1-3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ОБЕССОЛИВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ И НАЗНАЧЕНИЕ КАЖДОЙ ИЗ СТАДИЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
Исходная вода подается на обессоливающую установку (рис. 1, 2) после предварительного подогрева в поверхностных подогревателях до температуры +30°С*. Перед поступлением на ионитовые фильтры вода коагулируется в осветлителях.
Выбор метода и условий проведения коагуляции в каждом отдельном случае устанавливается на основании предварительно проведенных лабораторных опытов, исходя из качества обрабатываемой воды.
*При использовании зарубежных анионитов и подобных им отечественных анионитов (АВ-17 н др.) можно подогревать воду до 40° С.
Коагуляция сернокислым алюминием
проводится при значительной цветности (окраске) природных вод. Коагуляция цветных вод солями железа нежелательна, так как железо при значении рН>6,0 может образовывать с гуминовыми и танниновыми веществами невыпадающие окрашенные соединения.
Хорошее обесцвечивание воды солями сернокислого алюминия может быть достигнуто при значениях рН = 6,5-?-7,5. Сернокислый алюминий вводится в количестве, необходимом для сорбции растворенных в воде гуматов хлопьями образовавшегося гидрата окиси алюминия (см. гл. V, π. δ-Ι).
Коагуляция воды солями сернокислого железа (чаще всего железным купоросом FeSO4-7H20) производится для вод, имеющих высокую окисляемость, но малую цветность. Коагуляция солями двухвалентного железа, как правило, комбинируется с известкованием воды, при котором наряду с коагуляцией из обрабатываемой воды удаляются соли магния и снижается карбонатная щелочность воды. Одновременно при известковании из воды частично удаляется кремнекислота.
Высокое значение pH (>8,2-^-8,5) ускоряет процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. Хлопья гидрата окиси железа при этом быстро оседают и не разрушаются в щелочной среде.
Для обеспечения равномерной работы обессоливающей установки предусматриваются баки коагулированной декарбонизованной и обессоленной воды. Наличие баков позволяет в случае необходимости отключать установку или ее отдельные звенья, не прекращая выдачи обессоленной воды. При этом учитывается, что из баков коагулированной и декарбонизованной воды во время взрыхления расходуется некоторое количество воды, не входящее в величину регулирующей емкости баков.
Рис. 1. Схема установки трехступенчатого копирования с предварительной коагуляцией сернокислым алюминием.
1 — подогреватель исходной воды; 2 — осветлитель: 3 — бак коагулированной воды; 4 — насос коагулированной воды; 5 — насос взрыхления осветлительных и H-катионитовых фильтров I ступени; 6 — осветлительные фильтр: 7— Н-катионитовый фильтр I ступени; 8 — фильтр активированного угля; 9 — анионитовый фильтр I ступени; 10 — декарбонизатор: 11 — вентилятор; 12 — бак декарбонизованной воды; 13 — насос декарбонизованной воды; 14 — Н-катионитовый фильтр II ступени; 15 — анионитовый фильтр II ступени; 16 — бак обессоленной воды: 17 — насос обессоленной волы: 18 — Н-катионитовый фильтр III ступени- 19 — анионитовый фильтр III ступени.
Рис. 2. Схема установки трехступенчатого ионирования с предварительным известкованием и коагуляцией.
1—It-см. под рис. 1; 20 —бак раствора коагулянта; 21 — дозатор коагулянта; 22 — мешалка известкового молока; 23 — насос известкового молока; 24 — дозатор известке во го молока.
Прошедшая осветлители вода фильтруется в однопоточных осветительных фильтрах, загруженных дробленым антрацитом. Применение дешевого и недефицитного антрацита обусловлено тем, что при прохождении через такой фильтр вода практически не обогащается кремнекислотой и другими солями и таким образом ионная нагрузка фазы обессоливания не увеличивается. Взрыхление осветлительных фильтров производится коагулированной водой, подаваемой в фильтры из баков коагулированной возы специальным насосом. Кроме того, для более полного удаления загрязнений в фильтры может подаваться сжатый воздух.
После осветлительных фильтров вода последовательно проходит Н-катионитовые фильтры I ступени, фильтры, загруженные активированным углем, анионитовые фильтры I ступени, декарбонизатор, Н-катионитовые фильтры II ступени, анионитовые фильтры II ступени, Н-катионитовые фильтры III ступени и анионитовые фильтры III ступени.
Н-катионитовые фильтры I ступени служат для обмена всех катионов, имеющихся в осветленной воде, на катион водорода, содержащийся в отрегенерированном катионите, В результате такого обмена в фильтрате появляется эквивалентная концентрация кислот (в соответствии с имеющимися в осветленной воде анионами SO42-; С1~; МОз-; НCO3-; CO32-; HSi03-; Si032-. Катионит насыщается катионами водорода в результате периодических регенераций его раствором серной кислоты. Возможно применение для регенерации и раствора соляной кислоты, но поскольку соляная кислота дороже серной, применение ее должно быть оправдано экономически.
Анионитовые фильтры I ступени, загруженные слабоосновным анионитам, служат для обмена анионов сильных кислот (H2SO4; НС1; HNO3), образовавшихся при Н-катионировании осветленной воды, на гидроксильный ион (ОН-), содержащийся в анионите. Анионы слабых минеральных кислот (Н2СО3; H2S1O3) слабоосновным анионитом в общем не поглощаются, и среднее их содержание в воде до и после анионитовых фильтров I ступени остается неизменным. Углекислота в начале фильтроцикла слабоосновным анионитом поглощается, однако к концу его она полностью вытесняется в фильтрат анионами сильных кислот, для задержания которых и предназначена эта ступень анионирования. Наличие в анионите обменных ОН-ионов достигается периодической его регенерацией раствором едгого натра. С целью экономии этого реагент ι целесообразно регенерацию слабоосновного анионита производить щелочными водами, прошедшими при регенерации сильноосновной анионит, т. е. проводить последовательный пропуск щелочи через фильтры с сильноосновным и слабо- основным анионитом.
Декарбонизатор (10), служащий для удаления свободной углекислоты, образовавшейся в обрабатываемой воде в результате ее Н-катионирования, предназначен для создания более благоприятных условий при поглощении кремниевой кислоты высокооскозным анионитом в анионитовых фильтрах 11 ступени. Угольная кислота, если не удалить ее, хорошо поглощается сильноосновным анионитом. В результате этого емкость поглощения анионита по кремниевой кислоте уменьшается и, кроме того, требуется увеличение расхода едкого натра для удаления углекислоты из анионита при регенерации.
Расположение декарбонизатора между анионитовыми фильтрами I ступени и Н-катионитовыми фильтрами II ступени имеет определенные преимущества, так как позволяет повторно использовать отмывочные воды анионитовых фильтров II и III ступеней- путем сброса их в бак декарбонизованной воды. Имеющиеся в этих водах ионы Na+ будут поглощены Н-катионитовым фильтром II ступени и таким образом их влияние на эффективность работы анионитовых фильтров II ступени исключается.
Н-катионитовые фильтры II ступени предназначены для обмена на катион водорода всех катионов, не поглощенных Н-катионитовыми фильтрами I ступени или попавших в обрабатываемую воду из анионитовых фильтров I ступени вследствие преждевременного включения последних в работу после отмывки или старения анионита и т. л. Такими катионами являются главным образом катионы натрия.
Анионитовые фильтры II ступени загружаются сильноосновным анионитам и предназначаются для удаления из обрабатываемой воды кремниевой кислоты с помощью обмена анионов этой кислоты на гидроксильные ионы анионита. Одновременно происходит и удаление из воды тех количеств свободной углекислоты, которые остались после декарбонизации и образовались при обработке воды в Н-катионитовых фильтрах II ступени.
Н-катионитовые фильтры III ступени служат для обмена катионов натрия, которые могут попадать в фильтрат анионитовых фильтров II ступени в результате преждевременного включения фильтра в работу после отмывки или старения анионита, на обменный катион водорода Н-катионита.
Анионитовые фильтры III ступени загружаются высокоосновным анионитом и служат для практически полного удаления из обессоленной воды кремнекислоты. Кроме того, они поглощают продукты растворения Н-катионита, загруженного в фильтры III ступени, и те остатки серной кислоты, которые могут попасть в воду при недостаточной отмывке катионита после регенерации.
Для более полного удаления органических веществ из обрабатываемой воды перед поступлением ее в анионитовые фильтры дополнительно к фазе коагуляции устанавливаются фильтры, загруженные активированным углем марки БАУ-20. Эти фильтры включены в схему после Н-катионитовых фильтров I ступени. Полная регенерация активированного угля представляет большие трудности, но в ряде случаев продлить его работоспособность помогает обработка угля раствором едкого натра с последующей промывкой раствором серной кислоты и отмывкой Н-катионированной водой.
Общее количество ионитовых фильтров на установке зависит от ее производительности и качества исходной воды. Что же касается Н-катионитовых фильтров II и III ступеней и анионитовых фильтров III ступени, то на водоподготовительных установках производительностью 100—200 м31<1 их обычно устанавливают по два, так как длительный межрегенерационный период позволяет произвести осмотр и даже (ремонт одного из фильтров во время работы другого.
Взрыхление ионитовых фильтров всех ступеней производится водой, забираемой непосредственно из трубопровода, подающего воду на обработку в данную группу фильтров, т. е. Н-катионитовые фильтры I ступени взрыхляются осветленной водой, анионитовые фильтры I ступени — водой, прошедшей Н-катионитовые фильтры I ступени, и т. д.
Все Н-катионитовые фильтры обессоливающей установки регенерируются 1—1,5%-ным раствором серной кислоты, который готовится и подается на фильтры с помощью эжекторов*. При регенерации Н-катионитовых фильтров 1 ступени в качестве эжектируюшей используется осветленная вода, Н-катионитовых фильтров II ступени — декарбонизованная вода, Н-катионитовых фильтров III ступени — обессоленная.
Все анионитовые фильтры регенерируются раствором едкого натра, который готовится на декарбонизованной воде для I и II ступеней. Для регенерации фильтров III ступени желательно разбавлять раствор едкого натра обессоленной водой. Скорость фильтрации обрабатываемой воды на различных типах ионитовых фильтров устанавливается при наладке в зависимости от требований, предъявляемых к качеству обессоленной воды, и технологических свойств анионитов.
*Для подачи кислоты иногда используются насосы типа ПС-ФБ.
При необходимости иметь максимальную производительность обессоливающей установки (скорость фильтрования значительно превышает 10—12 м/ч) следует особенно тщательно производить операции взрыхления ионитов для уменьшения гидравлического сопротивления фильтров; ори взрыхлении необходимо подавать воду в фильтр с таким расчетом, чтобы не происходил вынос зерен ионита. Продолжительность οι частота взрыхлений устанавливаются при наладке.
Обессоленная вода (особенно полученная при трехступенчатой схеме) представляет собой весьма неустойчивую безбуферную среду, очень чувствительную к различного рода загрязнениям. Даже простой контакт ее с воздухом приводит к поглощению углекислоты и понижению значения pH воды до 5,5—5,7, что резко усиливает ее коррозионно-агрессивные свойства. Поэтому бак обессоленной воды обязательно изнутри должен защищаться противокоррозионным покрытием, а также снабжается плавающей крышкой для уменьшения поверхности соприкосновения воды с воздухом.
