Научная статья на тему 'Бессточные методы частичного умягчения воды катионированием с безреагентной утилизацией стоков'

Бессточные методы частичного умягчения воды катионированием с безреагентной утилизацией стоков Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
372
95
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БЕССТОЧНЫЕ МЕТОДЫ / ЧАСТИЧНОЕ УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ / КАТИОНИРОВАНИЕ / БЕЗРЕАГЕНТНАЯ УТИЛИЗИЦИЯ СТОКОВ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Фейзиев Г. К., Гусейнова Г. Г., Исмайылов Р. Т.

Рассмотрены разработанные технологические схемы бессточных методов частичного умягчения воды катионированием с безреагентной утилизацией стоков. Предложены различные варианты технологических схем частичного умягчения воды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Non-Discharge Methods for Partial Water Softening Using Zeolite Process with Discharge Reagentless Utilization

The paper considers developed technological schemes of non-discharge methods of partial water softening using zeolite process with discharge reagentless utilization.Various versions of technological schemes of partial water softening are proposed in the paper.

Текст научной работы на тему «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)

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(Са смес СафилХ мг-экв./л. (2)

Снижение общего солесодержания обработанной воды рассчитаем по формуле

ДО = Саисх - Сафил, мг-экв./л. (3)

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,

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.