Общая характеристика предварительной обработки воды

ВПУ электрических станций включают, как правило, две достаточно обособленные стадии обработки воды:

- предварительную обработку воды (предочистку);

- ионитную обработку воды (умягчение или обессоливание).

Предочистка необходима для улучшения технико-экономических показателей последующих этапов очистки. Так, наличие в воде органических веществ приводит к «старению» анионитов и сокращению срока их службы в 4 – 8 раз. Неудовлетворительная очистка воды от грубодисперсных и коллоидных примесей является одной из причин образования накипей на поверхностях нагрева и ухудшения качества пара. Поэтому в настоящее время предочистке отводится важное место в схемах подготовки добавочной воды.

Предочистка проводится методами осаждения. При введении в воду реагентов удаляемые из воды вещества выделяются в виде осадка. К процессам осаждения относятся: коагуляция, известкование и магнезиальное обескремнивание. Эти процессы положительно влияют друг на друга и, как правило, проводятся в одном аппарате-осветлителе. Это первичное осветление.

Окончательная очистка от осадка производится путем фильтрования на осветлительных механических фильтрах. Они также относятся к предочистке.

Коагуляция воды

Коагуляция – это процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием укрупненных грубодисперсных частиц, завершающийся выпадением частиц в осадок.

Коагуляция служит для удаления из воды коллоидных примесей органического и минерального происхождения. Кроме того при коагуляции происходит снижение цветности и концентрации грубодисперсных частиц.

Коллоидные примеси представляют собой агломераты из большого числа молекул с наличием поверхности раздела между твердой фазой и водой. Коллоидные частицы не выделяются из воды под действием силы тяжести, а также не задерживаются обычными фильтрующими материалами (песок, антрацит, фильтровальная бумага) из-за соотношения размеров пор в объеме фильтрующего материала и размеров коллоидных частиц.

Агрегативная устойчивость коллоидной системы объясняется существованием двойного электрического слоя, и скачка потенциала на границе раздела между коллоидной частицей и водой.

При очистке добавочной воды применяют взаимную коагуляцию разнородных дисперсных систем. Для этого в очищаемую воду добавляют коагулянт, т. е. раствор минеральной соли, способный образовывать искусственный коллоидный раствор. Так как коллоидные частицы природных вод имеют обычно отрицательный заряд, минеральную соль (коагулянт) выбирают таким образом, чтобы частицы образованного этой солью искусственного коллоидного раствора имели положительный заряд. Взаимодействие тех и других частиц приводит к их взаимному притяжению, нейтрализации зарядов, их слипанию и укрупнению.

В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий (глинозем) Al₂(SO₄)₃∙18H₂O, сульфат двухвалентного железа (железный купорос)

FeSO₄∙7 H₂O, причем последний реагент используют при совмещении процессов коагуляции и известкования в осветлителях.

Катионы слабых оснований Al³⁺ и Fe²⁺ легко подвергаются ступенчатому гидролизу с образованием труднорастворимых гидроксидов:

;

.

В щелочной среде (рН > 9), создаваемой при известковании, и при наличии растворенного кислорода гидроксид железа (II) окисляется в менее растворимый гидроскид железа (III):

.

Приведенные реакции гидролиза могут протекать до конца лишь при условии отвода ионов Н⁺ из сферы реакции. В природной воде связывание ионов Н⁺ (кислоты) происходит согласно реакции

Когда карбонатная жесткость невелика, а щелочность воды более 1,2 – 1,5 мг-экв/дм³, не возникает затруднений в отводе образующихся ионов Н⁺, так как дозировка коагулянта в размере 0,3 – 0,8 мг-экв/дм³ обычно меньше значения щелочности исходной воды. Остаточная щелочность в этом случае будет уменьшаться на значение, равное дозе коагулянта. При недостаточном значении бикарбонатной щелочности или жесткости в исходной воде нейтрализация ионов Н⁺ может регулироваться введением в воду NaOH или при известковании щелочным Ca(OH)₂ (Подщелачивание воды). Такие меры могут потребоваться в паводковый период.

Процесс коагуляции требует для своего завершения определенного промежутка времени (4 – 5 мин.). Хлопья, вначале невидимые, постепенно соединяются в крупные комплексы, вызывая помутнение воды. Затем образуются более крупные рыхлые хлопья, захватывающие грубодисперсные при-

меси и воду. Режим потока воды влияет на формирование хлопьев. Он может даже разрушить сформировавшиеся хлопья, поэтому скорость воды в зоне формирования и отстаивания хлопьев должна быть не более 1,5 мм/с.

Основные факторы, определяющие процесс коагуляции.

1. Температура воды. Для ускорения процесса коагуляции применяют подогрев коагулируемой воды до 30 – 40 ^оС. При нагревании увеличивается степень диссоциации воды и понижается степень гидратации ионов. Перемешивание и подогрев вызывают более частые и сильные столкновения коагулирующих частиц, приводящие к их слипанию.

2. Доза коагулянта. Она определяется составом и количеством коллоидных примесей и солесодержанием обрабатываемой воды. Оптимальная доза коагулянта устанавливается путем опытной лабораторной коагуляции. Оптимальной признается такая доза, при которой достигается более быстрое хлопьеобразование, лучшее осветление, более глубокое удаление органических примесей. Обычно доза коагулянта находится в пределах 0,3 – 0,8 мг-экв/дм³, увеличиваясь в паводковый период до 1,0 – 1,2 мг-экв/дм³.

3. Значение рН среды. Концентрация водородных ионов оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза коагулянта, а также на состояние удаляемых из воды примесей. При коагуляции сернокислым алюминием оптимальное значение рН устанавливается также экспериментально, находится в пределах 5,5 – 7,5. При рН < 4,5 гидролиз сернокислого алюминия практически не происходит, гидроксид алюминия не образуется, а введенный в воду коагулянт остается в растворе в виде ионов Al³⁺ и Гидроксид алюминия амфотерен. Вщелочной средеприрН>7,5гидроксид алюминия растворяется, диссоциируя как кислота:

.

В воде при этом возрастает содержание алюминатных ионов. Коагуляция коллоидов не происходит.

Оптимальное значение рН=5,5-7.

При использованииFeSO₄∙7 H₂O значение рН определяется условиями процесса известкования. Значение рН должно быть также оптимальным и определяется лабораторным путем.

4. Средства, ускоряющие процесс коагуляции. Для этого применяются специальные вещества – флокулянты, к которым относится полиакриламид (ПАА). Ионогенные группы нитевидного строения высокомолекулярного ПАА адсорбируют различные микрочастицы, образующиеся при коагуляции. В результате образуются крупные структурированные хлопья, легко выделяющиеся из воды. Доза ПАА обычно составляет 0,5 – 2,0 мг/дм³. Флокуляция не заменяет процесс коагуляции, а лишь позволяет снизить расход коагулянта. На ТЭС ПАА применяют в периоды ухудшенного хлопьеобразования, а также при необходимости повышения нагрузки осветлителей.