книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий
..pdfрования, подается насосами на механические фильтры для осветления, затем под остаточным напором поступает на Н+-ка- тионирование и далее в камеру охлажденной воды для стаби лизации. При этом достигается полная стабильность содержания
воборотной воде ионов Са2+, Mg2+ , поддержание величины pH
впределах 8,2— 8,5. а также предотвращается накопление в воде взвешенных веществ. При небольшом содержании в подпитыва
ющей воде анионов СГ, S04поддержание в оборотной воде их
предельно допустимой концентрации, не вызывающей коррозии, обеспечивается величиной капельного уноса на водоохлаждаю щих устройствах (0,5% от величины расхода воды, циркулиру ющей в оборотной системе). Образующийся при реакции умяг чения воды карбонат кальция отлагается на зернах песка в вих ревом реакторе, постепенно увеличивая их размеры. Наиболее крупные зерна, значительная часть массы которых образована карбонатом кальция, осаждаются в нижнюю часть реактора и периодически выводятся при помощи эжектора в конический ап парат для гидравлической выгрузки на площадку складирова ния. Этот карбонат кальция можно использовать для нейтрали зации кислых сточных вод отдельных производств предприятия либо для получения кальциевой селитры.
Механические кварцевые фильтры, установленные перед катионитными фильтрами, промывают речной водой. Взрыхление и отмывка катионитовых фильтров производится осветленной водой, запасы которой хранятся в специальной емкости.
Регенерация Н+ -катионитовых фильтров осуществляется 25-процентной азотной кислотой, которую приготовляют разбав лением концентрированной кислоты водой, используемой для отмывки катионита после регенерации. Остальная часть отмы вочной воды через переливной трубопровод отводится в оборот ную систему (в камеру горячей воды при насосной станции). Отработанный регенерационный раствор принимают в сборник, откуда он после дополнительной нейтрализации аммиаком пере качивается для использования в качестве дополнительного то варного продукта — жидкого удобрения (раствор смеси нитра тов кальция и аммония) или передается в производство селитры.
Вихревые реакторы. |
Рабочая |
высота |
4 м, диаметр верхнего |
|
сечения |
при принятой |
высоте |
и угле |
конусности 20°— 1,6 м. |
Диаметр |
нижнего сечения конуса 150 мм. Предусмотрена уста |
|||
новка четырех аппаратов.
Механические фильтры. Скорость фильтрации принята 10 м/ч. Расход воды 66,8 мг/ч. В схеме используются два рабочих фильтра диаметром 2,6 му высотой 4,0 му площадью 4,9 м2 Та ганрогского котельного завода. Фильтр загружен кварцевым песком с диаметром зерен 0,9— 1,8 мм. Подача воды на промыв ку фильтров — из сети речного водопровода. Вода от промывки фильтров отводится в промливневую канализацию.
Ц+-катионитовые фильтры. Катионирование производится в одну ступень на смоле КУ-2 в водородной форме. Обменная емкость катионита КУ-2 по аммиаку 2500 г-экв/м3 сухой смолы; рабочая обменная емкость влажного катионита по аммиаку 1250 г-экв/м2, по остальным катионам 620 г-экв/м3. Усредненная обменная емкость влажного катионита 1135 г-экв/м3. Исходя из обменной емкости катионита и солевого состава обрабатываемой воды, необходимый объем сухого катионита— 18 м3. Принято два рабочих Н+-катионитовых фильтра диаметром 2600 мм, вы сотой 5195 ж; полезная площадь фильтрации одного фильтра 4,9 м2, высота загрузки 2,4 м. Число регенераций: при катионировании умягченной аммиаком воды 0,8 раза в сутки, при катионировании оборотной воды — 1,2 раза.
Для хранения запаса осветленной воды на взрыхление и от мывку катионита, для сбора отмывочных вод и сбора отработан ного регенерационного раствора предусматриваются три сблоки рованных прямоугольных железобетонных резервуара емкостью по 50 м3 каждый. Ориентировочная стоимость строительно-мон тажных работ такой установки составляет 150 тыс. руб. (по дан ным Укрводоканалпроекта).
Схема обработки воды с преобладающей постоянной жестко стью и значительным содержанием хлоридов и сульфатов, вклю чающая Н-катионирование и ОН-анионирование для стабили зации состава оборотной воды.
Схема используется в тех случаях, когда наряду с относитель но высоким солесодержанием в подпитывающей воде значитель ная доля жесткости приходится на сульфат или хлорид кальция и магний. При этом умягчение воды смесью аммиака и углекис лого аммония и извлечение остаточного содержания ионов каль ция и аммония Н+-катионированием не позволяет обеспечить нейтральную реакцию умягченной воды и существенное умень шение общей концентрации солей в ней.
Примерный ионный состав воды, требующей после реагент ного умягчения последовательного Н-катионирования и ОН-ани- онирования, мг-экв/л:
Сг SO$"
HCO-f
NCXf
NO3 Si03 ОН" c o £ -
Анноны
12,10
5,40
3,80
О О
0,15
0,14
—
—
Ca2+
Mg2+
Na+ z X*+
Катионы
8,80
2,40
10,40
0,03
Для устранения постоянной кальциевой жесткости должна быть использована реакция между солями кальция и карбона
том аммония. Устранение магниевой жесткости требует приме нения водного раствора аммиака и углекислоты. Для удовлетво рения этих требований в технологической схеме умягчения воды предусматривается использование в качестве реагента водного раствора аммиака, насыщенного экспанзерным газом, который является отходом производства на предприятиях азотных удоб рений и содержит до 2000 мг/л С02. Смешение экспанзерного газа с раствором аммиака позволяет получать смеси аммиака и углекислого аммония в любых соотношениях. Смешение произ водится в эжекторе, установленном на трубопроводе, подающем воду в вихревые реакторы. Умягченная в вихревых реакторах с песчаной загрузкой вода фильтруется на механических двух слойных (кварцево-угольных) фильтрах и затем вся или часть ее направляется последовательно на Н-катионирование, дегаза цию и ОН-анионирование для снижения pH от 9,5 до 8,0— 8,2 и уменьшения концентрации ионов хлора до 150 мг/л.
Количество умягченной воды, направляемой на Н-катиониро- вание для снижения pH рассчитывается по формуле
Q H— nQи |
— - |
/«Q H |
(164) |
а - + s o | |
|
1 +
3,5
где CliT и SOi — содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде, мг-экв/л; Q„ — расход подпитывающей свежей воды в си стеме, мг/ч\ п и т — доли от общего расхода воды, направляе-
С1~ + С17
мой на анионирование и катионирование, п = ----------------
С1„
Количество подпитывающей воды, отводимой на ОН-аниони
рование, находится по формуле |
|
С1иг,— 1Д~ - Q H= « Q H, |
(165) |
где С1д — содержание хлоридов в добавочной (подпитывающей) воде, мг/л.
Это количество воды перед ОН-анионированием также долж но подвергаться Н-катионированию, вследствие чего общее ко личество умягченной воды, подвергаемой Н-катионированию, составляет
nQ„ + m Q n = Qu(n + т). |
(166) |
Катионитовые фильтры загружаются смолой КУ-2 и регене рируются 25-процентным раствором HNO3; анионитовые фильт ры загружаются смолой АН-2 2 или АН-2 Ф (АН-2ФН) и реге
нерируются 10 -процентным раствором аммиака. |
отсутствует и |
Поскольку сброс продувочных вод в системе |
|
расход подпитывающей воды равен Р1+ Р 2, т- |
сумме потери |
циркулирующей воды от испарения и капельного уноса, коэф фициент упаривания может быть вычислен, как отношение
Р\ + Pi = КУ.
Pi
Максимальное допустимое содержание хлоридов в оборотной воде по СНиП П-Г 3— 70 не должно превышать 600 мг/л. Для соблюдения этого требования содержание хлоридов в подпиты
вающей воде должно быть не менее — = С17, мг/л. Ку
После ионообменной корректировки солевого состава вода смешивается с остальной умягченной водой и подается в при емную камеру оборотного цикла.
Регенерация ионитовых фильтров производится в четыре сту пени. При этом первые фракции отработанных растворов не со держат кислоты и щелочи и могут использоваться для получения минеральных удобрений. Остальные фракции растворов под оста точным напором направляются в приемники 1, 2 и 3 для участия в последующих операциях регенерации. Применение ступенчатой регенерации в схеме позволяет существенно сократить расход реагентов на операцию, хотя несколько увеличиваются капи тальные затраты.
Для системы оборотного водоснабжения производительностью 8100 м3/ч при указанном в табл. 50 ионном составе воды харак теристика основого технологического оборудования следующая.
Вихревые реакторы. |
Рабочая |
высота 5 м, диаметр верхнего |
сечения при принятой |
высоте |
и угле конусности 20° — 1,9 м. |
Диаметр нижнего сечения конуса 150 мм. Предусмотрена уста новка трех аппаратов.
Ввиду того, что эжекторы, установленные на подаче воды в реактор, быстро инкрустируются карбонатом кальция и гидра том окиси магния, предусматривается их периодическая насос ная промывка азотной кислотой. Растворы азотной кислоты ис пользуются в оборотной системе.
Механические фильтры. Скорость фильтрования 10 м/ч, рас ход воды 162 м3/ч. Принято три рабочих фильтра диаметром 3.0 м, площадью 7,1 м2 с двухслойной загрузкой (песок— антра цит) Таганрогского котельного завода.
Н+-катионитовые фильтры. Катионирование производится на противоточных фильтрах в два яруса на смоле КУ-2 в водород ной форме. Первый ярус выводится на регенерацию по проскоку
иона Са2+ , второй — по проскоку иона NH4" , что обеспечивает однородность раствора аммонийной селитры после второй ступени.
Для первого яруса предусмотрены два фильтра диаметром 3.0 м; площадь фильтрации одного фильтра 7,07 м3. Для второго яруса предусмотрены два фильтра диаметром 2,6 м; площадь фильтрации одного фильтра 5,3 м2.
Обменная емкость влажного катионита КУ-2 по NH+ 2500 г-экв/м3.
Регенерация Н+-катионитовых фильтров производится 25-про- центной азотной кислотой (45-процентная азотная кислота по трубопроводу подается в бак-мерник). При удельном расходе 25-процентной азотной кислоты 0,3 ж3 на 1 ж3 катионита на реге нерацию ее потребуется для фильтров первого яруса 7,45 ж3; для фильтров второго яруса 5,56 м3. На приготовление регене рационных растворов подается оборотная вода из напорного трубопровода.
ОН~~-анионитовые фильтры. Анионирование производится в одну ступень на смоле марки АН-22 в ОН~~-форме. Фильтры вы водятся на регенерацию по проскоку иона С1~ . Предусматри вается установка трех фильтров диаметром 3,0 ж, площадью фильтрации 7,07 ж2; объем загрузки одного фильтра 17,7 ж3.
Регенерация ОН-анионитовых фильтров производится 10-про центным раствором аммиака. Удельный расход свежего 10-про центного раствора — 0,1 м3 на 1 м3 анионита. Количество све жего раствора, необходимого на одну регенерацию, составляет
1,8 м3.
Работа установки автоматизирована, показания контрольно измерительных приборов вынесены на диспетчерский пункт на сосной станции. Ориентировочная стоимость строительно-мон тажных работ такой установки составляет по данным Укрводоканалпроекта 500 тыс. руб.
Рисунки 72 и 73 иллюстрируют основные архитектурные и тех нологические чертежи проекта.
Ниже приводится пример расчета беспродувочной системы во доснабжения.
Пример расчета беспродувочной системы водоснабжения. Си стема оборотного водоснабжения проектируется для азотного предприятия. Количество воды, находящейся в обороте, состав ляет 42500 мъ!ч. Температура потребляемой воды +28°С, на гретой +40°С; температурный перепад воды в системе охлажде ния + 12°С. Общее солесодержание в воде, при котором не на
блюдается интенсивной коррозии металла, 3000 жг/л; С1"*+ + S O 4” -анионов 300 мг/л, или 30+270 жг/л = 0,86+5,6 жг-экв/л.
Предельно допустимое содержание ионов кальция 4 мг-экв/л. Взвешенных веществ в системе не более 50 жг/л; количество взвеси в воздухе 0,5 жг/ж3. Потери воды на испарение при тем пературе наружного воздуха +20°С и коэффициенте доли теп
лоотдачи на испарение по СНиП И-Г |
3— 70 К =0,14 составляют |
0,14X 12=1,7% , или 723 м3/ч\ потери |
воды на унос ветром и |
разбрызгивание на вентиляторных градирнях по СНиП П-Г. 3— 70 0,5%, или 212,0 м3/ч\ всего подпитка составляет 935 ж3/ч.
В качестве подпитывающей воды принята предварительно ос ветленная и умягченная аммиаком речная вода следующего со-
става: Са2+— 1,1 мг-экв/л; |
Mg2+ — 0,3 |
мг-экв/л; |
Na+ + К + |
||
0,53 мг-экв/л; NH^" — |
7,4 |
мг-экв/л; |
С1_ — 0,37 |
мг-экв/л= |
|
= 13,0 мг/л; SO ^— 0,5 |
мг-экв/л=24 мг/л; СОз- — 3,7 мг-экв/л; |
||||
ОН- — 4,8 |
мг-экв/л-, N0 ^ — 0,02 мг-экв/л-, общее солесодержа- |
||||
ние — 200 |
мг/л\ содержание взвешенных веществ— 1,0 мг/л. |
||||
Расчет величины стабилизируемого расхода.
Из формулы (161) определяем р3 для условий общего солесодержания, допустимого содержания анионов С1_ и SO4 и ка тионов Са2+.
По условиям общего солесодержания
Рз= |
200-1,7-2800-0,5 = — 0,38 °/ |
|
2800 |
В этом случае обессоливание продувочной воды не требуется, система стабилизируется капельным уносом на градирнях.
По условиям концентрации С1— и SO4- инов
37,0-1,7 — 263,0-0,5 _ _ Q 2 6 263,0
Анионирование воды не требуется, система стабилизируется капельным уносом на градирнях. Прирост содержания хлоридов и сульфатов в оборотной воде составит:
|
8 7 .« .1 .7 - < Х л |
а . . * й |
- — ЭТ.ад-0.5 |
|
|
|
4 |
= 0. |
|
|
X „ |
сл2 |
- 3 7 ,0 |
|
|
об. С1 |
. SO" |
|
|
|
|
4 |
|
|
Х0б.а- so2- |
= 1 63 мг/л. Коэффициент упаривания воды ра |
|||
163,0 |
А А |
|
|
|
вен — — =4,4. |
|
|
|
|
37,0 |
|
|
|
|
Следовательно, анионный состав оборотной воды установится
следующий: |
С1“ = 13,0-4,4=57,0 |
лсг/л=1,63 мг-экв/л; |
SO\~ = |
||
= 24,0-4,4 |
= |
106,0 мг/л = 2,2 |
мг-экв/л; СОз~ |
= |
3,7-4,4= |
= 16,3 мг-экв/л\ N0^“ =0,02 -4,4=0,09 мг-экв/л\ |
Са2+ ниже |
||||
по условиям |
сохранения концентрации катионов |
||||
предельно допустимого значения |
|
|
|
||
|
|
|
-О Л 4 о/ |
|
|
Очевидно, |
что условия сохранения допустимого |
количества |
|||
сульфат-анионов и хлор-анионов в воде не требуют анионирования воды. Содержание катионов Са2+ превышает предельно до пустимую концентрацию в оборотной воде. Поэтому необходимо декатионирование воды, полностью декатионированная вода сно ва возвращается в систему.
Для предварительных расчетов задаемся количеством воды, выводимой на Н+-катионирование, равным 0,5% от находящей ся в обороте. Тогда ионный состав подпитывающей воды опреде-
лится смесью умягченной и катионированной воды из соотно шения:
fy __ Сум (Р\ + Р2) + Сн ръ
Ч-#д ----
Р\ + Рч + Ръ
Содержание катионов Са2+ в подпитывающей воде
Сл= |
1,1 *2,2 + 0,0-0,5 |
= 0,89 мг-экв!л. |
|
2,2 -j- 0. о |
|
Уточняем величину продувки, выводимой на Н+-катионирова- ние, по формуле
|
0,89-1,7 - 3,11-0,5 |
0Qm |
И3 |
3,11 |
|
Следовательно, на Н+-катионирование, с целью поддержива ния предельно допустимого значения концентрации ионов каль ция в оборотной воде, необходимо выводить 0,5% от расхода циркулирующей в системе воды, т. е. 212 м3/ч.
Для предотвращения потерь аммиака на градирнях и для по вышения стабильности умягченной подпитывающей воды ее pH должен быть доведен до 8,1— 8,3. Это достигается Н-катиони- рованием части осветленной и умягченной подпитывающей или оборотной воды и смешением ее с водой оборотной системы.
В подпитывающей умягченной и осветленной воде содержание свободного аммиака составляет — = 3,5 мг-экв/л.
Связывание аммиака в аммонийные соли (хлориды, сульфаты, нитраты, карбонаты) осуществляется Н+-катионированием ча сти воды. При Н+-катионировании 1 л подпитывающей умягчен ной и осветленной воды освобождается, мг-экв/л: НгСС^СОг) — 3,7; НС1 — 0,37; H2S 0 4 — 0,5; HN03 — 0,02, т. е. всего 4,6 мг-экв/л кислот.
При смешении 1 л катионированной и некатионированной под питывающей осветленной и умягченной воды освободившиеся в
катионированной воде кислоты |
свяжут |
|
4,6 |
л 01 |
|
аммиак в — |
=1,31 |
л |
|||
некатионированной воды. |
|
|
3,5 |
|
|
|
воды, |
выводимой |
на |
||
Таким образом, доля подпитывающей |
|||||
катионирование,составляет: |
|
|
|
|
|
,1+ 1 »о1 = 0,43(?подп. |
(?подп = |
812 м*/ч; |
|
|
|
QKaT =0,43-935,0=403,0 м3/ч, или, поскольку |
Qn0An |
=2,2Q o6, |
|||
Q*aT =0,43 -2,2=0,94% , или 0,94-42500=400 м3/ч.
В этом случае для уменьшения процента воды, выводимой на катионирование с целью исключения десорбции аммиака, целе сообразно направлять смесь подпитывающей умягченной и упа
ренной оборотной воды |
с содержанием С1_ — 1,63 мг-экв/л\ |
S04+— 2,2; С О Г — 16,3; |
NQT — 0,08 мг-экв/л. Соотношение |
этих вод проверяется техникоэкономическим расчетом, так как в ряде случаев целесооб разно увеличивать процент по дачи воды с меньшей ионной концентрацией. При этом уменьшается норма кислоты на регенерацию по сравнению с водой с повышенной концен трацией солей.
Принимаем 2/3 исходной умягченной воды и */з оборот ной. Тогда анионный состав: определится:
Q _ _ _ 0,37-2 + 1,63-1 _
3
-0,79 мг-экв/л-,
gQ2—_ 0,5*2 -f- 2,2*1
4 ~ |
3 |
= |
= 1,08 мг-экв/л;
ру-)2___3,7*2 4* 16,3
з—
=7,9 мг-экв/л;
] ч т г . ~ _ 0.02-2 + 0,08*1
33
=0,04 мг-экв/л, т. е. всех анионов 9,81 мг-экв/л.
Так как свободный аммиак
воборотной воде отсутствует, то концентрация его в смеси
составит- ’5 2,0+0^ l i ^ = 2,3 Мг- 3
экв/л; при этом анионы свяжут аммиак в 9 81 =4,25 л некатио-
нированной воды. Доля подпи тывающей смешанной воды* выводимой на Н-катионирова- ние, составит:
QП0ДП
1 + 4,25
0Л9 QnMn,
или 0,19*2,2 = 0,42Qo6*
OOOZi
a
Рис. 73. Станция стабилизационной обработки воды в беспродувочном оборот ном цикле водоснабжения:
а— план; б — разрез. О бозначени я см. рис. 72.
Всвязи с необходимостью понижения содержания ионов Са2+ в оборотной воде процент подпитывающей воды (смешанной)
принимаем равным 0,5. Катионирование производится в одну