Основные функции очистных сооружений подпиточной и оборотной воды

Назначение очистных сооружений. Функции, выполняемые очистными сооружениями, сводятся к следующему: устранению нерастворимых примесей и цветности воды; удалению из воды катионов кальция и магния (умягчение воды) и уничтожению болезнетворных бактерий (обеззараживание воды). В отдельных случаях очистные сооружения стабилизируют воду. Эта операция обработки диктуется требованиями промышленных потребителей и условиями эксплуатации системы водоснабжения.

Часть операций по обработке воды может быть отнесена к про­цессам собственно очистки воды: устранению мутности и цветности, удалению планктона, бактерий и избыточного количества раство­римых солей. Но такие операции, как стабилизация воды, поддер­жание требуемого значения щелочности воды рН, в отдельных технологиях уже не относятся к процессам очистки воды, которые выполняются в комплексе обработки подпиточной и оборотной воды системы общезаводского водоснабжения, а выполняются непосредственно в самих технологиях, возвращающих воду в сис­тему оборотного водоснабжения завода лишь для указанной выше дообработки.

В соответствии со сказанным, очистные сооружения являются наиболее важным элементом системы заводского водоснабжения. Вопрос о месте расположения очистных сооружений решается при выборе схемы водоснабжения объекта. Обычно они располагаются вблизи источника водоснабжения, непосредственно за насосной станцией первого подъема. Наибольшее распространение в практике водоочистки имеют схемы очистных сооружений с самотечным движением воды. По такой схеме вода, подаваемая насосами пер­вого подъема, самотеком, последовательно проходит все очистные сооружения и поступает в сборный резервуар чистой воды, из кото­рого забирается насосами второго подъема.

Для решения поставленных задач, связанных с очисткой воды, используют следующие методы: флотации, коагулирования, фильт­рования, умягчения 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 (примерно 10 %) 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 А1₂(SO₄)₃, железный купорос FeSO₄ и хлорное железо FеС1₃. При использовании в качестве коагулянта Аl₂(SO₄)₃ в воде происходит его диссоциация:

А1₂(SO₄)₃ = 2А1³⁺ + 3SO₄^2-.

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

А1³⁺ + 3H₂O = А1(OH)₃¯ + 3H⁺

Использование в качестве коагулянта FеС1₃, дает хлопьевид­ную взвесь:

FеС1₃ = Fе³⁺ + 3Cl ^- ; Fе³⁺ + 3H₂O = Fе(OH)₃¯ + 3H⁺

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 фильтрата (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 11-31—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

2) катионитный, заключающийся в способности ионообменных материалов (катионитов) замещать присутствующие в воде катио­ны кальция и магния катионами натрия или водорода (не придают воде свойств жесткости), которыми предварительно заряжается катионит (обмен ионов натрия называют Na-катионированием, а ионов водорода— Н-катионированием).

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

Удаление железа. Для окисления двухвалентного железа в трех­валентное, задерживаемое фильтром в виде гидрата его оксида, воду обогащают кислородом, доводя его содержание до 0, 6...0, 9 мг на 1 г двухвалентного железа. При использовании напорных фильт­ров воздух (кислород) подается компрессором в трубу, по которой вода поступает в фильтр, загруженный песком. Скорость фильтра­ции при диаметре частиц песка d_ч = 0, 8...1, 8 мм и высоте фильт­рующего слоя h = 1 м составляет 5...7 м/ч.

Удаление растворенных газов. В процессе подготовки воды часто нужно удалить растворенные в ней O₂, СО₂ и H₂S (дегазация воды). С этой целью применяются химические и физические методы дегазации воды.

По первому методу обескислороживание воды достигается введением сульфита натрия Na₂SO₃, сернистого газа SO₃ и гидра­зина N₂H₄. Соответственно имеем:

2Na₂SО₃ + О₂ = 2Na₂SО₄; SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃;

2H₂SО₃ + О₂ = 2H₂SО₄; N₂H₄+ O₂ = 2H₂O + N₂.

Способ обескислороживания воды путем введения в нее гидра­зина N₂H₄ является наиболее совершенным (однако очень дорого­стоящим). Обычно он применяется в качестве шлифующей стадии удаления О₂ после 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:

H₂S+Cl₂ = S + 2HCI; H₂S + 4Cl₂ + 4H₂О = H₂SО₄ + 8HCl.

Стабилизация технической и подпиточной воды. Стабилизация воды относится к особым видам ее обработки и применяется, как правило, только для технических целей. Стабильной считают воду, не вызывающую коррозии металлических элементов технологиче­ского оборудования и системы водоснабжения и не дающую отло­жений на них карбоната кальция. Основным признаком агрессив­ности (коррозийности) воды служит присутствие в ней углекислого газа.

Стабильность воды определяют по индексу насыщения

j = pH₀ – pH_s,

где рН₀ — щелочность исходной воды; рН_s — щелочность при равновесном насыщении исходной воды карбонатом кальция.

Таким образом, при j = 0 вода считается стабильной; при j < 0 — агрессивной (обладает коррозийными свойствами) и в слу­чае j > 0 возможно отложение карбоната кальция.

Согласно СНиП 11-31—74, нестабильную воду нужно подвергать стабилизации, если j > + 0, 5 в течение 10 месяцев в году или j < 0 более 8 месяцев в году.

Стабилизация воды с положительным j сводится к добавке в нее кислоты (H₂SO₄ или НС1) с тем, чтобы j ~ 0. Если вода агрессивна (j < 0), то для ее стабилизации используют щелочные реагенты (СаО или Са(ОН)₂; NaOH; Nа₂СО₃) в таком количестве, чтобы приблизить индекс насыщения к нулю.

Стабилизация воды как при положительных, так и при отрица­тельных значениях j, может быть достигнута добавкой гексаметафосфата натрия. Применение такого реагента при агрессивной воде позволяет получить на металлической поверхности оборудо­вания и трубопроводов метафосфатную пленку, предотвращающую коррозию.