КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Контроль процессов стабилизационной обработки воды. Удаление газов: кислорода, сероводорода

Под стабилизационной обработкой воды понимают направлен­ное изменение различных форм существования соединений неор­ганического углерода в воде. При этом считается, что установле­ние в воде в результате стабилизационной обработки ее таких количественных соотношений между этими формами, которые со­ответствуют требованиям расчета по индексам стабильности, по­зволяет контролировать кинетику двух технологически чрезвычай­но важных процессов водоиспользования: электрохимическую коррозию и выпадение карбонатных отложений (инкрустацию) на границе контакта двух сред — воды и конструкционных материа­лов труб (оборудования).

Для контроля агрессивности воды применяют стабилизацию ее реагентами, фильтрацию и декарбонизацию. В качестве реагентов используют известь, соду и соединения органического и неорга­нического фосфора. Стабилизационные фильтры загружают дроб­леными природными карбонатами — мрамором, известняком, ме­лом, доломитом, кораллами, силикатами и искусственными — магномассой, нютралайтом и анионообменной смолой в бикарбо- натной форме. При декарбонизации удаление С02 достигается либо продуванием через воду воздуха, либо подогревом ее до тем­пературы 40—50°С.

Для предотвращения отложений карбоната кальция применя­ют умягчение, подкисление, карбонизацию, фосфатирование воды и воздействие на нее электрохимическими, магнитными и ульт­развуковыми полями.

Для оценки влияния стабильности воды на рассматриваемые процессы коррозии и инкрустации в настоящее время имеется несколько расчетных индексов. Большинство из этих индексов предлагает оценивать поведение углекислых соединений воды в конкретных термодинамических условиях с помощью индивиду­альных расчетных формул: индекс Ланжелье (в отечественной практике [6] известныЙ под названием «индекс насыщения»); индекс Сноинка—Дженкинса; индекс мгновенного пересыщения; потенциал осаждения углекислого кальция; индекс движущей силы и ряд производных от этих индексов оценочных критериев. Эти индексы являются альтернативными, характеризующими свойства воды только качественно: вода либо коррозионно-актив - на, либо инкрустабельна. Такая информация обнаруживается при сопоставлении фактических значений индексов, вычисленных по индивидуальным формулам, с соответствующими их критически­ми значениями. Последние определяются следующими величина­ми: индекс движущей силы — 1 ед.; индекс мгновенного пересы­щения и потенциал осаждения — 0 мг/дм3 СаС03; индексы Лан­желье и Сноинка—Дженкинса — 0 ед.; индекс агрессивности — 12 ед. В стабильной воде индекс Ризнера равен 6—7 ед. При зна­чениях выше критических индексы (кроме индекса Ризнера) сви­детельствуют о пересыщенности воды карбонатом кальция; наобо­рот, при значениях, меньших критических, индексы указывают на ее агрессивность. Связь индекса Ризнера с соответствующим кри­тическим значением имеет обратный характер.

В разной мере успешным является применение для оценки влияния стабильности на состояние воды интегральных индексов, учитывающих наряду с содержанием в воде компонентов углекис - лотно-кальциевого равновесия концентрации в ней ингибиторов и стимуляторов коррозии. Наиболее значимыми среди них явля­ются хлориды и сульфаты (индекс Ларсона и методика Моргана); кислород, кремний, азот и диоксид углерода (индекс Риддика); силикаты и сумма всех анионов (индекс Кесил и методика Ми - ерза). Интегральные индексы уже количественно оценивают (хотя и достаточно грубо) интенсивность процессов коррозии и инкру­стации конструкционных материалов в воде.

Наличие нескольких расчетных индексов стабильности и со­ответствующих им моделей состава некоррозионной или не вы­деляющей карбонатные отложения воды свидетельствует, с одной стороны, о сложности происходящих процессов и, с другой сто­роны, о том, что каждый из индексов не является универсальным.

В связи с этим контроль доз реагентов и параметров сооруже­ний и установок стабилизации воды должен производиться с по­мощью нескольких индексов стабильности и уточняться в ходе технологических исследований.

В лабораторных условиях коррозионная активность воды по отношению к низкоуглеродистой стали определяется на устрой­стве типа ОКА. Оно состоит из смонтированного на кронштейне электродвигателя, вал которого через промежуточные детали вращает цилиндрический образец с частотой порядка 1500 об. х мин"1. Кронштейн можно перемещать по штативу и фиксировать на нем винтом. Штатив крепят к плите. Стакан с исследуемой водой устанавливают на кронштейн. Цилиндрический образец, имею­щий в верхней части хвостовик с резьбой, ввинчивают в медную втулку. На медную втулку насажена фторопластовая обойма.

Цилиндрические образцы изготовляют из углеродистой стали марки Ст 3 ПС. Они имеют диаметр 10, а длину 35 мм. Чистота обработки поверхности образца должна соответствовать классу чи­стоты не ниже 10.

Коррозионная активность воды определяется по общему коли­честву продуктов коррозии (в растворе и на образце), образовав­шихся за время опыта (в течение 3 ч). При определении коррози­онной активности воды используется следующая классификация: невысокая — не более 0,1; средняя — 0,1—0,2; высокая — более 0,2 мг/см2.

Обескислороживание воды

Основным способом обескислороживания воды является ее термическая деаэрация, проводимая при различных температурах

(табл. 1.6). Другие способы (десорбционное, сталестружечное, электрохимическое, сульфитное и гидразиновое обескислорожи­вание) применяются реже.

Деаэраторы должны иметь следующее оборудование и прибо­ры: водоуказательные стекла по всей высоте деаэраторных баков; ртутные термометры, устанавливаемые на время теплотехничес­ких испытаний на деаэраторном баке; манометры, регистриру­ющие давление в нижней части колонки, в паровом объеме деа - эраторного бака или в паровой уравнительной линии группы деаэраторов; мерные бачки для замера количества конденсата выпара; указывающие расходомеры на подаче добавочной воды и дренажного конденсата; указывающие расходомеры и манометры на линии барботажного пара; манометры на основных подводя­щих паровых магистралях.

Деаэраторы повышенного давления должны быть оборудова­ны предохранительными и переливными клапанами.

Для перекачки воды после вакуумного деаэратора необходимо применять насосы конденсатного типа, рассчитанные на забор воды из-под вакуума. Для защиты деаэрированной воды, находя­щейся в открытых баках, от попадания воздуха при температуре > 90°С следует применять паровую или газовую подушку из обес­кислороженного азота с давлением 1—2 кПа.

На середине высоты деаэрированного бака и на линии, отво­дящей деаэрированную воду, должна быть установлена пробоот - борная трубка с холодильником. При контроле работы деаэрато­ров определение кислорода в воде производят известным йодомет - рическим способом с двойным или тройным отбором, если кон­центрация его находится в пределах 0,2—1 мг/дм3. При концент­рациях > 1 мг/дм3 следует применять йодометрический метод Винклера. Малые концентрации кислорода (< 0,2 мг/дм3), харак­терные для деаэрированной воды, определяют лейкометрически - ми методами с использованием индигокармина, сафранина или метиленблау.

Удаление сероводорода

Сероводород придает неприятный запах воде при концентра­ции > 0,5 мг/дм3, поэтому наличие его в питьевой воде недопус­тимо. Для очистки воды от сероводорода применяют физические, биохимические и реагентные методы.

К физическим методам относится метод аэрации, реализу­емый на пленочном дегазаторе с принудительной подачей воз­духа. Полного удаления свободного сероводорода в этом методе можно достичь путем предварительного подкисления обрабаты­ваемой воды.

Очищенная по методу «подкисление—аэрация» вода должна быть подвергнута стабилизационной обработке подщелачивани - ем для устранения коррозионных свойств. Только при аэрации се­роводородных вод одновременно с удалением H2S происходит вы­дувание С02 из воды, что, в свою очередь, приводит к смещению карбонатного равновесия в сторону увеличения щелочности и образованию отложений СаС03. Кроме того, требуется разреше­ние органов санитарного надзора на выброс обогащенного токсич­ным сероводородом воздуха в районе размещения аэрационных очистных сооружений. Средняя суточная ПДК сероводорода в воз­духе населенных пунктов составляет 0,008 мг/м3.

При биологической очистке воды окисление сероводорода про­исходит в результате жизнедеятельности серобактерий с образо­ванием сульфатов.

Наибольшее распространение в технологии дегазационной об­работки сероводородных вод получили реагентные методы, осно­ванные на окислении H2S и его форм HS" и S2" различными реа- гентами-окислителями: кислородом, озоном, хлором и его соеди­нениями, перманганатом калия и др. Восстанавливая какое-либо соединение, сульфидный или гидросульфидный ион сероводоро­да на первом этапе окисляется до свободной серы. Она придает воде специфическую мутность и опалесценцию.

Доочистку воды от коллоидной и мелкодисперсной серы реко­мендуется производить коагуляцией с последующим отстаивани­ем или фильтрованием обрабатываемой воды.