Курсовая работа: Химическая обработка воды для подпитки теплосети
Показатели качества водотрубных котлов не должны превышать:
5. Процесс обработки воды
Многообразие примесей в природной воде приводит к тому, что подготовка воды осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе (предочистка) из воды удаляют ГДП и коллоидные примеси. При необходимости понижается бикарбонатная щелочность, карбонатная жесткость и кремнесодержание.
На последних этапах производят очистку воды от истинорастворимых примесей.
5.1 Предварительная очистка
Как уже говорилось ранее ГДП, ввиду крупных агломератов молекул, всплывают на поверхность или выпадают в осадок. Удаляются из воды отстаиванием.
Коллоидные примеси, в отличие от ГДП, не отстаиваются, поэтому для их удаления применяется коагуляция.
Коагуляция – это физико-химический процесс слипания коллоидных частиц, т.е. образование грубодисперсных макро-фаз с последующим удалением из воды.
В растворе, вокруг коллоидной частицы образуется двойной электрический слой, состоящий из потенциалообразующих ионов и противо ионов. Такой комплекс электронейтрален, но при движении частица увлекает за собой только часть противо ионов, что приводит к появлению электрокинетического потенциала между частицей и раствором. Таким образом, частицей приобретается заряд.
Для коагуляции в теплоэнергетике к коллоидному раствору добавляется раствор с противоположно заряженными частицами. Как правило, коллоидные растворы природных вод характеризуются отрицательным зарядом. Поэтому для коагуляции используются коллоидные растворы, имеющие положительный заряд. В качестве коагулянтов могут использоваться растворы, образованные труднорастворимыми гидроксидами металлов, но для удешевления процесса применяют технические продукты – коагуляторы (глинозем, купорос), из которых коагулянты образуются в процессе гидролиза.
Для интенсификации процесса может вводиться флакулянт, который укрупняет образующиеся при коагуляции хлопья, а также подогрев воды до 25-30 о С.
Предварительную очистку на водоподготовительной установке ведут при совмещении в одном аппарате, называемом осветлителем, процессов коагуляции и отстаивания воды, а при необходимости добавляют известкование и магнезиальное обескремниевание.
Процесс содоизвесткования заключается в добавлении к воде гашеной извести, в результате чего понижается бикарбонатная щелочность и карбонатная жесткость. Этот процесс объясняют следующие реакции:
При избытке извести осаждаются ионы магния:
При этом магниевая жесткость переходить в кальциевую.
Для вод с повышенной некарбонатной жесткостью проводят умягчение воды содой.
Эффект аналогичный содоизвесткованию можно достичь добавлением гидроксида натрия, но это экономически дороже.
Магнезиальное обескремниевание воды осуществляется путем добавления магнезита в порошкообразном состоянии, который в результате частичной диссоциации образует комплексный ион, который с анионами кремниевой кислоты дает менее растворимое соединение, чем исходные силикаты и позволяет выводить их.
Вода тангенциально поступает в осветлитель, поток закручивается. Вводятся коагуляторы и при необходимости известковое молоко. В процессе перемешивания в смесителе реагенты взаимодействуют с примесями воды и образуются грубодисперсные макро-фазы. Продукты коагуляции, выделяющиеся в виде хлопьев, поддерживаются восходящим потоком воды во взвешенном состоянии, образуя так называемую зону взвешенного слоя.
Основным преимуществом взвешенного слоя является то, что он работает на подобии фильтрующей загрузки, извлекая из воды, протекающей сквозь него мелкодисперсные примеси в результате адгезионных (действие межмолекулярных сил притяжения) и адсорбционных (поглощение вещества жидкой среды поверхностью частицы) процессов. У верхней границы этой зоны осветленная вода выводится из аппарата. Избыток частиц во взвешенном слое с некоторым количеством воды непрерывно выводится из слоя по шламоотводящим трубам в шламоуплотнитель. Уплотненный шлам выводится из нижней части шламоуплотнителя путем непрерывной продувки. Крупные частицы коагуляции, попадающие с исходной водой, осаждаются в нижней части смесителя и по мере накопления выводятся путем периодической продувки.
Важно отметить, что даже при хорошо налаженной работе осветлителя концентрация ГДП после них может достигать до 10 мг/кг. Поэтому применяют доосветление воды, путем ее фильтрования через слой пористой среды. Такое фильтрование может быть поверхностным (пленочным) либо объемным (адгезионным). В первом случае диаметр пор слоя меньше диаметра частиц, и частицы задерживаются на поверхности слоя, образуя пленку. Во втором случае наоборот, диаметр пор больше диаметра частиц, поэтому последние вовлекаются потоком воды вглубь слоя и удерживаются внутри него.
Для этого процесса используют осветлительные (механические) фильтры.
5.2 Обработка воды методом ионного обмена
Вода, прошедшая предочистку практически не содержит ГДП (менее 1 мг/кг) и в значительной степени свободна от коллоидных примесей. Для удаления из воды истинорастворимых примесей применяют ионный обмен, дегазацию, а также термический и мембранный методы в сочетании с ионным обменом.
Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионообменными материалами или ионитами, изменять в нужном направлении ионный состав воды.
Способность ионитов к ионному обмену объясняется их строением. Любой ионит состоит из твердой основы матрицы, на которую помещены специальные функциональные группы. При помещении ионита в раствор функциональные группы либо адсорбируют из раствора, либо отдают в раствор в результате диссоциации ионы одного знака заряда и, тем самым, приобретают заряд. Вследствие этого вокруг частицы образуется диффузионный слой из противоионов, которые могут выходить обмениваться ионами с раствором в эквивалентном количестве. Если таким противоионом является катион, то такой ионит называется катионитом. Если же анион – то анионитом.