Приложение 7

Приложение 7

Рекомендуемое

 

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

 

1. Количество воды, подлежащей умягчению, qу, выраженное в процентах общего количества воды, следует определять по формуле

 

                     (1)

 

где Жо.исхобщая жесткость исходной воды, мг-экв/л;

Жос общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л;

Жу жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

 

Реагентная декарбонизация воды и известково-содовое умягчение

 

2. В составе установок для реагентной декарбонизации воды и известково-содового умягчения следует предусматривать: реагентное хозяйство, смесители, осветлители со взвешенным осадком, фильтры и устройства для стабилизационной обработки воды.

В отдельных случаях (см. п. 8) вместо осветлителей со взвешенным осадком могут применяться вихревые реакторы.

3. При декарбонизации остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0,4-0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8-1,2 мг-экв/л; при известково-содовом умягчении — остаточная жесткость 0,5-1 мг-экв/л и щелочность 0,8- 1,2 мг-экв/л. Нижние пределы могут быть получены при подогреве воды до 35-40 °С.

4. При декарбонизации и известково-содовом умягчении воды известь надлежит применять в виде известкового молока. При суточном расходе извести менее 0,25 т (в расчете на СаО) известь допускается вводить в умягчаемую воду в виде насыщенного известкового раствора, получаемого в сатураторах.

5. Дозы извести Ди, мг/л, для декарбонизации воды, считая по СаО, надлежит определять по формулам:

а) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20>Жк

 

                 (2)

 

б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20<Жк

 

             (3)

 

где (СО2) — концентрация в воде свободной двуокиси углерода, мг/л;

(Са2+) — содержание в воде кальция, мг/л;

Дк — доза коагулянта FeCl3 или FeSO4 (в расчете на безводные продукты), мг/л;

ек — эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FеСl3 -54, для FeSO4 ¾76).

6. Дозы извести и соды при известково-содовом умягчении воды следует определять по формулам:

доза извести Ди, мг/л, в расчете на СаО

 

            (4)

 

доза соды Дс, мг/л, в расчете на Na2CO3

 

                                   (5)

 

где (Mg2+) — содержание в воде магния, мг/л;

Жн.к некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.

7. В качестве коагулянтов при умягчении воды известью или известью и содой следует применять хлорное железо или железный купорос.

Дозы коагулянта в расчете на безводные продукты FeCI3 или FeSO4 надлежит принимать 25 — 35 мг/л с последующим уточнением в процессе эксплуатации водоумягчительной установки.

8. При обосновании допускается производить декарбонизацию или известково-содовое умягчение воды в вихревых реакторах с получением крупки карбоната кальция и ее обжигом в целях утилизации в качестве извести-реагента.

Умягчение воды в вихревых реакторах следует принимать при соотношении (Са2+)/20 мг/л > Жк, содержании магния в исходной воде не более 15 мг/л и перманганатной окисляемости не более 10 мг О/л.

Окончательное осветление воды после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.

9. Для расчета вихревых реакторов следует принимать: скорость входа в реактор 0,8-1 м/с; угол конусности 15-20°; скорость восходящего движения воды на уровне водоотводящих устройств 4-6 мм/с. В качестве контактной массы для загрузки вихревых реакторов следует применять молотый известняк, размолотую крупку карбоната кальция, образовавшуюся в вихревых реакторах, или мраморную крошку.

Крупность зерен контактной массы должна быть 0,2-0,3 мм, количество ее — 10 кг на 1 м3 объема вихревого реактора. Контактную массу надлежит догружать при каждом выпуске крупки из вихревого реактора.

Известь следует вводить в нижнюю часть реактора в виде известкового раствора или молока. При обработке воды в вихревых реакторах коагулянт добавлять не следует.

 

Примечание. При (Са2+)/20<Жк декарбонизацию воды следует производить в осветителях с доосветлением воды на фильтрах.

 

10. Для выделения взвеси, образующейся при умягчении воды известью, а также известью и содой, следует применять осветлители со взвешенным осадком (специальной конструкции).

Скорость движения воды в слое взвешенного осадка следует принимать 1,3-1,6 мм/с, вода после осветлителя должна содержать взвешенных веществ не более 15 мг/л.

11. Фильтры для осветления воды, прошедшей через вихревые реакторы или осветлители, следует загружать песком или дробленым антрацитом с крупностью зерен 0,5-1,25 мм и коэффициентом неоднородности 2-2,2. Высота слоя загрузки 0,8-1 м, скорость фильтрования — до 6 м/ч.

Допускается применение двухслойных фильтров.

Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.

 

Натрий-катионитный метод умягчения воды

 

12. Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.

13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05-0,1 г-экв/м3, при двухступенчатом — до 0,01 г-экв/м3.

14. Объем катионита Wк, м3 в фильтрах первой ступени следует определять по формуле

 

              (6)

 

где qурасход умягченной воды, м3/ч;

Жо.исх — общая жесткость исходной воды, г-экв/м3;

 — рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/м3;

nр — число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.

15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании, г-экв/м3 следует определять по формуле

           (7)

 

где aNa — коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;

bNa — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca2+ и Mq2+ вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по табл. 2, в которой СNa — концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м3 (СNa = (Na+)/23);

Еполн полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5-1,1 мм — 500 г-экв/м3; для катионита КУ-2 крупностью 0,8-1,2 мм — 1500-1700 г-экв/м3.

qуд удельный расход воды на отмывку катионита, м3 на 1 м3 катионита, принимаемый равным для сульфоугля — 4 и для КУ-2 ¾ 6.

 

Таблица 1

 

Удельный расход поваренной соли на регенерацию катионита, г на г-экв рабочей обменной емкости

100

150

200

250

300

Коэффициент эффективности регенерации катионита aNa

0,62

0,74

0,81

0,86

0,9

 

 

Таблица 2

 

Cna/Жо.исх

0,01

0,05

0,1

0,5

1

5

10

bNa

0,93

0,88

0,83

0,7

0,65

0,54

0,5

 

 

16. Площадь катионитных фильтров первой ступени Fк, м2 следует определять по формуле

 

                (8)

 

где Нк высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м3);

Wк — определяется по формуле (6).

Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих — не менее двух, резервных — один.

17. Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:

до 5 г-экв/м3 — 25 м/ч;

5-10 г-экв/м3 — 15 м/ч;

10-15 г-экв/м3 — 10 м/ч.

 

Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

 

18. Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл. 3.

 

Таблица 3

 

Высота слоя, м, катионита крупностью 0,51,1 мм или 0,81,2 мм

Потери напора, м, в напорном катионитном фильтре при скорости фильтрования, м/ч

5

10

15

20

25

2

4

5

5,5

6

7

2,5

4,5

5,5

6

6,5

7,5

 

 

19. В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5-3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч.

20. Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 л/(с×м2) при крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм и 5 л/(с×м2) при крупности 0,8-1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит принимать 20-30 мин. Подачу воды на взрыхление катионита следует предусматривать согласно п. 6.117.

21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли Рс кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле

 

                           (9)

 

где fк — площадь одного фильтра, м2;

Нк — высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16;

 — рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3, принимаемая согласно п. 15;

ас удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, принимаемый 120-150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой схеме и 150-200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.

Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на рис. 1.

Рис. 1. График для определения остаточной жесткости воды, умягченной одноступенчатым натрий-катионированием

 

Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5-8 %.

Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3-4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита — 6-8 м/ч, удельный расход отмывочной воды — 5-6 м3 на 1 м3 катионита.

22. Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно п.п. 20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита — 1,5 м; скорость фильтрования — не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300-400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора — 8-12 %.

Потерю напора в фильтре второй ступени следует принимать 13-15 м.

Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени.

При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них воды следует принимать 0,1 г-экв/м3 рабочую емкость поглощения катионита — 250-300 г-экв/м3.

23. При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.

 

Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды

 

24. Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.

Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°.

Умягчение воды надлежит принимать по схемам:

параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/м3 с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/м3; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 г-экв/м3 и натрия не более 2 г-экв/м3.

последовательного водород-натрий-катионирования с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 г-экв/м3, щелочность — 0,7 г-экв/м3;

водород-катионирования с «голодной» регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7-1,5 г-экв/м3 выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата — 0,7-1,5 г-экв/м3. Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.

25. Соотношения расходов воды, подаваемой на водород-катионитные и натрий-катионитные фильтры при умягчении воды параллельным водород-натрий-катионированием, следует определять по формулам:

расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, м3/ч,

 

                      (10)

 

расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры , м3/ч,

                                                  (11)

 

где qпол полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м3/ч;

 и  — полезная производительность соответственно водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров, м3/ч;

Щощелочность исходной воды, г-экв/м3;

Щутребуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м3;

А — суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м3.

 

Примечания: 1. Водород-катионитные фильтры могут быть использованы и как натрий-катионитные, поэтому должна быть предусмотрена возможность регенерации двух-трех водород-катионитных фильтров раствором технической поваренной соли.

2. Расчет трубопроводов и фильтров следует производить на режиме при наибольшей нагрузке на водород-катионитные фильтры, наибольшей щелочности (Щ) воды и наименьшем содержании в ней анионов сильных кислот (А); при наибольшей нагрузке на натрий-катионитные фильтры, наименьшей щелочности воды и наибольшем содержании в ней анионов сильных кислот.

 

26. Объем катионита WН, м3, в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле

 

              (12)

 

Объем катионита WNa, м3, в натрий-катионитных фильтрах следует определять по формуле

 

                        (13)

 

где Жoобщая жесткость умягченной воды, г-экв/м3

np число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое согласно п. 14;

 — рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/м3;

 — рабочая обменная емкость натрий-катионита, г-экв/м3;

СNa — концентрация в воде натрия, г-экв/м3, определяемая согласно п. 15.

27. Рабочую обменную емкость , г-экв/м3, водород-катионита следует определять по формуле

 

                       (14)

 

где aН — коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый по табл. 4;

Ск общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м3;

qуд удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4-5 м3 воды на 1 м3 катионита;

Еполнпаспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, г-экв/м3.

 

Таблица 4

 

Удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв, рабочей обменной емкости

50

100

150

200

Коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, aв

0,68

0,85

0,91

0,92

 

 

При отсутствии паспортных данных Еполн следует принимать согласно п. 15.

28. Площадь водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров FН, м2, и FNa , м2, следует определять по формуле

 

Fн=WнНк; FNa=WNaHк                   (15)

 

где Нк высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16.

Потерю напора в водород-катионитных фильтрах, интенсивность взрыхления и скорость фильтрования следует принимать согласно п.п. 18-20.

29. Количество рабочих водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров при круглосуточной работе должно быть не менее двух.

Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать: один — при количестве рабочих фильтров до шести и два — при большем количестве. Резервные натрий-катионитные фильтры устанавливать не следует, но должна быть предусмотрена возможность использования резервных водород-катионитных фильтров в качестве натрий-катионитных согласно примеч. к п. 25.

30. Регенерацию водород-катионитных фильтров надлежит принимать 1-1,5 %-ным раствором серной кислоты. Допускается разбавление серной кислоты до указанной концентрации водой непосредственно перед фильтрами в эжекторе.

Скорость пропуска регенерационного раствора серной кислоты через слой катионита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмывкой катионита неумягченной водой, пропускаемой через слой катионита сверху вниз со скоростью 10 м/ч.

Отмывка должна заканчиваться при кислотности фильтра, равной сумме концентраций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на отмывку.

Первую половину объема отмывочной воды следует направлять на нейтрализацию, в накопители и т.п., вторую половину — в баки для взрыхления катионита.

 

Примечание. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение кислот соляной и азотной (для КУ-2).

 

31. Расход 100 %-ной кислоты РН, кг, на одну регенерацию водород-катионитного фильтра надлежит определять по формуле

 

                          (16)

 

где аН удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв, определяемый по рис. 2 в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.

Рис. 2. График для определения общей жесткости воды,
умягченной водород-катионированием

 

32. Объемы мерника крепкой кислоты и бака для разбавленного раствора кислоты (если разбавление ее производится не перед фильтрами) надлежит определять из условия регенерации одного фильтра при количестве рабочих водород-катионитных фильтров до четырех и для регенерации двух фильтров при большем количестве.

33. Аппараты и трубопроводы для дозирования и транспортирования кислот следует проектировать с соблюдением правил техники безопасности при работе с кислотами.

34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими размером 25´25´4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.

Площадь поперечного сечения дегазатора следует определять исходя из плотности орошения при керамической насадке 60 м3/ч на 1 м2 площади дегазатора, при деревянной хордовой насадке — 40 м3/ч.

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу 15 м3 воздуха на 1 м3 воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления керамической насадки, принимаемого равным 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, сопротивления деревянной хордовой насадки — 10 мм вод. ст. Прочие сопротивления следует принимать равными 30-40 мм вод. ст.

Высоту слоя насадки, необходимую для снижения содержания двуокиси углерода в катионированной воде, следует определять по табл. 5 в зависимости от содержания свободной двуокиси углерода (СО2)св, г/м3, в подаваемой на дегазатор воде, определяемой по формуле

 

(CO2)cв=(CO2)0+44Щ0                  (17)

 

где (СО2)св — содержание свободной двуокиси углерода в исходной воде, г/м3;

Що щелочность исходной воды, г-экв/м3.

 

Таблица 5

Содержание (СО2) в воде, подаваемой на дегазатор, г/м3

Высота слоя в дегазаторе, м

кислотоупорная керамическая

деревянная хордовая

1

2

3

50

3

4

100

4

5,2

150

4,7

6

200

5,1

6,5

250

5,5

6,8

300

5,7

7

 

 

35. При проектировании установок для умягчения воды последовательным водород-натрий-катионированием с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров следует принимать:

а) жесткость фильтрата , , г-экв/м3, водород-катионитных фильтров по формуле

 

                       (18)

 

где (Сl) и (SO42-) — содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, г-экв/м3;

Щост остаточная щелочность фильтрата водород-катионитных фильтров, равная 0,7-1,5 г-экв/м3;

(Na+) — содержание натрия в умягченной воде, г-экв/м3;

б) расход кислоты на «голодную» регенерацию водород-катионитных фильтров — 50 г на 1 г-экв удаленной из воды карбонатной жесткости;

в) при «голодной» регенерации «условную» обменную емкость катионитов по иону НСО3 (до момента повышения щелочности фильтрата) для сульфоугля СК-1 — 250-300 г-экв/м3 для катионита КБ-4 — 500-600 г-экв/м3.

36. Для предупреждения попадания кислой воды на натрий-катионитные фильтры установок последовательного водород-натрий-катионирования, на случай регенерации водород-катионитных фильтров избыточной дозой кислоты, следует предусматривать подачу осветленной неумягченной воды в поток фильтрата водород-катионитных фильтров перед дегазатором.

37. Аппараты, трубопроводы и арматура, соприкасающиеся с кислой водой или фильтратом, должны быть защищены от коррозии или изготовлены из антикоррозионных материалов.

38. При параллельном водород-натрий-катионировании ионитные фильтры допускается при обосновании предусматривать с противоточной регенерацией или по схеме ступенчато-противоточного ионирования.

39. Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность обработки концентрированной части вод для их повторного использования.

Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.

Осветленные растворы хлорида натрия (из сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров) надлежит повторно использовать для регенерации натрий-катионитных фильтров (при необходимости после нейтрализации).