Методы очистки подпиточной и оборотной воды

Для решения поставленных задач, связанных с очисткой воды используют следующие методы: флотация, коагулирование, фильтрование, умягчение воды и др.

Флотация. В ряде случаев для удаления взвеси используют свойство пузырьков воздуха выносить взвешенные частицы на поверхность жидкости. Для образования пузырьков в части осветляемой воды (%) растворяют под давлением воздух и подают эту воду в остальную, находящуюся под атмосферным давлением (в открытой ванне). При сбросе давления выделяются мельчайшие пузырьки, флотирующие взвесь, удаляемую затем со свободной поверхности специальными скребками.

Коагулирование. В практике очистных сооружений различают реагентное коагулирование и электрокоагулирование. Коагулирование делается до фильтрации с целью удаления нерастворимых взвесей, при этом взвешенные частицы образуют хлопья, что упрощает их механическое удаление.

При реагентном коагулировании используется сернокислый алюминий , железный купороси хлорное железо. При использовании в качестве коагулянта, в воде происходит его диссоциация:

.

Далее протекает ионный обмен катионов на катионы, сорбированные содержащимися в воде взвесями. В результате гидролиза оставшихся в избытке катионов образуется выпадающая в осадок гидроокись

.

Использование в качестве коагулянта дает хлопьевидную взвесь:

; .

Скоростное фильтрование. Скоростное фильтрование применяется для осветления мутных и цветных вод после коагулирования при реагентном умягчении, обезжелезивании и др. Для его обеспечения требуется достижение скорости воды 2-15 м/ч при прохождении через фильтрующий слой, а в ряде случаев 25-50 и даже 100 м/ч (скоростные фильтры системы Г. Н. Никифорова). При скоростном фильтровании к прозрачности фильтра (воды) не предъявляют таких высоких требований как в системах оборотного технического водоснабжения. Для некоагулированной воды скоростное фильтрование не применяется.

Выбор фильтрующего материала необходимо производить исходя из возможностей его получения на месте строительства системы водоснабжения. Обычно для этих целей используется песок, гравий, антрацит, керамзит, полимерные материалы.

Анализ работы очистных сооружений показал, что сохранение требуемого эффекта фильтрации может быть получено при различной крупности зерен фильтрующего материала при условии, что одновременно изменяется высота фильтрующего слоя. Характеристики загрузки скоростных фильтров приведены в СНиП II-31-74.

Умягчение воды. В практике широкое распространение получили следующие методы:

1) реагентный, сущность которого состоит в связывании ионов кальция и магния химическими веществами в малорастворимые и легко удаляемые фильтрованием (коагулирование с последующим фильтрованием) соединения – карбонат кальция и гидроокись :

;

;

,

а также

;

;

;

,

2) катионитный, заключающийся в способности ионообменных материалов (катионитов) замещать присутствующие в воде катионы икатионами натрия или водорода (не придают воде свойства жесткости), которыми предварительно заряжается катионит (обмен ионовназывают - катионированием, а ионов - - катионированием).

При - катионировании происходят следующие химические реакции:

;

;

;

;

,

а при - катионировании:

;

;

;

;

,

где - свободный радикал катионита (органический скелет), практически нерастворимый в воде и играющий роль неподвижного аниона;

- знак, указывающий на способность катионита диссоционировать на нерастворимый анион и катионы , ;

3) диализный, протекающий на мембранах. Сущность этого способа состоит в том, что жесткая вода движется с одной стороны мембраны, а рассол – с другой. При этом ионымигрируют в мембрану и далее в исходную воду, а ионы() - в противоположном направлении (из жесткой воды в рассол).

Принцип диализа базируется на законе действующих масс. Уравнение обмена между ионами () жесткой воды и ионамив мембране имеет вид

,

где ,- ионы, содержащиеся в рассоле;

, - прочие ионы, содержащиеся в рассоле и мембране.

Константу равновесия реакции можно представить в виде

. (77)

Аналогично устанавливается равновесие между рассолом и мембраной:

и

. (78)

При условии запишем

, (79)

где n – показатель степени, зависящий от содержания ионов в составе раствора.

Из формулы (79) следует, что если отношение числа ионов в рассоле и исходной жесткой воде равно 10, то жесткость исходной воды может быть снижена в 100 раз по сравнению с жесткостью рассола.

Движущей силой процесса умягчения на ионно-обменных мембранах является разность активностей растворимого вещества по обе стороны селективной мембраны, разделяющей растворы.

, (80)

где ,- соответственно концентрация солей в рассоле и исходной воде, мг-экв/л;

, - жесткости рассола и исходной воды, мг-экв/л.

Скорость процесса диализа

, (81)

где ,;

- константа, определяющая свойства мембраны и жидкостей;

- общая площадь поверхности мембран.

Выходная скорость умягчения воды в диализной камере

(82)

где - длина пути раствора в диализаторной и рассольной камерах аппарата умягчения, м;

- скорость движения умягченной воды в диализаторной камере, м/с.

Удаление железа. Для окисления двух валентного железа в трех валентное, задерживаемое фильтром в виде гидрата его оксида, воду обогащают кислородом, доводя его содержание до 0,6-0,9 мг на 1 г двух валентного железа. При использовании напорных фильтров воздух подается компрессором в трубу, по которой вода поступает в фильтр, загруженный песком. Скорость фильтрации при диаметре частиц песка внутренним диаметром0,8-1,8 мм и высоте фильтрующего слоям и составляет 5-7 м/ч.

Удаление растворенных газов. В процессе подготовки воды часто нужно удалить растворенные в ней ,,(дегазация воды). С этой целью применяются химические и физические методы дегазации воды.

По первому методу обескислороживания воды достигается введением сульфата, сернистого газаи гидрозина. Соответственно имеем:

; ;

; .

Способ обескислороживания воды путем введения в нее гидрозина является наиболее совершенным (однако, очень дорогостоящим). Обычно он применяется в качестве шлифующей стадии удаленияпосле физических методов (доведение воды до кипения в деаэраторах с головками, обогреваемыми водяным паром, сброс давления).

Удаление сероводорода достигается обработкой воды хлором, следствием чего являются химические реакции:

;.