CC BY
64УДК 628.164
Технические науки
Хусаинов Румиль Мухутдинович, студент 4 курса энергетического факультета ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный
университет»
Перерва Мария Евгеньевна, магистрант 1 курса энергетического факультета
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» Гайсин Эльмир Маликович, к.т.н., доцент кафедры теплоэнергетики и физики ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ В ПРЯМОТОЧНЫХ И ПРОТИВОТОЧНЫХ ФИЛЬТРАХ
Аннотация: В статье приводится сравнительный анализ прямоточного и противоточного фильтров. Приведены результаты расчетов расхода поваренной соли на регенерацию при прямотоке и противотоке.
Ключевые слова: фильтр, реагенты, ступень очистки воды, ионный обмен, водоподготовка.
Annotation: The article provides a comparative analysis of direct-flow and counter-current filters. The results of calculations of the consumption of table salt for regeneration with direct flow and counterflow are presented.
Keywords: filter, reagents, water purification stage, ion exchange, water treatment.
Вода - это важный ресурс, которая необходима для ее применения в быту и в промышленности. Ее нужно уметь рационально использовать, так как вследствие неочищенной воды может нанести вред здоровью человека, а накипь и осадок, которые остаются на стенках оборудования, приводят к
выходу из строя. Поэтому воду необходимо предварительно подготавливать с помощью оборудования для ее очистки, которая называется фильтром [1].
Способы очистки воды существуют несколько, у каждого есть свои преимущества и недостатки, самый распространенный из них - ионный обмен.
Ионообменные фильтры - это фильтры, предназначенные для очистки воды от химических соединений Са2+ и М^2+, которые образуют накипь. Внутрь данного оборудования засыпают катионит, в качестве которого используют сульфоуголь [2].
Схема прямоточного фильтра представлена на рисунке 1.
2 3^5 10 11
7 /
Рисунок 1 Схема прямоточного фильтра: 1 - вход промывочной воды; 2 - вентиль для слива
взрыхляющей воды; 3 - солерастворитель; 4 - воронка для засыпки соли; 5 - выход промывочной воды; 6 - выход раствора соли; 7 - выход продуктов регенерации; 8 - вентиль
для регенерации катионита; 9 - подача воды для отмывки катионитового фильтра; 10 -катионитовый фильтр; 11 - вход воды для промывки фильтра; 12 - вентиль для отбора проб;
13 - выход умягченной воды.
Принцип работы прямоточных фильтров заключается в следующем:
- умягчение воды;
- взрыхление катионита;
- регенерация катионита;
- отмывка.
Сначала катионит насыщается ионами натрия. Сырая вода подается в фильтр сверху через водораспределительное устройство и медленно проходит
через слой катионита, при этом происходит обменная реакция умягчения. Данная реакция будет продолжаться до тех пор, пока на катионите имеются ионы натрия. Как они израсходуются, фильтр отключают на регенерацию.
Регенерация фильтра - процесс восстановления работы фильтра. Взрыхление слоя катионита производится подачей сырой воды снизу вверх. Пропуск раствора поваренной соли производится сверху вниз, и происходит реакция регенерации.
Последним этапом очистки воды является отмывка. Она производится пропуском сырой воды сверху вниз с последующим удалением в канализацию. Этот этап выполняется для удаления остатков поваренной соли. Во время отмывки лаборант берет анализы воды на жесткость. Если анализы соответствуют по СанПиНу, фильтр включают в работу.
Преимуществами прямоточных фильтров очистки воды являются снижение солей жесткости и простота в эксплуатации, а недостатками -двухступенчатая очистка с большим расходом и экономическими затратами реагентов.
Для устранения недостатков предусмотрена водоподготовка в противоточных фильтрах (рисунок 2).
I I
Рисунок 2 Схема противоточного фильтра: 1 - подвод воды исходной, 2 - отвод воды обработанной, 3 - расходомер, 4 - подвод воды отмывочной, 5 - подвод раствора
регенерационного, 6 - отвод воды отмывочной, 7 - отвод раствора регенерационного, 8 -пробоотборник, 9 - воздушник, 10 - гидрозагрузка, 11 - гидровыгрузка. По конструкции и составу они ничем не отличаются от прямоточных фильтров, а отличие заключается в принципе работы. В этих фильтрах вода и регенерированный раствор пропускают ионообменную смолу в противоположном направлении. Исходная вода взаимодействуют с наименее регенерированными слоями ионита, а перед выходом из фильтра - с наиболее регенерированными. Очищенная вода проходит от дна к верней части фильтра через гидравлически зажатую загрузку [3].
Преимуществами противоточных фильтров являются одноступенчатая очистка воды и уменьшение расходов реагентов.
Чтобы выбрать наиболее эффективный фильтр произведем необходимые расчеты.
Расход поваренной соли на регенерацию QNaCl в м3 вычисляют по формуле [4]:
Оша = Я с (Жоб - Жост ) , (1)
где qс - удельные расходы поваренной соли, —-—, выбирают по жесткости
г - экв
исходной воды;
Жоб - среднегодовая общая жесткость исходной воды перед
т / мг - экв Л ^ п , мг - экв
катионированием I ступени, (--—). Примем Жоб=13,4--—.
дм дм
Жост - средняя остаточная жесткость воды после I ступени
/ мг - экв Л ^ л с мг - экв
катионированием (--—). Примем Жост=1,5--—.
дм дм
~ / мг - экв Л т-т Жнорм - нормируемая жесткость умягченной воды (--—). Примем
дм
Ж —г\ (л^мг - экв Жнорм=0,05 -—- .
дм3
Результаты расчета расхода поваренной соли на регенерацию фильтра представлены на рисунке 3.
Далее рассчитаем стоимость затрат растворов и электроэнергии в прямоточных и противоточных фильтрах.
Годовые затраты на регенерирующий раствор Зр1 в руб. до модернизации определяется по формуле
24
Зр1 = п ■ (0 • 24 • 365 • Ир1) ■ 0,7, (2)
где п - количество фильтров;
Q1 - расход соли на регенерацию (примем Ql=5,7 кг); 24 - количество часов сутках, ч; 2,4 - периодичность регенерации, ч;
Ир1 - стоимость одного кг соли (примем Ир1 =4392 руб./кг);
Рисунок 3 Диаграмма изменения расхода поваренной соли на регенерацию.
Годовые затраты на регенерирующий раствор Зр1 в руб. после модернизации определяется по формуле
24
Зр2 = п ■ (02 ■ — ■ 365 ■ Ир!) ■ 0,7 , (3)
где Q2 - расход соли на регенерацию (примем Q2=3,2 кг); Ир2 - стоимость одного кг соли, руб./кг.
Годовые затраты на электроэнергию Зэ1 в руб. до модернизации определяется по формуле
Зэ1 = N ■ 24 ■ 365 ■ Т, (4)
где N - мощность насосов системы очистки воды (приняли N=5,5 кВт); 365 - количество дней в году;
Т - тариф за электроэнергию (приняли Т=3,17 руб. за 1 кВт • ч). Годовые затраты на электроэнергию будут в обоих случаях равны. Сумма затрат до модернизации Здм в руб. определяется по формуле
Здм = 3р1 + 3э1 (5)
Сумма затрат после модернизации Зпм в руб. определяется по формуле
Зпм = Зр2 + Зэ2 (6)
Результаты расчетов представлены в таблице.
Таблица Годовые затраты на раствор и электроэнергию до и после модернизации
Наименование Стоимость затрат до модернизации, тыс. руб. Стоимость затрат после модернизации, руб.
Годовые затраты на регенерирующий раствор Зр 19188867 10772697
Годовые затраты на электроэнергию Зэ 152730 152730
Итого 19341598 10925428
Годовая экономия составит
Э = Здм - Зпм = 19341598 -10925428 = 8416170 руб.
Таким образом, сравнительный анализ прямоточного и противоточного фильтра и расчет расходов поваренной соли на регенерацию при прямотоке и противотоке показал, что годовая экономия, при принятых нами параметрах, может составить до 8416170 руб.
Библиографический список:
1. Чиж В.А. Водоподготовка и водно - химические режимы ТЭС и АЭС: учебное пособие / В.А. Чиж. - Минск: Высшая школа, 2012. - 159 с.
2. Хусаинов Р.М. Повышение эффективности водоподготовки в котельной /Р.М. Хусаинов, Д.А. Гайсина, А.В. Ипулаев // Современные тенденции повышения энергоэффективности в инженерных сетях и ЖКХ:
материалы Всероссийской научно-практической конференции в рамках Весеннего форума ЖКХ и строительства - Уфа: Башкирский ГАУ, 2019. - С. 69-72.
3. Храмов С. Технологии противоточного ионирования / С. Храмов // Российский производитель систем водоподготовки: Материалы отраслевой конференции. - Москва: Титан, 2018. - С.12-15.
4. Моисеев Б. В. Водоподготовка и водный режим котельных установок: учебник / Б.В. Моисеев. - Тюмень: Тюменский ГАСУ, 2010. - 100 с.
