Осветленная и умягченная вода

Принципиальная схема предочистки и умягчения воды может быть представлена по рис. 8.

Рис. 8. Принципиальная схема осветления и умягчения воды: 1 — подогреватель сырой (исходной) воды; 2 — осветлитель; 3 — бак осветленной воды; 4 — насос подачи осветленной воды на механические фильтры; 5 — механические фильтры; 6 — Na-катионитные фильтры

В подогревателе 1 исходная вода подогревается до температуры 30ч50 єС для ускорения химических реакций. В осветлителе производится коагуляция коллоидных (органических) примесей и удаление шлама и грубодисперсных (взвешенных) примесей. Обычно при Щ_О > 2 мг-экв/л рекомендуется наряду с коагуляцией производить известкование воды в осветлителе 2 в целях снижения щелочности (или всех форм углекислоты) в воде. Обычно при этом уменьшается общая жесткость и кремнесодержание воды. Переливом вода из осветлителя поступает в бак осветленной воды 3, откуда насосом 4 прокачивается через механические 5 и Na-катионитные фильтры 6. При этом из воды удаляется «проскочивший» из осветлителя шлам и удаляются катионы накипеобразователи (Ca²⁺, Mg²⁺) в обмен на Na⁺из катионита. Умягченная вода накапливается в баке и расходуется на технологические нужды, в том числе, на питание установок обратного осмоса в целях обессоливания.

В рассматриваемом примере щелочность природной воды по табл. 4 равна 2,6 мг-экв/л, т. е. более 2 мг-экв/л, и в этом случае рекомендуется совмещение коагуляции воды с ее известкованием в осветлителе. Принципиальная схема осветлителя для коагуляции с известкованием приведена на рис. 9.

В качестве коагулянта используется обычно сульфат железа (II), кристаллогидрат которого имеет химическую формулу FeSO₄?7H₂O. Известь вводится в виде известкового молока — суспензии Ca (OH)₂ в воде. В ряде случаев используется насыщенный раствор Ca (OH)₂, чтобы избежать процесса растворения твердого Ca (OH)₂ и ускорить химические реакции.

Химические реакции, протекающие в воде при известковании, изложены в книге Чебанова С. Н. и Ларина Б. М. «Водоподготовка и водный режим тепловых электростанций», гл. 5, с. 81 — 89. Там же на с. 322 — 324 приведены расчетные уравнения для определения требуемой дозы извести и коагулянта, количества и качества образующегося щлама. Показатели качества осветленной воды при разных схемах осветления воды могут быть определены по табл. 6.

Таблица 6. Показатели качества осветленной воды после разных схем предочистки

• 1. В рассматриваемом здесь примере при дозе коагулянта Дк=0,07•Ок=0,07•8,3=0,6 мг-экв/л показатели качества осветленной воды будут следующими:
  • — окисляемость — Ок^осв=0,5•8,5=4,25 мгО/л;
  • — щелочность: общая Щ_О=0,8 мг-экв/л;

гидратная Щ_Г=0,2 мг-экв/л;

карбонатная Щ_К=0,6 мг-экв/л;

— жесткость общая.

Ж_о^осв=Щ_о^осв+Ж_НК^исх+Д_К=0,8+2,14+0,5=3,44 мг-экв/л;

— сульфаты.

[SO₄^2-]^осв=[SO₄^2-]^исх + Д_К=1,94+0,5=2,44 мг-экв/л;

• — взвешенные вещества — 2 мг/л;
• — рН — 10 ед. рН;
• — натрий — 0,3мг-экв/л;
• — хлориды — 0,2 мг-экв/л;
• -Ж_о^Осв = Щ_о^Осв + Ж_нк + Д_к = 0,8+???+0,5=2,4 мг-экв/л
• — Ж _Са^2+осв = Ж_о^осв— Ж _Mg^2+осв =3,44 — 0,69=2,75 мг-экв/л;
• — Ж _Mg^2+осв =0,5•Ж _Mg^2+исх=0,5•1,38=0,69 мг-экв/л.

Проверка ионного состава примесей по уравнению электронейтральности дает ошибку:

Расчетная (требуемая) величина дозы извести, вводимой в обрабатываемую воду (Д_и^тр,.

мг-экв/л), определяется по уравнению.

при выражении всех концентраций в мг-экв/л.

При этом избыток извести (i_и) можно принять равным гидратной щелочности осветленной.

воды (Щ_г): i_и= Щ_г=0,2 мг-экв/л.

Величину =0,8• мг-экв/л.

Количество образующегося в осветлителе осадка, мг/л.

где _СаО — содержание окиси кальция в технической извести, % от общей массы; М — содержание механических примесей, мг/л; _к — содержание коагулянта FeSO₄ в техническом продукте, % от общей массы; [Са²⁺]^исх, [Са²⁺]^осв — концентрация катионов кальция в исходной и в осветленной воде, мг/л;

— фактическая доза извести, мг-экв/л,.

мг-экв/л, Здесь К_и — концентрация извести в баках-мерниках, г-экв/л;

q_и — расход рабочего раствора известкового молока в осветлителе, л/ч;

Q_исх — расход воды через осветлитель, м³/ч.

Основной характеристикой химического состава шлама, показывающей отношение Mg (OH)₂/СаСО₃, является _м. Оптимальные значения _м составляют от 0,050,1 до 0,20,25.

Расчетом параметр _м определяется как:

.

где (а — масса Са (ОН)₂ в известковом молоке, мг/л; с — количество СаСО₃ в известковом молоке, мг/л; можно принять с/а=0,05).

Пропуск осветленной воды через механический фильтр снижает концентрацию взвешенных веществ (шлама) до 1 мг/л и предупреждает случайные забросы шлама из осветлителя. После Na-катионитных фильтров уменьшается общая жесткость воды до величины остаточной жесткости — Ж_o^Na=0,1 мг-экв/л. При этом в воду поступает эквивалентное удаленному количество Na⁺, мг-экв, согласно уравнению химической реакции ионного обмена:

2NaR+Ca²⁺ CaR₂+2Na⁺.

Таким образом для нашего случая в фильтрате Na-катио-нитного фильтра имеем:

Ж_o=0,1 мг-экв/л; [Na⁺]=0,3+2,75=3,05 мг-экв/л.

Концентрации других ионных примесей остаются неизменными. Если требуется более глубокое удаление из воды катионов кальция и магния, то применяют 2-ю ступень умягчения воды на Na-катионитных фильтрах, что позволяет снизить общую жесткость воды до 0,01 мг-экв/л. Концентрации примесей в воде при ее осветлении и умягчении приведены в табл. 7.

Таблица 7. Показатели качества воды по стадиям обработки