Технологическая схема умягчения воды из подземного источника.

Состав сооружений технологической схемы реагентного умягчения зависит от того, какие сопутствующие процессы водоподготовки необходимо реализовать параллельно с умягчением. Как правило, если умягчается вода поверхностных источников водоснабжения параллельно требуется ее осветление и обесцвечивание, в то время, как для воды из подземных источников водоснабжения или для воды, забираемой из хозяйственно-питьевого водопровода осветление и обесцвечивание не требуется. Поэтому различают технологические схемы реагентного умягчения воды поверхностных источников и воды подземных источников.

В таких технологических схемах основным сооружением, в котором реализуется процесс реагентного умягчения является вихревой реактор. Кроме того, схема включает напорный осветлительный фильтр и блок реагентного хозяйства. Сам вихревой реактор представляет собой напорный аппарат конусной формы, загружаемый контактной массой (мелкозернистый кварцевый песок или мраморная крошка крупностью d=0,25 мм или каменно-угольной пылью). Объем загрузки составляет 1 кг на 1 м³ объема вихревого реактора. Исходная концентрация магния в воде не более 15 мг/л. Вода подается в нижнюю часть реактора. В самом реакторе высокие скорости подъема воды и поэтому вода приобретает вихреобразное движение.

 

1 – вихревой реактор; 2 – напорный фильтр; 3 – РЧВ; 4 – насос, подающий промывную воду; 5 – насос подачи воды в систему технического водоснабжения.

Сами взвешенные частицы контактной массы являются центрами кристаллизации. На этих взвешенных частицах образуется осадок СаСО₃. Он как бы обволакивает частицы контактной массы. Зерна контактной массы увеличивается в массе и объеме и при размере 1,5-2 мм перестают поддерживаться во взвешенном состоянии. В этом случае контактную массу выпускают и загружают новую (в среднем через 3-4 дня). В виде осадка СаСО₃↓ удаляется кальциевая жесткость. Этот осадок, почти чистый карбонат кальция с влажностью 10%. Он используется как сырье для получения извести. А осадок Mg(ОН)₂↓, в виде которого удаляется магниевая жесткость, не способен кристаллизоваться и задерживаться в загрузке напорного фильтра.

Регламент проектирования вихревого реактора:

1)скорость входа 0,8-1 мм/с;

2)скорость выхода из него 4-6 мм/с;

3) продолжительность пребывания воды в нем 15-20 мин.

Область применения различных методов умягчения.

Наименование метода	Характеристика процесса	Назначение метода	Условия эффективного применения
			Мутность исходной воды, мг/л	Жесткость исходной воды, мг-экв/л	Остаточная жесткость, мг-экв/л	Температура воды, °С
Термический	Воду нагревают до температуры более 100°С, при этом удаляется карбонатная и некарбонатная жесткости	Устранение Жк и Жнк из исходной воды, используемой для питания котлов низкого и среднего давления	До 50	Жк с преобладанием Са(НСО3)2; Жнк в виде гипса(любое значение)	Жк до 0,035 Жнк в виде СаSO4 до 0,7	До 270
Реагентный	В воду добавляют реагенты, которые связывают Са^2+ и Мg^2+ в малорастворимые соединения	Неглубокое умягчение при одновременном осветлении воды от взвешенных веществ	До 500	Жобщ до 5-30	Жобщ до 0,7	До 90
Ионный обмен	Умягчаемая вода пропускается через катионитовый фильтр (набухший катионит в форме Н-kat, Na-kat, NH­4-kat.	Глубокое умягчение воды, содержащей небольшое количество взвешенных веществ	Не более 5-8	Жобщ до 15	Жобщ 0,1-0,2 – при одноступенчатой схеме; Жобщ 0,01-0,05 при двухступенчатой схеме	До 30, если загрузка глауконит, До 60, если сульфоуголь
Электролиз	Исходная вода фильтруется через полупроницаемые мембраны	Глубокое умягчение воды	До 2	Жобщ до 10	Жобщ -0,01 и ниже	До 60

9. Основы процесса умягчения ионным обменом

Сущность ионного обмена основана на способности некоторых, практически не растворимых в воде веществ, называемых катионитами, обменивать содержащиеся в них активные группы катионов на катионы (Ca2+) и (Mg2+) при фильтровании умягчаемой воды через слой загрузки катионита. В процессе умягчения катионированием, активная группа, содержащаяся в катионите путём проведения регенерации катионита может представлять Na-катиониты или H-катиониты.

Раствор, который используется для регенерации Na- катионита: NaCl, а при Н-катионировании, регенерационным раствором является H₂SO_4.

Химизм процесса Na-катионирования:

2Na [ ]+  (1)

2Na [ ]+  (2)

2Na [ ]+ (3)

Процесс Водород-катионирования:

H [ ]+  (4)

2H [ ]+ (5)

H [ ]+ (6)

При фильтровании воды через Na-кат в процессе снижения жёсткости (удаляется ) повышается щёлочность фильтрата эквивалентно карбонатной жёсткости (уравнение 1).

При фильтровании воды через Н-кат повышается кислотность фильтрата эквивалентно некарбонатной жёсткости и одновременно вода насыщается свободной углекислотой СО2 (уравнения 4,5,6).

 

 

10. Катиониты и их свойства.

Катионообменные материалы могут быть органического или минерального происхождения, естественного или искусственного происхождения. В основном в практике водоподготовки применяют катиониты органического и искусственного происхождения, такие как: сульфоуголь (чёрные зёрна неправильной формы d 0,25-0,7мм, сорт СК-1); катионит КУ-2 (зёрна желтоватого цвета, получают из стирола, бензола, d 0,3-1,5 мм); Анберлайт-50; Зеролит 325, Пьюрлайт –с100,-с100Е,с145;

Качества катионитов характеризуются физическими свойствами (фракционный состав, механическая прочность, химическая стойкость, термическая стойкость и обменная способность)

Характеризуются катиониты полной и рабочей обменной способностью.

Полная обменная способность катионита [Е полн.]-это количество грамм-эквив.  и , кот.Может содержать 1 м3 катионита, находящегося в рабочем состоянии до того момента, когда жёсткость фильтрата сравняется с жёсткостью исходной воды.

Рабочая обменная способность [Е раб.]-это количество грамм-экв.  и , кот. Задерживает 1м3 катионита до момента проскока в фильтрат некоторой жёсткости, превышающей норму.

Ераб<Е полн.

Отношение обменной способности ко всему объёму катионита, загруженного в фильтр, называют ёмкостью поглощения катионита.

Существуют сильнокислотные катиониты, способные к обмену катионов в нейтральной, кислой, и щелочной средах. Существуют слабокислотные катиониты, способные к обмену катионитов при рН>7. (При рН<7 обменная способность слабокислотных катионитов очень мала.)

Катиониты характеризуются активной группой или типом матрицы, насыпной массой продукта, размером зёрен и полной обменной ёмкостью.

 

11. Одноступенчатая схема Na-катионирования.

Позволяет снизить жёсткость фильтрата до 0,1-0,2 мг-экв/л при этом Щ воды после одноступенчатой установки увеличивается по сравнению с исходной эквивалентно Жк. Эту схему применяют, если потребителям вообще не регламентируется Щ или регламентируется на уровне не более чем та, которая получается фактически (Щ исх.+Щк. исх.).

1. Резервуар сбора умягчённой воды

2. Резервуар сбора отмывочной воды

3. Насос подачи воды на взрыхление загрузки

4. Бак с регенерационным раствором

5. Насос подачи технической воды на производство.

 

 

12.Двухступенчатая схема Na-катионирования.

 

       1-я ступень:                          2-я ступень:

ж_ост=0,05-0,2 мг-экв/л               ж_ост=0,01-0,02 мг-экв/л

          v_ф=15-20 м/ч                            v_ф=60 м/ч

Катионит после регенерации фильтров 1-ой ступени отмывают умягченной водой (исходной), а катионит 2-ой ступени фильтратом 1-ой ступени.

Объем катионита в фильтрах 1-ой ступени:

, м³

Е_раб -рабочая обменная емкость

Q _ум -расход умягчаемой воды

n _р -количество регенераций

Основная нагрузка приходится на фильтр 1-ой ступени, поэтому продолжительность его межрегенерационного периода намного меньше чем для фильтра 2-ой ступени.

В соответствии с регламентом СНиП продолжительность регенерации для фильтров 1-ой ступени 10-12 часов, для 2-ой ступени 50-60 часов.

 

 

13.Схема параллельного Н, Na-катионирования.

1-дегазатор (декарбонизатор); 2-емкость для сбора умягченной воды.

 

, м³/ч

, м³/ч

ж_к -карбонатная жесткость исходной воды

а -заданная щелочность фильтрата

 

14.Схема последовательного Н, Na-катионирования.

1 -дегазатор (декарбонизатор);

  2 -емкость для сбора умягченной воды;

а₁ -заданная карбонатная жесткость (щелочность) смешанной воды;

в -средняя за рабочий цикл кислотность фидьтрата H-kat фильтров (при условии отключения фильтров на регенерацию в момент увеличения Щ до 0,3-1 мг-экв/л).