ПРОМЫШЛЕННАЯ ВОДОПОДГОТОВКА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ ВОД И ИХ

ПРОМЫШЛЕННАЯ ВОДОПОДГОТОВКА

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ ВОД И ИХ ПРИМЕСЕЙ • Вода является одним из самых распространенных соединений на Земле. Общая масса воды на поверхности Земли оценивается в 1, 39. 1018 т. Большая часть ее содержится в морях и океанах. Стационарные запасы пресных вод, пригодных для использования, составляют всего 0, 3% объема гидросферы. • Химическая промышленность является крупнейшим потребителем воды. Современные химические предприятия расходуют до 1 млн. м 3 воды в сутки. Расходные коэффициенты по воде в (м³/т) в производстве: • азотной кислоты – до 200, • аммиака – 1500, • вискозного шелка – 2500 и т. д. .

• Годовой сток: • • • Волги - 250 км 3/год; Амура - 350 км 3/год; Оби - 396 км 3/год; Лены - 508 км 3/год; Енисея - 623 км 3/год. • • Солесодержание в различных морях: Балтийское - 11 г/л; Каспийское - 12 -13 г/л; Черное - 19 г/л; Северное - 33 г/л; Атлантический океан - 35, 9 г/л; Средиземное море - 37, 3 г/л; Мертвое море - 240 г/л;

• Используемая в производстве техническая вода делится на охлаждающую, технологическую и энергетическую. • Приблизительно 75% воды, используемой в химической промышленности, расходуется на охлаждение или нагрев технологической аппаратуры.

Классификация примесей воды • по химическому составу: на органические (гуминовые кислоты, лигнин, бактерии и др. ) и неорганические (минеральные соли, газы N, O, CO 2, H 2 S, CH 4, NH 3 и др. ). • по дисперсности. Различают четыре группы. • К первой группе относятся нерастворимые вещества от тонких взвесей до крупных частиц, размером до 10 -5÷ 10 -4 см (песок, глина, некоторые бактерии). • К второй группе относятся коллоидные системы, высокомолекулярные вещ-ва с величиной частиц 10 -5÷ 10 -6 см. • К третьей группе относятся молекулярные растворы в воде газов и органических веществ с величиной частиц 10 -6÷ 10 -7 см. Эти вещества находятся в воде в виде недиссоциированных молекул. • К четвертой группе относятся истинно растворенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы и имеющие величину частиц менее 10 -7 см.

По происхождению различают: • Атмосферные воды – воды дождевых и снеговых осадков – характеризуются сравнительно небольшим содержанием примесей. • Поверхностные воды – это воды открытых водоемов: рек, озер, морей, каналов, водохранилищ. • Морская вода отличается высоким солесодержанием и содержит практически все элементы, имеющиеся в земной коре. Больше всего в морской воде содержится хлорида натрия (до 2, 6 % от всех солей). • Подземные воды – воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров.

В зависимости от солесодержания природные воды подразделяют на: • пресную воду – солесодержание до 1 г солей/л; • пресные воды подразделяются на: воды малой минерализованности (до 0, 2 г/л), средней минерализованности (0, 2 – 0, 5 г/л) повышенной минерализованности (0, 5 – 1 г/л). • солоноватую – 1 ÷ 10 г солей/л воды; • соленую – 10 - 50 г/л. • рассолы (более 50 г/л).

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ • • • • Прозрачность. Цвет. Содержание взвешенных веществ. Сухой остаток. Окисляемость. Активная реакция. Щелочность. Жесткость. Солесодержание. Содержание тяжелых металлов. Бактериологические показатели. Запах. Вкус и т. д.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ВОДОПОДГОТОВКИ • ОСВЕТЛЕНИЕ ВОДЫ • Осветление воды – это ряд операций (отстаивание, фильтрация, коагуляция), выполняемых для удаления из воды механических примесей. • Используемые аппараты: • Песколовки • Отстойники: горизонтальные; вертикальные и радиальные. • Фильтры •

Песколовка • Песколовка разработана для отделения твердых, легко осаждающихся веществ.

СХЕМА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА вода на осветление вода твердые частицы шлам Осветленная вода

Радиальный отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой 1 - корпус; 2 - днище; 3 - гребковая мешалка 4 - кольцевой желоб

ОТСТОЙНИКИ • Расчет скорости осаждения твердых частиц в воде: • Скорость осаждения частиц в неподвижной воде. Диаметр частиц в мм Название частиц Скорость осаждения в мм/сек Время, необходимое на осаждение на 1 м 1. 0 Крупный песок 100 10 сек 0, 1 Мелкий песок 8 2 мин 0, 01 Ил 0, 154 2 часа 0, 001 Глина 0, 00154 7 дней 0, 0001 Мелкая глина 0, 0000154 2 года

КОАГУЛЯЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ • Коагуляционная и злектрокоагуляционная очистка применяются в тех случаях, когда примеси, находящиеся в воде не удаляются отстаиванием и фильтрацией без дополнительной обработки. • Коагуляцией примесей воды называется процесс разрушения и укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. • В качестве коагулянтов используют различные соли алюминия и железа, чаще всего Al 2(SO 4)3, Fe. SO 4 и Fe. Cl 3. • Выбор реагента зависит от концентрации примесей, р. Н, температуры и солевого состава воды.

КОРРЕКТИРОВКА СОЛЕВОГО СОСТАВА (умягчение и деминерализация воды) • Задача умягчения воды. Частичное или полное удаление солей жесткости из воды. Задача деминерализации воды – уменьшение солесодержания, изменение солевого состава или полное устранение всех солей из воды.

СУСПЕНЗИОННЫЙ ОСВЕТЛИТЕЛЬ Вода с коагулянтом на осветление Осветленная вода Шлам Ложное дно Шлам

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ • Физические методы: • Кипячение • Ca(HCO 3)2 = Ca. CO 3↓ + CO 2 + H 2 O • 2 Mg(HCO 3)2 = Mg. CO 3·Mg(OH)2↓ + 3 CO 2 + H 2 O • Химические методы • Магнитная обработка • Ионообменная обработка воды

ХИМИЧЕСКИЕ (РЕАГЕНТНЫЕ) МЕТОДЫ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ • 1. Известкование воды (устраняется только временная жесткость) • Ca(HCO 3)2 + Ca(OH)2 = 2 Ca. CO 3 + 2 H 2 O Mg(HCO 3)2+Ca(OH)2 =Mg(OH)2 +2 Ca. CO 3 +H 2 O+CO 2 • Fe. SO 4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + Ca. SO 4 • CO 2 + Ca(OH)2 = Ca. CO 3 +H 2 O • Обработка кальцинированной содой • Ca(HCO 3)2 + Na 2 CO 3 = Ca. CO 3 +2 Na. HCO 3 • Mg. Cl 2 + Na 2 CO 3 = Mg. CO 3 + 2 Na. Cl • Устраняется общая жесткость

• Фосфатный метод умягчения • 3 Ca(HCO 3)2 + 2 Na 3 PO 4 = Ca 3(PO 4)2 + 6 Na. HCO 3 • 3 Mg. Cl 2 + 2 Na 3 PO 4 = Mg 3(PO 4)2 + 6 Na. Cl Устраняется общая жесткость

ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ ВОДЫ • Физические методы: • Дистиляция и вымораживание; • Мембранные методы. • Электрохимические методы • Ионообменный метод • Задачи, решаемые ионным обменом в водоподготовке • 1. Умягчение воды • 2. Получение умягченной и нейтральной воды • 3. Корректировка солевого состава и деминерализация воды

• В водоподготовке используются катионообменные смолы RNa, RH, RNH 4 и анионообменные An. OH РЕАКЦИИ 1. Ca. Cl 2 + 2 RNa ⇄ R 2 Ca + 2 Na. Cl 2. Ca(HCO 3)2+ 2 RNa ⇄ R 2 Ca + 2 Na. HCO 3 p. H > 7 вода слабо щелочная 3. Ca. Cl 2 + 2 RH ⇄ R 2 Ca + 2 HCl p. H < 7 вода кислая 4. Mg(HCO 3)2+ 2 RH ⇄ R 2 Mg + H 2 O + CO 2 Для умягчения воды используются катионообменные смолы RNa и RNH 4

ПОЛУЧЕНИЕ УМЯГЧЕННОЙ И НЕЙТРАЛЬНОЙ ВОДЫ • HCl + Na. HCO 3 = Na. Cl + H 2 O + CO 2 RNa Вода на умягчение СО 2 СМЕШЕНИЕ АНАЛИЗ RH

ПОЛУЧЕНИЕ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДЫ 1. Обработка воды катионообменной смолой RH Ca. Cl 2 + 2 RH ⇄ R 2 Ca + 2 HCl Mg(HCO 3)2+ 2 RH ⇄ p. H < 7 вода кислая R 2 Mg + H 2 O + CO 2 2. Обработка кислой воды анионообменной смолой An. OH HCl + An. OH ⇄ An. Cl + H 2 O Основные характеристики ионообменных смол: обменная способность и набухаемость.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ Регенерация катионообменных смол осуществляется 1 -1, 5%-м раствором соляной или (осторожно) серной кислотой или раствором Na. Cl. R 2 Ca + 2 HCl ⇄ Ca. Cl 2 + 2 RН Регенерация анионообменных смол осуществляется 4%-м раствором Na. OH.

ДЕГАЗАЦИЯ ВОДЫ • Физические методы • Кипячение • Применение пленочных (градирни), насадочных, барботажных (пенные аппараты) и вакуумных дегазаторов. • Химические методы • Известкование – удаление СО 2 • 2 Na 2 SO 3 + O 2 = 2 Na 2 SO 4 • N 2 H 4 + O 2 = 2 H 2 O + N 2 , но гидразин – очень опасен! • N 2 H 4·H 2 SO 4 + O 2 = 2 H 2 O + H 2 SO 4 + N 2 • и др.

Градирни

ДЕЗИНФЕКЦИЯ ВОДЫ • Физические методы • Кипячение • УФ Облучение λ 290 нм • Химические методы • Хлорирование: Cl 2 + H 2 O = HCl + HCl. O • Применение гипохлоритов: Na. Cl. O, Ca(Cl. O)2 • Озонирование: O 3 → O 2 + O