Бессточные методы частичного умягчения воды катионированием с безреагентной утилизацией стоков

УДК 621.311.2.22

БЕССТОЧНЫЕ МЕТОДЫ ЧАСТИЧНОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ КАТИОНИРОВАНИЕМ С БЕЗРЕАГЕНТНОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ СТОКОВ

Докт. техн. наук, проф. ФЕЙЗИЕВ Г. К., канд. техн. наук, доц. ГУСЕЙНОВА Г. Г.,

инж. ИСМАЙЫЛОВ Р. Т.

Азербайджанский архитектурно-строительный университет

Для умягчения исходной воды применяется Ка- или Н-катионирование или совместное Н-Ка-катионирование. Недостаток этих способов подготовки воды заключается в образовании большого количества засоленных сточных вод при регенерации катионитных фильтров раствором поваренной соли или серной кислоты. Отработанные регенерационные растворы (ОРР) загрязняют природные водоемы и тем самым наносят ущерб окружающей среде.

Поэтому с целью охраны природных водоемов эти сточные воды должны утилизироваться. Согласно известной традиционной технологии сточные воды химводоочисток подвергаются содовоизвестковой обработке в осветлителе, где основная часть ионов жесткости осаждается в виде шлама. Далее сточные воды подаются в испарители и концентрируются до 80-100 г/л. Затем концентрат подается в дожигательные аппараты, где выпаривается до сухого состояния. Захоронение сухих солей производится в водонепроницаемых могильниках. Установка очистных сооружений на базе выпарных аппаратов приводит к увеличению расчетных затрат более чем в два раза [1].

Разработанные в Азербайджанском архитектурно-строительном университете технологии бессточного умягчения воды исключают описанные выше технологические операции, снижая тем самым себестоимость умягченной воды [1]. Сущность данной технологии заключается в том, что полученные ОРР подвергаются содовоизвестковой обработке в осветлителе совместно с исходной водой. Поэтому эти технологии становятся наиболее эффективными при применении осветлителей на стадии предварительной очистки воды.

В качестве исходной для подпитки тепловых сетей в большинстве случаев используется вода из городского водопровода. Поэтому применение осветлителей в этих условиях только для осаждения ионов жесткости из обрабатываемой воды и ОРР содовоизвесткованием не всегда является целесообразным.

Для потребителей умягченной воды, не предъявляющих высоких требований к жесткости обработанной воды, в частности для подпитки теплосети, исходную воду можно частично умягчить в Н-катионитных фильтрах с режимом «голодной» регенерации, что позволяет существенно снизить карбонатную жесткость воды. По этой технологии проскок кислоты после фильтра должен отсутствовать не только при регенерации, но и при обработке воды. Расход кислоты в режиме «голодной» регенерации катионита принимается в стехиометрическом количестве. Катионитный фильтр за-

гружается полифункциональным или слабокислотным катионитом. Метод Н-катионирования с «голодной» регенерацией целесообразно применять для обработки природных вод гидрокарбонатного класса (НСО3 > С1 + 804) [2].

На рис. 1а показана принципиальная схема Н-катионирования с режимом «голодной» регенерации Н-катионитных фильтров. Исходная вода пропускается сверху вниз через прямоточный катионитный фильтр 1, загруженный полифункциональным или слабокислотным катионитом, откуда Н-катионированная вода поступает в декарбонизатор 2, где с помощью воздуха, подаваемого вентилятором 3, из воды удаляется СО2 и собирается в бак 4. Далее обработанная вода насосом 5 пропускается через нереге-нерируемый буферный фильтр 6, загруженный сульфоуглем. Буферный фильтр предотвращает случайное попадание кислоты в обработанную воду и сглаживает щелочность фильтрата. Регенерация фильтра раствором 1-2%-й серной кислотой производится сверху вниз. Основным недостатком Н-катионирования с режимом «голодной» регенерации является образование большого количества сточных вод, содержащих концентрированные соли, состоящие из СаS04, Mg2S04 и Na2S04, сброс которых загрязняет водоемы.

в

г

ИВ H2S04 ИВ

На базе Н-катионирования с режимом «голодной» регенерации разработаны бессточные технологии частичного умягчения воды с безреагент-ной утилизацией стоков (рис. 1б-д) [1, 3].

Технологическая схема бессточной подготовки подпиточной воды теплосети для исходных вод гидрокарбонатного класса представлена на рис. 1б. Регенерация Н-катионитного фильтра и обработка исходной воды в этом случае осуществляются согласно схеме, изображенной на рис. 1а. Концентрированная часть ОРР собирается в баке 7, а разбавленная -в баке 8. В баке 7 создаются условия для осаждения основной части ионов кальция (в = 70-80 %) в виде Са8О4-2Н2О. После осаждения основной части ионов кальция концентрированная часть ОРР смешивается с разбавленной частью ОРР и насосом 9 равномерно дозируется в исходную воду перед Н-катионитным фильтром. ОРР можно смешать также с обработанной водой перед буферным фильтром (в схеме показано пунктирной линией). В первом варианте выработка обработанной воды получается больше, чем во втором, однако концентрация ионов кальция в фильтрате - более высокая, чем во втором варианте. По указанным причинам в зависимости от требований, предъявляемых к качеству обработанной воды, выбирается первый или второй вариант схемы.

Среднюю концентрацию ионов кальция в фильтрате по схеме рис. 1б со смешиванием ОРР с исходной водой перед Н-катионитным фильтром можно рассчитать по формуле

пСясмес _ гаисх Сафил = л^а-, мг-экв./л,

1 _п

где Сасмес - концентрация ионов кальция в смеси на входе катионитного фильтра, мг-экв./л; Саисх - то же в исходной воде, мг-экв./л; п - коэффициент, показывающий часть ионов кальция осаждаемой в кристаллизаторе.

Концентрацию ионов кальция, осаждаемых в кристаллизаторе, можно определить следующим образом:

ЕСа804осаж = п

Снижение общего солесодержания обработанной воды рассчитаем по формуле

ДО = Саисх - Сафил, мг-экв./л.

Выработку Н-катионитного фильтра можно существенно увеличить, если изменить второе условие режима «голодной» регенерации, которое предусматривает отсутствие кислоты в обработанной воде. При этом можно увеличить расход кислоты с сохранением стехиометрического количества, что приведет к появлению кислотности в фильтрате. Последний нейтрализуется в буферном фильтре. Таким образом полностью используется потенциальная возможность как Н-катионитного, так и буферного фильтров. При этом увеличивается значение рабочей обменной емкости катио-нита и повышается эффективность процесса частичного умягчения воды. За счет увеличения рабочей обменной емкости катионита уменьшается количество регенераций катионита, снижается количество одновременно регенерируемых и соответственно общее количество Н-катионитных и буферных фильтров, а также удельный расход ОРР. Таким образом, уменьшается капиталовложение на установку, повышаются компактность водо-54

подготовительной установки, а следовательно, и эффективность процесса Н-катионирования.

Результаты проведенных лабораторных экспериментов показали, что рабочая обменная емкость катионита сульфоуголь типа СК-1 по данной малосточной технологии по сравнению с традиционной повышается на 50-60 %.

Предел применения разработанного метода частичного Н-катионирования воды с безреагентной утилизацией стоков в основном цикле обработки воды можно существенно расширить, если концентрированную часть ОРР после осаждения основной части ионов кальция использовать для регенерации Н-катионитного фильтра. При этом происходит двухста-дийная регенерация, сначала ОРР - из бака 7 (рис. 1в), затем - 3-4%-й серной кислотой. Целесообразно раствор кислоты смешивать с концентрированной частью ОРР ближе к концу его подачи в Н-катионитный фильтр. Разбавленная часть ОРР собирается в бак 8, затем насосом 9 смешивается с обработанной водой перед буферным фильтром.

Для вод негидрокарбонатного класса разработана технология, по которой сначала регенерация противоточного или двухпоточно-противоточного фильтра осуществляется раствором серной кислоты со стехиометрическим расходом, а затем по противотоку пропускается концентрированная часть ОРР, из которой предварительно осаждена основная часть ионов кальция. При этом из сильнокислотных функциональных групп полифункционального катионита вытесняется кислота и собирается в бак, а затем совместно со свежим раствором кислоты повторно используется для регенерации Н-катионитного фильтра. Эта технология повышает эффективность работы как Н-катионитного, так и буферного фильтров.

Отличительной особенностью схемы, представленной на рис. 1г, является то, что и регенерация и обработка воды осуществляются путем подачи исходной воды и регенерационного раствора сверху и снизу в двухпоточ-но-противоточный фильтр с отводом ОРР и обработанной воды из средней дренажной системы. При этом часовая производительность Н-катионит-ного фильтра повышается в два раза, а время регенерации снижается также в два раза, в результате установка получается более компактной.

Функцию Н-катионитного и буферного фильтров можно совместить в одном двухпоточно-противоточном фильтре (Н-Б), представленном на рис. 1д. Средняя дренажная система устанавливается на высоте 30-35 % от общего слоя катионита. Концентрированная часть ОРР после осаждения из нее основной части ионов кальция двумя потоками сверху и снизу подается в Н-катионитный фильтр. В верхний поток, ближе к концу подачи ОРР, добавляется также раствор серной кислоты. Таким образом, верхний слой катионита регенерируется смесью ОРР и серной кислоты, а нижний слой -только ОРР. Отработанный раствор забирается из средней дренажной системы. Концентрированная часть ОРР подается в бак 7, где из него осаждается основная часть ионов кальция, а разбавленная часть - в бак 8. Разбавленная часть ОРР смешивается с исходной водой перед Н-Б-фильтром. При этом верхний слой катионита, находящийся над средним дренажным устройством, выполняет роль Н-катионитного фильтра, а слой катионита, находящийся между средним и нижним распределительным устройст-

вом, - роль буферного фильтра, и в результате установка получается более компактной.

По разработанным технологиям из воды удаляется только основная часть ионов кальция, а ионы магния остаются в обработанной воде. Достоинством технологии является то, что в качестве реагента используется только серная кислота.

В Ы В О Д

Разработаны технологические схемы бессточных методов частичного умягчения воды катионированием с безреагентной утилизацией стоков. Предложены различные варианты технологических схем частичного умягчения воды. Выбор одной из этих схем зависит от конкретных условий, и в первую очередь от состава исходной воды и от требования, предъявляемого к содержанию ионов кальция в обработанной воде.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Ф е й з и е в, Г. К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоли-вания воды / Г. К. Фейзиев. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Л а п о т ы ш к и н а, Н. П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей / Н. П. Лапотышкина, Р. П. Сазонов. - М.: Энергоиздат, 1982.

3. С п о с о б обработки подпиточной воды теплосети: а. с. 768764 СССР, МКИ3 В 013 49/00 //02В 1/40. / Г. К. Фейзиев, А. М. Кулиев, Э. А. Сафиев, М. Ф. Джалилов // Открытия. Изобретения. - 1980. - № 48.

Представлена кафедрой теплоснабжения и теплотехники Поступила 24.04.2009

УДК 614.715.621.311.22

К ВОПРОСУ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК МЕЖДУ КОТЛАМИ С РАЗЛИЧНЫМИ СИСТЕМАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТЯГОДУТЬЕВЫХ МАШИН

Канд. техн. наук, доц. НАЗАРОВ В. И., студ. ТЕЛЬПУК А. С.

Белорусский национальный технический университет.

В настоящее время все шире для регулирования производительности тягодутьевых машин котлов стал использоваться частотный управляемый привод (ЧУП). Основное преимущество по сравнению со способом изменения направления потока с помощью направляющего аппарата (НА) заключается в его экономичности при нагрузках котлов в диапазоне 30-85 % 2пот. Из-за ограниченности финансовых средств в котельных обычно частотным приводом оснащается часть котлов. В связи с этим возник вопрос,