CC BY
4УДК 69 ПлетневаК.О., ШушпановаН.И., ПоповД.Н.
Плетнева К.О.
магистрант 2 курс кафедры теплоэнергетика Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
Шушпанова Н.И.
магистрант 2 курс кафедры теплоэнергетика Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
Попов Д.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры теплоэнергетика Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ВОДОПОДГОТОВКИ СЕТЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ
Аннотация: в работе рассмотрены методы водоподготовки воды при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения. Особое внимание уделяется организации водно-химического режима, поэтому возникает необходимость обеспечения соблюдения установленных нормативных показателей качества сетевой воды.
Ключевые слова: водоподготовка, сетевая вода, методы очистки, теплоснабжение, надёжность.
1719
В зависимости от условий работы и требований к охране окружающей среды, а также от возможностей использования различных реагентов и оборудования для подготовки подпиточной воды в тепловой сети применяются следующие методы:
1. Предварительная очистка воды представляет процесс очищения исходной воды с помощью сетчатых фильтров от грубодисперсных, основной части коллоидных примесей, очистка воды от взвешенных веществ (осветление), снижение её мутности и цветности, устранение большей части органических соединений, болезнетворных микроорганизмов и возбудителей инфекции на микрофильтрационной установке.
Касательно болезнетворных бактерий (инфекций) существуют методы, созданные для нарушения метаболизма клеток микробов, что вызывает их уничтожение: обработка воды окислителями (хлор, озон) и ионами тяжелых металлов (серебро, медь), а также ультрафиолетовое обеззараживание.
Предварительная очистка может включать [1]:
а) первичное отстаивание с применением или без применения реагентов, в зависимости от состава исходной воды.
б) коагуляция (т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или полиэлектролитов), для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода их в фильтруемую форму.
в) механическая очистка воды с помощью фильтрования.
2. Умягчение воды на основе ионного обмена в катионитовых фильтрах. Уровень жесткости воды зависит от общего количества растворенных в ней солей кальция и магния. Принцип этого метода заключается в том, что исходная вода пропускается через катионитовый фильтр, где вследствие происходит химическая реакция поглощения ионов солей. Исходя из того какой ион участвует в обменном процессе методы получили названия: катионирование, Н-канионирование, ОН-анионирование.
При использовании метода Ка-катионирования происходит процесс очищения воды от примесей с помощью фильтрации через слой катионита,
1720
который содержит обменные ионы натрия. То есть происходит замена ионов кальция и магния на ионы натрия в одинаковом соотношении. Но стоит отметить, что в процессе фильтрации с использованием ионов натрия происходит незначительное увеличение содержания солей в воде. Ионит со временем начинает медленно истощаться, поэтому проводится регенерация фильтров 5-8% раствором №01.
Следующий метод Н-катионирование осуществляется совместно с ОН-анионированием, в связи с возрастанием кислотности при замене катионов воды на ионы водорода. Анионирование воды проводится для ее химического обессоливания, вследствие чего на анионитные фильтры поступает Н-катионированая вода, образуя слабодиссоциирующие молекулы воды. Данный метод направлен на уменьшение общей жесткости, солесодержания и бикарбонатной щелочности. Восстановление катионитных фильтров производят 1% раствором Н2Б04, а анионитных фильтров 4% раствором КаОН.
В некоторых случаях используют схему Н-катионирования, в процессе которой происходит так называемая "голодная" регенерация. Именно в данном случае возникает процесс разряжения бикарбонатной щелочности, при этом не происходит образования кислого фильтрата. Для того, чтобы предотвратить образование кислого фильтрата после Н-катионитного фильтра устанавливают буферные самогенерирующиеся фильтры, которые наполняются сульфауглем. Данные фильтры подхватывают за собой невосстанавливающийся слой фильтров, которые имеют голодную регенерацию, защищая таким образом фильтрат от кислоты.
3. Мембранные методы включают в себя электродиализ и обратный осмос. Процесс электродиализа воды можно сравнить с классическим процессом ионного обмена, но только в этом случае ионитный слой заменяется на мембранный. Основополагающим принципом метода является действие электрического поля. Формирование мембран происходит путем введения функциональной группы в пленкообразующие смолы, с последующим нанесением смолы на синтетические сетки.
1721
Обратный осмос основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны. Сами мембраны изготавливаются из различных материалов, например, полиамида или ацетатцеллюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микроскопически малые поры этих мембран (размер порядка 0,0001 микрона), могут пройти только молекулы воды и кислорода, а микроорганизмы, растворенные в воде соли и органические соединения и т.п. задерживаются мембраной [1].
Процесс происходит под действием гидростатического давления, которое заставляет воду проходить сквозь мембрану, создавая определенное значение, именуемое осмотическим давлением. Система пытается поддерживать баланс концентраций, расположенных по обе стороны мембраны. Необходимый уровень давления в установке фильтра обратного осмоса зависит от концентрации солей (чем она больше, тем выше давление).
4. Магнитная обработка воды.
При магнитной обработке обрабатываемая вода пропускается между полюсами постоянного магнита [2, 3]. В момент пересечения потока воды магнитное поле находится в направлении, перпендикулярном его движению.
В подпиточной воде в результате воздействия на нее магнитного силового поля, образуется значительное количество кристаллов твердой фазы из растворенных в воде солей. Кристаллизация в присутствии большого количества зародышей приводит к тому, что карбонат кальция (СаСОЗ) или совсем не выделяется из воды или выделяется в виде тонкодисперсной взвеси, не осевшей в виде накипи. Эффективность противонакипной обработки зависит от характеристик магнитного поля, скорости потока воды, химического состава воды, производительности аппарата, которые устанавливаются при наладке [4].
Антирелаксационный контур, присутствующий в схеме необходим для того, чтобы избежать потери магнитных свойств сетевой воды. Через данный контур, осуществляется пропуск 25% всей воды, которая циркулирует в системе. Он должен быть подключен к сети в тех местах, где возможно минимальное и
1722
максимальное давление сетевой воды (стороны всасывания и нагнетания насосного оборудования).
5. Удаление газов методом деаэрации.
Данный метод базируется на зависимости, что содержание газа в жидкости зависит от температуры воды и давления газов, которые находятся над ней. Эта зависимость вытекает из закона Генри, в соответствии с которым при равновесном состоянии концентрация (содержание) растворенного газа в жидкости прямо пропорциональна парциальному давлению данного газа над жидкостью и коэффициенту его растворимости в жидкости.
Распространены основные виды деаэрации воды: термический и химический способы. В основе термического способа заложено то, что при повышении температуры содержание газа в воде уменьшается, а при значении, равном температуре кипения, газы практически полностью удаляются из воды. Деаэрации при данном способе обеспечивает достижение более полного удаления кислорода и углекислоты.
Химический способ заключается в пропорциональном дозировании в питательную воду специализированных реагентов, нейтрализующих растворенные агрессивные газы. Удаление газов происходит менее эффективно в сравнении с термическим методом так, как для полного связывания кислорода необходимо существенное количество реагента. Использование сульфита натрия в щелочной среде при определенных условиях приводит к образованию отложений в оборудовании, помимо этого данный метод не всегда допустим в системах теплоснабжения.
Водоподготовка представляет собой важный и значимый аспект в надежном функционировании тепловых сетей, поэтому необходимо уделять должное внимание данному процессу.
1723
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Волокитина Ю.О., Тюрина С.Г. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ // Материалы VIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» [Электронный ресурс]. URL: <a href="https://scienceforum.ru/2016/article/2016023402>>>
https://scienceforum.ru/2016/article/2016023402</a> (дата обращения: 14.06.2024);
2. Гребенок, В.Д. Обессоливание воды ионитами / В.Д. Гребенок, А.А. Мазо. - М.: Химия, 1980. - 256 с;
3. Резник, Я.О. О «Нехимических» методах обработки воды // Энергосбережение и водоподготовка, 2006. - № 5(43). - С. 13-15;
4. Котляр М.Н., Николаева Л.А. Водоподготовка и водно-химические режимы на теплоэнергетических объектах: учеб. пособие / М.Н. Котляр, Л.А. Николаева. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2019. - 184 с
1724
Pletneva K.O., Shushpanova N.I., Popov D.N.
Pletneva K.O.
Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russia)
Shushpanova N.I.
Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russia)
Popov D.N.
Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russia)
RESEARCH METHODS WATER TREATMENT OF NETWORK WATER TO ENSURE SYSTEM RELIABILITY
Abstract: the work discusses methods of water treatment in the design and operation of heat supply systems. Particular attention is paid to the organization of the water chemical regime, so there is a need to ensure compliance with established standard indicators for the quality of network water.
Keywords: water treatment, network water, cleaning methods, heat supply, reliability.
1725
