Осветленная и умягченная вода

Принципиальная схема предочистки и умягчения воды может быть представлена по рис. 1

Рис. 1. Принципиальная схема осветления и умягчения воды.

1 – подогреватель сырой (исходной) воды; 2 – осветлитель; 3 – бак осветленной воды; 4 – насос подачи осветленной воды на механические фильтры; 5 – механические фильтры; 6 – Na-катионитные фильтры.

 

В подогревателе (1) исходная вода подогревается до температуры 30÷50 ºС для ускорения химических реакций. В осветлителе производится коагуляция коллоидных (органических) примесей и удаление шлама и грубодисперсных (взвешенных) примесей. Обычно, при Щ_О>2 мг-экв/л рекомендуется наряду с коагуляцией производить известкование воды в осветлителе с целью снижения щелочности (или всех форм углекислоты) в воде. Обычно при этом уменьшается общая жесткость и кремнесодержание воды. Переливом вода из осветлителя поступает в бак осветленной воды (3), откуда насосом (4) прокачевается через механические (5) и Na-катионитные фильтры (6). При этом из воды удаляется «проскочивший» из осветлителя шлам и удаляются катионы накипеобразователи (Ca²⁺, Mg²⁺) в обмен на Na⁺из катионита. Умягченная вода накапливается в баке и расходуется на технологические нужды, в том числе, на питание установок обратного осмоса с целью обессоливания.

Щелочность природной воды по табл. 1 равна 2,7 мг-экв/л, т.е. более 2 мг-экв/л и в этом случае рекомендуется совмещение коагуляции воды с ее известкованием в осветлителе. Принципиальная схема осветлителя для коагуляции с известкованием приведена на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Схема осветлителя типа ВТИ для известкования и коагуляции воды:

1 – подача обрабатываемой воды; 2 – воздухоотделитель; 3 – распределительная система; 4 – опускная труба; 5 – тангенциальный ввод воды; 6 – смеситель; 7 – подача раствора ИМ; 8 – подача раствора коагулянта; 9 – шламоприемные окна; 10 – шламоуплотнитель; 11 – слой контактной среды;
12 – водозаборное устройство; 13 – сборный желоб с отверстиями; 14 – выход осветленной воды;
15 – зона осветления; 16 – зона контактной среды; 17 – периодическая продувка; 18 – непрерывная продувка

 

В качестве коагулянта используется обычно сульфат железа (II), кристало-гидрат которого имеет химическую формулу FeSO₄·7H₂O. Известь вводится в виде известкового молока – суспензии Ca(OH)₂ в воде. В ряде случаев используется насыщенный раствор Ca(OH)₂, чтобы избежать процесса растворения твердого Ca(OH)₂ и ускорить химические реакции.

Показатели качества осветленной воды при разных схемах осветления воды могут быть определены по табл. 3.

 

Таблица 3. Показатели качества осветленной воды после разных схем предочистки

Показатель	-М-	-К-М-	-К-И-М-	-К-И-С-М-
Остаток коагулянта, мг/л	–	<0,2	<0,1	<0,1
Снижение окисляемости, %		50–75	40–50	40-50
Снижение содержания кремниевой кислоты, %		10–20	30–40	30–40
Свободная углекислота, мг/л		+Dк
Щелочность общая, мг-экв/л: гидратная карбонатная бикарбонатная		–Dк –Dк	0,7–1,3 0,1–0,2 0,6–1,2	1–1,5 0,1–0,2 0,8–1,4
Жесткость общая, мг-экв/л, в т.ч. Жнк ЖMg			+Dк (1–0,8)	1–1,5 (0–0,2)
Сульфаты, мг-экв/л		+ Dк	+ Dк	+ Dк
Взвешенные в-ва, мг/л
Прозрачность "шрифт", см
рН	рНисх	рНисх– (0,1–0,5)	9,5–10,5	9,5–10,5
Солесодержание, мг/л	Sисх	Sисх +ЭкDк	Sисх–ЭкDк–50DЩо–3,5DОк
Примечание. исх – соответствует концентрации такого показателя в исходной воде; ос - соответствующий концентрации такого показателя в осветленной воде; Эк – эквивалент коагулянта; Дк – доза коагулянта, мг-экв/л; Ок – окисляемость исходной воды, г3/л

 

 

Показатели качества осветленной воды при дозе коагулянта 0,5 мг-экв/л:

- окисляемость – Ок^осв=0,5 ∙ 2,8=1,4 мгО/л;

- щелочность: общая (Щ_О^осв)=1,1 мг-экв/л;

гидратная (Щ_Г^осв)=0,2 мг-экв/л;

карбонатная (Щ_К^осв)=0,9 мг-экв/л;

- жесткость общая Ж_О^осв=Щ_О^осв+Ж_НК^исх+Д_К=1,1+0,2+0,5=1,8 мг-экв/л;

- сульфаты [SO₄^2-]^осв=[SO₄^2-]^исх + Д_К=0,11+0,5=0,61 мг-экв/л;

- взвешенные вещества – 10 мг/л;

- рН - 10 ед.рН;

- натрий - 0,4 мг-экв/л;

- хлориды - 0,33 мг-экв/л.

Проверка ионного состава примесей по уравнению электронейтральности дает ошибку:

Расчетная (требуемая) величина дозы извести вводимая в обрабатываемую воду (Д_и^тр,
мг-экв/л) определяется уравнением (13):

(13)

при выражении всех концентраций в мг-экв/л.

При этом избыток извести (И_и) можно принять равным гидратной щелочности осветленной воды (Щ_г); величину =0,8∙ .

Количество образующегося в осветлителе осадка С_и, мг/л, равно:

 

, (14)

где a_СаО – содержание окиси кальция в технической извести в % от общей массы; М – содержание механических примесей, мг/л; a_к – содержание коагулянта (FeSO₄) в техническом продукте, в % от общей массы; [Са²⁺]^исх, [Са²⁺]^осв – концентрация катионов кальция в исходной и в осветленной воде, мг/л; мг-экв/л; – фактическая доза коагулянта, мг-экв/л: (15)

Основной характеристикой химического состава шлама, показывающей отношение Mg(OH)₂/СаСО₃, является a_м. Оптимальные значения a_м составляют от 0,05¸0,1 до 0,2¸0,25.

Расчетом параметр a_м определяется

, (16)

где ;

где а – масса Са(ОН)₂ в известковом молоке, мг/л; с – количество СаСО₃ в известковом молоке, мг/л; можно принять с/а=0,05.