, так и для снижения капитальных и эксплуатационных затрат.

Первичное осветление воды производится в осветлителях, а окончательно очистка от осадка осуществляется при помощи процесса фильтрования, который также относится к предочистке воды, но является безреагентным методом.

На второй стадии вода подвергается очистке химическими (умягчение, обессоливание), термическими (получение дистиллята), мембранными методами.

Предварительная очистка воды
и физико-химические процессы

4.1. Очистка воды методом коагуляции

Под коагуляцией понимают физико-химический процесс слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсной макрофазы (флоккул) с последующим ее выделением из воды. Схема коагуляционной структуры показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема коагуляционной структуры:

1 – частицы колоидно–дисперсной фазы; 2 – дестабилизированные участки поверхности; 3 – участки поверхности, сохраняющие устойчивость; 4 – полости, заполненные водой; 5 – грубодисперсная примесь

В качестве реагентов, называемых коагулянтами, обычно применяют сернокислые соли: [Al₂(SO₄)₃·18H₂O] или (FeSO₄·7H₂O). Эти соли в воде почти полностью диссоциируют:

;
.

Легко подвергаются гидролизу:

;

При pН > 8 – щелочная среда:

Выделенный Н⁺ при гидролизе коагулянтов связывает бикарбонат в природной воде:

Таким образом, при гидролизе коагулянтов: Al₂(SO₄)₃ и FeSO₄ образуются положительные электроны и между отрицательно заряженными частицами дисперсных примесей воды возникают силы притяжения. Образуются укрупненные агрегаты, которые уже подчиняются силе тяготения. Эти агрегаты оседают или могут быть легко отфильтрованы вследствие своих уже достаточно крупных размеров.

Процесс коагуляции воды при помощи Al₂(SO₄)₃ ведется при рН 5,5–7,5 при дозе 0,5–1,2 ммоль/дм³, а с помощью FeSO₄ при рН > 8 при дозе 0,25–1,0 ммоль/дм³ необходимо коагуляцию вести с процессом известкования.

Процесс коагуляции имеет скрытую и явную стадии. На скрытой стадии происходит формирование коллоидных гидрооксидов Al³⁺ или Fe³⁺ и образование микрохлопьев. Именно на этой стадии коагуляции вода в основном и очищается от первичных примесей. А затем на второй стадии процесса образуются хлопья (флоккулы) размером 1–3 мм, которые, обладая высокой сорбционной способностью, могут дополнительно извлекать примеси воды.

При организации процесса коагуляции с использованием гидролизующихся коагулянтов необходим учет основных факторов, определяющих оптимальное осуществление технологии. Оптимальная доза коагулянта, т. е. то его минимальное количество, которое обеспечивает максимальное снижение концентрации коллоидных и грубодисперсных примесей в обрабатываемой воде, определяется главным образом качественным и количественным составом коллоидных и растворенных примесей, их физическими и физико-химическими свойствами.

В настоящее время теоретические разработки не дают возможности точного расчетного выбора необходимой дозы коагулянта, что связано, с одной стороны, с отсутствием количественных характеристик различных по составу коллоидных примесей в водах различных типов, с другой – с необходимостью учитывать при расчетах сложность совокупного механизма формирования коагулированной взвеси, когда физические процессы гетерокоагуляции сопровождаются химическими, такими как хемосорбция, образование малорастворимых гидрокомплексов, их полимеризация и кристаллизация, усложняемыми влиянием кинетических факторов. Поэтому оптимальные дозы коагулянта устанавливаются опытным путем для каждого источника водоснабжения в характерные периоды года методом параллельного введения в термостатированные сосуды с определенным объемом воды различных количеств коагулянта с последующей оценкой интенсивности хлопьеобразования, скорости оседания хлопьев и определением остаточных концентраций органических веществ, железо- и кремнесодержащих соединений, ионов алюминия.

Вспомогательные процессы и средства коагуляция обеспечивают интенсификацию и повышение технико-экономической эффективности процесса коагуляции. К их^: числу относят флокуляцию – процесс агрегации частиц в котором в дополнение к непосредственному контакту частиц происходит их адсорбционное взаимодействие с молекулами высокомолекулярных веществ, называемых флокулянтами (рис 4.2). При этом ускоряются процессы образования хлопьев и их осаждение, повышается плотность агрегатов, и осадков.

Рис. 4.2. Адсорбция микрочастиц флокулянтами:

а) вытянутая молекула; б) свёрнутая молекула;

1 – адсорбирующая группа; 2 – микрочастица; 3 – внутримолекулярная связь

Флокулянты подразделяются на неорганические и органические, природные и синтетические, на ионогенные и амфотерные. Из неорганических флокулянтов используется активная кремниевая кислота; природными органическими флокулянтами являются крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и др. Синтетические флокулянты получили более широкое применение из-за лучших флокуляционных свойств, среди них в основном используется в настоящее время универсальный флокулянт полиакриламид (ПАА):

.

Полиакриламид выпускается промышленностью в виде 8-процентного геля, который растворяют в быстроходных мешалках на ВПУ до концентрации 0,1 %. Дозировка флокулянта составляет 0,5–1,5 мг на 100 мг взвешенных веществ в исходной воде. Раствор ПАА вводится через 0,5–2 мин после ввода коагулянта. На рис. 4.3, 4.4 представлены схемы предочистки и осветлителя.

Рис. 4.3. Схема процессов известкования и коагуляции:

1 – исходная вода; 2 – теплообменный подогреватель; 3 – осветлитель; 4 – ввод извести; 5 – ввод коагулянта; 6 – бак осветлённой воды; 7 – перекачивающий насос; 8 – осветлительный фильтр; 9 – на ионитные фильтры или потребление; 10 – сброс осадка с продувочной водой; 11 – греющий пар; 12 – конденсат греющего пара

Рис. 4.4. Схема работы осветлителя:

1 – желоб для сбора осветлённой воды; 2 – воздухоотделитель; 3 – труба отвода осветлённой воды из шламоуплотнителя "отсечка"; 4 – сливочный короб; 5 – выход осветлённой воды; 6 – центральная труба; 7 – шламоотводящая труба; 8 – щелевая переборка; 9, 19 – отбор проб воды;
10 – ввод раствора коагулянта; 11 – труба с водораспределительными соплами; 12 – расвор извести; 13, 18 – дренаж; 14 – периодическая продувка; 16 – сборник шлама; 17 – шламоуплотнитель; 20 – ввод воды в осветлитель; 21 – дренажные решетки; 22 – выходная (цилиндрическая) зона осветлителя; 23 – предохранительная решетка; 24 – ввод флокулянтов;
25 – направляющий кожух; 26 – входная (коническая) зона осветлителя

Поиск по сайту: