Физико-химические основы процесса водоподготовки

Артемьев Алексей Михайлович,

аспирант Марийского государственного технического университета.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Алибеков С.Я.

Из поверхностных вод (реки, озера, пруды и т. п.) требуется, как правило, удаление грубой (размер частиц до 10^{-3 мм), тонкой (10-3}÷10^{-4 мм) взвеси, коллоидно-дисперсных веществ и цветности. Грубая и тонкая взвесь обычно состоит из песка, глины, животных и растительных остатков, продуктов коррозии конструкционных материалов. В коллоидном состоянии могут находиться органические вещества, окислы металлов (например железа, меди и др.), кремнекислые соединения. Удаление из воды тонкой взвеси и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов, этот процесс называют коагуляцией.}

Для коллоидных примесей природных вод характерен отрицательный потенциал, поэтому для их коагуляции применяют коагулянты, продукты гидролиза которых имеют положительный потенциал: Al(SO4)₃, FeSO₄, FeCl₃, Fe₂(SO4)₃. При добавлении сернокислого алюминия в воду, он диссоциирует.

В результате гидролиза образуется малорастворимый Al(OH)₃:

Al ³⁺ + 3H2O → Al(OH)₃ + 3H⁺

Образующиеся ионы H⁺ снижают показатель pH обрабатываемой воды. Нейтрализация кислотности происходит в результате реакции ионов H⁺ с ионами HCO^3-, содержащимися в обрабатываемой воде (карбонатная жесткость):

H⁺ + HCO^3- → CO₂ + H₂O

Процессы коагуляции осуществляются в осветлителях, принцип работы которых основывается на организации контакта обрабатываемой воды с ранее выпавшим из воды осадком (шлаком) для интенсификации кристаллизации и выделения из воды взвеси и продуктов реакций между содержащимися в воде ионами и введенными в нее реагентами.

Для осуществления контакта обрабатываемой воды и ранее выпавшего осадка, служащего катализатором процесса выделения взвеси, в осветлителях организуется восходящее движение воды через слой осадка.

Осветлитель вводится в работу, когда температура воды достигнет 33±1°С.

Более глубокое удаление взвешенных веществ из воды достигается фильтрованием ее через зернистую загрузку из инертных частиц небольшого размера.

Фильтрование воды через слой зернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе воды в зернистый слой и на выходе из него, которая называется перепадом давлений на слое DР:

DP = f (V, m, dэкв, Hполн),

где V – скорость фильтрования;

m - вязкость воды;

dэкв – эквивалентный диаметр фильтрующей загрузки;

Hполн – высота фильтрующего слоя.

Окончание фильтрации определяется по снижению прозрачности осветленной воды менее 90 % или по достижению перепада давления более 0,1 МПа (1,0 кгс/см2). При достижении параметров вывода механического фильтра из работы, фильтр ставится на взрыхляющую отмывку. Отмывку заканчивают, когда две пробы, отобранные с интервалом 3-5 минут, не будут содержать видимой взвеси. При выносе фильтрующей загрузки фильтр отключается и вводится в ремонт.

Следующая операция – ионитное обессоливание воды (иониты – практически нерастворимые высокомолекулярные вещества, способные к реакциям ионного обмена.) – процесс последовательного фильтрования обрабатываемой воды через слои катионита и анионита, во время которого содержащиеся в обрабатываемой воде катионы обмениваются на катион Н⁺, содержащийся в катионите, а содержащиеся в обрабатываемой воде анионы обмениваются на анионы OH^-, CO^3-₂, HCO^3-, содержащиеся в анионите и образующие с катионом H⁺ воду или свободную углекислоту. Глубокое обессоливание воды предусматривает две ступени H^-OH^- ионирования воды

Так же из воды необходимо удалять углекислоту, которая в ней накапливается. Этот процесс удаления CO₂ называют декарбонизацией. Аппараты, в которых снижение концентрации CO₂ в воде достигается продувкой воды воздухом в результате распределения CO₂ между жидкой (вода) и газообразной (воздух) фазами, называют декарбонизаторами.

При работе аппарата контролируется содержание свободной углекислоты в обрабатываемой воде. Содержание углекислоты на выходе не должно превышать 8 мг/кг.

После декарбонизатора вода направляется на OH – фильтры II ступени, загруженные сильноосновным анионитом, где происходит сорбция анионов HSiO₃ и остатков анионов, угольной и минеральных кислот.

Литература

1.                  Воронов В.Н. Проблемы организации водно-химических режимов на ТЭС // Теплоэнергетика. - 2002. - № 7. - с. 26.

2.                  Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учебное пособие для вузов / Под ред. О.И. Мартыновой. М.: Энерго-атомиздат, 1990.

3.                  Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. - М.: Энерго-атомиздат, 1990. - 254 с.

Поступила в редакцию 19.10.2010 г.