Обесцвечивание и дегазация воды

Осветление воды

Удаление взвешенных механических примесей природных и сточных вод чаще всего осуществляется:

1) путем отстаивания воды в отстойниках;

2) пропуском воды через слой ранее выпавшего осадка в осветлителях;

3) пропуском воды через слой зернистого материала в фильтрах или же путем комбинированного использования данных устройств.

Осветление воды – удаление из воды взвешенных примесей – достигается отстаиванием в отстойниках, центрифугированием в гидроциклонах, пропуском воды через слой ранее образованного взвешенного осадка в так называемых осветлителях. Кроме того, воду осветляют фильтрованием через слой фильтрующего порошка на намывных фильтрах или через слой зернистого фильтрующего материала в скорых фильтрах, фильтрованием через сетки на микрофильтрах, барабанных ситах, акустических фильтрах и т. д. Для ускорения процесса осаждения взвеси применяют ее коагулирование, для чего в воду добавляют химические вещества – коагулянты. В результате образуются плотные крупные агрегаты, на поверхности которых адсорбируются примеси, хлопья, быстро осаждающиеся и увлекающие за собой частицы взвеси. Вводимый в обрабатываемую воду коагулянт должен быть хорошо и быстро перемешан с ней в смесителях. При применении отстойников вода из смесителей поступает в камеру хлопьеобразования, где обеспечиваются оптимальные условия для формирования хлопьев. Затем вода передается в отстойник, где хлопья осаждаются вместе с адсорбированными на их поверхности примесями воды.

Процесс коагулирования примесей воды может протекать в контактной среде в осветлителях со слоем взвешенных хлопьев или в контактных осветлителях со статическим зернистым слоем. Осветление воды в первом случае обычно заканчивается ее фильтрованием на скорых фильтрах, а во втором, в результате контактного коагулирования примесей воды при ее фильтровании, сразу достигается требуемая степень осветления.

Грубодисперсные взвеси могут быть успешно удалены из воды центрифугированием в гидроциклонах с последующим доосветлением на скорых фильтрах в одну или две ступени.

Обесцвечивание воды – удаление из нее окрашенных коллоидов или истинно растворенных примесей, обусловливающих цветность воды, – может быть достигнуто при коагулировании или флотации, применении окислителей или сорбентов. Наиболее широко для этой цели используют хлорирование, фильтрование через гранулированный активный уголь и озонирование воды. Эффективное обесцвечивание воды достигается при напорной флотации, которой обязательно предшествует коагулирование примесей воды.

Чаще всего в процессе водоподготовки требуется удаление угле­кислоты, кислорода и сероводорода. Все три газа относятся к коррозийно-агрессивным газам. Углекислота, кроме того, агрессивна по отношению к бетону.

Мероприятия, связанные с удалением из воды растворенных в ней газов, называются дегазацией воды.

Применяются химические и физические методы дегазации воды.

Сущность химических методов заключается в использовании определенных реагентов, которые связывают растворенные в воде газы.

Обескислороживание воды достигается введением в нее сульфита натрия (Na₂SO₃), сернистого газа (SO₂) или гидрозина (Na₂H₄). Последний химический способ является самым совершенным, но и наиболее дорогим.

К химическим методам удаления из воды сероводорода относится обработка ее хлором:

а) с окислением до серы H₂S + Cl₂ = S + 2HCl;

б) с окислением до сульфатов H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O = H₂SO₄ + 8HCl.

Эти реакции протекают параллельно в определенных соотношениях, зависящих от дозы хлора и рН воды.

Химическим методам газоудаления свойственны следующие недостатки:

- применение реагентов, удорожающих процесс обработки воды;

- возможность ухудшения качества воды при нарушении дозировки реагентов.

Поэтому чаще применяются физические методы газоудаления.

Физические методы удаления газов осуществляются двумя способами:

а) вода, содержащая удаляемый газ, приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю;

б) создаются условия, при которых растворимость газа в воде становится близкой к нулю.

При помощи первого способа, т.е. при помощи аэрации воды, обычно удаляются свободная углекислота и сероводород, поскольку парциальное давление этих газов в атмосферном воздухе близко к нулю.

Второй способ применяют обычно при удалении из воды кислорода, т.к. при значительном парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе аэрацией воды кислород из нее удалить нельзя.

Для удаления кислорода из воды ее доводят до кипения, при котором растворимость всех газов в воде падает до нуля. Вода доводится до кипения либо нагреванием (термические деаэраторы), либо понижением давления до такого значения, при котором вода кипит при данной температуре (вакуумные дегазаторы).

Удаление из воды растворенных газов в процессе водоподготовки осуществляется на дегазаторах разных типов, которые различаются:

- по конструктивному исполнению;

- по характеру движения воды и воздуха;

- по обстановке, в которой происходит процесс дегазации.

Дегазаторы можно классифицировать следующим образом.

1. Пленочные дегазаторы. Представляют собой колонны, загруженные насадкой (кольцами Рашига, деревянной или другой), по которой вода стекает тонкой пленкой. Насадка обеспечивает большую поверхность соприкосновения воды и воздуха, нагнетаемого вентилятором навстречу потоку воды.

2. Барботажные дегазаторы. В дегазаторах этого типа через слой медленно движущейся воды продувается сжатый воздух.

3. Вакуумные дегазаторы. При помощи вакуум-насосов или водоструйных эжекторов создается такое давление, при котором вода кипит при данной температуре.

При водообработке в основном применяются пленочные дегазаторы. Для удаления кислорода из воды применяют вакуумные (или термические) дегазаторы. Барботажные дегазаторы применятся редко ввиду больших затрат на их эксплуатацию (расход электроэнергии на компрессию воздуха).

При проектировании дегазаторов определяют следующие величины:

- площадь поперечного сечения дегазатора;

- необходимый расход воздуха;

- площадь поверхности насадки, обеспечивающую заданный эффект дегазации.

Площадь поперечного сечения дегазаторов определяется по допустимой плотности орошения насадки, т.е. по расходу воды, приходящемуся на 1 м² площади поперечного сечения дегазатора.

При глубоком удалении из воды углекислоты (до 2...3 мг/л):

- на дегазаторах, загруженных кольцами Рашига (2,5...3 мм), допустимая плотность орошения насадки 60 м³/(м²·ч), удельный расход воздуха 15 м³/м³;

- на дегазаторах, загруженных деревянной насадкой из досок, допустимая плотность орошения насадки 40 м³/(м²·ч), а удельный расход воздуха 20 м³/м³;

- при удалении кислорода из воды в вакуумных дегазаторах допустимая плотность орошения насадки 5 м³/(м²·ч).

Требуемая площадь поверхности насадок, загружаемых в дегазатор, определяется по следующей формуле, м²:

,

где G – количество удаленного газа, кг/ч; k – коэффициент десорбции, равный количеству газа, удаляемого в единицу времени через единицу площади поверхности соприкосновения жидкой и газообразной сред при движущей силе процесса десорбции, равной единице, м/ч; – средняя движущая сила процесса десорбции, кг/м³.

Величину G определяют по соотношению

G = q·C_у / 1000,

где q – расход обрабатываемой воды, м³/ч; С_у – расчетное количество углекислоты, которое нужно удалить для поднятия pH воды до 7,5.

Значение k находят по графикам k= f(t_воды), а

,

где C_max, C_опт – максимальная и оптимальная концентрации углекислоты, мг/л; C_опт – определяется по номограмме.

Дата добавления: 2014-12-27