Выбор способа умягчения

Анализ солевого состава воды (п. 3.2.1) показывает, что сумма хлоридов и сульфатов > 4 мг–экв/л и сум­ма [Na⁺]> 2 мг–экв/л. При данных условиях принимаем последовательное водород–натрий–катионированbе со второй ступенью Nа–катионитовых фильтров.

Расход воды, подаваемой на Н–катионитовые фильтры, определяем по формуле;

(20)

где и – соответственно полезная производительность Н–катионитовых фильтров и полная производительность ус­тановки, м³/сут; Щ – щелочность исходной воды (принимаем равной гидратной), мг–экв/л; а – требуемая щелочность умягченной воды, мг–экв/л; А – суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), мг–экв/л

2.6. Определение качества воды фильтратов после Н–I, Nа–I и Na–II катионитовых фильтров

Определение качества воды фильтрата Н–катионитового фильтра

Жесткость фильтрата Н–катионитового фильтра опреде­ляем из уравнения [4]

0, 06 мг–экв/л, (21)

где – константа обмена, равная для сульфокатионитов ~ 0, 0014; – коэффициент эффективности регенерации ниж­них слоев катионита в фильтре, учитывает неполноту реге­нерации катионита и принимается в зависимости от удель­ного расхода кислоты (соли) на регенерацию; для Н–катионитовых фильтров I ступени = 0, 68; А – сумма концентра­ций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на Н–катионитовые фильтры, мг–экв/л.

Содержание ионов натрия после Н–катионирования мо­жет быть вычислено по выражению [2]

(22)

где – константа обмена, равная для сульфокатнонитов ~0, 00175 (по В. А. Клячко);

К –сумма катионов, мг–экв/л.

0, 121 мг–экв/л

Практически после Н–катионирования ионы НСО₃^– и СО₃^– переходят в углекислоту (СО₂). Среда приобретает кислую реакцию.

Сумма анионов

А = SО₄^2–+ Сl^– =7, 856 мг–экв/л;

сумма катионов К = Жо + Nа⁺ + Н⁺;

из равенства К = А определяем сумму ионов Н⁺:

Н⁺ = 7, 856–0, 121–0, 06 = 7, 675 мг–экв/л.

По содержанию ионов водорода вычисляем рН.

рН=–lgС_Н=–lg(7, 675∙ 10^–3) = –(1g7, 675+ 1g10^–3) =–[0768+(–3)] =

=2, 232

Диаграмма состава воды после Н–катионирования имеет вид:

Ж₀= 0, 06 Na⁺= 0, 121

Определение солевого состава смеси воды, прошедшей Н–катионитовое и известково–содовое умягчение.

Содержание ионов SО₄^2– и С1^– остается без изменения–

SО₄^2–= 4, 103мг–экв/л, Сl^– =3, 753 мг–экв/л.

Содержание ионов Nа⁺ определяется из балансового уравнения

(23)

где и соответственно расход воды на водород–катионитовых фильтрах и полный расход воды; – концен­трация ионов натрия в воде после водород–катионитовых фильтров; – концентрация ионов нат­рия после известково–содового умягчения – концентрация ионов натрия после смешения воды, про шедшей Н–катионирование и известково–содовое умягчение. Из уравнения (23) определяем :

мг–экв/л.

Общая жесткость воды вычисляется также из балансово­го уравнения:

мг–экв/л.

Общая щелочность воды после смешения равна 0, 5 мг–экв/л.

По графику рис. 2 [14] определяется рН. Для этого вы­числяем предварительно общее солесодержание

Р = 4, 103∙ 48 + 3, 753∙ 35 + 0, 376∙ 12 + 5, 7∙ 23 = 463, 911 мг/л.

Температуру принимаем равной 20° С, щелочность–0, 5 мг–экв/л и содержание СО₂ 1, тогда рН = 7, 7.

Сумма катионов(6, 076) превышает сумму анионов(7, 856) на 1, 78 мг/л.

Диаграмма состава воды после смешения имеет вид

= 0, 376

Щ=0, 5

Определение качества воды фильтрата Nа–катионитовой установки I ступени

Жесткость фильтрата Nа–катионовой установки I ступени определяется из уравнения:

(23)

где – константа обмена, для сульфокатионитов 0, 00125;

а_э=0, 74 для Nа–катионитовых фильтров I сту­пени;

Р= SО₄^2– + С1^– + Na⁺ + =2, 623 +2, 273+6, 29+0, 38=14, 152мг–экв/л

0, 119мг–экв/л

Содержание ионов Nа⁺ после Nа–катионитовых фильтров I ступени равно

= (0, 376 – 0, 119) + 5, 7= 5, 957мг–экв/л.

Содержание ионов SО₄^2– и С1– остается без изменения:

SО₄^2– = 2, 623 мг–экв/л, С1^–= 2, 273 мг–экв/л

Диаграмма состава воды после Nа–катионирования I ступени имеет вид:

Ж^Na=0, 119

Щ=0, 5

Определение качества воды фильтрата Nа–катионитовой установки II ступени

Жесткость фильтрата Nа–катионитовой установки II сту­пени определяется аналогично жесткости фильтрата Nа–ка­тионитовой установки I ступени (п. 4.1.7). Для Nа–катиони­товых фильтров II ступени а_э=0, 9; общее солесодержание:

Р = 2, 623 + 2, 273 + 5, 957 + 0, 119= 10, 972 мг–экв/л;

Ж_ф^Na = 0, 00125∙ [(1–0, 9)/0, 9² ]∙ (10, 972)² = 0, 018 мг–экв/л.

Содержание ионов Nа⁺ после Nа–катионитовых фильтра­тов II ступени равно

= 0, 119–0, 018 + 5, 957 = 6, 058 мг–экв/л.

Содержание ионов SО₄^2– и С1^– остается без изменения:

SО₄^2– = 3, 86 мг–экв/л, С1^–= 4, 268 мг–экв/л

Диаграмма состава воды после Nа–катионирования II сту­пени имеет вид:

Ж^Na =0, 018

Щ=0, 5

2.7. Расчет Na–катионитовых фильтров II ступени

В качестве загрузки фильтров принимаем катионит сульфоуголь с крупностью зерен от 0, 5 до 1, 1 мм. Паспортная обменная емкость сульфоугля 500 г–экв/м³. Расчет осущест­вляется в следующем, порядке.

Рабочая обменная емкость Nа–катионита в фильтрах II ступени определяется по формуле:

(25)

При расходе соли на регенерацию катионита 300 г/л–экв поглощенных катионов жесткости (табл. 43 [14] или табл. 56 [6]) э_а = 0, 9.

Коэффициент учитывает снижение обменной емкости катионита по Са²⁺ и Мg²⁺ вследствие частичного задержания ионов Na⁺.

Значение при =35856 (> 10) определяется по формуле [4]:

(26)

где С_Na, С_Cа – содержание соответственно ионов Nа⁺ и Са²⁺ в воде, поступающей на Nа–катионитовые фильтры II ступе­ни, мг–экв/л;

и

г–экв/м³

Объем катионита в фильтрах

(26)

где q_ч – часовой расход установки, м³/ч; (qсут = 3240 м³/сут – суточный расход умягчаемой воды; n – число регенераций каждого фильтра в сутки n=T/(t+t_n) продолжительность работы станции в течение суток (16 ч); t – полезная продол­жительность фильтроцикла, определяемая по формуле [2]:

(28)

Н=1, 5 м – толщина слоя катионита в фильтре; υ – рас­четная скорость фильтрования (м/ч), должна быть не более 60 м/ч [14]; предположительно принимаем υ = 20 м/ч; Ж_ф – жесткость воды, поступающей на фильтр II ступени, Ж_ф= = 0, 119 мг–экв/л; d₈₀ – 80%–ный калибр зерен катионита (мм), d₈₀= 0, 8 мм;

t₁ – продолжительность всех операции регенерации филь­тра (ч), t₁ = 1, 5 ч, тогда

Площадь фильтров равна

Принимаем к установке 7 рабочих Na–катионитовых филь­тра (F_Ф=7, 1 м²), (табл. 2–12 [17]).

Проверим действительные скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах

где м³/ч

N– количество рабочих фильтров.

Тогда м/ч < 60 м/ч;

При регенерации одного из фильтров

м/ч < 60 м/ч;

Фактическое количество регенераций каждого из филь­тров в сутки

С точки зрения эксплуатации установки желательно при­нимать время работы ее равным целому числу суток, т. е. в нашем случае t=6 сут (144ч), из которых полезное время работы будет составлять 142, 5 ч, а время регенерации 1, 5ч.

При этом

Так как установка работает не круглосуточно (T=16 ч), то в соответствии с п. 6.298 [14] резервные фильтры не предус­матриваются.

2.8. Определение расхода поваренной соли для регенерации Na–катионитовых фильтров II ступени

Расход соли для регенерации одного Nа–катионитового фильтра II ступени определяется по формуле:

где – количество поглощенных катионов жесткости за фильтроцикл.

= 21, 048∙ 7, 1∙ 142, 5(0, 119–0, 018) =2150, 827 мг–экв/л;

а – удельный расход соли, а = 300 г/г экв.

При указанных данных

Суточный расход соли для всех фильтров равен

т

Запас соли на 30 суток (п. 6.328 [14])

т

2.9. Определение расходов воды на собственные нужды Na–катионитовых фильтров II ступени

Определение расходов воды на взрыхление

Расход воды на взрыхление катионита одного фильтра

где W_взр – интенсивность взрыхления, принимаемая равной W_взр =4 л/c*м³ при крупности зерен катионита 0, 5–1, 1 мм (п. 6.287 [14]); t_взр= 15 мин – продолжительность взрыхле­ния.

Часовой расход воды равен

Необходимое среднесуточное количество воды для взрых­ления катионита в фильтрах равно