КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Упражнения и задачи по сточным водам

К параграфу 1.1

1.1.1. Определить общую и некарбонатную жесткость по резуль­татам анализа воды, представленным графически на рис. 1.1, в, где общая жесткость определяется суммой концентраций катионов Са2+ и Mg2+ и равна 7,5 мг-экв/дм3.

Решение. Из рис. 1.1, а, видно, что 4,5 мг-экв/дм3 Са2+ компен­сированы ионами НСО3. Остальная часть катионов жесткости, т. е. 0,5 мг-экв/дм3 Са2+ и 2,5 мг-экв/дм3 Mg2+, компенсирована анионами сильных кислот. Таким образом, некарбонатная жест­кость этой воды равна 0,5 + 2,5 = 3 мг-экв/дм3.

1.1.2. Рассчитать ориентировочно концентрацию карбоната натрия в растворе, имеющем рН 10,7, при температуре 20°С, по­лагая, что ионные и активные концентрации равны, отношение (СОз )/(НСОз) равно 2,1/1 и в растворе не существует других ви­дов карбонатов.

Решение. Часть карбоната натрия дает ионы карбонатов, а часть гидролизуется согласно уравнению

Со32- + Н20 = нсо3- + ОН".

В силу того что каждый образованный ион бикарбоната спо­собствует появлению иона гидроксида, имеем

[НС031 = [ОН].

Однако

V , п-14,167

[ОН"] = - = 1 о-3,467 [Н+] Ю"10,7

Где Kw — ионное произведение воды.

Следовательно,

[HCOj] = 10"3'467

И наконец,

[COM = 2,1 X 10"3-467.

Тогда

[C023-] + [HCO3] = 3,1 x 1(Г3467моль = 3,1 x 10"3,467 x 106 x 103 мг/дм3 = 112 мг/дм3 Na2C03, где 106 — молекулярная масса Na2C03.

К параграфу 1.2

1.2.1. На примере водоснабжения г. Москвы рассмотреть орга­низацию контроля качества водопроводной воды.

Решение. В г. Москве с десятимиллионным населением эксплу­атируется одна из крупнейших в Европе городских систем водо­снабжения. Среднесуточное потребление питьевой воды городом составляет в среднем 5 млн м3, что в пересчете на год составляет около 2 км3.

Водоснабжение города Москвы и части населенных пунктов Московской области осуществляется в основном из поверхност­ных источников. Вода подается потребителю после двухступен­чатой очистки, которая осуществляется на четырех водопровод­ных станциях. Рублевская и Западная водопроводные станции за­бирают воду из Москворецко-Вазузского источника; Северная и Восточная водопроводные станции — из Волжского источника.

Контроль качества воды на водоочистных станциях (в преде­лах ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая») проводится на всех стадиях обработки по всем технологическим линиям. Микробиологичес­кие показатели, характеризующие безопасность воды в эпидеми­ологическом отношении, определяют 2 раза в сутки, органолеп­тические (запах, цветность, мутность) —6—12 раз в сутки (при ухудшении качества воды водоисточника — 12—24 раза в сутки). Остаточный хлор определяют ежечасно. На каждой водопровод­ной станции ежесуточно проводится около 1000 химических определений, 100 бактериологических и 20 гидробиологических.

Изменение общей экологической обстановки с каждым годом требует расширения круга контролируемых параметров качества воды и развития прецизионных методов его контроля. Увеличи­вается список веществ, содержание которых нормируется в воде. В настоящее время проводится ежемесячный контроль по содер­жанию в воде хлороформа, четыреххлористого углерода, дихлор- бромметана, фосфорорганических пестицидов, калия, натрия, лития, серебра, хрома, кадмия, никеля, кобальта, бария, ртути и фенолов.

Система подачи и распределения воды в г. Москве включает в себя 10,5 тыс. км водопроводной сети, 10 городских насосных станций и 6 регулирующих узлов. Общая вместимость регулиру­ющих узлов составляет 1,2 млн м3, водопроводная сеть — радиаль­но-кольцевая. Основным материалом, используемым при строи­тельстве, является сталь, и 72,3% водопроводных сетей г. Моск­вы составляют стальные трубопроводы, 25,9% — чугунные, 1,8% — из искусственных материалов.

Вода от очистной станции до потребителя в центре города движется в трубах несколько часов, проходя десятки километров, что, естественно, влияет на ее качество. По мере удаления от источника несколько (на 0,2—0,3 мг/дм3) повышается мутность, увеличивается содержание железа (на 0,02—0,03 мг/дм3), снижа­ется количество остаточного хлора (на станции 1,0 мг/дм3, у потребителя — до 0,2 мг/дм3). Незначительные изменения ка­чества воды имеют место в городских резервуарах по тем же по­казателям.

В связи с этим регулярно проверяют качество воды в более чем 500 действующих водоразборных колонках. При этом колонки, находящиеся на сетях централизованного водоснабжения, конт­ролирует лаборатория Мосводоканала 2 раза в год (около 300 шт.). Там, где снабжение водой осуществляется от артезианских сква­жин, колонки обследуют 2 раза в год (более 200 шт.). В случае неудовлетворительного качества воды колонку немедленно вы­ключают, проводят ее дезинфекцию, промывку и взятие повтор­ных проб. Чаще всего неудовлетворительное качество бывает в ко­лонках с разбором воды 1—2 ведра в сутки. За такими колонками установлен особый контроль и отбор проб здесь производится го­раздо чаще.

Новые трубопроводы диаметром до 800 мм подвергаются предварительной промывке с помощью поролонового поршня, в процессе движения которого вода, проходя с большой скоро­стью через кольцевой зазор между стенками трубы и поршнем, смывает со стенок трубы частицы песка, грунта, случайные предметы и выносит их до выпуска. Дезинфекцию трубопрово­дов осуществляют традиционными хлорсодержащими реагента­ми: хлорной известью, жидким хлором и гипохлоритом натрия. После сбросов хлора трубопровод промывают до получения двух удовлетворительных анализов и пускают в эксплуатацию (в про­тивном случае предстоит повторная промывка).

Необходимо отметить, что контроль за санитарным состояни­ем сетей осуществляют еще и органы санитарного надзора, кото­рые регулярно проводят выборочные отборы проб воды в жилом секторе столицы, ее учреждениях, организациях, в водопроводных колонках и др.

1.2.2. Установить число (л) параллельных проб подземной воды для анализа содержания в ней общего железа, чтобы случайная ошибка аналитического определения среднего арифметического зна­чения по выборке из л проб с вероятностью 95% находилась в пре­делах AFe^ = ± 0,025 мг/дм3. Результаты анализов подземной воды на содержание в ней общего железа, выполненных в течение одних суток, приведены в табл. 1.11.

V я — 1 V 5-1

Обозначения членов в формуле (1.7) приведены выше. Решение. Рассматривая приведенные в табл. 1.11 результаты анализов Fe0B[11, как малую выборочную совокупность из нормаль­
но распределенной генеральной совокупности всех возможных результатов анализов, воспользуемся для нахождения п аппаратом математической статистики. Как следует из закона Гаусса,

(1.8)

Где t— критерий, зависящий от вероятности прогноза и числа определений в выборке.

Из специальных статистических таблиц для 95%-ной вероят­ности и объема выборки, равной 5, T— 2,78.

Тогда п = 2,782 х 0,0222/0,0252 « 6 проб.

К параграфу 1.3

1.3.1. В связи с резким повышением стоимости привозного сер­нокислого алюминия A12(S04)3 разработать технический регламент извлечения его из осадка цеха водоподготовки на Ефремовском за­воде по производству синтетического каучука для повторного исполь­зования. В этом цехе годовой объем алюминийсодержащего осадка в цехе водоподготовки составлял 40 тыс. м3.

Решение. Производим регенерацию алюминия из осадка разбав­ленным (1,5%-ным) раствором серной кислоты (в цехе такую кис­лоту получают после промывки Н-катионитовых фильтров). Ко­личество алюминия, переходящего в раствор в зависимости от величины рН осадка, составляет:

6 5 4 3 2

А13+, мг/дм3 2,5 5 55 620 970

Из этих данных следует, что при рН = 2—3 основная часть алю­миния, находящегося в осадке в виде гидроксида, переходит в раствор.

Отделение жидкой фазы осадка с растворенным в ней алюми­нием предположительно осуществлялось на центрифуге. После се­парации от осадка жидкая фаза с содержащимся в ней растворен­ным алюминием с концентрацией 970 мг/дм3 может быть исполь­зована для коагуляции речной воды.

1.3.2. Предложить схему контроля содержания некаля (натрие­вой соли дибутилсульфокислоты) в подземных водах на примере Воронежского завода по производству синтетического каучука. Он используется в качестве эмульгатора при производстве каучуков эмульсионной полимеризации. Некаль не поддается биохимическо­му распаду, при поступлении вместе со сточными водами на поля фильтрации он способен проникать в глубокие подземные горизон­ты и загрязнять грунтовые воды. Особенно сильно некалем загряз­нены водоносные горизонты в районе бывших полей фильтрации. Здесь содержание некаля в подземной воде достигало 200 мг/дм3 и выше при ПДК некаля в воде водных объектов 0,1 мг/дм3.

Решение. Принят к реализации двухстадийный физико-хими­ческий способ очистки подземных вод. На первой стадии проис­ходит осаждение некаля на хлопьях алюмината натрия до остаточ­ной концентрации 60—70 мг/дм3, на второй — окисление некаля озоном. Очищенную воду с остаточной концентрацией некаля до 1 мг/дм3 сбрасывают в систему водоотведения. Выделенный пос­ле первой стадии очистки осадок утилизируют.

1.3.3. Определить длину /0 тонкослойного элемента, размещаемого в действующем горизонтальном отстойнике для контроля содержа­ния мутности в отстоенной воде. Общий вид элемента показан на рис. 1.7.

Тонкослойные элементы прямоугольного сечения имеют размеры в плане 0,05 х 0,05 м (высота х ширина) и угол наклона а = 60°.

Качество исходной воды: цветность — 100 град; содержание взве­си — 50 мг/дм3; доза коагулянта — 60 мг/дм3 по безводному про­дукту; расчетная скорость осаждения взвеси щ = 0,3 мм/с ~ 1,1 м/ч. В паводковый период отмечается увеличение мутности отстоенной воды выше ПДК для отстойников этого типа (15 мг/дм3 [6, п. 6.10]).

Значение нагрузки на сооружения по условиям накопления взве­си и исходя из расчетных объема зоны накопления осадка и перио­да межпродувочного цикла принято V„ = 4 м/ч.

Решение. Длина тонкослойных элементов определяется по фор­мулам

-1] = 2,3х0,05х( 4х2А. --1) = 0,76м; (1.9) 1,1x1,15

1

= 2,4;

0,8x0,7x0,75

К *Фх*ст ^ 1,25x0,8 2 sinaxcosa 0,865x0,5

Где Кк — конструктивный коэффициент, учитывающий отноше­ние фактической открытой для движения воды площади тонко­слойных элементов к общей площади зеркала воды отстойного сооружения (0,75); Ки о — коэффициент, определяющий гидрав­лическое совершенство тонкослойного сооружения и степень его объемного использования и рассчитываемый как отношение фак­тического к расчетному времени пребывания воды (0,7); К^ — коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения тонко­слойных элементов (1,25); р — коэффициент, учитывающий стес­ненное осаждение взвеси под тонкослойными элементами; Каг — Коэффициент агломерации, учитывающий влияние осадка, вы­деляющегося из тонкослойных элементов, на интенсификацию хлопьеобразования (р х = 1,15); — коэффициент, учитыва­ющий стеснение сечения потока в тонкослойном элементе спол­зающим осадком (0,8); Кх, К2 — обобщенные расчетные коэффи­циенты.

Рис. 1.7. Конструктивные параметры тонкослойных элементов в блоке: Ь0 — ширина тонкослойного элемента; Н0— высота тонкослойного элемента (0,05 м); Н — высота тонкослойного сотоблока; L — длина тонкослойного сотоблока; В — ширина тонкослойного сотоблока

Принимаем длину тонкослойных элементов равной /0 = 0,8 м.

Пусконаладочные испытания реконструированного горизон­тального отстойника со встроенным тонкослойным сотоблоком показали, что в период весеннего паводка в отстоянной воде мут­ность не превышает 15 мг/дм3.

1.3.4. Определить и сравнить с нормативными потери очищен­ной воды на собственные нужды фильтра при продолжительности фильтроцикла, выбранной исходя из недопущения превышения в фильтрате ПДК мутности для хозяйственно-питьевого водоснабже­ния (1,5 мг/дм3).

Решение. Рабочие характеристики двухслойного (антрацит + + кварцевый песок) фильтра площадью 100 м2 приведены на рис. 1.8. Скорость фильтрования воды с исходной мутностью 4 мг/дм3 со­ставляет 6 м/ч. Промывка загрузки очищенной водой с интенсив­ностью 10 л/(с х м2) длится 10 мин.

Рис. 1.8. Зависимость перепада давления (1) при фильтровании воды через загрузку и содержания мутности в фильтрате (2) от продолжительности фильтрования воды с начала фильтроцикла

Из рис. 1.8 видно, что повышение мутности в фильтрате сверх 1,5 мг/дм3 происходит при увеличении сопротивления фильтрующего слоя до 25 кПа и продолжительности фильтро­цикла 23,5 ч.

При этой продолжительности фильтроцикла объем очищенной воды за 1 фильтроцикл составит:

23,5 ч х 6 м/ч х 100 м2 = 14100 м3.

Потребление фильтрата на одну промывку загрузки будет равно

[10 мин X 10 л/(с X м2) X 100 м2: 1000] х 60 = 600 м3.

Следовательно, потери очищенной воды на собственные нуж­ды фильтра составят

600 х 100: 14100 = 4,25%,

Что близко к норме [6, п. 6.6].

Следовательно, продолжительность фильтроцикла, равная 23,5 ч, является допустимой. Для сокращения расхода очищенной воды на промывку фильтрующей загрузки целесообразно последнюю про­дувать сжатым воздухом.

1.3.5. Пользуясь данными табл. 1.5 и 1.12, определить конст­рукцию бытового фильтра для очистки водопроводной воды от вто­ричных загрязнений с таким расчетом, чтобы довести ее показатели до требований нормативов (или даже улучшить их).

Решение. В табл. 1.12 даны наиболее демонстрационные пока­затели качества воды в некоторых жилых зданиях одного из рай­онов Подмосковья.

Из табл. 1.12 следует, что все перечисленные в ней показатели превышают соответствующие ПДК.

Основываясь на сведениях, приведенных в табл. 1.5, проана­лизируем возможности очистки исследуемой воды на бытовых фильтрах по каждому показателю.

Цветность водопроводной воды в 2,5 раз превышает норма­тив. Цветность вызывается наличием в воде крупных органичес­ких молекул, комплексных соединений железа и других метал­лов или ионов меди и кобальта. Следовательно, она может быть устранена на мембранных, сорбционных или катионообменных фильтрах.

Мутность воды, обусловленная механическими примесями и водорослями, может быть устранена фильтрами любого типа; бак­териальные загрязнения удаляются мембранными или сорбцион - ными фильтрами.

Концентрацию остаточного хлора, изменяющую органолепти- ческие свойства воды (запах), можно корректировать на мембран­ных (кроме микрофильтрационных) или сорбционных фильтрах.

Концентрация остаточного аммония снижается при фильтро­вании через обратноосмотические мембраны методами сорбции и ионного обмена.

Избыточная концентрация железа в трехвалентной форме устра­няется фильтрованием через механический, мембранный или сорб - ционный фильтр. Двухвалентное железо — методами сорбции ион­ного обмена или путем окисления его в трехвалентное железо и последующего фильтрования через механический фильтр.

Таким образом, для доведения показателей качества водопро­водной воды до нормативного уровня необходимо использовать бытовой фильтр, в конструкции которого есть механический блок для снижения мутности воды, сорбционный или мембранный блок для снижения цветности и остаточного хлора и катионооб - менный блок для снижения концентрации остаточного аммония. При снижении мутности воды на механическом фильтре будет происходить и уменьшение содержания железа в ней, поэтому следует выбрать фильтр с минимальным размером пор.

К параграфу 1.4

1.4.1. Определить необходимую стартовую дозу хлора для обез­зараживания подземной воды с рН - 7,0 перед транспортированием ее по водоводу протяженностью 6 км для средней температуры 10°С и мутности воды < 3 мг/дм3.

Решение. При контроле режима дезинфекции поверхностных вод все большее распространение находит индекс, получивший шифр «СТ» и представляющий собой произведение дозы дезин - фектанта в миллиграммах на 1 дм3 на время прохождения обра­ботанной воды до первого потребителя в мин.

Требуемые значения индекса СТ для обеззараживания слабо­мутной воды (мутность < 3 мг/дм3) только дезинфектантами (без

Предварительного ее фильтрования) по зарубежной практике при­ведены в табл. 1.13.

В табл. 1.13, наряду с традиционной очисткой воды от бакте­рий Coli, нормируется удаление из воды лямблий и энтеровиру - сов: в процентах соответственно на 99,9 и 99,99. При этом пред­полагается, что 99,9%-ная инактивация по лямблиям гарантиру­ет 99,99%-ную инактивацию по энтеровирусам.

Для условий данного упражнения по табл. 1.13 величина ин­декса СТ= 130. При средней минимальной скорости движения воды в трубопроводе 1,2 м/с = 0,072 км/мин расчетное время пре­бывания воды в водоводе будет

6 км : 0,072 км/мин « 85 мин.

Тогда доза хлора составит

130 : 85 = 1,5 мг/дм3.

Эта доза должна быть средней по наименьшим ежедневным определениям хлора в воде.

В случае дополнительного фильтрования слабомутной воды нормативная величина индекса СТ уменьшается для хлора почти в 3 раза при прочих равных условиях. Резко снижается СТ для хлорамина, что дает возможность использовать преаммонизацию воды для уменьшения стартовых доз хлора, а это, в свою очередь,

Снижает опасность внутренних коррозионных разрушений конст­рукционных металлов.

К параграфу 1.5

1.5.1. Для удаления железа из воды используется его способность образовывать нерастворимый в воде гидроксцд железа Fe(OH)3, кон­станта растворимости которого равна 4,0 х Ю-38. Определить коли­чество железа, остающегося в растворе при рН = 5 и 10.

Решение. При рН = 5 величина рОН = 14 - 5 = 9 и, следователь­но, [ОН] = 1(Г9 моль/дм3.

Используя выражение для произведения растворимости, нахо дим, что

[ОН"]3 х [Fe3+] = 4,0 х Ю"38 моль2/дм3,

Откуда:

„ 3+1 10"38 4,0х10~38 . . з

[FeJ ] =-------- 7 = —--- гт— = 4x10 моль/дм.

1 1 [OHf (10"9)3 '

Аналогичным образом определяем количество железа, оста­ющегося в растворе при рН = 10:

[Fe3+] = = 4 х Ю-26 моль/дм3.

Растворимость гидроксида железа в воде при рН = 10 более чем в миллиард раз меньше, чем при рН = 5, при прочих равных условиях.

Необходимо отметить, что железо может существовать как в виде двухвалентного Fe2+, так и трехвалентного Fe3+. В данном случае, если количество железа, находящегося в растворе при рН = 5, под­дается оценке, оно не является трехвалентным железом.

К параграфу 1.6

1.6.1. Определить, стабильна ли вода в озере Истихед, и на­метить программу ее стабилизации. Озерная вода имеет следующий физико-химический состав: температура 6°С, рН = 6,2, соле - Содержание 160 мг/дм3, щелочность 0,08 мг-экв/дм3, содержание, мг/дм3: Са2+ = 6; С02 = 8; Si02 = 0,L; Cl =83; S042+ = 8; Mg2+ = 4; БАн = 2,55 мг-экв/дм3. Натурные наблюдения за коррозионной стой­костью конструкционных сталей сети и оборудования показывают, что они в процессе эксплуатации подвергаются интенсивному раз­рушению при контакте с водой.

Решение. Оценим стабильность воды в совокупности с помо­щью следующих индексов стабильности:

Индекс Ризнера = 2pHs - рН,

Где pHs и рН — водородный показатель воды соответствен­но гипотетический, рассчитываемый по методике [6], и факти­ческий;

Индекс Ланжелье = рН - pHs;

48 х (СГ) + 35,5 х (SO4")

Индекс Ларсена =

85200 хЩ

Где С1 и SO2 — концентрация соответственно хлоридов и суль­фатов, мг/дм3; Щ — щелочность воды, мг-экв/дм3;

Индекс агрессивности = рН + lg (Са2+ х Щ),

Где Са2+ и Щ — исходная концентрация соответственно ионов кальция и щелочности воды, мг/дм3 СаС03;

Индекс Кесил = 0,05 х Са2+ + 0,83 х Mg2+ + 0,016 х HSi03 -

- 0,5 х ЕАн,

Где Са2+, Mg2+ и HSi03 — концентрации соответственно каль­ция, магния и силикатов в мг/дм3; ЕАн — сумма анионов воды, мг-экв/дм3.

Результаты вычислений индексов стабильности озерной воды сведены в табл. 1.14.

Из данных табл. 1.14 видно, что по расчетному индексу Лан­желье озерная вода характеризуется как нестабильная и способ­ная к растворению карбоната кальция, а по интегральным индек­сам — как коррозионная.

Произведенный по рекомендации [6] выбор технологии стаби­лизационной обработки ее и расчет требуемых доз показал, что

Необходим одновременный ввод двух реагентов: извести и угле­кислого газа, исходя из условия поддержания в обработанной воде рН < 9,0.

1.6.2. Исходя из стехиометрии соответствующих реакций элек­трохимической коррозии железа с кислородной деполяризацией дать сравнительную оценку влияния кислорода 02 и диоксида углерода С02 на процесс разрушения металла в пресной воде.

Решение. При отсутствии в воде диоксида углерода протекает следующая реакция взаимодействия кислорода с корродирующей поверхностью конструкционных сталей:

4Fe + 302 + 6Н20 = 4Fe(OH)3.

Коррозионный коэффициент кислорода Ко2, представляющий собой отношение массы металла, переведенного в продукт кор­розии, к расходу прореагировавшего газа, при этой реакции со­ставляет:

Ко2 = 4Fe : (3 х 02) = 4 х 56 : 3 х 32 = 2,33.

Диоксид углерода играет роль катализатора кислородной кор­розии. При его наличии в воде каждая молекула прореагировав­шего кислорода переводит в продукты коррозии четыре молеку­лы железа:

4Fe(HC03)2 + 02 + 2Н20 = 4Fe(OH)3 + 8С02.

Для этого процесса коррозионный коэффициент кислорода составляет:

Ко2 = 4Fe : 02 = 4 х 56 : 32 = 7.

Таким образом, присутствие в воде свободного диоксида угле­рода в три раза повышает интенсивность кислородной коррозии металла.

К параграфу 1.7

1.7.1. Определить количество осадка, образующегося в процессе умягчения известью 8400 м3 воды, содержащей 450 кг Са и 200 мг Mg.

Решение. Ниже приводится упрощенная форма записи стехио - метрических уравнений происходящих реакций:

Са(НС03)2 + Са(ОН)2 2СаС031 + 2Н20;

Mg(HC03)2 + 2Са(ОН)2 -> Mg(OH)2l + 2СаС03 + Н20.

Если в воде растворен углекислый газ, то для его нейтрализа­ции требуется определенное количество гашеной извести. Кроме того, необходимо дополнительное количество гашеной извести, чтобы величина рН раствора достигла уровня, при котором угле­кислый кальций выпадает в осадок.

Из приведенных выше уравнений следует, что на каждый уда­ленный моль Са мы получим два моля СаС03 и на каждый уда­ленный моль Mg — два моля СаС03. Кроме того, на каждый уда­ленный моль Mg образуется моль Mg(OH)2.

Удаленные моли Са и Mg составляют соответственно

420 кг Са / 40 кг на кг-моль = 10,5 кг-моль и 200 кг Mg / 24,3 кг на кг-моль = 8,23 кг-моль.

Образующийся твердый осадок состоит из

2(10,5) + 2(8,23) = 37,46 кг-моль СаСОэ и 1(8,23) = 8,23 кг-моль Mg(OH)2.

Масса 1 кг-моль СаС03 составляет

40+ 12 + 3x 16= 100 кг,

А масса 1 кг-моль Mg(OH)2

24,3 + 2х 16 + 2х 1 = 58,3 кг.

Преобразуя молярные единицы в единицы массы, получим, что общая масса образующегося осадка составляет

(100 кг/кг-моль) х (37,46 кг-моль) + (58,3 кг/кг-моль): х (8,23 кг-моль) = 4226 кг.

Несмотря на то что при расчетах были использованы упрощег ные стехиометрические уравнения, полученный результат доста точно хорошо согласуется с опытными данными, по которым при умягчении 8400 м3 воды образуется 4—5 т твердых отходов.

1.7.2. Необходимо с помощью ионообменной технологии получить 1 дм3/с воды жесткостью 2 мг-экв/дм3 из исходной воды жесткос­тью 10 мг-экв/дм3.

Решение. Вода, очищенная ионообменной смолой, будет иметь нулевую жесткость. В соответствии с материальным балансом со­лей жесткости в системе очистки количество воды (х), которая будет проходить мимо катионитового фильтра, составит

10 мг-экв/дм3 х х дм3/с + 0 мг-экв/дм3 х (1 - х) дм3/с = 1 дм3/с х х 2 мг-экв/дм3,

Откуда х= 0,2 дм3/с, а 0,8 дм3/с подвергается обработке на катиони - товом фильтре. При этом удаляется (0,8 дм3/с) х (86400 с/сут) х х (0,01 г-экв/дм3 жесткости) = 691,2 г-экв жесткости в сутки.

При обменной способности катеонита из сульфоугля 570 г-экв на 1 м3 и количестве регенераций 1 раз в сутки его объем составит

691,2 г-экв удаленной жесткости _ ^ 2 j мз 570 кг/м3 " ' М '

Обычно высота слоя катионита 1—2 м.

При удельном расходе поваренной соли на регенерацию ка­тионита, равном 160 кг/м3, потребность в ней на 1 регенерацию составит

(1,21 м3) х (160 кг/м3) = 193,6 кг NaCI.

На регенерацию расходуется соль в виде 10%-ного водного ра­створа. Объем раствора при его плотности 1064 кг/м3 составит

193,6 кг: 1064 кг/м3 = 0,18 м3.

Отработанный ре генерационный раствор содержит натрий, хлориды, кальций и магний. Жесткость, перенесенная из исход­ной воды в регенерационный раствор, концентрируется в

(691,2 г-экв : 0,18 м3): 10 г-экв/м3 = 384,5 раза.

К параграфу 1.8

1.8.1. Определить коэффициент упаривания воды в охлажда­ющей системе оборотного водоснабжения и установить, идет ли процесс выпадения кальцийсодержащих солей [CaC03, CaS04 и Са3(Р04)2] в осадок в ней. Режим работы этой системы запроек­тирован следующим образом. Добавка подпиточной воды компен­сирует только потери циркуляционной воды на испарение и ка­пельный унос. Продувка системы и обработка циркуляционной воды хлором, а также ингибиторами коррозии и накипеобразова - ния не производятся. Охлаждение нагретого продукта осуществ­ляется в кожухотрубном теплообменнике.

Спустя год после начала эксплуатации системы в подпиточной и циркуляционной воде определено содержание ионов кальция и хло­ридов. Установлены следующие их концентрации:

Подпиточная вода Циркуляционная вода Са2+, мг-экв/дм3 1,8 2,5

СГ, мг/дм3 41 82

Решение. В соответствии с формулой (1.6) по хлоридам на­ходим:

А? = — = 2. у 41

Эта величина может быть принята в качестве искомой величи­ны коэффициента упаривания воды в рассматриваемой системе оборотного водоснабжения.

В то же время в отношении кальция

Поскольку Куа < Ку то в системе имеет место выпадение кальцийсодержащих солей. Контрольные вскрытия теплообмен­ника обнаружили бугристые солевые отложения на омываемых охлаждающей водой поверхностях трубок толщиной 5—7 мм. В ре­зультате этого исследования было принято решение о ремонте теп­лообменника.

1.8.2. Рассмотреть способы упрощенного качественного анализа отложений в системах технического водоснабжения.

Решение. Белый цвет свидетельствует об отсутствии в отложе­ниях оксидов железа и меди. Серый, бурый и черный цвета ука­зывают на наличие в отложениях Fe203, Fe304 и CuO. Черные блестящие отложения с металлическим блеском, прочно сцеп­ленные с металлом, свидетельствуют о протекании пароводяной коррозии и о том, что отложения состоят почти из одного маг­нетита Fe304. Красные блестки указывают на присутствие метал­лической меди.

Полная растворимость отложений в воде свидетельствует об отсутствии в них Са, Mg, Fe, Si02, Си, А1 и Zn. Выделение пу­зырьков газа С02 при обработке отложений соляной кислотой указывает на наличие в них СаС03. Иногда в отложениях могут присутствовать сульфиды S2 и сульфиты S03", обусловливающие специфический запах.

Желтый цвет соляно-кислого раствора отложений указывает на наличие в отложениях оксидов железа, преимущественно Fe203. Сине-голубой цвет соляно-кислого раствора отложений после об­работки его избытком NH3 свидетельствует о присутствии в от­ложениях меди. Белый цвет нерастворимого остатка после обра­ботки отложений соляной кислотой (лучше при кипячении и сли­ве раствора с осадка) указывает на наличие в отложениях силикатов CaSi03, MgSi03 и Si02.

К параграфу 1.9

1.9.1. Требуется модернизировать конструкцию малогабаритной поперечно-точной градирни с нижним расположением вентилятора, повысив ее производительность за счет интенсификации тепломас­сообмена между водой и воздухом, а также уменьшения выброса влаги. Сетчатые элементы оросителя, воздухораспределительного устройства и водоуловителя выполнены из полых с решетчатой поверхностью длинномерных элементов треугольного сечения. Последние изготовлены в виде призм из полиэтилена низкого дав­ления марки 273—79.

Решение. На рис. 1.8 дано схематичное изображение градирни, в значительной мере отвечающей поставленной задаче.

Градирня содержит горизонтальный корпус 1 с воздухоподво - дящим раструбом 7, в котором установлен нагнетательный вен­тилятор 6, водораспределителем 8 с форсунками 9 в верхней час­ти корпуса, оросителем 10, воздухораспределительным устрой­ством 5 и водоуловителем 3, установленными в горизонтальном корпусе 1 по ходу движения воздуха после оросителя 10, воздухо - отводягцим раструбом 2 и резервуаром охлажденной воды 4 в ниж­ней части корпуса с водоотводом.

Сетчатые элементы оросителя 10, воздухораспределительного устройства 5 и водоуловителя 3 выполнены из полых с решетча­той поверхностью длинномерных элементов насадки, при этом воздухораспределительное устройство 5 и водоуловитель 3 выпол­нены из трех—шести слоев параллельно уложенных сетчатых эле­ментов, расположенных перпендикулярно направлению движения воздуха с чередованием в соседних слоях продольной и попереч­ной укладки сетчатых элементов.

Градирня работает следующим образом. Подвергаемую охлаж­дению воду подают в водораспределитель 8, расположенный в верхней части горизонтального корпуса 1 градирни, откуда че­рез форсунки 9 ее разбрызгивают на верхнюю поверхность сет­чатых элементов оросителя 10 с ориентацией каналов вдоль дви­жения воздушных потоков. Через воздухоподводящий раструб 7 вентилятором 6 в градирню нагнетают воздух, поток которо­го дробят в воздухораспределительном устройстве 5, выполнен­ном из трех—шести слоев параллельно уложенных сетчатых эле­ментов, расположенных перпендикулярно направлению движе­ния воздуха с чередованием в соседних слоях продольной и поперечной укладки сетчатых элементов. Такое расположение сетчатых элементов позволяет максимально равномерно распре­делить поток воздуха перед подачей его в ороситель 10, где охлаждающий воздух вступает в контакт с охлаждаемой водой. Струйки воды по мере движения вниз и под действием потока воздуха на сетчатом оросителе 10 многократно дробятся, рас­падаются на капли, которые постоянно меняют свою поверх­ность, что позволяет существенно увеличить интенсивность тепломассообмена между водой и воздухом. С нижнего ряда оросителя 10 охлажденная вода поступает в резервуар 4, распо­ложенный в нижней части горизонтального корпуса 1, и через водоотвод направляется потребителю. Поток воздуха по мере прохождения через ороситель 10 нагревается и увлекает за со­бой мельчайшие капли охлаждаемой воды. На выходе из оро­сителя 10 воздух поступает в водоуловитель 3, состоящий из трех—шести слоев параллельно уложенных сетчатых элементов, расположенных перпендикулярно направлению движения воз­духа с чередованием в соседних слоях продольной и попереч­ной укладки сетчатых элементов. Такое исполнение водоуло­вителя 7 позволяет разбить поток отводимого воздуха на мно­гочисленные мельчайшие потоки, при этом капли воды, отделяемые от воздуха, также опускаются в резервуар 4. Увлаж­ненный воздух выводится из градирни через воздухоотводящий раструб 2.

Количество слоев сетчатых элементов воздухораспределитель­ного устройства 5 и водоуловителя 3 должно быть не менее трех, так как только такое количество слоев изначально позволяет рав­номерно распределить воздух на входе в ороситель и предотвра­тить капельный унос на выходе из него, а количество слоев более шести увеличивает сопротивление, которое необходимо преодо­леть вентилятору при нагнетании воздуха, что приводит к сниже­нию расхода воздуха через градирню, а следовательно, снижает тепломассообмен.

Технический результат от использования предложенной гра­дирни заключается в снижении температуры охлаждаемой воды для средних условий на 2—3°С по сравнению с прототипом.