Новые технологии очистки воды. Современным зданиям – современные технологии водоснабжения! Современное состояние и развитие технологий водоподготовки

Чистая вода – залог здоровья каждого человека. Качество этого ценного ресурса в сетях центрального водоснабжения и в индивидуальных источниках не всегда соответствует параметрам, обеспечивающим безопасное ее потребление. Современные методы очистки позволяют довести физико-химические показатели воды до требуемого уровня.

Чистая вода — залог здоровья и долголетия

Вода, поставляемая предприятиями водоканала, проходит очистку в определенной последовательности и ее качество доводится до нормативных значений. Общий принцип очистки не устраняет полностью всех негативных факторов, отрицательно влияющих на организм человека. Свою негативную лепту в итоговое качество воды вносят и обширные сети трубопроводов, находящиеся в плохом состоянии, пополняя воду массой механических примесей – ржавчины, грязи и т.п.

Наличие собственного источника водоснабжения тоже не всегда гарантирует идеальное качество воды. Для потребления воды в пищевых целях в этом случае всегда требуется проведение комплексного анализа.

Конфигурация комплекса водоочистки всегда должна формироваться на базе анализов состава воды, с привлечением квалифицированных специалистов. Самостоятельная сборка системы очистки не всегда может дать положительный эффект в улучшении качества воды.

В зависимости от качества воды системы очистки могут состоять из простейших элементов – фильтров тонкой механической очистки, но чаще всего различные методы физической и химической очистки комбинируются. Далее мы рассмотрим наиболее популярные способы и методы очистки питьевой воды.

Фильтры тонкой механической очистки

Фильтр механической очистки на вводе водопровода

Фильтры механической очистки производятся обычно в виде колбы, внутри которой расположен фильтрующий картридж. Фильтрующие элементы выполняются из различных материалов, обычно из полимерного волокна (полипропилена) или керамики.

Картридж из полипропилена и таблица характеристик
Картридж фильтра тонкой очистки после выработки ресурса

Картридж является расходной частью, имеет определенный ресурс работы и требует замены после его истечения. Фото ясно дает понять — вода в системе централизованного водоснабжения не отличается кристальной чистотой.

Аналогами фильтров механической очистки являются насадки на смеситель.

Водяной фильтр для смесителя

Фильтры механической очистки обладают следующими достоинствами:

1. Простота устройства;
2. Относительная дешевизна;
3. Качественная механическая очистка.

Основным недостатком фильтров простейшей конструкции является отсутствие возможности очистки от органических примесей, вирусов, пестицидов, нитратов. Для удаления из воды инсектицидов, пестицидов, компонентов органического происхождения в комплексе с устройствами механической фильтрации применяют фильтры с активированным углем.

Угольные бытовые фильтры

Очистка питьевой воды от ряда примесей осуществляется сорбционными фильтрами, базовым элементом которых служит активированный уголь. Фильтры (кувшины) являются популярным методом очистки хозяйственно-питьевой воды в бытовых условиях.

Через фильтрующий картридж кувшина пропускается вода и собирается в нижней чаше устройства. Большинство типов картриджей кувшинов используются для очистки питьевой воды от органических компонентов и растворенного хлора. Остатки хлора обычно полностью удаляются после аэрации – просто выветриваются из негерметичного сосуда.

Некоторые виды фильтров могут очищать воду от железа, солей тяжелых металлов, нефтепродуктов и некоторых других примесей, умягчать воду. Этот эффект достигается за счет добавления в материал картриджей ионообменных компонентов.

Картриджи угольных фильтров обладают определенным ресурсом, поэтому по мере увеличения количества прошедшей через фильтр воды они теряют свою первоначальную эффективность. Недостатком фильтров с активированным углем является накопление органических примесей. Они служат плодотворной базой для размножения и развития микроорганизмов и бактерий.

Для нивелирования этого негативного фактора в работе угольных фильтров их часто комбинируют с системами обеззараживания воды.

Ультрафиолетовое излучение и очистка озоном

Лампа ультрафиолетового обеззараживания воды

Ультрафиолетовое излучение обладает отличными бактерицидными свойствами – оно убивает большинство видов бактерий, вирусов, микроорганизмов. При этом свойства воды не меняются. Метод применения ультрафиолетового излучения довольно прост и пользуется большой популярностью.

Озонирование воды – не менее эффективный, но более сложный технически и дорогостоящий процесс. Озон является мощным окислителем и при его попадании в воду большинство микроорганизмов погибает. Качество обеззараживания с помощью озона намного превосходит аналогичные показатели традиционного метода – хлорирования.

Системы озонирования сложны технически, требуют для обслуживания профессиональных навыков. В силу своей высокой стоимости и технической сложности применяются в бытовых условиях довольно редко.

Системы фильтрации обратного осмоса

Осмотические мембранные системы считаются самыми эффективными для очистки питьевой воды. Степень очистки от различных примесей при благоприятных условиях может достигать 97 – 98%. Принцип их работы основан на использовании свойств специальной мембраны, имеющей поры микроскопического размера. Размер пор сопоставим по своим габаритам молекуле воды.

Осмотические фильтры бывают проточного и накопительного типа. Они очищают воду от механических примесей размером от 5 мкм, солей тяжелых металлов, вирусов, микроорганизмов, органических и неорганических химических соединений. Наиболее качественно мембрана фильтра обратного осмоса работает с чистой, предварительно очищенной от механических частиц водой.

Многослойная мембрана обратного осмоса

Кроме того, на мембрану негативно влияет повышенное содержание солей кальция и магния, больше известное под названием жесткости.

В зависимости от содержания исходной воды системы обратного осмоса комбинируются с блоками умягчения и фильтрами тонкой механической очистки.

Недостатками комплексов осмоса являются следующие показатели:

1. Система является благотворной средой для развития микроорганизмов;
2. В процессе очистки наряду с вредными компонентами частично удаляются полезные для человека минеральные элементы;
3. Для работы систем требуется исходное давление не менее 2,5 кгс/см 2 ;
4. При очистке одного литра воды утилизируется от 3 до 7 литров воды с растворенными отфильтрованными компонентами.

Часть недостатков компенсируется применением дополнительных компонентов очистки. Обеззараживание обычно производится ультрафиолетовой лампой. Пополнение очищенной воды минеральными компонентами выполняется блоками минерализации.

Ионообменные системы умягчения воды

Соли кальция и магния, растворенные в воде, негативно влияют на пищеварительную систему человека, могут привести к образованию камней. Кроме того, вода с повышенной жесткостью приводит к образованию накипи в бытовых приборах водонагревательного типа и выходу из строя их нагревательных элементов (ТЭНов).

Ионообменная двухступенчатая система очистки воды

Наиболее эффективным методом умягчения воды считаются комплексы фильтрации на базе ионообменных компонентов — гранулированной смолы. Исходная вода проходит через фильтр, при этом происходит замещение ионов натрия и хлора ионами кальция и магния. После определенного промежутка времени ионообменный материал промывается раствором поваренной соли (хлорид натрия) и происходит удаление накопившихся ионов солей жесткости.

Ионообменные установки чаще всего применяются в промышленных целях. Ресурс смолы имеет свой срок, замена ее производится в среднем 1 раз в 5 – 8 лет. Установки ионообменного типа чаще всего применяются при работе систем и .

Медно-цинковые системы очистки

Принцип работы установок этого типа основан на использовании свойств медно-цинкового сплава, компоненты которого имеют разную полярность. Примеси с соответствующим зарядом притягиваются к полюсам при прохождении воды. В результате окислительно-восстановительных реакций вода очищается от железа, ртути, свинца, уничтожаются микроорганизмы, бактерии и так далее.

Недостатком фильтрации на основе медно-цинкового сплава считается сохранение в воде органических примесей. Этот недостаток исключается при комбинировании медно-цинкового фильтра с блоком угольной фильтрации (адсорбции).

Наиболее популярными для очищения питьевой воды в бытовых условиях являются угольные фильтры и системы обратного осмоса. Система фильтрации обратного осмоса более эффективна, но и установки на ее основе стоят дороже. Качественная очистка воды современными методами зачастую является затратным, но необходимым мероприятием. Употребление воды с нормальными параметрами чистоты и качественным химическим составом являются залогом здоровья для каждого человека.

Каждый человек, кто работает с водой, знает, что сегодня главная проблема, с которой сталкивается каждый, это повышенная жесткость воды. Из-за нее приходится сталкиваться с огромным количеством проблем, которые решать приходится, здесь и сейчас, не откладывая в долгий ящик. призвана привести к состоянию, разрешенному законом для использования в пищу и питье, или же для использования на производстве со специальными требованиями.

Что не так с жесткой водой, что о ней постоянно приходится заботиться? О накипи, я думаю, знают все. Только вот вряд ли все до конца понимают, в чем ее вред. Но кроме накипи и ее плохой проводимости тепла, есть еще повышенная жесткость воды, которая дает свои последствия еще до того, как образуется накипь.

О том, что вы работаете с жесткой водой, вы узнаете по большому количеству признаков. Впрочем, если вам удобно и просто удалять накипь руками или с помощью средств от накипи, вы можете продолжать, просто вам нужно понимать, чем вы рискуете, выбирая данный путь борьбы с жесткостью воды.

Первое, что подвержено негативному влиянию жесткой воды, это наше здоровье. Соли жесткости откладываются везде. Будут это стенки бытового прибора или будет это желудок или почки, им все равно. Поэтому до того момента, пока вы проведете очистку от накипи, она уже образуется в вашем организме. Хронические заболевания уходят корнями не только в неправильный образ жизни, качество воды здесь также имеет свой вес. какие перспективные технологии водоподготовки мы знаем на сегодняшний день?

Кроме вреда для здоровья, повышенная жесткость воды оставляет свой след и на наших одеждах, и здесь тоже очистка от накипи никак не поможет. Когда мы стираем в жесткой воде, приходится и воды больше использовать, и порошка добавлять в половину больше. Что происходит дальше? Из-за плохой растворимости моющих средств в такой воде, порошок оседает вместе с солями жесткости внутри пор тканей. Чтобы как следует промыть такую ткань, придется полоскать ее намного дольше. Это добавочный расход воды. Мы всего этого не замечаем, т.к. постоянно работаем с такими расходами, и увидеть разницу поможет только применение .

Однако, на сегодня бытует мнение, что любой фильтр для воды достаточно дорог, и его использование в квартире не оправданно. И что проще удалять накипь. Две сферы, которым безразлично такое удаление указаны свыше. Вещи с белыми разводами выглядят мало привлекательно и быстро приходят в негодность. Гораздо раньше, чем, если бы вы использовали технологию водоподготовки и стирали в мягкой воде.

Кроме этого у накипи есть такой большой недостаток, как плохая теплопроводимость. Ведь почему нужно всегда следить за размером накипи на поверхностях? да чтобы не остаться без промышленного оборудования или же без бытовых приборов.

Когда накипь покрывает нагревательные элементы или водогрейные поверхности, передача тепла воде прекращается практически полностью. По началу, известковый налет хоть как то пропускает тепло, но при этом есть еще такой нюанс, как резкий рост расходов топлива или электричества. Нагреть то поверхность становится намного сложнее. Поэтому и уходит, столько топлива, и чем толще слой накипи, тем выше расходы.

Проблема накипи не только в повышенном расходе топлива. Прибор с накипью со временем начнет отключаться, стремясь защитить себя от перегревов. Это все сигналы, на которые нужно реагировать немедленно. Очистка от накипи в таком случае должна проходить мгновенно. Если ее не сделать, то накипь быстро перейдет в стадию известкового камня. Удалять такой покров намного сложнее. Это время. Это деньги. И наконец, это риск потерять прибор. Если упустить момент, то теплу больше некуда будет идти, и оно просто разорвет нагревательный элемент или поверхность. Именно по этой причине нужно знать все технологии водоподготовки на отлично!

В быту это выливается в перегорание бытовых приборов. Иногда с разрывом проводки. В промышленности это проявляется в виде свищей на трубах и взрыве котлов в теплоэнергетике.

Вот вам набор причин, которые призывают задумываться об . С помощью нехитрого набора фильтров для воды вы сможете обезопасить себя и свою семью от вредного влияния повышенной жесткости воды. Выбирая ту или иную технологию водоподготовки, следует помнить, что обойтись на предприятии или в собственном доме, квартире одним умягчителем воды точно не удастся.

Помните, что при очистке воды перед вами всегда будут стоять две задачи. Вам нужна вода питьевая и вода для бытовых нужд. Поэтому минимальная водоподготовка, которая только может быть в квартире будет состоять из очистки воды с помощью, например, электромагнитного умягчителя воды Акващит. Это будет для воды по техническим, бытовым нуждам. И очистка воды с помощью фильтра-кувшина, минимум или обратного осмоса максимум. Это уже для питьевых нужд. Тогда защита от накипи и жесткой воды будет более менее надежной.

Теперь перейдем непосредственно к технологиям водоподготовки. Выбирая ту или иную технологию, нужно знать, какие задачи она должна решать. Как понять, что выбрать? Откуда взять исходные данные для определения типа технологии водоподготовки и последовательности фильтров для воды?

Самое первое, что вы должны сделать, прежде чем будете выбирать перспективную технологию водоподготовки, это провести химический анализ воды. На его основе вы всегда сможете рассчитать и оббьем поступающей в квартиру воды и сможете наглядно увидеть ее состав, все примеси, которые придется удалять. Имея на руках эти результаты, вам будет проще понять какую технологию водоподготовки лучше использовать, какую последовательность фильтров выбрать и какой мощности должен быть тот или иной прибор.

Даже если вы берете воду из центральной системы очистки воды, она все равно будет жесткой. И здесь лучше не экономить, и провести таки химический анализ воды. Тогда вы не будете переплачивать за слишком мощный и дорогой умягчитель воды.

Все варианты технологий водоподготовки можно свети к следующему перечню:

• механическая очистка воды;
• химическая очистка воды;
• дезинфекция;
• микроочистка.

Под химической очисткой воды понимают устранение любых органических примесей, нитратов, железа, а также остаточного хлора. Микроочистка – это получение дистиллята или же чистой и полезной питьевой воды.

Рассмотрим более подробно варианты фильтров для воды, которые работают с применением той или иной технологии водоподготовки.

Итак, механическая технология водоподготовки . Ее задача устранить из воды все механические твердые примеси, а также каллоиды. Здесь очистка воды может проходить в несколько этапов. Начинается она с грубой очистки. Вода может даже отстаиваться, чтобы самые большие механические примеси могли осесть. Здесь могут использовать осадочные, гравийные сетчатые .

Сетчатые фильтры включают в себя несколько сеток с разной пропускной способностью. Они используются для фильтрации, как более крупных, так и мелких твердых примесей. Основной материал для производства сеток - нержавеющая сталь. Ставят такие фильтры при первичном заборе воды самыми первыми.

Осадочные фильтры призваны удалить очень мелкие частицы, невидимые невооруженному взгляду. Здесь фильтрующая основа – кварцевый песок, а также гравий. Иногда могут использовать гидроантрацит. Такие фильтры больше применяют для повторной очистки воды. Так очищают стоки, или готовят техническую воду на производстве.

Фильтры с картриджами, это что-то среднее между механической фильтрацией и умягчением воды. Суть только в том, что такие фильтры устраняют очень мелкие примеси размером 150-1 микрон. Такие фильтры устанавливают для предварительной очистки в том же обратном осмосе.

Химическая очистка воды, это скорее интересная и перспективная технология водоподготовки, предназначенная для корректировки химического состава воды, а не изменения его состояния. Это с помощью ионного обмена, а также обезжелезивание. На данном же этапе водоподготовки устраняют из воды остаточный хлор.

Для обезжелезивания могут использовать марганцевый цеолит. Это песок зеленого цвета, который отлично контактирует с железистыми соединениями, качественно отфильтровывая их из воды. Для того, чтобы реакция удержания железа в фильтра проходила еще лучше, неплохо было бы, если бы в воде были небольшие включения кремния.

Другой вариант технологии водоподготовки – это использование окисления железа для очистки воды от его примесей. Это безреагентный процесс и для этого применяют специальные фильтры, где воду обдувают кислородом и под этим влиянием железо оседает на внутреннем картридже.

В качестве умягчения воды используют ионообменные фильтры для воды. Это одна из самых распространенных технологий водоподготовки, что в быту, что на производстве. Основу такого фильтра составляет смоляной картридж. Он перенасыщен слабым натрием, который в структуре вещества легко заменить. Когда происходит контакт с жесткой водой, соли жесткости легко сменяют слабый натрий. Так и происходят непосредственно . Постепенно картридж полностью отдает свой натрий и забивается солями жесткости.

В промышленности такие установки одни из самых популярных, но и самых громоздких. Это огромные баки в высоту. Но зато скорость очистки воды у них самая высокая. При этом забитые картриджи в промышленности восстанавливают, в быту меняют. Ионообменный фильтр является реагентным умягчителем, поэтому для производства питьевой воды нельзя было его использовать, до тех пор, пока не придумали сделать картридж сменным.

Восстанавливают такой картридж с помощью сильно соляного раствора. В быту картридж меняют. Из-за этого стоимость использования подобной технологии водоподготовки увеличивается. Хотя сама установка стоит недорого, но постоянная смена картриджей, это постоянные расходы. Тем более, что еще и менять придется довольно часто. В промышленности расходы пойдут и на соли. Она хоть и дешевая, но большие обьемы стоят дорого. Плюс закупаться ею придется постоянно. Да и еще одна проблема подобного ионообменного аппарата в промышленности - после восстановления образуются очень вредные отходы. Сбрасывать в атмосферу такие, категорически нельзя. Только с получения разрешения и после доочистки. Это опять же расходы. Но в сравнении со стоимостью того же обратного осмоса, данные расходы в промышленности считаются незначительными.

Новые и современные технологии водоподготовки

Для быта же, кто жаждет сэкономить на новых и современных технологиях водоподготовки, могут покупать такой фильтр-кувшин. Правда, установка обратного осмоса окупиться быстрее, чем такой фильтр с постоянными расходами.

Для того, чтобы устранить из воды мутность и остаточный хлор в качестве фильтрующей среды используют активированный уголь, который является основой сорбционного фильтра.

Для дезинфекции могут использовать озонаторы или ультрафиолетовые фильтры для воды. Здесь главной задачей новых и современных технологий водоподготовки является устранение любых бактерий и вирусов. Озонаторы больше всего используют в бассейнах, т.к. они достаточно дороги, но при этом экологически чистые. Ультрафиолетовые фильтры являются безреагентными установками и облучают воду с помощью ультрафиолетовой лампы, которая убивает любые бактерии.

Еще одной популярной сегодня чрезвычайно технологией, является электромагнитное умягчение воды. Классический ее пример . Чаще всего подобную новую и современную технологию водоподготовки массово используют в теплоэнергетике. Также популярна установка и в быту. Основой здесь являются постоянные магниты и электрический процессор. Он, используя силу магнитов, генерирует электромагнитные волны, которые влияют на воду. Под таким влиянием соли жесткости видоизменяются.

Обретя новую форму, они не имеют возможности прилипнуть к поверхностям. Тонкая игольчатая поверхность дает возможность только тереться о старую накипь. Здесь происходит второй положительный эффект. Новые соли жесткости устраняют старые. Причем делают это качественно. Когда вы поставите себе электромагнитный умягчитель воды Акващит, вы через месяц, можете смело раскрутить свой бойлер и посмотреть как сработал такой . Уверяю вас, результаты вас порадуют. При этом прибор не нужно обслуживать. Легко поставить, легко снять, работает сам, никаких замен фильтров и промывок. Только ставить нужно на чистый отрезок трубы. Это единственное требование.

И наконец, новая и современная технология водоподготовки , предназначенная для получения дистиллята и питьевой воды высокого качества. Это нанофильтрация и обратный осмос. Это все технологии для тонкой очистки воды. Здесь вода очищается на молекулярном уровне через дисперсионную мембрану с огромным количеством отверстий размером не больше молекулы воды. В такую установку нельзя поставлять неподготовленную воду. Только после предварительной очистки, вода может очищаться обратным осмосом. Из-за этого любая установка нанофильтрации или осмоса будет стоить дорого. Да и материалы для тонкой мембраны, достаточно дорогие. Но качество очистки воды здесь самое высокое.

Таким образом, мы разобрали все самые популярные и используемые новые и современные технологии водоподготовки. Теперь вы будете понимать, что и как работает. С такими знаниями, составить правильную систему очистки воды не составит труда.

С. Громов, к. т. н., А. Пантелеев, д. ф.- м. н., А. Сидоров, к. ф.- м. н.

Переход экономики на рыночные отноше ния характеризуется резким обострением конкуренции. Один из решающих факторов, позволяющих производителям товаров и услуг выживать в конкурентной среде, - снижение себестоимости продукции. В свою очередь, издержки производства (или эксплуатационные расходы) являются основополагающим показателем, определяющим себестоимость.

Затраты на водоподготовку - это неотъемлемая часть эксплуатационных расходов предприятий энергетического и нефтехимического комплексов . Задача сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку усложняется ростом тарифов за водопользование; непрерывным ухудшением качественных показателей воды (например, увеличением солесодержания) в источниках, пригодных для промышленного использования; уже сточением нормативов по количественным и качественным показателям для сбрасываемых сточных вод ; повышением требований к качеству обработанной воды, используемой в технологическом цикле.

Решить задачу сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку позволяет внедрение новых технологий. Говоря о современных подходах к решению задач по водоподготовке, надо, в первую очередь, выделить мембранные технологии водоподготовки: ультра- и нанофильтрацию , обратный осмос , мембранную дегазацию и электродеионизацию воды .

На базе указанных процессов возможна реализация так называемых интегрированных мембранных технологий (ИМТ) , применение которых позволяет снизить эксплуатационные затраты на водоподготовку, несмотря на негативное влияние любых из перечисленных выше факторов.

Проиллюстрируем последнее утверждение примером решения задачи по получению деминерализованной воды (с остаточной электропроводимостью не более 0,1 мкСм/см) в случае, когда исходной является речная поверхностная вода.

Традиционным методом решения данной задачи является применение технологической схемы водоподготовки , представленной на рис. 1. На рис. 2 можно увидеть, как выглядит альтернативное решение с использованием «интегрированных мембранных технологий».

Ультрафильтрация обеспечивает предподготовку поверхностной воды перед ее дальнейшей деминерализацией. При использовании ультрафильтрации воды , заменяющей стадии известкования с коагуляцией и осветлительного фильтрования, резко сокращается потребление реагентов, потребление воды на собственные нужды со ставляет менее 10 % (зачастую - лежит в пределах 2-5 %), а в фильтрате отсутствуют взвеси и коллоиды.

Приведенные данные позволяют оценить экономическую эффективность от применения ультрафильтрации воды в сравнении с традиционной предподготовкой.

Использование технологии обратного осмоса (или нанофильтрации в комбинации с обратным осмосом) для целей деминерализации воды также дает ряд преимуществ перед схемой традиционного двухступенчатого параллелькоточного ионирования:

• во-первых, применение мембранных технологий не сопровождается расходом большого количества реагентов (кислот и щелочей) на регенерацию;
• во-вторых, исключается образование высокоминерализованных сточных вод , вызванных сбросом избытков реагентов при регенерациях;
• в-третьих, достигается значительно более высокая, чем при ионном обмене, степень удаления из обрабатываемой воды органических соединений (в том числе неполярных) и коллоидной кремневки;
• в-четвертых, отсутствует необходимость нейтрализации сбрасываемых сточных вод .

Таким образом, эксплуатационные затраты при использовании мембранных методов водоподготовки оказываются существенно ниже, чем в случае применения традиционной технологии ионирования. На рис. 3 показана так называемая точка экономического равновесия эксплуатационных затрат при использовании мембранной и ионообменной технологий деминерализации воды в зависимости от значения солесодержания исходной воды. Отметим: в рассматриваемом случае подразумевалось, что для ионного обмена применяется технология противоточной регенерации (например, АПКОРЕ, чьи затраты на реагенты в 1,5-2 раза ниже, чем при параллельноточной регенерации).

Заметим, что в современных условиях обессоливающие установки, принцип действия которых основан на применении процесса выпарки {термодистилляции}, вряд ли смогут конкурировать по показателю эксплуатационных затрат с ИМТ для обработки воды с солесодержанием до 2 г/л. Себестоимость обессоленной воды, полученной термодистилляционным методом, составит не менее 30 руб./м 3 , даже если принять, что тепловые потери при выпарке будут находиться на теоретически минимальном уровне, а себестоимость 1 Гкал равняется 200 руб.

Наконец, электродеионизация воды, являясь безреагентной и бессточной мембранной технологией водоподготовки , обеспечивает остаточную электропроводимость деминерализованной воды на уровне 0,08 мкСм/см. Очевидно, что и эксплуатационные затраты на электродеионизацию будут ниже, чем для ФСД. Правда, следует отметить, что стабильность показателей работы установки электродеионизации воды зависит от того, насколько хорошо функционирует система обратного осмоса : в случае возникновения сбоев в работе последней неизбежным следствием будет снижение эффективности процесса электродеионизации воды.

С учетом данного обстоятельства вместо электродеионизации (для случаев, когда требуется обеспечить высочайшую степень надежности работы технологической схемы обессоливания воды) можно применить противоточное Н-ОН-ионирование или ФСД.

Если вариант с ФСД пред почтительнее по показателям экономии реагентов при регенерации, то противоточное Н-ОН-ионирование - по соображениям простоты автоматизации и удобства в эксплуатации. Кроме того, если в установке Н-ОН-ионирования предусмотрено использование технологии АПКОРЕ , то технологическая схема обретает дополнительную степень устойчивости и может эксплуатироваться даже в условиях байпассирования обратного осмоса .

Сама по себе технология противоточной регенерации ионитов АПКОРЕ с успехом используется в тех случаях, когда потребитель намерен ограничиться только реконструкцией (в противоток) существующей параллельно-точной ионообменной установки водоподготовки , или в условиях, когда значение солесодержания исходной воды стабильно ниже 100 мг/л, а неполярная органика и коллоидная кремневка присутствуют в ней в пренебрежимо малом количестве.

Рассматривая задачу умягчения воды , стоит упомянуть схему, в которой нанофильтрация сопровождается доумягчением на натрий-катионитных фильтрах.

Благодаря способности нанофильтрационных мембран хорошо задерживать поливалентные ионы нанофильтрация с успехом применяется для решения задач по умягчению воды. Если из-за высокого значения жесткости исходной воды нанофильтрация не обеспечивается требуемая степень умягчения воды, фильтрат направляется на натрий-катионитные фильтры для доумягчения. Причем эти фильтры функционируют как в режиме противоточной регенерации (например, АПКОРЕ), так и в параллельноточном режиме, если частота регенераций натрий-катионитных фильтров невысока (например, менее двух раз в месяц).

В последние годы всё отчетливее проявляется стремление потребителей перерабатывать сточные воды с целью их повторного использования в технологическом цикле. При этом традиционными задачами, решаемыми путем применения мембранных технологий (чаще всего - ультрафильтрация в сочетании с обратным осмосом ), являются сокращение объема сбрасываемых сточных вод и снижение уровня потребления воды, забираемой из природных источников.

В то же время, применение мембранных технологий водоподготовки позволяет подойти к решению еще одной очень важной экологической проблемы - резкому сокращению потребления соли, используемой для регенерации действующих фильтров ионообменного умягчения воды . Указанная цель достигается посредством повторного использования солесодержащих стоков после обработки для регенерации натрий- катионитовых фильтров.

Вода совершенно необходима для жизни человека и всего живого в природе. Вода покрывает 70% земной поверхности, это: моря, реки, озёра и подземные воды. Во время своего определённого природными явлениями круговорота вода собирает в себя различные примеси и загрязнения, которые содержатся в атмосфере и на земной коре. В результате вода не бывает абсолютно чистой и беспримесной, но зачастую именно такая вода является основным источником как для хозяйственно-питьевого водоснабжения, так и для применения в различных отраслях промышленности (например, в качестве теплоносителя, рабочего тела в энергетике, растворителя, исходного сырья для получения продукции, продуктов питания и т. д.)

Природная вода является сложной дисперсной системой, в которой в большом количестве содержатся разнообразные минеральные и органические примеси. Из за того, что в большинстве случаев источниками водоснабжения являются поверхностные и подземные воды.

Состав обычной природной воды:

• взвешенные вещества (коллоидные и грубодисперсные механические примеси неорганического и органического происхождения);
• бактерии, микроорганизмы и водоросли;
• растворённые газы;
• растворённые неорганические и органические вещества (как диссоциированные на катионы и анионы, так и недиссоциированные).

При оценке свойств воды принято разделять параметры качества воды на:

• физические,
• химические
• санитарно-бактериологические.

Под качеством понимают соответствие нормам, установленным для данного вида производства воды. Вода и водные растворы очень широко применяются в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства. Требования к качеству очищенной воды зависят от назначения и области применения очищенной воды.

Наиболее широко применяется вода для питьевых целей. Нормативы требований в данном случае определяются СанПиН 2.1.4.559-02. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» . Например, некоторые из них:

Таб. 1. Основные требования к ионному составу воды, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения

Для коммерческих потребителей зачастую требования к качеству воды ужесточаются по некоторым параметрам. Так, например, для производства воды бутилированной разработан специальный стандарт с более жёсткими требованиями, предъявляемыми к воде - СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». В частности, ужесточены требования к содержанию основных солей и вредных компонентов – нитратов, органики и т.п.

Вода технического и специального назначения – это вода для применения в промышленности или в коммерческих целях, для специальных технологических процессов - со специальными свойствами, регламентируемыми соответствующими стандартами РФ или технологическими требованиями Заказчика. Например, приготовление воды для энергетики (согласно РД, ПТЭ), для гальваники, приготовление воды для водки, приготовление воды для пива, лимонадов, медицины (фармакопейная статья) и т.п.

Зачастую требования к ионному составу данных вод значительно выше, чем к питьевой воде. Например, для теплоэнергетики, где вода используется как теплоноситель, подвергается нагреву, существуют соответствующие стандарты. Для электростанций существуют так называемые ПТЭ (Правила технической эксплуатации), для общей теплоэнергетики требования заданы так называемыми РД (Руководящим Документом). Например, согласно требований «Методических указаний по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов РД 10-165-97», значение общей жёсткости воды для паровых котлов с рабочим давлением пара до 5 МПа (50 кгс/см2) должно быть не более 5 мкг-экв/кг. В то же время питьевой стандарт СанПиН 2.1.4.559-02 требует, чтобы Жо была не выше 7 мг-экв/кг.

Поэтому задача химической водоочистки (ХВО) для котельных, электростанций и других объектов, требующих водоподготовки перед нагревом воды заключается в предотвращении образования накипи и последующего развития коррозии на внутренней поверхности котлов, трубопроводов и теплообменников. Такие отложения могут стать причиной энергопотерь, а развитие коррозии может привести к полной остановке работы котлов, теплообменников из-за образования осадков на внутренней части оборудования.

Следует иметь в виду, что технологии и оборудования водоподготовки и ХВО для электростанций значительно отличаются от соответствующего оборудования обычных водогрейных котельных.

В свою очередь, технологии и оборудования водоподготовки и ХВО для получения воды для других целей также разнообразны и диктуются как параметрами исходной воды, подлежащей очистке, так и требованиями к качеству очищенной воды.

ООО «СВТ-Инжиниринг», имея опыт работы в данной области, обладая квалифицированными кадрами и партнерскими отношениями со многими ведущими зарубежными и отечественными специалистами и фирмами, предлагает своим клиентам, как правило, те решения, которые целесообразны и оправданны для каждого конкретного случая, в частности, основанные на следующих базовых технологических процессах:

• Применение ингибиторов и реагентов для обработки воды в различных системах ХВО (как для защиты мембран, так и теплоэнергетического оборудования)

Большинство технологических процессов обработки вод различных типов, в том числе и сточных, известны и используются сравнительно давно, постоянно видоизменяясь и совершенствуясь. Тем не менее, ведущими специалистами и организациями во всем мире проводятся работы по разработке и новых технологий.

ООО «СВТ-Инжиниринг» также имеет опыт проведения НИОКР по заказу клиентов с целью повышения эффективности существующих способов очистки воды, разработки и усовершенствованию новых технологических процессов.

Особо следует отметить, что интенсивное использование природных водных источников в хозяйственной деятельности обуславливает необходимость экологического совершенствования систем водопользования и технологических процессов водоподготовки. Требования охраны природной среды предполагают максимальное сокращение отходов водоподготовительных установок в естественные водоемы, почву и атмосферу, что также вызывает необходимость дополнять технологические схемы водоподготовки ступенями утилизации отходов, их переработки и переводу во вторично используемые вещества.

К настоящему времени разработано достаточно большое число способов, которые позволяют создавать малоотходные системы водоподготовки. В первую очередь к ним следует отнести усовершенствованные процессы предварительной очистки исходной воды реагентами в осветлителях с ламелями и рециркуляцией шлама, мембранные технологии, деминерализацию на основе испарителей и термохимических реакторов, коррекционную обработку воды ингибиторами солевых отложений и коррозионных процессов, технологии с противоточной регенерацией ионитных фильтров и более совершенными ионообменными материалами.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества, недостатки и ограничения их применения по качеству исходной и очищенной воды, объёму стоков и сбросов, параметрам использования очищенной воды. Дополнительную информацию, необходимую для решения Ваших проблем и условиях сотрудничества, вы можете получить, сделав запрос или обратившись офис нашей фирмы.

В данном разделе подробно описаны существующие традиционные методы водоподготовки, их преимущества и недостатки, а также представлены современные новые методы и новые технологии улучшения качества воды в соответствии с требованиями потребителей.

Основные задачи водоподготовки - это получение на выходе чистой безопасной воды пригодной для различных нужд: хозяйственно-питьевого, технического и промышленного водоснабжения с учётом экономической целесообразности применения необходимых методов водоочистки, водоподготовки. Подход к водоочистке не может быть везде одинаковым. Различия обусловлены составом воды и требованиями к её качеству, которые существенно различаются в зависимости от назначения воды (питьевой, технической и т.д.). Однако существует набор типичных процедур, используемых в системах водоочистки и последовательность, в которой используются эти процедуры.

Основные (традиционные) методы обработки воды.

В практике водоснабжения в процессе очистки и обработки вода подвергается осветлению (освобождение от взвешенных частиц), обесцвечиванию (устранение веществ, придающих воде цвет), обеззараживанию (уничтожение находящихся в ней болезнетворных бактерий). При этом в зависимости от качества исходной воды в некоторых случаях дополнительно применяются и специальные методы улучшения качества воды: умягчение воды (понижение жесткости, обусловленной наличием солей кальция и магния); фосфатирование (для более глубокого умягчения воды); опреснение , обессоливание воды (снижение общей минерализации воды); обескремнивание, обезжелезивание воды (освобождение воды от растворимых соединений железа); дегазация воды (удаление из воды растворимых газов: сероводорода H 2 S, CO 2 , O 2); дезактивация воды (удаление из воды радиоактивных веществ.); обезвреживание воды (удаление ядовитых веществ из воды), фторирование (добавления в воду фтора) или обесфторирование (удаление соединений фтора); подкисление или подщелачивание (для стабилизации воды). Иногда требуется устранять привкусы и запахи, предотвращать коррозионное действие воды и т.п. Те или иные комбинации указанных процессов применяют в зависимости от категории потребителей и качества воды в источниках.

Качество воды в водном объекте и, определяется целым рядом показателей (физических, химических и санитарно-бактериологических), в соответствии с назначением воды и установленными нормативами качества . Подробно об этом в следующем разделе. Сравнивая данные качества воды (полученные по результатам анализа) с требованиями потребителей определяют мероприятия для ее обработки.

Проблема очистки воды охватывает вопросы физических, химических и биологических изменений в процессе обработки с целью сделать ее пригодной для питья, т. е. очистки и улучшения ее природных свойств.

Способ обработки воды, состав и расчетные параметры очистных сооружений для технического водоснабжения и расчетные дозы реагентов устанавливают в зависимости от степени загрязнения водного объекта, назначения водопровода, производительности станции и местных условий, а также на основании данных технологических исследований и эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях.

Очистка воды производится в несколько этапов. Мусор и песок удаляются на этапе предочистки. Сочетание первичной и вторичной очистки, проводимое на водоочистных сооружениях (ВОС), позволяет избавиться от коллоидного материала (органических веществ). Растворенные биогены устраняются при помощи доочистки. Чтобы очистка была полной, водоочистные сооружения должны устранить все категории загрязнителей. Для этого существует множество способов.

При соответствующей доочистке, при качественной аппаратуре ВОС можно добиться того, что в конечном итоге получится вода, пригодная для питья. Многие люди бледнеют при мысли о вторичном использовании канализационных стоков, но стоит вспомнить о том, что в природе в любом случае вся вода совершает круговорот. Фактически соответствующая доочистка может обеспечить воду лучшего качества, нежели получаемая из рек и озер, не редко принимающих неочищенные канализационные стоки.

Основные способы водоочистки

Осветление воды

Осветление - это этап водоочистки, в процессе которого происходит устранение мутности воды путем снижения содержания в ней взвешенных механических примесей природных и сточных вод. Мутность природной воды, особенно поверхностных источников в паводковый период, может достигать 2000-2500 мг/л (при норме для воды хозяйственно-питьевого назначения - не более 1500 мг/л).

Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры , представляющие собой наиболее распространенные водоочистные сооружения. Одним из наиболее широко применяемых на практике способов снижения в воде содержания тонкодисперсных примесей является их коагулирование (осаждение в виде специальных комплексов - коагулянтов) с последующим осаждением и фильтрованием. После осветления вода поступает в резервуары чистой воды.

Обесцвечивание воды, т.е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Осветление фильтрованием с предварительным коагулированием способствуют значительному снижению бактериальной загрязненности воды. Однако среди оставшихся после водоочистки в воде микроорганизмов могут оказаться и болезнетворные (бациллы брюшного тифа, туберкулёза и дизентерии; вибрион холеры; вирусы полиомиелита и энцефалита), являющиеся источником инфекционных заболеваний. Для окончательного их уничтожения вода, предназначенная для хозяйственно-бытовых целей, должна быть в обязательном порядке подвергнута обеззараживанию .

Недостатки коагуляции , отстаивания и фильтрации: затратные и недостаточно эффективные методы водоочистки, в связи с чем требуются дополнительные методы улучшения качества.)

Обеззараживание воды

Обеззараживание или дезинфекция - завершающий этап процесса водоочистки. Цель - это подавление жизнедеятельности содержащихся в воде болезнетворных микробов. Так как полного освобождения ни отстаивание, ни фильтрование не дают, с целью дезинфекции воды применяют хлорирование и другие способы, описанные ниже.

В технологии водоподготовки известен ряд методов обеззараживания воды, который можно классифицировать на пять основных групп: термический ; сорбция на активном угле; химический (с помощью сильных окислителей); олигодинамия (воздействие ионов благородных металлов); физический (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей). Из перечисленных методов наиболее широко распространены методы третьей группы. В качестве окислителей применяют хлор, диоксид хлора, озон, йод, марганцовокислый калий; пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция. В свою очередь, из перечисленных окислителей на практике отдают предпочтение хлору , хлорной извести, гипохлориду натрия. Выбор метода обеззараживания воды производят, руководствуясь расходом и качеством обрабатываемой воды, эффективностью ее предварительной очистки, условиями поставки, транспорта и хранения реагентов, возможностью автоматизации процессов и механизации трудоемких работ.

Обеззараживанию подлежит вода, прошедшая предшествующие стадии обработки, коагулирование, осветление и обесцвечивание в слое взвешенного осадка или отстаивание, фильтрование, так как в фильтрате отсутствуют частицы, на поверхности или внутри которых могут находиться в адсорбированном состоянии бактерии и вирусы, оставаясь вне воздействия обеззараживающих агентов.

Обеззараживание воды сильными окислителями.

В настоящее время на объектах жилищно-коммунального хозяйства для обеззараживания воды, как правило, применяется хлорирование воды. Если вы пьете воду из-под крана, то должны знать, что в ней есть хлорорганические соединения, количество которых после процедуры обеззараживании воды хлором достигает 300 мкг/л. Причем это количество не зависит от начального уровня загрязнения воды, эти 300 веществ образуются в воде благодаря хлорированию. Потребление такой питьевой воды очень серьезно может сказаться на здоровье. Дело в том, что при соединении органических веществ с хлором образуются тригалометаны. Эти производные метана обладают выраженным канцерогенным эффектом, что способствует образованию раковых клеток. При кипячении хлорированной воды в ней образуется сильнейший яд - диоксин. Уменьшить содержание тригалометанов в воде можно, снизив количество используемого хлора или заменив его другими дезинфицирующими веществами, например, применяя гранулированный активированный уголь для удаления образующихся при очистке воды органических соединений. И, конечно, нужен более детальный контроль за качеством питьевой воды.

В случаях же высокой мутности и цветности природных вод распространенно используют предварительное хлорирование воды, однако этот способ обеззараживания, как было описано выше, не только не достаточно эффективный, но и просто вредный для нашего организма.

Недостатки хлорирования: недостаточно эффективный и при этом приносит необратимый вред для здоровья, так как образование канцерогена тригалометанов способствует образованию раковых клеток, а диоксина - привести к сильнейшему отравлению организма.

Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания воды (например,обеззараживаниес помощью ультрафиолетового излучения ) достаточно затратные. Был предложен альтернативный хлорированию метод обеззараживания воды с помощью озона.

Озонирование

Более современной процедурой обеззараживания воды считается очищение воды с помощью озона. Действительно, озонирование воды на первый взгляд безопаснее хлорирования, но тоже имеет свои недостатки. Озон очень нестоек и быстро разрушается, поэтому его бактерицидное действие непродолжительно. А ведь вода должна еще пройти через водопроводную систему, прежде чем оказаться в нашей квартире. На этом пути ее поджидает немало неприятностей. Ведь не секрет, что водопроводы в российских городах крайне изношены.

Кроме того, озон тоже вступает в реакцию со многими веществами в воде, например с фенолом, и образовавшиеся в результате продукты еще токсичнее хлорфенольных. Озонирование воды оказывается крайне опасным в тех случаях, если в воде присутствуют ионы брома хотя бы в самых ничтожных количествах, трудно определяемых даже в лабораторных условиях. При озонировании возникают ядовитые соединения брома - бромиды, опасные для человека даже в микродозах.

Метод озонирования воды очень хорошо зарекомендовал себя для обработки больших масс воды - в бассейнах, в системах коллективного пользования, т.е. там, где нужно более тщательное обеззараживание воды. Но необходимо помнить, что озон, как и продукты его взаимодействия с хлорорганикой ядовитый, поэтому присутствие больших концентраций хлорорганики на стадии водоочистки может быть чрезвычайно вредным и опасным для организма.

Недостатки озонирования: бактерицидное действие непродолжительное, в реакции с фенолом еще токсичнее хлорфенольных, что более опасно для организма, чем хлорирование.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами.

ВЫВОДЫ

Все вышеперечисленные методы недостаточно эффективны, не всегда безопасны, и более того экономически нецелесообразны: во-первых - дорогостоящие и очень затратные, требующие постоянных расходов на обслуживание и ремонт, во-вторых - с ограниченным сроком службы, и в третьих - с большим расходом энергоресурсов.

Новые технологии и инновационные методы улучшения качества воды

Внедрение новых технологий и инновационных методов водоподготовки позволяет решать комплекс задач, обеспечивающих:

• производство питьевой воды, отвечающей установленным стандартам и ГОСТАм, удовлетворяющей требованиям потребителей;
• надежность очистки и обеззараживания воды;
• эффективную бесперебойную и надежную работу водоочистных сооружений;
• снижение себестоимости водоочистки и водоподготовки;
• экономию реагентов, электроэнергии и воды на собственные нужды;
• качество производства воды.

Среди новых технологий улучшения качества воды можно выделить:

Мембранные методы на основе современные технологий (включающие в себя макрофильтрацию; микрофильтрацию; ультрафильтрацию; нанофильтрацию; обратный осмос). Применяются для опреснения сточных вод , решают комплекс задач водоочистки, но очищенная вода не значит еще, что она полезная для здоровья. Более того данные методы являются дорогостоящими и энергоёмкими, требующими постоянные расходы на обслуживание.

Безреагентные методы водоподготовки. Активация (структурирование) жидкости. Способов активации воды на сегодняшний день известно множество (например, магнитные и электромагнитные волны; волны ультразвуковых частот; кавитация; воздействие различными минералами, резонансные и др.). Метод структурирования жидкости обеспечивает решение комплекса задач водоподготовки (обесцвечивание, умягчение, обеззараживание, дегазацию, обезжелезивание воды и т.д.), при этом исключает химводоподготовку.

Показатели качества воды зависят от применяемых методов структурирования жидкости и зависят от выбора применяемых технологий, среди которых можно выделить:
- устройства магнитной обработки воды;
- электромагнитные методы;
- кавитационный метод обработки воды;
- резонансная волновая активация воды (бесконтактная обработка на основе пьезокристаллов).

Гидромагнитные системы (ГМС) предназначены для обработки воды в потоке постоянным магнитным полем специальной пространственной конфигурации (применяются для нейтрализации накипи в теплообменном оборудовании; для осветления воды, например, после хлорирования). Принцип работы системы - магнитное взаимодействие ионов металлов, присутствующих в воде (магнитный резонанс) и одновременно протекающий процесс химической кристаллизации. ГМС основана на циклическом воздействии на воду, подаваемую в теплообменные аппараты магнитным полем заданной конфигурации, создаваемым высокоэнергетическими магнитами. Метод магнитной обработки воды не требует каких-либо химических реактивов и поэтому является экологически чистым. Но есть и недостатки . В ГМС используются мощные постоянные магниты на основе редкоземельных элементов. Они сохраняют свои свойства (силу магнитного поля) в течение очень длительного времени (десятки лет). Однако, если их перегреть выше 110 - 120 С, магнитные свойства могут ослабнуть. Поэтому ГМС необходимо монтировать там, где температура воды не превышает этих значений. То есть, до её нагрева, на линии обратки.

Недостатки магнитных систем: применение ГМС возможно при температуре не выше 110 - 120° С; недостаточно эффективный метод; для полной очистки необходимо применение в комплексе с другими методами, что в итоге экономически нецелесообразно.

Кавитационный метод обработки воды. Кавитация - образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Суть кавитации - другое фазовое состояние воды. В условиях кавитации вода переходит из её естественного состояния в пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Кроме того, резкое (внезапное) исчезновение кавитационных пузырьков приводит к образованию гидравлических ударов и, как следствие, к созданию волны сжатия и растяжения в жидкости с ультразвуковой частотой. Метод применятся для очистки от железа, солей жесткости и других элементов, превышающих ПДК, но слабо эффективен при обеззараживании воды. При этом значительно потребляет электроэнергию, дорогой в обслуживании с расходными фильтрующими элементами (ресурс от 500 до 6000 м 3 воды).

Недостатки: потребляет электроэнергию, недостаточно эффективный и дорогой в обслуживании.

ВЫВОДЫ

Вышеперечисленные методы наиболее эффективные и экологически чисты по сравнению с традиционными методами водоочистки и водоподготовки. Но имеют те или иные недостатки: сложность установок, высокая стоимость, необходимость в расходных материалах, сложности в обслуживании, необходимы значительные площади для установки систем водоочистки; недостаточная эффективность, и кроме этого ограничения по применению (ограничения по температуре, жесткости, pH воды и пр.).

Методы бесконтактной активации жидкости (БОЖ). Резонансные технологии.

Обработка жидкости осуществляется бесконтактным путем. Одно из преимуществ данных методов - структурирование (или активация) жидких сред, обеспечивающее все вышеперечисленные задачи активацией природных свойств воды без потребления электроэнергии.

Наиболее эффективная технология в этой области - Технология NORMAQUA (резонансная волновая обработка на основе пьезокристаллов ), бесконтактная, экологически чиста, без потребления электроэнергии, не магнитная, не обслуживаемая, срок эксплуатации - не менее 25 лет. Технология создана на основе пьезокерамических активаторов жидких и газообразных сред, представляющих собой резонаторы-инверторы, испускающие волны сверхмалой интенсивности. Как и при воздействии электромагнитных и ультразвуковых волн, под влиянием резонансных колебаний рвутся неустойчивые межмолекулярные связи, а молекулы воды выстраиваются в естественную природную физико-химическую структуру в кластеры.

Применение технологии позволяет полностью отказаться от химводоподготовки и дорогостоящих систем и расходных материалов водоподготовки, и добиться идеального баланса между поддержанием высочайшего качества воды и экономией расходов на эксплуатацию оборудования.

Снизить кислотность воды (повысить уровень рН);
- экономить до 30% электроэнергии на перекачивающих насосах и размывать ранее образовавшиеся отложения накипи за счет снижения коэффициента трения воды (повышения времени капиллярного всасывания);
- изменить окислительно-восстановительный потенциал воды Eh;
- снизить общую жесткость;
- повысить качество воды: ее биологическую активность, безопасность (обеззараживание до 100%) и органолептику.

1. Что понимают под пароводяным циклом котельных установок

Для надежной и безопасной работы котла важное значение имеет циркуляция воды в нем – непрерывное движение ее в жидкостной смеси по некоторому замкнутому контуру. В результате этого обеспечивается интенсивный отвод тепла от поверхности нагрева и устраняются местные застои пара и газа, что предохраняет поверхность нагрева от недопустимого перегревания, коррозии и предотвращает аварию котла. Циркуляция в котлах может быть естественной и принудительной (искусственной), создаваемой с помощью насосов.

На рис. приведена схема так называемого циркуляционного контура. В сосуд наливается вода, причем левое колесо U – образной трубки подогревают, образуется пар; удельный вес смеси пара и воды будет меньше по сравнению с удельным весом в правом колене. Жидкость в подобных условиях не будет, находится в состоянии равновесия. Например, А – А давление слева будет меньше, чем справа – начинается движение, которое и носит название циркуляции. Пар выделится с зеркала испарения, удаляясь далее из сосуда, а на него место в таком же количестве по весу поступит питательная вода.

Для расчета циркуляции решают два уравнения. Первое – выражает материальный баланс, второе баланс сил.

G под =G оп кг/сек, (170)

Где G под - количество воды и пара, движущихся в подъемной части контура, в кг/сек;

G оп - количество воды, движущихся в опускной части, в кг/сек.

N = ∆ρ кг/м 2 , (171)

где N– полный движущий напор, равный h(γ в - γ см), в кг;

∆ρ – сумма гидравлических сопротивлений в кг/м 2 , включая и силу инерции, возникающих при движении пароводяной эмульсии и воды по контору и вызывающих в итоге равномерное движение с определенной скоростью.

Обычно кратность циркуляции выбирается в пределах 10 – 50 и при малой тепловой нагрузки труб значительно больше 200 – 300.

М/сек,

2. Причины образования отложений в теплообменных аппаратах

Различные примеси, содержащиеся в нагреваемой и испаряемой воде, могут выделятся в твердую фазу на внутренних поверхностях парогенераторов, испарителей, паропреобразователей и конденсаторов паровых турбин в виде накипи, а внутри водяной массы – в виде взвешенного шлама. Нельзя, однако, провести четкую границу между накипью и шламом, так как вещества, отлагающиеся на поверхности нагрева в форме накипи, могут с течением времени превращаться в шлам и наоборот, шлам при некоторых условиях может прикипать к поверхности нагрева, образуя накипь.

Радиационные поверхности нагрева современных парогенераторов интенсивно обогреваются топочным факелом. Плотность теплового потока в них достигает 600–700 квт/м 2 , а местные тепловые потоки могут быть еще выше. Поэтому даже кратковременное ухудшение коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде приводит к столь значительному росту температуры стенки трубы (500–600 °С и выше), что прочность металла может оказаться недостаточной, чтобы выдержать возникшие в нем напряжения. Следствием этого являются повреждения металла, характеризующиеся появлением отдулин, свинца, а нередко и разрывом труб.

3. Опишите коррозию паровых котельных по пароводяному и газовому трактам

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1 . Что понимают под пароводяным циклом котельных уст ановок

Пароводяной цикл это период, времени за который вода превращается в пар и этот период повторяется много раз.

Для надежной и безопасной работы котла важное значение имеет циркуляция воды в нем - непрерывное движение ее в жидкостной смеси по некоторому замкнутому контуру. В результате этого обеспечивается интенсивный отвод тепла от поверхности нагрева и устраняются местные застои пара и газа, что предохраняет поверхность нагрева от недопустимого перегревания, коррозии и предотвращает аварию котла. Циркуляция в котлах может быть естественной и принудительной (искусственной), создаваемой с помощью насосов.

В современных конструкциях котлов поверхность нагрева выполняется из отдельных пучков труб, подсоединенных к барабанам и коллекторам, которые образуют достаточно сложную систему замкнутых циркуляционных контуров.

На рис. приведена схема так называемого циркуляционного контура. В сосуд наливается вода, причем левое колесо U - образной трубки подогревают, образуется пар; удельный вес смеси пара и воды будет меньше по сравнению с удельным весом в правом колене. Жидкость в подобных условиях не будет, находится в состоянии равновесия. Например, А - А давление слева будет меньше, чем справа - начинается движение, которое и носит название циркуляции. Пар выделится с зеркала испарения, удаляясь далее из сосуда, а на него место в таком же количестве по весу поступит питательная вода.

Для расчета циркуляции решают два уравнения. Первое - выражает материальный баланс, второе баланс сил.

Первое уравнение формулируется так:

G под =G оп кг/сек, (170)

Где G под - количество воды и пара, движущихся в подъемной части контура, в кг/сек;

G оп - количество воды, движущихся в опускной части, в кг/сек.

Уравнение баланса сил может быть выражено следующей зависимостью:

N = ?? кг/м 2 , (171)

где N - полный движущий напор, равный h(? в - ? см), в кг;

Сумма гидравлических сопротивлений в кг/м 2 , включая и силу инерции, возникающих при движении пароводяной эмульсии и воды по контору и вызывающих в итоге равномерное движение с определенной скоростью.

В циркуляционном контуре котла имеется большое количество параллельно работающих труб, причем условия их работы не могут быть в силу ряда причин совершенно идентичны. Чтобы обеспечить бесперебойную циркуляцию во всех трубах параллельно работающих контуров и не вызвать в каком-нибудь из них опрокидывания циркуляции, необходимо увеличить скорость движения воды по контуру, что обеспечивается определенной кратностью циркуляции К.

Обычно кратность циркуляции выбирается в пределах 10 - 50 и при малой тепловой нагрузки труб значительно больше 200 - 300.

Расход воды в контуре с учетом кратности циркуляции равняется

где D = расход пара (питательной воды) рассчитываемого контура в кг/час.

Скорость воды при входе в подъемную часть контура можно определить из равенства

2 . Причины образования отло жений в теплообменных аппаратах

Различные примеси, содержащиеся в нагреваемой и испаряемой воде, могут выделятся в твердую фазу на внутренних поверхностях парогенераторов, испарителей, паропреобразователей и конденсаторов паровых турбин в виде накипи, а внутри водяной массы - в виде взвешенного шлама. Нельзя, однако, провести четкую границу между накипью и шламом, так как вещества, отлагающиеся на поверхности нагрева в форме накипи, могут с течением времени превращаться в шлам и наоборот, шлам при некоторых условиях может прикипать к поверхности нагрева, образуя накипь.

Из элементов парогенератора загрязнению внутренних поверхностей больше всего подвержены обогреваемые экранные трубы. Образование отложений на внутренних поверхностях парообразующих труб влечет за собой ухудшение теплопередачи и как следствие опасный перегрев металла труб.

Радиационные поверхности нагрева современных парогенераторов интенсивно обогреваются топочным факелом. Плотность теплового потока в них достигает 600-700 квт/м 2 , а местные тепловые потоки могут быть еще выше. Поэтому даже кратковременное ухудшение коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде приводит к столь значительному росту температуры стенки трубы (500-600 °С и выше), что прочность металла может оказаться недостаточной, чтобы выдержать возникшие в нем напряжения. Следствием этого являются повреждения металла, характеризующиеся появлением отдулин, свинца, а нередко и разрывом труб.

При резких температурных колебаниях в стенках парообразующих труб, которые могут иметь место в процессе эксплуатации парогенератора, накипь отслаивается от стенок в виде хрупких и плотных чешуек, которые заносятся потоком циркулирующей воды в места с замедленной циркуляцией. Там происходит осаждение их в виде беспорядочного скопления кусочков различных величин и формы, сцементированных шламом в более или менее плотные образования. Если в парогенераторе барабанного типа имеются горизонтальные или слабонаклонные участки парообразующих труб с вялой циркуляцией, то в них обычно происходит скопление отложений рыхлого шлама. Сужение сечения для прохода воды или полная закупорка парообразующих труб приводят к нарушению циркуляции. В так называемой переходной зоне прямоточного парогенератора до критического давления, где испаряются последние остатки влаги, и осуществляется небольшой перегрев пара, образуется отложения соединений кальция, магния и продуктов коррозии.

Поскольку прямоточный парогенератор является эффективной ловушкой труднорастворимых соединений кальция, магния, железа и меди. То при повышенном содержании их в питательной воде они быстро накапливаются в трубной части, что значительно сокращает продолжительность рабочей кампании парогенератора.

Для того чтобы обеспечить минимальные отложения как в зонах максимальных тепловых нагрузок парообразующих труб, как и в проточной части турбин, необходимо строго поддерживать эксплуатационные нормы допустимого содержания в питательной воде тех или иных примесей. С этой целью добавочная питательная вода подвергается глубокой химической очистки либо дистилляции на водоподготовительных установках.

Улучшение качества конденсатов и питательной воды заметно ослабляет процесс образования эксплуатационных отложений на поверхности паросилового оборудования, но полностью его не устраняет. Следовательно, в целях обеспечения должной чистоты поверхности нагрева необходимо наряду с одноразовой предпусковой очисткой проводить также периодические эксплуатационные очистки основного и вспомогательного оборудования и при том не только при наличии систематических грубых нарушений установленного водного режима и при недостаточной эффективности проводимых на ТЭС противокоррозионных мероприятий, но и в условиях нормальной эксплуатации ТЭС. Проведение эксплуатационных очисток особенно необходимо на энергоблоках с прямоточными парогенераторами.

3 . Опишите коррозию паровых котельных по пароводяному и газовому трактам

Металлы и сплавы, употребляемые для изготовления теплоэнергетического оборудования, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся с ними средой (вода, пар, газы), содержащей те или иные коррозионноагрессивные примеси (кислород, угольная и другие кислоты, щелочи и др.).

Существенным для нарушения нормальной работы парового котла является взаимодействие растворенных в воде веществ с обмыванием его металлом, в результате чего происходит разрушение металла, которое при известных размерах приводит к авариям и выходу из строя отдельных элементов котла. Такие разрушения металла окружающей средой называются коррозией. Коррозия всегда начинается с поверхности металла и постепенно распространяется в глубь.

В настоящее время различают две основные группы коррозионных явлений: химическая и электрохимическая коррозия.

К химической коррозии относятся разрушения металла в результате его непосредственного химического взаимодействия с окружающей средой. В теплосиловом хозяйстве примерами химической коррозии являются: окисление наружной поверхности нагрева горячими дымовыми газами, коррозия стали перегретым паром (так называемая пароводяная коррозия), разъедание металла смазочными материалами и др.

Электрохимическая коррозия, как показывает ее название, связана не только с химическими процессами, но и с передвижением электронов во взаимодействующих средах, т.е. с появлением электрического тока. Эти процессы происходят при взаимодействии металла с растворами электролитов, что и имеет место в паровом котле, в котором циркулирует котловая вода, представляющая собой раствор распавшихся на ионы солей и щелочей. Электрохимическая коррозия протекает также при контактировании металла с воздухом (при обычной температуре), содержащем всегда пары воды, которые конденсируясь на поверхности металла в виде тончайшей пленки влаги, создают условия для протекания электрохимической коррозии.

Разрушение металла начинается, по существу, с растворения железа, заключающегося в том, что атомы железа теряют часть своих электронов, оставляя их в металле, и превращаются, таким образом, в положительно заряженные ионы железа, переходящие в водный раствор. Этот процесс не происходит равномерно по всей поверхности омываемого водой металла. Дело в том, что химически чистые металлы обычно недостаточно прочны и поэтому в технике применяют преимущественно их сплавы с другими веществами, как известно, чугун и сталь являются сплавами железа с углеродом. Помимо этого, к конструкции стали добавляют в небольших количествах для улучшения ее качества кремний, марганец, хром, никель и др.

По форме проявления коррозии различают: коррозию равномерную, когда разрушение металла происходит примерно на одинаковую глубину по всей поверхности металла и коррозию местную. Последняя имеет три основные разновидности: 1) язвенная коррозия, при которой разъедание металла развивается в глубину на ограниченной площади поверхности, приближающейся к точечным изъявлениям, что особенно опасно для котельного оборудования (образование в результате такой коррозии сквозных свищей); 2) избирательная коррозия, когда разрушается одна из составных частей сплава; например, в трубах конденсаторов турбин, изготовленных из латуни (сплав меди с цинком), при охлаждении их морской водой происходит удаление из латуни цинка, в результате чего латунь делается хрупкой; 3) межкристаллитная коррозия, возникающая преимущественно в недостаточно плотных заклепочных и вальцовочных соединениях паровых котлов при агрессивных свойствах котловой воды с одновременными чрезмерными механическими напряжениями в этих участках металла. Этот вид коррозии характеризуется появлением трещин, идущих по границам кристаллов металла, что делает металл хрупким.

4 . Какие поддерживают водно-химические режимы в котлах и отчего они зависят?

Нормальным режимом работы паровых котлов называется такой режим, при котором обеспечивается:

а) получение чистого пара; б) отсутствие на поверхностях нагрева котлов солевых отложений (накипи) и прикипания образовавшегося шлама (так называемой вторичной накипи); в) предотвращение всех типов коррозии котельного метала и пароконденсаторного тракта, несущего продукты коррозии в котел.

Перечисленные требования удовлетворяются путем принятия мер в двух основных направлений:

а) при подготовке исходной воды; б) при регулировании качества котловой воды.

Подготовка исходной воды в зависимости от ее качества и требований, связанных с конструкцией котла, может осуществляться путем:

а) докотловой обработки воды с удалением взвешенных и органических веществ, железа, накипеобразователей (Са, Mg), свободной и связанной углекислоты, кислорода, снижения щелочности и солесодержания (известкование, водород - катионтрование или сббесоливание и пр.);

б) внутрикотловой обработки воды (с дозировкой реагентов или обработкой воды магнитным полем при обязательном и надежном удалении шлама).

Регулирование качества котловой воды осуществляется путем продувки котлов, значительного сокращения размеров продувки можно достигнуть путем улучшения сепарационных устройств котла: ступенчатого испарения, выносных циклонов, промывки пара питательной водой. Совокупность осуществления перечисленных мероприятий, обеспечивающих нормальную работу котлов, называют вода - химическим режимом работы котельной.

Применение любого метода обработки воды: внутри котлового, до котлового с последующей коррекционной обработкой химически очищенной или питательной воды - требует осуществления продувки паровых котлов.

В условиях эксплуатации котлов различают два способа продувки котлов: периодическая и непрерывная.

Периодическая продувка из нижних точек котла осуществляется для удаления грубодисперсного шлама, оседающего в нижних коллекторах (барабанах) котла или контурах с вялой циркуляцией воды. Производится она по установленному графику в зависимости от степени зашламленности котловой воды, но не реже одного раза в смену.

Непрерывная продувка котлов обеспечивает необходимую чистоту пара, поддерживая определенный солевой состав котловой воды.

5 . Опишите устройство зернистых осветительны х фильтров и принцип их работы

Осветление воды фильтрованием широко применяется в технологии обработки воды, для этого осветляемую воду фильтрует через слой зернистого материала (кварцевого песка, дробленого антрацита, керамзита и др.), загруженного в фильтр.

Классификация фильтров по ряду основных признаков :

скорость фильтрации:

Медленные (0,1 - 0,3 м/ч);

Скорые (5 - 12 м/ч);

Сверхскоростные (36 - 100 м/ч);

давление, под которым они работают:

Открытые или безнапорные;

Напорные;

количество фильтрующих слоев:

Однослойные;

Двухслойные;

Многослойные.

Наиболее эффективны и экономичны многослойные фильтры, в которых для увеличения грязеемкости и эффективности фильтрации загрузку составляют из материалов с различной плотностью и размером частиц: сверху слоя - крупные легкие частицы, внизу - мелкие тяжелые. При нисходящем направлении фильтрования крупные загрязнения задерживаются в верхнем слое загрузки, а оставшиеся мелкие - в нижнем. Таким образом, работает весь объем загрузки. Осветительные фильтры эффективны при задержании частиц размером > 10 мкм.

Вода, содержащая взвешенные частицы, двигаясь через зернистую загрузку, задерживающую взвешенные частицы, осветляется. Эффективность процесса зависит от физика - химических свойств примесей, фильтрующей загрузки и гидродинамических факторов. В толщине загрузки происходит накапливание загрязнений, уменьшается свободный объем пор и возрастает гидравлическое сопротивление загрузки, что приводит к росту потерь напора в загрузке.

В общем виде, процесс фильтрации можно условно разбить на несколько стадий: перенос частиц из потока воды на поверхность фильтрующего материала; закрепление частиц на зернах и в щелях между ними; отрыв закрепленных частиц с переходом их обратно в поток воды.

Извлечение примесей из воды и закрепление их на зернах загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, формирующийся на частицах загрузки, имеет непрочную структуру, которая под влиянием гидродинамических сил может разрушатся. Некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загрузки (суффозия), где вновь задерживается в поровых каналах. Таким образом, процесс осветления воды нужно рассматривать как суммарный результат процесса адгезии и суффозии. Осветление в каждом элементарном слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность отрыва.

По мере насыщения верхних слоев загрузки процесс фильтрации переходит на нижерасположенные, зона фильтрации как бы сходит по направлению потока от области, где фильтрующий материал уже насыщен загрязнением и преобладает процесс суффозии к области свежей загрузки. Затем наступает момент, когда весь слой загрузки фильтра оказывается насыщенным загрязнениями воды и требуемая степень осветвления воды не обеспечивается. Концентрация взвеси на выходе загрузки начинает возрастать.

Время, в течение которого достигается осветление воды до заданной степени, называется временем защитного действия загрузки. При его достижении предельной потери напора осветительный фильтр необходимо перевести в режим взрыхляющей промывки, когда загрузка промывается обратным потоком воды, а загрязнения сбрасываются в дренаж.

Возможность задержания фильтром грубой взвеси зависит, в основном, от ее массы; тонкой взвеси и коллоидных частиц - от поверхностных сил. Важное значение имеет заряд взвешенных частиц, так как коллоидные частицы одноименного заряда не могут объединяться в конгломераты, укрупнятся и оседать: заряд препятствует их сближению. Преодолевается это «отчуждение» частиц искусственным коагулированием. Как правило, коагулирование (иногда, дополнительно, флокулирование) производится в отстойниках - осветлителях. Часто этот процесс совмещается с умягчением воды известкованием, или сода - известкованием, или едконатровым умягчением.

В обычных осветительных фильтрах чаще всего наблюдается пленочное фильтрование. Объемное фильтрование организуют в двухслойных фильтрах и в так называемых контактных осветлителях. В фильтр засыпают нижний слой кварцевого песка с размером 0.65 - 0.75 мм и верхний слой антрацита с размером зерен 1,0 - 1.25 мм. На верхней поверхности слоя крупных зерен антрацита пленка не образуется. Взвешенные вещества, прошедшие слой антрацита, задерживаются нижнем слоем песка.

При взрыхляющей промывке фильтра слои песка и антрацита не перемешиваются, так как плотность антрацита вдвое меньше плотности кварцевого песка.

6 . Оп ишите процесс умягчение в оды по методу катионного обмена

По теории электролитической диссоциации молекулы некоторых веществ находящихся в водном растворе распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы и анионы.

При прохождении такого раствора через фильтр, содержащий трудно растворимый материал (катионит), способный к поглощению катионов раствора, в том числе Са и Mg, и выделяющий вместо них из своего состава катионы Na или Н, происходит водоумягчение. Вода почти полностью освобождается от Са и Mg, и ее жесткость понижается до 0,1°

Na - ка тионирование. При этом способе растворенные в воде соли кальция и магния при фильтрации через катионитовый материал обменивают Са и Mg на Na; в итоге получаются только натриевые соли, обладающие большой растворимостью. Формула катионитового материала условно обозначается буквой R.

Катионитовыми материалами являются: глауконит, сульфоуголь и синтетические смолы. Наибольшим распространением в настоящее время пользуется сульфоуголь, который получается после обработки бурого или каменного угля дымящейся серной кислоты.

Емкостью катионитового материала называется предел его обменной способности, после чего в результате израсходования катионов Na их требуется восстанавливать путем регенерации.

Емкость измеряется тонна - градусами (т-град) накипеобразователей, считая на 1 м 3 катионового материала. Тонна - градусы получаются в результате перемножения расхода очищаемой воды, выраженного в тоннах, на жесткость этой воды в градусах жесткости.

Регенерация производится 5 - 10%-ным раствором поваренной соли, пропускаемым через катионитовый материал.

Характеристикой особенностью Na - катионирования является отсутствие солей, выпадающих в осадок. Анионы солей жесткости целиком направляется в котел. Это обстоятельство вызывает необходимость повышения количества продувочной воды. Умягчение воды при Na - катионировании получается достаточно глубокое, жесткость питательной воды может, доводится до 0° (практически 0,05-01°), щелочность же не отличается от карбонатной жесткости исходной воды.

К недостаткам Na - катионирования следует отнести получение повышенной щелочности в тех случаях, когда имеется значительное количество солей временной жесткости в исходной воде.

Ограничеватся одним Na - катионированием возможно при карбонатной жесткости воды, не превышающей 3-6°. В противном случае приходится значительно увеличивать количество продувочной воды, что будет создавать уже большие тепловые потери. Обычно количество продувочной воды не превышает 5-10% от общего ее расхода, идущего на питание котла.

Метод катионирования требует весьма простого обслуживание и доступен обычному персоналу котельной без дополнительного привлечения химика.

Конструкция катионитового фильтра

Н - Na -к атионирование . Если катионитовый фильтр, наполненный сульфоуглем, регенерировать не раствором поваренной соли, а раствором серной кислоты, то обмен будет происходить между катионами Ca и Mg, находящимися в очищаемой воде, и катионами Н сульфоугля.

Вода, подготовленная таким образом, также имея ничтожно малую жесткость, одновременно получает кислую и таким образом, непригодна для питания паровых котлов, причем кислотность воды равна некарбонатной жесткости воды.

Комбинируя совместно Na и Н - катионитовое водоумягчение, можно получить хорошие результаты. Жесткость воды, приготовленной Н-Na - катионитовым способом, не превышает 0,1° при щелочности 4-5°.

7 . Опишите прин ципиальные схемы водоподготовки

Осуществление необходимых изменений в составе обрабатываемой воды возможно по различным технологическим схемам, то выбор одной из них делают на основе сравнительных техника - экономических расчетов по намеченным вариантам схем.

В результате химической обработки природных вод, осуществляемой на водоподготовительных установках, могут происходить следующие основные изменения их состава: 1) осветление воды; 2) умягчение воды; 3) снижение щелочности воды; 4) уменьшение солесодержания воды; 5) полное обессоливание воды; 6) дегазация воды. Схемы обработки воды, необходимые для осуществления

перечисленных изменений ее состава, могут включать различные процессы, которые сводятся к следующим трем основным группам: 1) методы осаждения; 2) механическое фильтрование воды; 3) ионообменное фильтрование воды.

Применение технологических схем водоподготовительных установок предусматривают обычно комбинирование различных методов обработки воды.

На рисунки представлены возможные схемы комбинированных водоподготовительных установок путем применения указанных трех категорий процессов обработки воды. В этих схемах даны только основные аппараты. Без вспомогательного оборудования, а также не указаны фильтры второй и третий ступени.

Схема водоподготовительных установок

1-сырая вода; 2-осветитель; 3-механический фильтр; 4-промежуточный бак; 5-насос; 6-дозатор коагулянта; 7-Nа - катионитный фильтр; 8- Н - катионитный фильтр; 9 - декарбонизатор; 10 - ОН - анионитный фильтр; 11 - обработанная вода.

Ионообменное фильтрование является обязательной конечной стадией обработки воды при всех возможных вариантах схем и осуществляется в виде Na - катионирования, Н-Na-катионирования и Н-ОН - ионирования воды. Осветлитель 2 предусматривает два основных варианта его использования: 1) осветление воды, когда в нем осуществляются процессы коагуляции и отстаивания воды и 2) умягчение воды, когда помимо коагуляции, в нем проводится известкование, а также одновременно с известкованием магнезиальное обескремнивание воды.

В зависимости от характеристики природных вод по содержанию в них взвешенных веществ возможны три группы технологических схем их обработки:

1) Подземные артезианские воды (на рис. обозначены 1а), в которых практически обычно отсутствуют взвешенные вещества, не требуют их осветления и поэтому обработка таких вод может ограничеватся только ионообменным фильтрованием по одной из трех схем в зависимости от предъявляемых требований к обработанной воде: а) Na - катионирование, если требуется только умягчение воды; б) Н-Na - катионирование, если требуется, помимо умягчения, снижение щелочности или уменьшение солесодержание воды; в) Н-ОН - ионирование, если требуется глубокое обессоливание воды.

2) поверхностные воды с незначительным содержанием взвешенных веществ, (на рис. они обозначены 1б), могут обрабатываться по так называемым прямоточным напорным схемам, в которых коагуляция и осветление в механических фильтрах комбинируют с одной из схем ионообменного фильтрования.

3) поверхностные воды с относительно большим количеством взвешенных веществ (на рис. обозначены 1в), освобождаются от них в осветление, после чего подвергаются механическому фильтрованию и далее комбинируются с одной из схем ионообменного фильтрования. При этом часто. В целях разгрузки ионообменной части водоподготовительной установки, одновременно с коагуляцией осуществляют в осветлителе частичное умягчение воды и снижение ее солесодержание путем известкования и магнезиального обескремнивания. Такие комбинированные схемы особенно целесообразны при обработки сильно минерализованных вод, поскольку даже при частичном их обессоливании методом ионного обмена требуются большие

Решение :

Определяем межпромывочных период фильтра, ч

где: h 0 - высота фильтрующего слоя, 1,2 м

Гр - грязеемкость фильтрующего материала, 3,5 кг/м 3 .

Значение Гр может изменятся в широких пределах в зависимости от характера взвешенных веществ, их фракционного состава, фильтрующего материала и др. При расчетах можно принимать Гр= 3? 4 кг/м 3 , в среднем 3,5 кг/м 3 ,

U p - скорость фильтрования, 4,1 м/ч,

С в - концентрация, взвешенных веществ, 7 мг/л,

Количество промывок фильтров в сутки определяем по формуле:

где: Т 0 - межпромывочный период, 146,34 ч,

t 0 - время простоя фильтра на промывке, обычно 0,3 - 0,5 ч,

Определим необходимую площадь фильтрования:

где: U-скорость фильтрования, 4,1 м/ч,

Q - Производительность, 15 м 3 /ч,

В соответствии с правилами и нормами проектирования водоподготовительных установок количество фильтров должно быть не менее трех, тогда площадь одного фильтра составит:

где: m - количество фильтров.

По найденной площади одного фильтра находим требуемый диаметр фильтра по таблице: диаметр d = 1500 мм, площади фильтрования f = 1,72 м 2 .

Уточним количество фильтров:

Если количество фильтров меньше межпромывочного периода m 0 ? T 0 +t 0 (в нашем примере 2

В расчет фильтра входит определение расхода воды на собственные нужды, т.е. на промывку фильтра и на отмывку фильтра после промывки.

Расход воды на промывку фильтра и взрыхление определяется по формуле:

где: i- интенсивность взрыхления, л/(с * м 2); обычно i = 12 л/(с * м 2);

t - время промывки, мин. t = 15 мин.

Определяем средний расход воды на промывку работающих фильтров по формуле:

Определим расход на спуск в дренаж первого фильтра со скоростью 4 м/ч в течение 10 минут перед включением в работу:

Средний расход воды на отмывку работающих фильтров:

Потребное количество воды для фильтровальной установки с учетом расхода на собственные нужды:

Q п = g ср + g ср.отм + Q

Q п = 0,9 + 0,018 + 15 = 15,9 м 3 /ч

Литература

1. «Водоподготовка». В.Ф. Вихрев и М.С. Шкроб. Москва 1973 год.

2. «Справочник по водоподготовке котельных установок». О.В. Лифшиц. Москва 1976

3. «Водоподготовка». Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. Москва 1996 год.

4. «Водоподготовка». С.М. Гурвич. Москва 1961 год.

Подобные документы

Устройство и принцип работы рециркуляционного насоса, технологическая схема работы деаэрационно-питательной установки и сепаратора непрерывной продувки. Тепловой расчет котла, гидравлический расчет водовода технической воды, системы умягчения воды.

дипломная работа, добавлен 22.09.2011


Выбор и обоснование принятой схемы и состава сооружений станции водоподготовки. Расчет изменения качества обработки воды. Проектирование системы оборотного охлаждающего водоснабжения. Расчет реагентного хозяйства для известкования и коагуляции воды.

курсовая работа, добавлен 03.12.2014


Описание технологической схемы водоподготовки и приготовления электролита. Себестоимость изготовления емкости с перфорированной решёткой, аппарата с мешалкой. Назначение и принцип работы ионитового фильтра. Расчет фланцевых соединений для патрубков.

дипломная работа, добавлен 13.06.2015


Методы улучшения качества воды в зависимости от загрязнения. Современные бытовые и промышленные ионообменные фильтры водоподготовки. Ионитовые противоточные фильтры для умягчения и обессоливания воды. Противоточная регенерация ионообменных смол.

реферат, добавлен 30.04.2011


Оценка качества воды в источнике. Обоснование принципиальной технологической схемы процесса очистки воды. Технологические и гидравлические расчеты сооружений проектируемой станции водоподготовки. Пути обеззараживания воды. Зоны санитарной охраны.

курсовая работа, добавлен 02.10.2012


Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.

курсовая работа, добавлен 19.06.2012


Методы обеззараживания воды в технологии водоподготовки. Электролизные установки для обеззараживания воды. Преимущества и технология метода озонирования воды. Обеззараживание воды бактерицидными лучами и конструктивная схема бактерицидной установки.

реферат, добавлен 09.03.2011


Котельная, основное оборудование, принцип работы. Гидравлический расчет тепловых сетей. Определение расходов тепловой энергии. Построение повышенного графика регулирования отпуска теплоты. Процесс умягчения питательной воды, взрыхления и регенерации.

дипломная работа, добавлен 15.02.2017


Система водоснабжения и водоотведения на муниципальном предприятии, характеристика его очистных сооружений. Технология водоподготовки и эффективность очистки сточных вод, контроля качества очищаемой воды. Группы микроорганизмов активного ила и биоплёнки.

отчет по практике, добавлен 13.01.2012


Классификация примесей, содержащихся в воде для заполнения контура паротурбинной установки. Показатели качества воды. Методы удаления механических, коллоидно-дисперсных примесей. Умягчение воды способом катионного обмена. Термическая деаэрация воды.

На современных водопроводных станциях применяется комплексная многоступенчатая технология очистки воды , разработанная еще в ХIX веке. С того времени данная технология претерпевала различные усовершенствования и до нас дошла в виде ныне существующих коммунальных водопроводов с классической схемой водоподготовки, использующих все те же три основных этапа.

Основные этапы водоподготовки

1. Механическая очистка воды. Это подготовительный этап водоочистки, направленный на удаление из воды крупных (видимых) загрязняющих частиц - песка, ржавчины, планктона, ила и других тяжелых взвесей. Осуществляется перед подачей воды на главные очистные сооружения с помощью решеток с ячеей различного диаметра и вращающихся сеток.
2. Химическая очистка воды. Производится с целью приведения качества воды к нормативным показателям. Для этого применяются различные технологические приемы: осветление, коагуляция, отстаивание, фильтрация, обеззараживание, деминерализация, умягчение.

Осветление требуется в основном для поверхностных вод. Проводится на начальном этапе очистки питьевой воды в камере реакции и заключается в добавлении к объему обрабатываемой воды хлорсодержащего препарата и коагулянта. Хлор способствует разрушению органических веществ, большей частью представленных гуминовыми и фульвокислотами, присущих именно поверхностным водам и придающих им характерную зеленовато-коричневую окраску.

Коагуляция направлена на очищение воды от взвесей и коллоидных примесей, невидимых глазу. Коагулянты, в роли которых выступают соли алюминия, помогают мельчайшим частичкам органики (планктон, микроорганизмы, крупные белковые молекулы), находящимся во взвешенном состоянии, склеиваться между собой и превращают их в тяжелые хлопья, которые затем выпадают в осадок. Для усиления хлопьеобразования могут добавляться флокулянты - химические вещества различных торговых марок.

Отстаивание воды происходит в резервуарах с медленным потоком и переливным механизмом, где нижний слой жидкости движется медленнее, чем верхний. При этом происходит замедление общей скорости движения воды, и создаются условия для выпадения в осадок тяжелых загрязняющих частиц.

Фильтрация на угольных фильтрах или углевание, помогает избавиться от 95% находящихся в воде примесей как химического, так и биологического свойства. Ранее вода фильтровалась на картриджных фильтрах с прессованными активированными углями. Но этот метод достаточно трудоемкий и требует частой и дорогостоящей регенерации фильтрующего материала. На современном этапе перспективным является применение гранулированных (ГАУ) или порошкообразных (ПАУ) активированных углей, которые всыпаются в воду в блоке углевания, и перемешиваются с обрабатываемой водой. Исследования показали, что такой метод значительно эффективней, чем фильтрование через блочные фильтры, и к тому же менее дорогостоящий. ПАУ помогают устранить загрязнение химическими соединениями, тяжелыми металлами, органикой и, что немаловажно, поверхностно-активными веществами. Фильтрация с помощью активированных углей технологически доступна на водопроводной станции любого типа.

Обеззараживание применяется на всех без исключения типах водопроводов для устранения эпидемической опасности питьевой воды. В наше время способы обеззараживания предоставляют большой выбор различных методов и дезинфицирующих препаратов, но одной из составляющих неизменно является хлор, благодаря своему свойству сохранять активность в разводящей сети и дезинфицировать водопроводные трубы.

Деминерализация в промышленных масштабах предполагает удаление из воды избыточного количества железа и марганца (обезжелезивание и деманганация соответственно).

Повышенное содержание железа меняет органолептические свойства воды, приводит к окрашиванию ее в желто-бурый цвет, придает неприятный «металлический» привкус. Железо выпадает в осадок в трубах, создавая условия для их дальнейшего загрязнения биологическими агентами, окрашивает белье при стирке, негативно влияет на сантехническое оборудование. Кроме того, высокие концентрации железа и марганца могут вызывать заболевания желудочно-кишечного тракта, почек и крови. Сверхнормативное количество железа, как правило, сопровождается высоким содержанием марганца и сероводорода.

На коммунальных водопроводах обезжелезивание проводится методом аэрации. При этом двухвалентное железо окисляется до трехвалентного и выпадает в осадок в виде хлопьев ржавчины. Далее ее можно устранить с помощью фильтров с различными загрузками.

Аэрация проводится двумя способами:

• Напорная аэрация - в контактную камеру по центру подается воздушная смесь по трубе, доходящей до половины камеры. Затем происходит барботирование толщи воды пузырьками воздушной смеси, которая и окисляет металлические примеси и газы. Аэрационная колонна заполняется водой не полностью, над поверхностью находится воздушная подушка. Ее задача заключается в смягчении гидроударов и увеличении площади аэрации.
• Безнапорная аэрация - проводится с помощью душевальных установок. В специальных камерах вода распыляется с помощью водяных эжекторов, что значительно увеличивает контактную площадь воды с воздухом.

Помимо этого, железо интенсивно окисляется при обработке воды хлором и озоном.

Марганец удаляется из воды фильтрованием через модифицированные загрузки либо добавлением окислителей, например, перманганата калия.

Умягчение воды проводится для устранения солей жесткости - карбонатов кальция и магния. Для этого используются фильтры с загрузкой кислыми или щелочными катионитами или анионитами, замещающими ионы кальция и магния на нейтральный натрий. Это достаточно дорогостоящий метод, потому используется чаще всего на локальных станциях водоочистки.

Подача воды в распределительную сеть.

После прохождения полного комплекса очистных сооружений на водопроводной станции вода становится питьевой. Затем она подается потребителю системой водопроводных труб, состояние которых в большинстве случаев оставляет желать значительно лучшего. Потому все чаще и чаще звучит вопрос о необходимости доочистки водопроводной питьевой воды и не только приведении ее к нормативным требованиям, но и придания полезных для здоровья качеств.

Вода – это вещество, которое мы употребляем ежедневно, и для здоровья человека очень важно пить качественную воду . В разных странах имеются разные стандарты воды «из-под крана», по которым определяются прозрачность и содержание в ней различных веществ. Россия не относится к странам с самыми строгими нормами. Даже если в воде имеются тяжелые металлы, очень маловероятно, что организации, осуществляющие водоснабжение, будут это широко афишировать. Хотя патогенные микроорганизмы обычно в воде «из-под крана» не встречаются, различных химических веществ в ней содержатся предостаточно. Если самостоятельно не позаботиться о чистоте воды, то можно заработать в связи с этим набор самых неприятных заболеваний. Поэтому мы предлагаем ознакомиться с тем, какие существуют современные методы очистки воды .

Сейчас можно встретить много неоднозначной информации о методах и системах, используемых для очистки воды. В этой статье дается обзор современных методов очистки воды для домашнего и промышленного использования , а также проясняются некоторые вопросы относительно эффективности этих методов.

1. Угольные фильтры

Достоинства угольных фильтров:

• Отлично удаляют пестициды и хлор.
• Недороги.

Фильтры бывают всех форм и размеров. Это один из самых старых и самых дешевых способов очистки воды. В большинстве угольных фильтров используется активированный уголь. Вода легко проходит через фильтр с активированным углем, который обладает большой площадью поверхности пор (до 1000 м 2 /г), в которых происходит адсорбция загрязняющих веществ. Активированный уголь используется как в форме твердых блоков, так и в гранулированной форме. Через твердый блок вода проходит дольше, что делает подобные фильтры более эффективными в поглощении загрязнений. Фильтры с активированным углем лучше всего подходят для удаления таких загрязнителей, как инсектициды, гербициды и полихлоринатные бифенилы. Они могут также удалять многие промышленные химикаты и хлор. Но активированный уголь не удаляет большинство неорганических химических веществ, растворенных тяжелых металлов (например, свинец) или биологические загрязнения. Чтобы в некоторой степени справиться с этими недостатками, многие производители используют активированный уголь в сочетании с другими способами очистки, такими как керамические фильтры или ультрафиолетовое излучение, о которых речь пойдет позже. Даже с этими усовершенствованиями, однако, угольные системы фильтрации имеют свои ограничения и недостатки.

Недостатки угольных фильтров:

• Не удаляют бактерии.
• Недолговечны.

Угольные фильтры представляют собой отличную среду для размножения бактерий. Если вода не подвергалась обработке хлором, озоном или другим способам бактерицидной защиты перед фильтраций, то бактерии из воды осядут в фильтре и будут там размножаться, загрязняя проходящую через него воду. По этой причине не рекомендуется использовать угольный фильтр в том случае, когда вода поступает напрямую из природного источника. Некоторые производители утверждают, что проблема решается при помощи добавления серебра. К сожалению, эта технология работает недостаточно эффективно. Вода должна оставаться в контакте с серебром гораздо дольше, чтобы появился существенный эффект. Также со временем угольные фильтры начинают терять свою эффективность. Постепенно фильтр теряет способность задерживать загрязнения и все больше и больше примесей попадает в отфильтрованную воду. При этом вода продолжает протекать через фильтр с легкостью, и узнать насколько эффективно работает фильтр можно только при помощи анализа качества воды, но не у всех дома есть лаборатория. Поэтому фильтр необходимо заменять через определенный промежуток времени или после фильтрации определенного объема воды.

Недостатки керамических фильтров:

• Неэффективны против органических загрязнителей и пестицидов.

Керамические фильтры неэффективны при удалении органических загрязнителей или пестицидов. Так что эти фильтры не рекомендуется использовать для очищения воды в домашних условиях. Дома их стоит использовать в паре с угольным фильтром.

Недостатки озонирования:

• Этот метод не позволяет удалять тяжелые металлы, минералы и пестициды.
• Озон быстро распадается на кислород и теряет свою эффективность.
• Очень дорогой метод.
• Озон является очень ядовитым веществом, поэтому работа системы должна тщательно контролироваться датчиками.

Для получения питьевой воды одного озонирования недостаточно. Оно не удаляет тяжелые металлы, минералы и пестициды. И, в отличие от хлора, который, оставаясь в воде, продолжает выполнять свою функцию, озон имеет очень короткий срок действия. Он распадается почти мгновенно и не имеет остаточного эффекта очистки. Еще один камень преткновения в озонировании воды – это стоимость. Использовать озонирование в домашних условиях получается слишком дорого.

4. Ультрафиолетовые излучение

Достоинства использования УФ-излучения:

• Убивает бактерии и вирусы.

Когда микроорганизмы, такие как бактерии и вирусы, поглощают ультрафиолетовое излучение, то начинают происходить определенные реакции, вызывающие их гибель. Это делает УФ-излучение очень эффективным методом уничтожения патогенных микроорганизмов, таких как кишечная палочка и сальмонелла, без добавления химических веществ, например, хлора. УФ-излучение является одним из немногих способов очистки, позволяющим уничтожать вирусы, что особенно важно в сельской местности, где нет других способов получения качественной воды.

Недостатки УФ-излучения:

• Неэффективно против всех организмов.
• Неспособно удалять тяжелые металлы, пестициды, другие физические загрязнители.

5. Ионообменные фильтры для воды

Достоинства ионообменных фильтров:

• Продлевают работу водонагревателей, стиральных машин.

Недостатки ионообменных фильтров:

• Не очищают воду и не делают ее безопасной для человека.

Ионообменные фильтры действуют как умягчители воды и не оказывают никакого влияния на микроорганизмы. Смягчение жесткой воды хорошо для стиральной машины и водонагревателя, а также при купании. Жесткая вода больше стягивает кожу, и мыло в ней хуже мылится. Однако мягкая вода не является более полезной, чем жесткая. Умягчители не очищают воду.

6. Медно-цинковые системы очистки воды

Достоинства медно-цинковых систем очистки:

• Эффективно удаляют хлор и тяжелые металлы.

Подобные фильтры для воды продаются под названием KDF. В них используется запатентованный медно-цинковый сплав, который содержится в фильтре в виде гранул. Молекулы меди и цинка действуют как различные полюса в батарее. При прохождении загрязненной воды через гранулы одна часть примесей направляется в сторону цинка, другая часть примесей с противоположным зарядом направляется в сторону меди. При этом происходят окислительно-восстановительные реакции, при которых обезвреживаются потенциально опасные химические вещества. В результате обработки хлорированной воды образуется хлористый цинк. Также подобные фильтры снижают содержание ртути, мышьяка, железа и свинца. При прохождении через фильтр в воде уничтожаются бактерии и другие организмы.

Недостатки медно-цинковых системы очистки:

• Неэффективны против пестицидов и органических загрязнителей.

Медно-цинковые системы очистки не позволяют удалять пестициды и другие органические загрязнители. Тем не менее, KDF-системы обычно включают блок угольных фильтров, чтобы устранить эти недостатки.

7. Системы обратного осмоса

Достоинства систем обратного осмоса:

• Хорошо очищают воду от металлов, бактерий, вирусов, микроорганизмов, а также органических и неорганических химических веществ.

Первоначально система обратного осмоса использовалась для опреснения морской воды. В процессе очистки вода под давлением проходит через полупроницаемую синтетическую мембрану. При благоприятных условиях данный способ фильтрации позволяет удалять от 90% до 98% тяжелых металлов, вирусов, бактерий и других организмов, органических и неорганических химических веществ.

Недостатки систем обратного осмоса:

• Большое количество воды в виде отходов.
• Синтетическая мембрана деградирует под воздействием хлоридов и физических загрязнителей.
• В системе могут размножаться бактерии.
• Хуже работают с жесткой водой.

Несмотря на свои достоинства системы обратного осмоса обладают существенными недостатками. Для начала, они чрезвычайно ресурсоемки; для получения 1 л чистой воды в канализацию смывается 3-8 л загрязненной воды. Факт, что эта сливаемая вода содержит концентрированные загрязняющие вещества, вынудил некоторые сообщества, страдающие от недостатка воды, полностью запретить подобные системы очистки.

Эти системы для должной работы также требуют минимального давления воды 2,7 атм. Необходимо принимать меры по поддержанию целостности мембраны, которую надо заменять каждые несколько лет.

Мембрана ухудшает свои свойства в присутствии хлора и при очистке мутной воды. Поэтому системы обратного осмоса требуют предварительную очистку воды угольным фильтром.

Системы обратного осмоса также являются хорошей средой для размножения бактерий, что может потребовать установки угольного фильтра между блоком обратного осмоса и резервуаром для хранения воды и еще одного фильтра между накопительным баком и краном, из которого сливается вода. И, наконец, если вода достаточно жесткая, то может потребоваться дополнительная система смягчения воды.

Учитывая перечисленные недостатки, действительно трудно рассматривать эти системы в качестве лучшего способа очистки воды .

8. Дистилляция

Достоинства дистилляции:

• Удаляет широкий спектр загрязняющих веществ, полезна в качестве первого этапа очистки.
• Можно использовать многократно.

При правильном выполнении дистилляции она обеспечивает получение довольно чистой и безопасной воды. Есть критики употребления дистиллированной воды, но многие люди употребляют дистиллированную воду годами, не испытывая при этом никаких проблем со здоровьем. Дистилляция является относительно простым процессом: вода нагревается до кипения и превращается в пар. Кипячение убивает различные бактерии и другие патогены. Полученный при кипячении пар охлаждают и вновь получают воду.

Недостатки дистилляции

• Загрязняющие вещества переносятся в некоторой степени в конденсат.
• Требуется тщательный уход для обеспечения чистоты дистиллятора.
• Медленный процесс.
• Потребляет большое количество водопроводной воды (для охлаждения) и энергии (для нагрева).

Неорганические загрязнители способны мигрировать вдоль тонкой пленки воды, которая образуется на внутренних стенках. Также в воду переходят загрязняющие вещества из стекла или металла, в которых нагревается вода.

Органические соединения с температурой кипения ниже, чем 100°C, автоматически переходят в дистиллят, и даже органические соединения с температурой кипения более 100°C могут раствориться в водяном паре и также перейти в дистиллят. Во время кипения за счет поступающей энергии могут образоваться новые хлорорганические соединения.

Дистилляция является медленным процессом, который требует хранения воды в течение длительного времени. За время хранения возможно повторное загрязнение воды веществами из окружающего воздуха.

Дистилляция требует большого количества энергии и воды и, следовательно, является дорогим процессом в эксплуатации. Кроме того требуется регулярная чистка дистиллятора от загрязнителей, накопленных в процессе.

Данная статья основана на материалах работы доктора Дэвида Вильямса, врача, биохимика, специалиста по естественному лечению.

(Просмотрели18 552 | Посмотрели сегодня 1)

Инновационный фильтр Naked Filter для многоразовой бутылки от Liquidity