Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов»

Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов»

 

 

И.Б. Синежук, Н.И. Григоренко

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

"ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ"

для направления подготовки 08.03.01 «Строительство»

профиль "Водоснабжение и водоотведение"

Квалификация выпускника – бакалавр

Утверждено на заседании кафедры ВВиОВР протокол №___ от ___________г.

 

 

Утверждено на заседании УМК факультета инженерных и экологических систем в строительстве протокол №___ от ___________ г.

 

 

Макеевка 2019

УДК 628.1 - 628.3

 

Конспект лекций по дисциплине «Основы промышленного водоснабжения и водоотведения» для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» /Сост. И.Б. Синежук, Н.И. Григоренко - Макеевка, ДонНАСА, 2019 - 138 с.

 

В конспекте лекций изложены основы водного хозяйства на промышленных предприятиях, приведены требования к качеству воды на промышленных предприятиях и состав сточных вод. Рассмотрены особенности проектирования систем водоснабжения и водоотведения для различных отраслей строительства.

Конспект лекций предназначен для бакалавров направления подготовки 08.03.01 «Строительство» профиль “Водоснабжение и водоотведение”.

 

 

Составители                                        И.Б. Синежук, к.т.н., доц.

Н.И. Григоренко, к.т.н., доц.

 

 

Ответственный                                  В.И.Нездойминов, д.т.н., проф.

за выпуск

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. Применение воды в промышленности. Схемы водоснабжения промышленных предприятий.. 7

2. Требования к качеству воды, применяемой в промышленности. 14

3. Оценка эффективности использования воды на предприятии.. 20

4. Водоснабжение предприятий строительной индустрии.. 22

5 Водоснабжение предприятий черной металлургии.. 27

6. Водоснабжение нефтеперерабатывающих заводов, предприятий нефтехимической и химической промышленности.. 45

7 Водоснабжение электростанций.. 50

8 Особенности водоснабжения сельского хозяйства. 54

9 Устройство и эксплуатация промышленных водоводов. 57

10 Особенности промышленных насосных станций.. 65

11. Удаление из воды кремния. 66

11.1.Обескремнивание воды реагентами. 67

11.2. Фильтрационное обескремнивание воды.. 69

11.3. Обескремнивание воды анионитами. 70

12. Удаление из воды растворенных газов. 71

12.1. Растворимость газов в воде. Физические методы удаления из воды растворенных газов. Условия равновесия в системе жидкость-газ. 71

12.2. Удаление из воды растворенной углекислоты.. 76

12.3. Обескислороживание воды.. 82

12.4 Удаление из воды сероводорода. 86

13. Доочистка и использование сточных вод в. 91

промышленном водоснабжении.. 91

14. Основные направления в сокращении сброса в водоемы загрязнений с производственными сточными водами.. 96

15. Состав сточных вод промышленных предприятий. 97

16. Количество сточных вод и режим водоотведения. 97

17. Схемы водоотведения промышленных предприятий. 99

19. Системы водоотведения промышленных предприятий. 102

20. Особенности устройства канализационных сетей на промышленных предприятиях 104

21. Условия выпуска производственных сточных вод в. 108

городскую канализацию. 108

22. Классификация методов очистки производственных сточных вод. 108

23. Механические методы очистки сточных вод. 109

23.1. Усреднение. 109

23.2. Процеживание. 116

23.2.1. Сита. 116

23.3. Отстаивание. 119

23.3.1. Нефтеловушки. 120

23.3.2. Смоломаслоуловители. 123

23.3.3. Жироловки. 124

23.4. Осаждение взвешенных веществ в гидроциклонах. 126

23.5. Фильтрование. 130

23.6. Микрофильтрование. 132

Список рекомендуемой литературы.. 135

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Обеспечение водой промышленных предприятий является одной из важнейших народнохозяйственных задач. Это обусловлено тем, что расходы воды, потребляемые в промышленности, огромны. Они в десятки раз превосходят количество воды, которое потребляет население. Вода в промышленности расходуется на самые разнообразные цели.

Вода может быть теплоносителем при охлаждении продуктов производства или при защите конструкций производственных агрегатов от разрушения (прогара). В этом случае вода только нагревается. Вода может быть растворителем реагентов, поглощающей и транспортирующей механические или растворенные примеси (при обогащении, мойке и очистке сырья или продукции). В процессе использования вода только загрязняется. Вода может быть растворителем реагентов, использующихся при приготовлении сред для флотационного обогащения угля руды, угля или нерудных ископаемых.

Кроме перечисленных направлений применения воды на промышленных предприятий вода может быть использована:

· на хоз-бытовые нужды рабочих предприятий;

· для полива зеленых насаждений и дорог на территории промышленной площадки;

· для противопожарных нужд;

· вода может входить в состав выпускаемой продукции, например, в плодоовощной промышленности;

· для получения пара;

· для кондиционирования воздуха и т.д.

Выше перечисленный список применения воды в промышленности является далеко не полным.

На том или другом предприятии определенной отрасли промышленности тот или другой вид потребления воды является преобладающим. Например, на тепловых электростанциях 85% общего расхода воды используется для охлаждения, 12% на транспортировку золы (на станциях, где уголь используется как топливо), 3% на приготовление пара. В каждой отрасли промышленности разработаны научно обоснованные нормы водопотребления. В целом по всем видам промышленности 70-75% воды расходуется на охлаждение.

Вопрос охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, в том числе санитарное состояние водоемов – это один из наиболее важных аспектов социально-экономического развития любой страны. Развитие промышленности требует повышенного внимания к вопросам очистки отходов производства.

Основными направлениями в решении проблем охраны водоемов является максимальное снижение сброса сточных вод, утечек сырья и готовой продукции, которые попадают в сточные воды.

Потери сырья могут быть уменьшены за счет:

- усовершенствования технологических процессов производства;

- регенерации ценных веществ из сточных вод и повышение степени их очистки.

Количество сбрасываемых сточных вод можно снизить путем внедрения следующих мероприятий:

· повторного использования отработанной воды в технологических процессах;

· оборотного водоснабжения и бессточных систем;

· заменой многоводных технологических операций на маловодные и безводные.

Сточные воды промышленных предприятий очень разнообразны по составу, свойствам и расходам, поэтому требуют специфического и индивидуального подхода при выборе сооружений по их транспортировке и очистке.

 

Требования к качеству воды, применяемой в промышленности.

Качество воды, используемой на производстве, устанавливается в зависимости от назначения воды и требований технологического процесса с учетом перерабатываемого сырья, применяемого оборудования и готового продукта производства. Вода должна быть безвредна для здоровья человека при возможном контакте с ней и не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами при открытой системе водоснабжения. В табл. 1 приведены примерные требования к качеству воды, используемой в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эти требования имеют условный характер, так как они в значительной степени зависят от типа теплообменного оборудования, температуры воды, температуры охлаждаемого продукта или оборудования, характера взвешенных и растворенных веществ и др.

Используемая для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах и для охлаждения оборудования вода не должна создавать механических и солевых отложений, коррозии металла и биологических обрастаний теплообменного оборудования; не должна разрушать конструктивные материалы сооружений систем водоснабжения.

Таблица 1

Примерные требования к качеству оборотной воды при использовании поверхностных и подземных источников (по А.Ф. Шабалину)

 

Показатели	Единица измерения	Вода I категории, исполь­зуемая для охлаждения оборудования и технологи­ческих продуктов в теплообменных аппаратах (через стенку)		Вода, используемая в каче­стве транспортирующей, поглощающей, экстраги­рующей и другой среды
		охлаждение без огневого нагрева по­верхностей теплообмена	охлаждение нагревом поверхно­стей тепло­обмена	II категории, без нагрева (обогащение ископаемых, гидрозолоуда­ление и др.)	III категории, с нагревом (улавливание и очистка газов, гашение кокса и др.)
1	2	3	4	5	6
Температура	° С	В зависимости от технологического процесса
Взвешенные вещества*	мг/л	до 50	до 20	при гравитации до 10000, при флотации до 200
Эфирорас-творимые	мг/л	до 20	до 10	не нормируются
Запах	балл	до 3	до 3	до 3	до 4
pH	-	6,5-8,5	6,5-8,5	не нормируется	6,5-9
Жесткость карбонатная	мг-экв/л	до 3,5	до 2,5	не нормиру­ется	при обработке газов необходима обработка оборотной воды
Щелочность общая	мг-экв/л	не более 4	не более 3	не нормиру­ется	необходима обработка воды
Общее солесодержание^**	мг/л	до 2000	до 800	не нормируются
Cl^–	мг/л	до 350	до 150	не нормируются
SO4^2-	мг/л	до 500	до 250	не нормируются
Feобщ***	мг/л	1-4	0,5-1	не нормируются
Окисляемость перманганатная	мгO/л	до 20	до 20	при грави­тации не нормируется, при флотации до 10	не нормиру­ется
ХПК	мгO/л	до 200	–	не нормируются
БПК5	мгO2/л	15-20	–	не нормируются
Биогенные элементы в добавочной воде:
– азот общий	мг/л	150	150	не нормируются
- фосфор (в пересчете на P2O5)	мг/л	5	–	не нормируются

^*   Уточняется в зависимости от скорости движения охлаждающей воды в теплообменных аппаратах и от гидравлической крупности взвешенных веществ.

^** Допустимо без применения ингибиторов коррозии.

^***             Большее содержание допустимо при отсутствии карбонатных отложений.

 

Механические отложения. Основным источником загрязнения воды грубодисперсными примесями является вода, добавляемая в системы оборотного водоснабжения для восполнения потерь воды, за счет уноса в виде капель из охладителей, испарения в охладителях, продувки и неизбежных утечек воды из системы в грунт. Другим источником загрязнения оборотной воды механическими примесями является атмосферный воздух. Оборотная вода при прохождении через градирни вымывает из воздуха в среднем 80% взвешенных веществ в виде пыли и песка минерального и органического происхождения.

Механические грубодисперсные примеси, попадающие в систему оборотного водоснабжения с добавочной водой и вымываемые из воздуха, в зависимости от их гидравлической крупности и скорости движения воды могут циркулировать в системе и частично осаждаться в резервуаре градирен или в теплообменных аппаратах. При осаждении этих примесей в теплообменных аппаратах общие коэффициенты теплопередачи этих аппаратов могут значительно понижаться. Для удаления грубодисперсных примесей из добавочной воды, как правило, применяют отстойники или осветлители и фильтры с песчаной загрузкой. При отстаивании или фильтровании в воду могут добавляться коагулянты и флокулянты.

Иногда для вывода из оборотной системы взвешенных грубодисперсных примесей применяют осветление части оборотной воды на байпасе с помощью сетчатых или беззадвижечных напорных песчаных фильтров. На осветление в таких случаях подается часть оборотной воды – 5-15%.

Практика работы систем оборотного водоснабжения показывает, что наличие в воде грубодисперсных примесей даже в больших концентрациях не всегда ухудшает работу теплообменных аппаратов. Например, в системах, подверженных биологическим обрастаниям, грубодисперсные примеси благодаря их абразивному действию иногда улучшают работу этих сооружений. При скоростях движения воды в теплообменных аппаратах, превышающих 1,5 м/с, может оказаться, что наличие достаточно высоких концентраций грубодисперсных примесей не влияет на работу теплообменных аппаратов. Поэтому вопрос о необходимости строительства специальных сооружений для вывода грубодисперсных механических примесей из охлаждающих открытых систем оборотного водоснабжения должен решаться в каждом конкретном случае на основании анализа всех факторов и, если возможно, с учетом практики эксплуатации систем, работающих в аналогичных условиях.

Солевые отложения. Солевые отложения, особенно отложения карбоната кальция, относятся к наиболее часто встречающимся в охлаждающих системах оборотного водоснабжения. Соли, присутствующие в оборотной воде, подразделяются на хорошо растворимые соли, не выпадающие в осадок и не создающие отложений, и на соли, которые из-за недостаточной растворимости или вследствие физико-химических процессов, происходящих в охлаждающих системах оборотного водоснабжения, могут выпадать в осадок и создавать отложения.

Основными ионами, которые могут приводить к отложениям минеральных солей, являются:

- анионы – бикарбонаты, карбонаты, гидроокиси, фосфаты, сульфаты, силикаты;

- катионы – кальций, магний, алюминий, железо, цинк.

Большинство этих ионов находится в подпиточной воде. Однако железо и в меньшей степени алюминий и цинк, из которых изготовлены конструктивные элементы сооружений, могут появляться в оборотной воде лишь в основном в результате их коррозии. Фосфаты и цинк, и изредка силикаты могут попасть в системы оборотного водоснабжения в составе ингибиторов коррозии металлов.

Карбонат кальция – наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений в системах – выпадает на стенки труб теплообменных аппаратов в результате нарушения углекислотного равновесия. Этот вид отложений является типичным для систем, использующих в качестве добавочной воду со значительной бикарбонатной жесткостью и щелочностью. Отложения образуются в результате распада бикарбоната при дефиците углекислоты в растворе. Соли магния встречаются реже, хотя они иногда и образуются либо в виде гидрата окиси магния (при pH > 10), либо (в редких случаях при большом содержании силикатов) в виде силиката магния. Сульфат кальция, если не принимать мер, ограничивающих его концентрацию до предела ниже его растворимости, также может явиться причинной отложений.

Фосфаты могут образовывать нерастворимые соли со всеми перечис­ленными катионами, и, чтобы избежать их выпадения необходимо регулиро­вать величину pH.

Гидроокиси металлов встречаются в отложениях редко, однако их можно найти в системах охлаждения с высокими значениями pH. Гидроокись железа образуется в результате коррозии и превращается в гидратированную окись железа или в ржавчину.

На интенсивность, с которой происходит отложение солей влияет, прежде всего величина pH, концентрация ионов, температура воды и особен­но температура поверхности труб, находящейся в контакте с водой, интен­сивность теплообмена между водой и поверхностью контакта, состав воды, способ ее обработки, конструкция теплообменного оборудования, продолжи­тельность пребывания воды в системе.

Величина pH влияет на растворимость всех упомянутых выше солей. От величины pH зависит тенденция кальция образовывать карбонаты, харак­теризуемая индексом Ланжелье (табл. 2).

У многих выпадающих из растворов солей, особенно у карбоната кальция, растворимость снижается с увеличением температуры. При этом температура поверхности металла (поверхности контакта воды с трубами) играет главную роль в скорости отложения.

Таблица 2

Характеристика воды по индексу Ланжелье

Индекс Ланжелье	Тенденция воды к образованию накипи или коррозии
+ 2	Накипеобразование и практически отсутствие коррозии
+ 0,5	Возможны незначительное накипеобразование или коррозия
0	Равновесное состояние, но возможна питтинговая коррозия
- 0,5	Возможны незначительная коррозия и отсутствие накипеобразования
- 2	Коррозионная активность

 

Предотвратить отложение карбонатных солей можно различными способами, наиболее распространенными из которых являются подкисление, рекарбонизация, фосфатирование, фосфатирование с подкислением и реа-гентное умягчение воды.

При использовании воды в качестве добавки в оборотные системы, умягченной известью или известью с содой, необходимо предусматривать корректировку pH до 7,0-7,5 подкислением. Без корректировки вода, умяг­ченная этими реагентами, может быть пересыщена карбонатом кальция, осо­бенно при низких температурах, и может иметь высокую pH = 9,5-10,0. При поступлении такой воды в теплообменные аппараты может происходить вы­падение карбоната кальция и образование отложений вследствие «доумягче-ния» воды при нагреве, так как растворимость этой соли понижается с увели­чением температуры. Вода, умягченная известью или известью с содой, практически имеет остаточную жесткость 0,5-1,0 мг-экв/л.

Коррозия. Основной причиной коррозии металлов в охлаждающей воде является наличие растворенного кислорода и углекислоты. Последняя снижает pH воды, вследствие чего происходит воздействие кислоты на ме­талл. Другими факторами, усиливающими коррозию, являются электропро­водность воды и наличие растворенных в воде таких газов, как сернистый ангидрид, аммиак, хлор и др. Эти газы могут попадать в охлаждающую воду из окружающего атмосферного воздуха в градирнях. Например, на предприятиях, использующих в топках печей тяжелое жидкое топливо, из-за выбросов в атмосферный воздух сернистого ангидрида pH воды может заметно снижаться. Утечка аммиака в охлаждающую воду в аммиачных конденсаторах при­водит к растворению его в воде и как следствие к усилению коррозии. Среди других причин, усиливающих коррозию, можно назвать отложения продуктов коррозии на стенках труб, биологические обрастания, а также в некоторых случаях накипи.

Основными физическими факторами, способствующими коррозии, являются температура, контакты различных по потенциалу металлов в вод­ной среде и твердые отложения взвешенных веществ. Твердые отложения в трубопроводах и теплообменных аппаратах образуют области, изолирован­ные от общего потока воды, и коррозия под ними может протекать за счет разного уровня аэрирования воды в основной массе потока и в слое воды под отложениями.

В нейтральной или щелочной воде коррозия может начаться в резуль­тате разрушения защитной окисной пленки на поверхности металла и разни­цы потенциала между чистым металлом и пленкой. В результате произойдет электрохимическое разрушение металла. Присутствие кислорода ускоряет этот процесс, и коррозионное воздействие усиливается за счет аэрации воды на градирнях. Биологические обрастания в системах оборотного водоснаб­жения также могут быть причиной усиления коррозии. Микроорганизмы, вы­зывающие эти обрастания, попадают в систему оборотного водоснабжения с добавочной водой или из воздуха на градирнях. Углеводороды, попадающие в воду из теплообменных аппаратов в результате утечек продукта, могут служить питательной средой, усиливающей рост бактерий.

К коррозионной группе бактерий, прежде всего, относятся сульфатре-дуцирующие. Они восстанавливают находящиеся в воде сульфаты до суль­фидов и сероводорода, особенно в таких местах, где запас кислорода в воде истощен, например, под коррозионными отложениями. Такая коррозия мо­жет быть точечного типа, причем образовавшиеся углубления в металле бы­вают заполнены мягкими дурнопахнущими сульфидами.

Некоторые виды бактерий окисляют нитриты и нитраты, которые иногда применяются в качестве ингибиторов коррозии. Железобактерии об­разуют отложения в виде окиси железа, имеющие цвет ржавчины, отложения в виде слизи или желеобразного вещества.

Предотвращение коррозии в системах оборотного водоснабжения, как правило, обеспечивается с помощью ингибиторов. Естественный процесс об­разования накипи на внутренних поверхностях труб до некоторой степени обеспечивает антикоррозионную защиту. Функция ингибитора состоит в об­разовании защитной пленки на поверхности корродирующего металла.

В качестве ингибиторов коррозии в основном применяются неоргани-

ческие ингибиторы: хроматы, фосфаты и редко силикаты и нитраты.

Биологические обрастания. Наличие биологических обрастаний в системах оборотного водоснабжения обусловлено интенсивным ростом и развитием различных форм бактерий, грибов и водорослей, попадающих из источника водоснабжения и воздуха. Бактериальные и грибковые биологиче­ские обрастания, как правило, наблюдаются в теплообменных аппаратах, об­растания водорослями - в градирнях.

Для предупреждения развития бактериальных биологических обрас­таний в теплообменных аппаратах, а также в трубопроводах рекомендуется применять хлорирование воды. Хлор вводится в оборотную воду периодиче­ски - 3-4 раза в сутки. Продолжительность хлорирования каждого периода 40-60 мин. Доза хлора должна обеспечивать содержание остаточного актив­ного хлора в оборотной воде после наиболее удаленных теплообменных ап­паратов от места ввода хлора не менее 1,0 мг/л в течение 30-40 мин.

Для удаления биологических обрастаний, а также механических от­ложений в закрытых теплообменных аппаратах в необходимых случаях мо­жет предусматриваться устройство для периодической гидропневматической промывки аппаратов или для промывки аппаратов водой или смесью воды с воздухом и с присадкой абразивных материалов (кварцевый песок, полиэти­леновая крошка). Гидропневматическая промывка осуществляется водой и воздухом в соотношении от 1:1 до 1:2.

 

Удаление из воды кремния

Содержание кремниевой кислоты и ее солей — силикатов — в природных водах колеблется в широких пределах: от 1—2 мг/л в водах северных рек, до 50—60 мг/л в подземных водах Армении.

Высокое содержание кремниевой кислоты и ее солей недопустимо в воде, используемой для питания паровых котлов высокого давления, а также в производстве некоторых сортов целлюлозы, искусственного волокна, продукции химико-фармацевтической промышленности и др. Растворимость в воде солей, кремниевой кислоты настолько велика, что ее осаждение в виде наименее растворимых солей (цинка, кадмия, марганца или кальция) требует больших избытков осадителя.

Кремниевая кислота и ее соли сорбируются хлопьями гидроокиси магния, железа и алюминия.

Слабоосновные аниониты кремниевую кислоту в силу ее малой диссоциации практически из воды не удаляют. Сильноосновные аниониты сорбируют кремниевую кислоту в том случае, если из воды при ее обессоливании были предварительно удалены все анионы сильных кислот и угольная кислота, а также все катионы.

Выбор метода обескремнивания воды определяется необходимой глубиной удаления кремниевой кислоты. Наибольшая глубина обескремнивания воды достигается при ее обессоливании ионитами — содержание кремниевой кислоты при этом может быть снижено до 0,05—0,01 мг/л Si0₂^-3.

Содержание Si0₂^-3 в воде может быть также снижено: фильтрованием через магнезиальный сорбент или окись магния до 0,1—0,3 мг/л; сорбцией гидроокисью магния или каустическим магнезитом в осветлителях со взвешенным осадком — до 0,8— 1,2 мг/л при подогреве воды до 40°С и до 0,2—0,3 мг/л при подогреве воды до 120° С; осаждением известью при подогреве воды до 98°С и избытке осадителя — до 0,5 мг/л; сорбцией осадками гидроокиси железа или алюминия без подогрева воды—до 1,5 - 2 мг/л.

 

Обескислороживание воды

Кислород из воды можно удалять:

а) химическими методами - введением в воду восстановителей, связывающих растворенный в воде кислород; фильтрованием воды через электроно-обменные смолы и другие нерастворимые в воде гранулирован­ные вещества, способные окисляться растворенным в воде кислородом;

б) физическими методами, основанными на уменьшении растворимости кислорода в воде при ее нагреве или снижении парциального давления кислорода у поверхности воды.

При введении в воду веществ, способных достаточно быстро окисляться растворенным кислородом, последний расходуется на их окисление, и концентрация его в воде снижается. При введении в воду избытка восстановителя содержание растворенного кислорода может быть снижено практически до нуля.

Чаще всего для химического обескислороживания воды применяются сульфит натрия, сернистый газ, тиосульфат натрия, гидразин.

При введении в воду сульфит натрия окисляется растворенным кислородом до сульфата натрия:

2Na₂S0₃ + О₂ = 2Na₂S0₄

При добавлении в воду сернистый газ вступает в реакцию с бикарбонатом кальция с образованием сернистокислого кальция, который затем растворенным в воде кислородом окисляется в сульфат кальция:

Если добавить в воду гидросульфит Na₂S0₄ или тиосульфат натрия Na₂S0₃, они окисляются растворенным в воде кислородом до сульфата натрия, при этом плотный остаток воды повышается на меньшую величину, чем при введении в воду сульфита натрия.

Реакция окисления сульфитов и тиосульфатов растворенным в воде кислородом при обычных температурах идет медленно и при температуре воды ниже 5°С и 10%-ном избытке восстановителя заканчивается лишь через 3-4 ч.

Скорость этого процесса может быть значительно увеличена подогревом воды и введением избытка восстановителя или катализатора.

Повышение температуры воды на 10° увеличивает почти в 2 раза скорость реакции. При введении сульфитов в воду, нагретую до температуры 95-100°С, процесс обескислороживанияводы заканчивается через 1-2 мин даже при минимальном против стехиометрического избытке (5%) сульфита. Увеличение дозы сульфита вдвое против стехиометрической увеличивает скорость процесса обескислороживания воды в 4 раза.

Хорошими катализаторами процесса обескислороживания воды сульфитом натрия, сернистым газом, гидросульфитом и тиосульфатом натрия явля­ются соли меди и кобальта, а также окислы марганца.

При обескислороживании воды сульфитом натрия или сернистым газом необходимую дозу реагента, мг/л можно подсчитывать по формуле:

а= 1,1b[0₂],                                                   (26)

где b- теоретический расход реагента на связывание 1 мг растворенного кислорода, принимаемый для безводного сульфита натрия 7,9, для кристаллического сульфита натрия'(Na₂SO₃-7H₂O) 16, для сернистого газа 4;

[О₂] - концентрация в воде растворенного кислорода в мг/л.

Медный купорос (2,5 мг/л в пересчете по безводному продукту) или сернокислый кобальт (0,003 мг/л в пересчете по безводному продукту) следует добавлять в воду вместе с введением в нее раствора сульфита натрия или сернистого газа или до введения их.

Последнее время для обескислороживания воды начали применять гидразин N₂H₄. При введении в воду гидразин окисляется растворенным в ней кислородом с образованием инертного газа (азота) и воды:

N₂H₄+ 0₂=2H₂O+N2.

На связывание 1 мг О₂ теоретически расходуется 1 мг гидразина, однако обычно его дозируют в полуторном избытке. На станции гидразин доставляют в виде 35%-ного водного раствора гидразингидрата (раствор более высокой концентрации огнеопасен). Дозируют гидразин в обрабатываемую воду в виде 0,5-1%-ного раствора, имеющего щелочную реакцию (рН>9). По сравнению с сульфитом натрия гидразин имеет следующие преимущества: он не увеличивает плотного остатка и его расход в 8 раз меньше по весу.

Реакция связывания гидразином растворенного в воде кислорода идет очень быстро при температуре воды 80-100° С. Поэтому гидразин особенно хорошо зарекомендовал себя при дообескислороживании воды, подвергнутой предварительно термической деаэрации.

Удаление растворенного кислорода может быть также достигнуто фильтрованием воды через электронообменные и электроноионообменные смолы, а также стальные стружки.

Электронообменные смолы (ЭО) представляют собой продукты поликонденсации таких восстановителей, как пирогаллола, гидрохинона, пирокатехина или гидразина с фенолом и формальдегидом. Электроноионообменные смолы (ЭЙ) наряду с окислительными и восстановительными обладают и ионообменными свойствами.

При использовании ЭО для обескислороживания воды их ре­генерация по исчерпании восстановительной способности произ­водится 1-2%-ным раствором тиосульфата или сульфита натрия. Восстановительная способность электронообменных смол, выпускаемых отечественной промышленностью, равна: ЭО-6- 450 мг-экв/л, ЭО-7-600-800 мг-экв/л, ЭО-11-5000 мг-экв/л. Последний представляет собой медную форму сульфокатионита, содержащего координационно связанный гидразин.

Электроноионообменные смолы представляют собой катиониты с введенным в них железом или медью. Электроноионообмен-ная смола ЭЙ-12 имеет обменную способность по кальцию 500 мг-экв/л.

Аниониты, образующие комплексные соединения с медью, после обработки раствором сульфита или аммиаката меди обладают высокой поглотительной способностью по отношению к кислороду (до 5 кг О₂ на 1 м³ объема анионита). Такой анионит регенерируют пропуском через него раствора гидросульфита натрия.

Аналогичным образом иониты, способные сорбировать кислород, могут быть приготовлены из обычных товарных катионитов. Для этого катионит в фильтре сначала обрабатывают раствором соли двухвалентного железа или меди. При этом ионы Fe²⁺ или Сu²⁺ сорбируются катионитом. При дальнейшей обработке катионита подщелоченным раствором сульфита или гидросульфита натрия на его зернах выпадают гидрозакиси железа или меди. При фильтровании через такой катионит воды гидрозакиси железа или меди поглощают из нее растворенный кислород, окисляясь до соответствующих гидроокисей. Обескислороживающая способность катионита восстанавливается воздействием на него раствора сульфита или гидросульфита натрия.

Обескислороживание горячей умягченной воды может быть достигнуто фильтрованием ее через слой стальных стружек. При этом растворенный в воде кислород расходуется на окисление гидрозакиси железа, образующейся на поверхности стружек.

Мелкую стружку из обычной нелегированной углеродистой стали очищают от грязи и обезжиривают промывкой горячим раствором щелочи и горячей водой, затем активируют в течение 15-30 мин. 2%-ным раствором серной или соляной кислоты, вновь промывают горячей водой и загружают в фильтр (1200кг на 1 м3 фильтрующего слоя).

Фильтрование через такую стружку обеспечивает практически полное удаление кислорода из горячей воды, если она предварительно умягчена и ее жесткость не превышает 0,05 мг-экв/л. При температуре 100°С должна быть обеспечена 1,5-2-мин, а при температуре 75° С - 4-5-мин продолжительность контакта воды со стружкой.

При обескислороживании этим методом холодной или неумягченной воды поверхность стружки быстро пассивируется и обескислороживание воды прекращается.

Во избежание загрязнения воды железом ее после сталестружечного фильтра желательно фильтровать через слой песка.

Электрохимический метод обескислороживания воды, разработанный А. И. Красилыциковым и Л. И. Волчковой, а также О. М. Фаянсом, сводится к пропуску всей или части обескислороживаемой воды через электролизер со стальными биполярными электродами.

В таком электролизере одновременно происходят три процесса:

1) анодное растворение железа на анодах и окисление образовавшейся затем гидрозакиси железа растворенным в воде кислородом в гидроокись

2) катодное восстановление кислорода на катоде;

3) окисление растворенным в воде кислородом водорода, выделившегося на катоде электролизера,

Последний процесс при отсутствии катализаторов идет медленно. Поэтому для его реализации желательно либо вводить катализатор (активный уголь, дробленый пиролюзит) непосредственно в рабочие камеры электролизера, либо пропускать воду с растворенным водородом через фильтр, загруженный гранулированным катализатором.

Для удаления хлопьевидной гидроокиси железа воду после электролизера следует пропускать через фильтры, загруженные песком или мраморной крошкой.

К физическим методам обескислороживания воды относят термическое и вакуумное ее деаэрирование. В обоих случаях удаление из воды кислорода достигается разбрызгиванием ее в условиях, при которых вода кипит. В термических дегазаторах вода разбрызгивается при температуре выше 100°С и давлении, большем атмосферного. В вакуумных деаэраторах поддерживают вакуум, при котором вода кипит при данной ее температуре.

Вакуумные дегазаторы (рис. 25) представляют собой стальные цилиндрические резервуары, заполненные насадкой из колец Рашига или из деревянных реек.

Для того чтобы вода из вакуумного дегазатора стекала в приемный бак, низ дегазатора должен быть расположен примерно на 10 м выше поверхности воды в приемном баке. Для уменьшения высоты расположения дегазатора целесообразно отсасывать из него обескислороженную воду насосом.

 

Рисунок 25. Схема вакуумного дегазатора

1 - подвод воды; 2 - распределительная тарелка; 3 - отсос парогазовой смеси; 4 - отвод дегазированной воды; 5 - насадка

 

Площадь поперечного сечения дегазатора принимают по плотности орошения насадки равной 50 м3/(м²•ч). Площадь поверхности насадки дегазатора F определяют по формуле (23).

 

Промышленном водоснабжении

Использование как городских пак и производственных сточных вод в промышленности позволяет сократить забор свежей воды из источника, уменьшить сбросы в водоемы и, как следствие, улучшить санитарное состояние водоемов. В новых условиях эта проблема актуальна не только по экологическим соображениям, но и экономическим. Особенно значительная экономия средств получается при наличии в примышленных сточных водах специфических загрязнений, ПДК которых для сброса в водоем очень маленькая, а очистка до требуемых концентраций сложная. В тоже время такие воды, после соответствующей подготовки, часто можно использовать в промышленности в отдельных производствах.

Наиболее часто биологически очищенные сточные воды (БОСВ) используются для:

- подпитки охлаждающих оборотных систем водоснабжения;

- транспортировки шламов;

- получение пара (по зарубежным литературным источникам).