книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

щества часть воды из оборотного цикла может намеренно сбра­ сываться и заменяться свежей водой из источника в том же ко­

личестве, т. е. и^доб = № сбр Количество воды, добавляемое в цикл, будет

Количество воды, необходимое для сброса Wc6? с целью под­ держания в воде заданной концентрации не выше атах , может быть определено по формуле:

При циркуляции оборотной воды в закрытых холодильниках в количестве Wn с концентрацией в ней нерастворенного вещест­ ва, не превышающей 6П, и при отсутствии загрязнения ее в тех­ нологическом процессе, требуемое количество воды, подаваемой в систему, составляется из W0очищенной воды с концентрацией в ней вещества 60 (причем Ьо>ЬП) и WAo6 >подаваемой из источ­ ника водоснабжения для пополнения потерь с концентрацией того же вещества Ьл(при 6Д< 6 П).

Сбрасываемое дополнительно количество воды для поддержа­ ния в подаваемой воде нерастворимого вещества с концентраци­

где Ьо— концентрация вещества в воде после очистных соору­ жений, г/м3; Ь„ — допустимая концентрация того же вещества в . воде, подаваемой производству, г/м3; Ьд — концентрация того же вещества в воде, добавляемой в систему из источника водоснаб­ жения, г/м?; М^ест.пот — по формуле (6).

Если этот сброс достигает более 4— 6% от количества воды, циркулирующей в системе, то целесообразна дополнительная очистка оборотной воды (фильтрование, отстаивание и т. д .). Ко­ личество воды, подлежащее дополнительной обработке, опреде­ ляется по формуле

где &д.о — концентрация вещества в воде, прошедшей дополни­ тельную обработку, 8/M3\Wn — количество оборотной воды, пода­ ваемой потребителю, мг/ч.

Рис. 5. Балансовая схема предприятия:

водопроводных очистных сооружений; X III— потери в производстве и на градирнях; XIV — гидролизная вода.

Однако дополнительная обработка воды связана с потерями ее на собственные нужды сооружения, определяемыми по фор­ муле

Целесообразная величина сброса воды должна определяться технико-экономическими расчетами.

Баланс воды в проектируемых системах оборотного водоснаб­ жения следует составлять на летний и зимний периоды (макси­ мальное и минимальное потребление и потери воды в системе). Пример балансовой схемы для предприятия азотной промышлен­ ности приведен на рис. 5.

Общая убыль воды из системы складывается из потерь ее в производстве Qn.n. испарения Q1Icn , уноса ветром на водоохлаж­

цией О*. Для поддержания стабильного качества оборотной во­ ды осуществляется сброс части ее из системы Q c6poc-

Количество воды, выводимой из системы, компенсируется до­ бавкой воды в систему:

Qaоб == Qy6 = Qn.n "t" Qncn Qynoc ~Ь Qocaa "Ь Q<}> “Ь Qc6poc‘ 0 3 )

АНАЛИЗ ВОДЫ И ЕГО ПРОВЕРКА

Исследование процессов, протекающих в оборотной воде, производится на основании полных химических анализов воды. Отбор пробы воды является важной частью ее анализа, необходимым условием правильности получаемых результатов и применимости их в практике. Достоверность данных анализов очень важна. Полный анализ воды должен содержать сведения о жесткости воды и ее составляющих, содержании взвешенных веществ, сухом остатке и окисляемости воды, содержании ионов кальция, магния и натрия, сульфатов, хлоридов, силикатов, кар­ бонатов, представляемых в виде анионов. Чаще всего содержа­ ние перечисленных веществ выражается в мг/л, а жесткость во­ ды — в .иг •же!л.

Общая жесткость воды показывает концентрацию в ней катио­ нов двухвалентных щелочноземельных металлов, прежде всего кальция и магния. Жесткость природных вод может изменяться при обработке на водопроводных станциях или при сбросе в них сточных вод. Количество кальция и магния, эквивалентное коли­ честву карбонатов и гидрокарбонатов, называется карбонатной жесткостью. Некарбонатная жесткость определяется как раз­ ность между общей и карбонатной жесткостью и показывает количество катионов щелочноземельных металлов, компенсиро­ ванных анионами минеральных кислот (хлорид-, сульфат-, нитрат-ионами и др.). Значения карбонатной и некарбонатной

жесткости получают с помощью расчетов, используя величину об­ щей жесткости и щелочности воды. Результаты определения жес­ ткости выражают в мг-экв/л-, иногда встречаются данные жестко­ сти, выраженные в других единицах [8], например немецких или французских градусах.

Кальциевую составляющую общей жесткости можно подсчи­ тать по формулам

Магниевая составляющая общей жесткости выражается фор­

где Жса и Жмг — кальциевая и магниевая составляющие общей жесткости воды, мг/л; [Са2+ ], [Mg2+] — концентрация в воде катионов кальция и магния, мг/л\ [CaO], [MgO] — то же, в пе­ ресчете на окислы этих металлов.

По приведенным в анализе концентрациям анионов карбоната и бикарбоната можно проверить правильность определения вели­

анализа воды можно проверить сопоставлением данных о содер­ жании катионов и анионов:

Здесь [Na+], [Са2+], [Mg2+ ] — концентрация ионов натрия,

кальция, магния, мг/л\ [Cl- ], [SO*- ], [SiOi- ], [СОз- ] — кон­ центрация хлор-, сульфат-силикат, карбонат-ионов в воде, мг/л.

Если при подстановке значений концентраций ионов из анали­ за сумма их в левой части выражения (20) окажется равной сум­ ме правой, то анализ верный.

Состояние равновесия характеризуется соотношением

' [СО,] [СО*-] [НС03-]

Положение равновесия зависит от температуры воды и пар^ циального давления углекислоты в атмосфере над водой.

В результате процессов, протекающих в оборотной воде, — нагревание и охлаждение, отдувка свободной углекислоты при аэрации и разбрызгивании воды и охлаждающих распыляющих устройствах, попадание щелочи из реакционных растворов через различные неплотности аппаратуры — содержание свободной уг­ лекислоты постепенно уменьшается. Это приводит к смещению углекислотного равновесия в оборотной воде — превращению

ионов НСОГ в ионы СОз~— и вызывает кристаллизацию СаСОз, образующего на теплообменных поверхностях прочные отло­ жения.

Даже в замкнутой системе при постоянном парциальном дав­ лении С 02 нагрев воды от 10 до 40° (т. е. в интервале, обычном для систем оборотного водоснабжения) смещает углекислотное равновесие вследствие уменьшения растворимости углекислоты от 2,4 до 1 г/л, т. е. в 2,4 раза; приблизительно в 2,4 раза возра-

[со|—I

стает в воде отн ош ен и е------— что приводит к выделению |нсо3 1

60% ионов кальция в виде нерастворимого СаСОз в том случае,

если в воде ионами НСОз" были скомпенсированы катионы Са2+ Исследования, выполненные по ВНИИводгео, показали, что нарушение углекислотного равновесия в оборотной воде не при­ водит к полному разложению бикарбонатов. Так, в условиях эксперимента щелочность воды (содержание бикарбонатов) не уменьшалась более чем до 3—3,5 мг-экв/л, хотя содержание рав­

новесной углекислоты уменьшилось до 1— 1,5 мг-экв/л.

Данные, характеризующие зависимость изменения щелочно­ сти воды в процессе циркуляции от различного ее начального содержания, а также концентрирование хлоридов в циркулиру­ ющей воде, приведены на рис. 7.

Основную роль в торможении выделения избыточного СаСОз

дающей большой некарбонатной жесткостью, приводит, есте­ ственно, к большему падению остаточной карбонатной жесткости при нарушении углекислотного равновесия (рис. 8).

Исследования по изменению величины жесткости оборотной воды, в которую не добавлялась подпитывающая вода, привели к аналогичным результатам [9], хотя и производились с водой несколько иного состава, чем в опытах ВНИИводгео.

При циркуляции в оборотной теплообменной системе днепров­ ской воды в"течение 240 ч (190 циклов) процесс кристаллизации

ческих веществ. В воде, богатой органическими веществами, влияние постоянной жесткости на критическую карбонатную жесткость ослаблено. Разложение солей временной жесткости и образование карбоната кальция в присутствии органического вещества, например водного гумуса, наблюдается только при

концентрации бикарбонатных ионов более 5,6 мг-экв/л. Быстрое разложение бикарбонатов затормаживается по мере приближе­ ния к этой критической концентрации, что делает такие воды от­ носительно стабильными. При этом количество распадающихся

ионов НСОз" определяется величиной потерь оборотной воды от испарения.

В соответствии с этим критическая карбонатная жесткость в многократно нагреваемых подземных водах, содержащих мало органических веществ, оказывается, как правило, более низкой, чем критическая карбонатная жесткость воды из открытых источ­ ников водоснабжения. Многократный нагрев до 40—45°С воды подземных источников приводит к установлению критического равновесия при содержании бикарбоната кальция приблизи­ тельно 2,8 мг-экв!л. Если исходная вода имела более низкую временную жесткость, то жесткость ее при упаривании в оборот­ ной системе возрастает до этой величины. При начальной карбо­ натной жесткости свыше 3,6 мг-экв!л наблюдается процесс пони­ жения карбонатной жесткости, затухающий в пределах 2,1— 2,9 мг/экв/л.

В работе [10] исследованы вероятность возникновения и ин­ тенсивность карбонатных отложений в водах, химический состав которых приведен в табл. 8.