Осветление на механических фильтрах.

 

Из осветлителя с коагулированной водой происходит унос мелкодисперсных частиц шлама даже при налаженном режиме коагуляции. Особенно наблюдается значительный унос шлама при колебаниях температуры исходной воды, при отступлениях от оптимальных дозировок реагентов, при колебаниях нагрузки осветлителя.

В осенний и весенний паводок имеет место наиболее значительное нарушение режима коагуляции и ухудшение качества коагулированной воды.

Механические примеси, особенно органического происхождения, попадая на ионитовые фильтры, нарушают их гидродинамику и значительно ухудшают показатели работы фильтров.

Для глубокого удаления унесенных с коагулированной водой частиц шлама ее фильтруют на осветлительных (механических) фильтрах, загруженных дробленым антрацитом. При фильтровании воды частицы взвеси задерживаются на поверхности или в толще фильтрующего материала, в зависимости от скорости фильтрования.

При малой скорости фильтрования частицы взвеси в основном задерживаются в виде пленки на поверхности фильтрующего материала, образуя дополнительный фильтр, который задерживает даже мелкодисперсные частицы.

При больших скоростях фильтрования равномерная пленка на поверхности фильтрования не образуется. Осветление воды в этом случае происходит в основном в результате оседания загрязнений в толще фильтрующего слоя. Глубина проникновения загрязнений в толщу фильтрующего слоя будет тем большей, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильтрующего слоя и меньше размер частиц взвеси содержится в воде.

 

3.2.ИОНИТНАЯ ОБРАБОТКА.

 

Обработка воды методом ионного обмена осуществляется путем фильтрования воды через слой зернистого материала - ионита.

В процессе такого фильтрования, называемого ионированием, из воды удаляются ионы, препятствующие использованию воды для питания котлов. Эти ионы заменяются ионами, которыми был насыщен ионит. Ионит же постепенно насыщается поглощаемыми из воды ионами и прекращает их поглощение.

После этого производится восстановление рабочей способности ионита, так называемая РЕГЕНЕРАЦИЯ его.

Регенерация ионита, основанная на обратимости реакций ионного обмена, осуществляется путем пропускания через слой его зерен раствора реагента, содержащего необходимые для насыщения ионита ионы, которые перешли в ионированную воду. После отмывки водой ионитового слоя от избытка регенерирующего агента и продуктов регенерации, т.е. вытесненных из ионита ранее поглощенных им из воды ионов, ионит опять пригоден для обработки воды.

В качестве ионитов используются синтетические смолы, относящиеся к разряду пластических масс (полимеров).

Если в результате обработки воды методом ионного обмена происходит обмен катионов (положительно заряженных ионов), то такой процесс называется катионированием, а ионообменный материал – катионитом. Если же происходит обмен анионов (отрицательно заряженных ионов), то такой процесс называется анионированием, а фильтрующий материал - анионитом.

В зависимости от иона, которым насыщают ионит в процессе его регенерации, процессы ионного обмена, а также фильтры, в которых они протекают и получаемая обрабатываемая вода имеет соответствующие названия, а именно: Н-катионирование и ОН-анионирование.

 

3.3.1. Н-катионирование.

При Н-катионировании воды обменными ионами служат катионы водорода. В процессе фильтрования воды через слой водород-катионита последний поглощает из нее все содержащиеся в ней катионы (Са²⁺, Mq²⁺, Na⁺ и др.), а в воду переходит эквивалентное количество Н⁺-ионов.

При этом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды (карбонатной жесткости) с образованием свободной углекислоты.

При Н-катионировании воды протекают следующие реакции:

Ca(HCO₃) ₂ + 2HR ® Ca R₂+ H₂CO₃

Mq(HCO₃) ₂ + 2HR ® Mq R₂ + H₂CO₃

H₂CO3 ® 2H₂O + CO₂

CaCl₂ + 2HR ® CaR₂ + 2НСl

Mq Cl₂ + 2HR ® Mq R₂ + 2НСl

Ca SO4 + 2HR ® CaR₂ + H₂SO4

Mq SO4 + 2HR ® Mq R₂ + H₂SO4

Так как в исходной воде, кроме карбонатных солей, имеются и соли сильных минеральных кислот (HСl, Н2SO4, HNO3), то Н-катионированная вода имеет кислую реакцию из-за образования при Н-катионировании сильных минеральных кислот.

Истощение Н-катионита происходит послойно, т.к. ионы Са²⁺и Mq²⁺ легче поглощаются, чем ионы Na⁺. В слое катионита образуются две зоны поглощения или два работающих слоя. Сверху (по ходу движения воды) образуется зона поглощения Са²⁺и Mq²⁺, а под нею находится зона поглощения Na⁺. Обе эти зоны по мере истощения Н-катионита передвигаются одна за другой по направлению к нижней границе слоя Н-катионита (Са²⁺, Mq²⁺ вытесняют Na⁺ в нижележащий слой).

В работе Н-катионитового фильтра можно наметить два основных периода:

а) полное поглощение всех катионов. Фильтрат мягкий и имеет кислотность, равную сумме всех анионов сильных кислот Cl ^-, (SO₄)^2-, (NO₃) ^-,

б) появление все возрастающего проскока Na⁺ вследствие достижения зоной поглощения натрия нижней границы слоя Н-катионита. В течение этого периода концентрация натрия в фильтрате постепенно возрастает и кислотность фильтрата, следовательно, падает, что указывает на необходимость восстановления обменной способности Н-катионитого фильтра (регенерацию). Регенерация производится раствором серной кислоты.

В процессе регенерации происходит вытеснение из катионита ионов натрия, кальция и магния и насыщения его ионом водорода.

CaR₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄ + 2HR

Mq R₂ + H₂SO₄ ® Mq SO₄ + 2HR

2NaR + H₂SO₄ ® Na ₂SO₄ + 2HR

Для наиболее полного вытеснения катионов из катионита, главным образом трудно удаляемых катионов натрия, на регенерацию фильтров подают кислоту в количестве, значительно превышающем расчетное.

ДЕКАРБОНИЗАЦИЯ.

 

При Н-катионировании образуется свободная углекислота и тем больше, чем больше щелочности осветленной воды. Подавать такую воду на анионитовые фильтры нецелесообразно из-за расходования их емкости поглощения на связывание свободной углекислоты.

Свободную углекислоту из Н-катионированной воды удаляют в декарбонизаторах. Сущность декарбонизации заключается в продувании воды воздухом (аэрации). Удаление свободной углекислоты достигается путем дробления общего потока воды на мелкие струйки и капли с одновременным продуванием воздуха навстречу потоку воды.

Эффективность декарбонизации обуславливается:

· распределением воздуха и воды по площади поперечного сечения;

· достаточной скорости движения воздуха в декарбонизаторе.

Полнота выделения СО₂ находится в прямой зависимости от величины капель, времени их контакта с воздухом, а также количества подаваемого воздуха и температуры воды.

В хорошо работающем декарбонизаторе содержание свободной углекислоты снижается до 3-5 мг/л, независимо от ее начального содержания.

 

АНИОНИРОВАНИЕ ВОДЫ.

 

Анионирование кислой, Н-катионированной, воды производится с целью ее химического обессоливания. При этом в качестве обменных ионов в анионите используются такие анионы, которые с катионами водорода образуют воду, т.е. ионы ОН ^-.

При анионировании протекают следующие реакции:

Н2SO4 + 2ROH ® R2SO4 + H2O

2 HCl + 2ROH ® 2RCl + H2O

H2SiO3 + 2ROH ® R2SiO3 + H2O

Как видно из вышеприведенных реакций, все анионы поглощаются анионитом, в результате чего получается вода, лишенная анионов и катионов, т.е. обессоленная.

Различают сильноосновные и слабоосновные аниониты. Сильноосновные аниониты способны обменивать ионы ОН^- на анионы как слабых, так и сильных кислот. Слабоосновные поглощают только анионы сильных кислот.

Механизм ионного обмена анионирования аналогичен механизму при катионировании.

Степень насыщения анионита поглощаемыми ионами по высоте фильтрующего слоя неодинакова. Верхние слои ионита, постоянно соприкасаются с более высокой концентрацией поглощаемого аниона, с большей степени насыщения анионами, чем расположенные ниже слои.

В течение первого периода работы анионитового фильтра происходит поглощение всех анионов. Затем наступает проскок наименее активных анионов, концентрация которых в фильтрате постепенно растет и может значительно превысить содержание его в исходном растворе вследствие вытеснения ранее поглощенных этих ионов другими, более активными анионами. После этого наступает проскок следующего по активности аниона. Так как анион кремнекислоты наименее активен, то первым по проскоку обнаруживают его, и фильтр отключают на регенерацию по достижении определенной концентрации кремнекислоты в фильтрате.

Регенерация фильтра производится 2-4% раствором едкого натрия. В процессе регенерации происходит насыщение анионита ионом ОН^- согласно реакций:

R2SO4 + 2NaOH ® 2ROH + Na ₂SO4

RCl + NaOH ® ROH + NaCl

R2SiO3 + 2NaOH ® 2ROH + H2SiO3

Для более полной регенерации щелочь дается в избытке.

 

IV. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И