Обработка жeстких вод для подготовки подпиточной воды с применением вихревых реакторов
Опубликовано: 25 июля 2019 г.
764
А. Гречушкин, ООО «Промышленные Водные Технологии», А. Фатова, Л. Янцен
Выбор технологии умягчения воды с жесткостью более 20 мг/л не является тривиальным. Одним из вариантов предварительной обработки такой воды может служить реагентная обработка в вихревом реакторе.
Природная вода по величине жесткости крайне редко удовлетворяет требованиям РД 24.031.120-91 «Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов» и практически никогда требованиям, предъявляемым к подпиточной воде паровых котлов. В редких случаях поверхностные воды северных регионов страны имеют соответствующие данному нормативному документу низкие жесткость и щелочность, зачастую при этом имея значительные превышения по концентрации органических веществ, трудноудаляемого железа в органической форма и в некоторых случаях кремния.
В южных регионах обычно приходится наблюдать прямо противоположную картину: карбонатные воды с высокой жесткостью. Жесткость подземных вод в южных регионах России и странах Ближнего Зарубежья может превышать величину 20 мг-экв/л.
Если в качестве источника водоснабжения для подготовки подпиточной воды котельной выступает вода с такой высокой жесткостью, то приходится весьма серьезно подходить к вопросу выбора технологии умягчения.
При использовании метода натрий-катионирования следует принимать во внимание, что динамическая обменная емкость синтетических катионитов зависит от величины исходной жесткости. При обработке жестких вод приходится применять низкие скорости фильтрования, что влечет за собой увеличение диаметров ионообменных колонн и как следствие общее удорожание систем водоподготовки. При обработке жестких вод методом натрий-катионирования за счет высокого расхода регенерационного реагента эксплуатационные расходы могут быть достаточно велики. Не стоит забывать также, что при использовании данного метода на каждый эквивалент ионов жесткости в воду выделяется эквивалент ионов натрия и в случае, если система водоподготовки предназначена не только для подготовки подпиточной воды, но и для иных нужд, например для хозяйственно-питьевых целей, мы получаем превышение требований СанПиН питьевой воды по концентрации натрия.
Превышения концентрации натрия можно избежать, если применять вместо технологии натрий-катионирования водород-катионирование с голодной регенерацией. Эта технология позволяет также частично снижать солесодержание исходной воды. Однако технология водород-катионирования все же не всегда применима к небольшим котельным: работать приходится с кислотами высокой концентрации, приготовляя необходимые для регенерации низкие концентрации кислот на месте потребления (поставщики химической продукции охотно идут на приготовление больших объемов реагентов, мелкие партии кислот поставляя высококонцентрированными). Не на всех объектах удается обеспечить высокую культуру весьма сложной эксплуатации водород-катионитовых фильтров в частности с постоянным контролем плотностей регенерационных растворов. Введение же дополнительных коэффициентов запаса на возможные ошибки эксплуатации снижает экономичность данного метода обработки воды.
Весьма перспективно для жестких карбонатных вод применение обратноосмотического метода, в том числе с применением низкоселективных мембран (нанофильтрационный метод). Кроме умягчения воды происходит и значительное снижение солесодержания воды. Обратноосмотическая технология достаточно отработана и в настоящее время в эксплуатации проще метода водород-катионирования. Определенные сложности при обработке жестких вод имеются и здесь: необходим грамотный расчет процесса производителем и наладчиком оборудования. В отличие от мягких вод ошибка здесь может привести к быстрому загрязнению мембран, в том числе и такому, при котором восстановление их характеристик будет невозможным или нецелесообразным. Необходим серьезный подбор ингибиторов жесткости, дозируемых перед мембранами. На практике пришлось столкнуться со случаем на одном из предприятий по производству теплоизоляционной минеральной ваты: ошибка персонала, перепутавшего тару с реагентами и залившими в расходную емкость реагент с иным химическим составом, привела к очень быстрому (в течение нескольких суток) выходу из строя дорогостоящих мембран и необходимости их замены. Другим недостатком обратноосмотического метода является большой объем сточных вод, достигающий на жестких водах 40% от объема исходной воды.
На крупных энергетических объектах для обработки вод с таким составом широко применяется реагентный метод обработки воды, включающий в себя подогрев воды, известкование или содоизвесткование с последующей седиментацией совместно с коагулянтом хлопьев солей жесткости. Реагентная обработка включает в себя вспомогатальные операции приготовления реагентов и обезвоживание образующегося осадка. Применительно к очень жестким карбонатным водам реагентная обработка имеет ряд преимуществ по сравнению с перечисленными выше методами: минимальное количество сточных вод, частичное снижение солесодержания воды за счет перевода щелочности в карбонаты с последующим их осаждением, увеличение значения водородного показателя до требований, предъявляемым к подпиточной воде паровых котлов. Однако очевидно, что в таком виде реагентный метод обработки воды малоприменим на котельных малой и средней производительности из-за больших габаритов, сложной эксплуатации и трудной автоматизации процесса.
Другим возможным вариантом реализации реагентного метода умягчения воды может служить применение технологии вихревого реактора. Данная технология не является новой и начала применяться еще в первой половине прошлого века. Широкого распространения в настоящее время она навряд ли получит, однако в качестве первой ступени умягчения воды перед установками натрий-катионирования для жестких карбонатный вод на наш взгляд эта технология имеет свои преимущества.
Рис. 1 Схема вихревого реактора
Принцип работы вихревого реактора заключается в выделении солей жесткости не в виде хлопьев, а на частицах во взвешенном вращающемся слое. Схема простейшего вихревого реактора представлен на рис. 1. Ввод воды осуществляется через патрубок 1, через патрубки 3 вводятся растворы щелочи и при необходимости соды. Вода проходит взвешенный слой частиц 4 и отводится через патрубок 8.
При достижении определенного размера частиц в реакторе они удаляются из него (на рисунке патрубок 2) и заменяются новыми. Обычно в качестве частиц используется песок мелких фракций, а периодичность замены зависит от жесткости воды и составляет от нескольких суток до нескольких недель. При этом отсутствует потребность в коагулянте, а выгружаемый материал представляет собой твердые практически сферические частицы, не требует обезвоживания и может находить применение в качестве сырья. При наличии железа в исходной воде в отдельной стадии обезжелезивание также нет необходимости, поскольку при величине рН около 9,5, обычно поддерживаемой в реакторе, все железо находится в окисленной форме и выделяется как в самом реакторе, так и в осветлительном фильтре на выходе реактора.
В настоящее время на рынке представлены реакторы имеющие не только коническую форму, но и более оптимальную, конструктивно представляющую собой три цилиндра различного диаметра. Такая форма, в частности, препятствует выносу частиц взвешенного слоя при случайных колебаниях расхода воды.
Схема обработки жестких вод с применением вихревого реактора может иметь следующий вид (рис. 2).
Рис. 2. Вариант технологической схемы обработки воды с применением напорного вихревого реактора:
1. Вихревой реактор (напорный); 2.Установка натрий-катионирования;
3. Осветлительный фильтр; 4. Комплекс пропорционального дозирования
В качестве примера можно привести напорный реактор, установленный ВНИИ ВОДГЕО и находящийся в эксплуатации в цехе водоподготовки мусоросжигательного завода промзоны Руднево.
Технология реагентной обработки воды в вихревом реакторе не универсальна имеет свои ограничения. На наш взгляд она применима в следующих случаях:
- подготовка исходной воды с очень высокой жесткостью, прежде всего карбонатных вод;
- вихревые реакторы имеют высоту более 4 м, по этой причине данная технология не применима для блочно-модульных котельных и в иных помещениях с ограничениями по высоте;
- из экономических соображений не стоит рассматривать данную технологию на производительностях менее 10 м³/ч;
- если мутность исходной воды превышает 10 мг/л, перманганатная окисляемость более 8 мгО/л, а цветность более 50 градусов, то исходная вода требует предварительной обработки (согласно рекомендациям ВНИИ ВОДГЕО).
При выполнении перечисленных условий технология умягчения воды в вихревом реакторе может найти свое место при подготовке жестких вод в системах малой и средней производительности.
Статья из журнала «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ», №3/2017
