Text
п
"t
,
,Ii-.
''1-
'
r
I
I
11
t
t
;i
: J
I
Lt O
O
В. А. К Л Я ч к О, и. э. А П Е Л Ь Ц и н I / К S
р
о
И р
ч
о
ИСТКА
ДНЫХ
ВОД
т '
ВИБJ1ИОТЕj(А
ТюмеВскоrо
Ивжеперн о-строительноrо
ИНститута
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
MOCKBa
1971
уДК 628.16
в книrе описаны методы очистки природных вод при их исполь-
зовании в промышленном и rородсvом водоснабжении. Рассмотрены
также методы обработки воды для борьбы с коррозией и зараста-
нием труб и аппаратуры систем водоснабжения.
Приведены теоретические основы технолоrических процессов
очистки воды и методы расчета очистных сооружений; дано описание
отечественных и зарубежных конструкций сооружений и аппаратов
водоподrотовительных установок.
Книrа предназначена для широкоrо Kpyra специалистов научно-
исследов тельских, проектных и производственных орrанизаций, pa
ботающих в области водоснабжения. .
Таблиц 71, иллюстраций 301, библиоrрафия 337 названий.
З 2 lО
2:2.1 71
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие промышленности СССР и быстрый рост населенных
мест и их блаrоустройства потребовали усовершенствования
водоснабжения. Технолоrия современных производств и rород
ское хозяйство предъявляют высокие и разнообразные требова
ния к качеству используемой воды. Рост водопотребления и раз-
мещение промышленности и населенных мест практически во
всех районах нашей страны требуют использования различных
источников водоснабжения, качество воды в которых заставляет
прибеrать к весьм'! разнообразным методам ее очистки и строи
тельству сложных водоподrотовительных сооружений.
За последние [оды в СССР и за рубежом разработаны новые
методы обработки воды, внесены существенные усовершенство
вания в ранее применявшиеся методы, созданы новые типы BOДO
подrотовительной аппаратуры.
В настоящей книrе авторы попытались обобщить результаты
научно исследовательских работ по проrрессивноЙ технолоrии
очистки воды и дать сведения о практическом применении COBpe
менных методов в проектировании и эксплуатации водоподrото
вительных установок.
В связи с оrраниченным объемом книrи авторы бь ли BЫHY)K
дены кратко изложить теоретические основы процессов очистки
воды.
Методы подrотовки воды для теплоэнерrетических установок
специально в данной книrе не рассматриваются, поскольку этим
вопросам посвящена обширная литература.
Опреснение воды также не включено в данную книrу, так как
Стройиздатом в 1968 r. выпущена книrа авторов, специально по
священная этому весьма важному вопросу (Апельцин И. Э.,
Клячко В. А. Опреснение воды. Стройиздат, 1968).
Изложению OCHoBHoro материала о методах очистки воды
предпослана rлава, посвященная свойствам воды и компонен
там природных вод.
Краткие сведения о строительных конструкциях водоподrо-
товительных сооружений и автоматизации их работы приводят-
ся по ходу изложения отдельных rлав в lYIинимальном объеме,
рассчитанном на специалистов технолоrов по водоподrотовке.
Более подробные сведения по этим вопросам читатели MorYT по
18
з
u
черпнуть в специальнои литературе, указанной в конце каждоЙ
rлавы.
rL1ClI3bI 1. III, I\T, XI, XVI, XVIII, XIX, ХХI и часть rлавы
X\/II написаны И. Э. Апельциным, rLlaBbI 11, Y X, XII XV,
:CVII II ХХ В. А. Клячко.
;\вторы выражают блаrодарность кзнд. теХII. наук доц.
{--. 11. НИКОLlадзе за ценные указания при рецензировании книrи
и КОtilлективу лаборатории улучшения качества воды ВНИI1
водrЕО за большую ПОl\10ЩЬ и ценные советы при работе над
рукописью книrи.
Все за:\Iсчания по книrе будут приняты авторами с блаrодар
нQстью и учтены в дальнейшей работе. Замечания просьба Ha
правлять по aдp cy: Москва, K 31, Кузнецкий мост, 9, Строй
издат.
r J7 А В А 1
ПОКА3АТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРИ РОДНЫХ ВОД
j /"t a .
1. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД
J... Используемые для водоснабжения природные воды MorYT co
дер)кать ыастворенные , оллоидные и rру бодисперсные веще ства,
а также 9 К .Q.!IИ, расти тельн ые и жив <?тны е орr аниз мы.
Выбор меТ9да водоподrотовки, ПРОИЗВОДИТСЯ на основе изу
чения показателе й кач ства воды водоисточника, полученных
в результате проведения .. ф изико химич ских , с аНИТ'!Рно бакте
рио лоrически х и тех нолоrических анали зов. Од й овременно "учи
т ьrn аются :! Б О !llI ачеств у вод ь:' которые преДЪЯВЛЯlотё я
ее потребителями.
рml ято подр азде"lЯТЬ по казатеtllИ качества воды на физиче
с к и е, х и 1\1 И Ч еСкие'. --й c а" ii'ит а'р н'о б акте р иол о rи ческ и е.
I К срЙзичеСКИlYI показзтеL1Яl\I относятся температура воды, co
дер ж ание в не й взвеlпенных веществ, цветность, запахи и пр
вкусы.
,R,.1 имический соста в воды оБыIноo характеризуют слеДУIQЩИМИ
IJ..Qказате<'1Яl\I И: ионныЙ состав, )кесткость, щелочность, окисляе
мость, акт ивн ая концентрация водородных ионов (рН), сухой и
прокаленный остаток, общее солесодержание (cYlYIMa катионов
и анионов), растворенный кислород, свободная yr лекислота, ce
роводород, активный хлор (при хлорировании воды).
В связи с ВОЗМОЖНЫl\-I заrрязнением водоисточника производ
ственными и БЫТОВЫl\1И сточными водами может понадобиться
определение ряда специфических вредных веществ, обычно не
содержащихся в природных водах (например, меди, свинца,
цинка, ртути, мышьяка, фенолов, нефтепродуктов, масел, радио
активных веществ) .
'\,/ Для получения ДОС!Q_I? ЫХ сведений о составе воды важно
правильно производить отбор прО б , их хранение и трансп ор тиро
вание. Правила отбора проб реrламентированы [ОСТ 4979 49
[7] и [ОСТ 5215 50 [8], Рекомендуемый нормативными ДOKYMeH
тами 5!дOK отбора б воды для химических и бактериолоrи
ческих анализов вкратце сводится к следующему [3].
Из открытых водоемов пробы воды следует отбирать именно
в том ыесте и с той rлубины, на которых предполаrается устраи
вать водоприемные сооружения. П.робы нужно отбирать в BeceH
нее ПОJ.!оводье, л том при низком rоризонте воды, в период бсен
них дождей и в середине зимы в каждый сезон не менее трех
,,!1PO . Из озер и больших водохранилищ дополнительно следуёf-'"
отбирать пробы после длительноrо волнения, а из устьев рек,
впадающих в l\'10РЯ, так)ке во вреl\IЯ HaroHa воды с l\fОрЯ.
Из артезианских скважин пробы воды следует отбирать пос
.не непрерывной откачки не менее 12 ч, при этом расход откачива.
емой воды должен быть не менее за О/о преДПОtl1аrае:\lоrо эксп.ну.
атационноrо дебита скважины.
Из безнапорных нодзеlVIНЫХ ИСТОЧlIИКОВ (сква кин, шахтныIx
колодцев) рекомендуется отбирать н е :\IeHee девяти пр об по
Р . Р QQ.р!....J3 НОЙ, eTOM и з . 17I з напорных артез иа нских
скважин, полуq,ающих воду из хорошо защищенноrо от заrряз
нения водоносноrо rоризонта, достаточно сделать а нализы двух
.l!Q9б, взятых в любое время rода, одна после друrой не l\1eHee
чем через 24 ч.
Если требуется определить качество подземноЙ воды при OT
сутствии подrотовленных к откачке скважин, то для ориентиро.
вочной оценки можно отбирать пробы воды из ближайших CKBa
жин, питающихся из Toro же водоносноrо rоризонта, на котором
предполаrается базировать подземныЙ водозабор.
Каждую пробу отправляют в лабораторию на анализ в сопро
вождении подробных указаний о месте отбора пробы, темпера.
туре воды в источнике, дате и часе отбора, внешнеl\l виде воды во
время отбора (мутности, окраске) и запахе. Кроме Toro, необхо.
димо указать метеоролоrические условия во вреl\IЯ отбора пробы
и в предыдущие 10 дней (температура воздуха, осадки).
Для полноrо анализа воды следует отбирать пробу объеМОl\1
не менее
одержание в воде уrлекислоты, закисноrо и окисноrо желе.
за, а также величину pI I желательно определять на месте у во.
доисточников, сразу после отбора пробы. Если при отборе пробы
обнаружен запах сероводорода, то ero концентрацию лучше оп.
ределить, зафиксировав пробу на l\1eCTe у водоисточника.
Остальные определения можно проводить после доставки проб
в лабораторию, желательно в день отбора пробы. Если это не.
возможно, то пробы рекомендуется хранить в холодильнике, но
не более 72 ч для незаrрязненной и не более 48 ч для заrрязнен
ной воды.
Порядок и места отбора проб воды при осуществлении конт-
роля за работой сооружений и аппаратов водоподrотовите,,1ЬНЫХ
установок предусматриваются эксплуатаЦИОННЫl\IИ ИНСТРУКЦИЯ:\IИ.
,
2. ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА
Содержание в воде Б-звешенных вЬцеств опреде..1ЯЮТ l3есовыIуtt
. Me pДOM по прираще . ИI<? .с.а бумажноrо }lЛИ ме1\1бранноrо филь.
-
6
тра, через которые фильтруют определенный объем исследуемоЙ
воды... Вес фильтра до и после фильтрования с задержанным ocaд
. ....... ,J..... ,
КОМ определяют после высушивания до постоянноrо веса при TeM
пер а туре 1050 С. При небольшом содержании в воде взвешенных
веществ предпочтительно производить определение с помощью
мембранных фильтров,
В связи с тем что весовое определение содержания в водс
!3 вешенных веществ является длительным и трудоемким, пользу
ются также KOCBeHHЫ
ми методами определения
прозрачности воды по
шрифту и по кресту [6],
а также с помощью фото
электрических колоримет
ров ил нефелометро в
На водоочистньrx' -С-f ан ци
ях применяются также
аВТОl\Iатически действую
щие реrистрирующие MYT
номеры различных KOHCT
рукций.
Межд v BeCOBbIl\1 co д e p .
-L ....
ж аниеl\1 в воле RЯR .еше.н
ных веществ l!
НQ r ью по шрифту или
по кресту HeT ОЛН()ЗJI::j3
Н5? Й зависим<2.. С ТИ . J]
зо'ачность воды заВИСИl
.......
не ТОt.ттько ОТ количества
' "' ","","' -
c e a c.. l . .t ннь еЩ 9В' 9 !1<3 -2.'Е.. !t9х.'!'и,
формыn цвета чаСТИ!l- взвес;и:-Для yrIpощения эксплуатационноrо
vi{6 НТрОЛ я1fа кажДОй в6доочистной станции рекомендуется пу
тем параллельноrо определения прозрачности воды и BecoBoro
содержания в ней взвешенных веществ построить rрафик их свя
зи. Пользование таким rрафиком облеrчает контроль за очисткой
воды, поскольку допустимое содержание взвешенных веществ в
воде как хозяйственно питьевоrо, так и техническоrо назначения
обычно нормируют в весовых единицах. Пример TaKoro rрафика
для одной из рек средней полосы европейской части СССР пред
ставлен на рис. 1.1.
Содержащиеся в природных водах взвешенные вещества име
ют раз.]ичНУЮ степень дисперсности.' В технолоrии очистки воды
степень дисперсности взвешенных ч стиц принято характеризо
вать так называемой r.идравлическоЙ крупностью, т. е. CKOpO
стью осаждения частиц взвеси в неподвижной воде, имеющей
те\lпературу 100 С.
в табл. 1.1 приведена примерная классификация взвешенных
веществ по rидравлической крупности.
. .'
T r зо
28
: ! 26
l + 24 1:
1 +ш 22
i I ?о-:::,.,
'1 i"'" Е:
i 18 о-
::)
\
\ !ч
I I 12
1\ kl i
\ [\\-..2 ri rt f !
40 +"t
i" ) ""... I I I I
20 ....... """"'-- r ........ I I 2
О · О
.. 20 40 50 8О 100 120 140 IБО 180 200220240 260 2Ю зrю
Вз8ешенные ВещестВа В ме/11
ЗОО
2ВD
260
240
<v 22О
"<:>
:::,.,200
180
1::)..
IБО
/чО
S 120
100
::r
t::)
80
с)
БО
,......... r----
Рис. 1.1. [рафик зависимости прозрачно
сти воды по кресту 1 и по шрифту 2 о r
содержания взвешенных веществ
7
Т а б л и ц а 1.1
rидрав.лическая крупность взвешенных веществ природных вод
Взвесь
rидравлическая крупность
в мм/сек
ПриблизительныЙ размер
частиц взвеси в мм
Песок:
крупный
средний .' .
мелкий
100
50
7
1,7 0,5
0,07 0,0 17
0,005
0,0007 0,00017
O,J00007
1
0,5
0,1
0,05 0,027
0,01 O,005
0,0027
0,00 1 0,0005
0,000 1 o,OOOOO 1
Ил. . . . .
Мелкий ил. .
rлина . . . . . . .
Тонкая rлина .
Коллоидные частицы
Предельно допустимое содержание взвешенных веществ
в воде, подаваемой хозяйственно питьевыми водопровода:VIИ,
нормировано I'OCT 2874 [4]. Соrласно этому rOCTy coдep
Жqние вз вешенных веществ в питьевой ватте должно быть не bo
лее М2 {Л . 1, } J-IУ",u .
следнее время в санитарноwтехнической литературе наб
людается тенденция к снижению предельно допустимой концен..
трации взвешенных веществ, так как считается, что это повыша
ет санитарную безопасность воды в отношении вирусных инфек
ций.
Ряд производств химической, нефтяной, текстильной, бумаж
ной, радиотехнической и друrих видов промышленности предъ
являет к воде такие же или даже более высокие требования, чем
при водоснабжении населенных lVIecT. Эти требования обычно
определяются специалистами технолоrами различных произ
водств.
3. ИОННЫй СОСТАВ ПРИ РОДНЫХ ВОД
В большинстве случаев обlцее солесодержание природных
вод количественно определяется катиона1VIИ Са 2 +, M g 2+, Na+, К+
и анионами НСО З ' SO и CI . Остальные ионы содеР)l(атся в
незначительных количествах, хотя иноrда существенно влияют
на свойства воды.
Вода как электролит электрически нейтральна, т. е. CY IlVla co
держащихся в воде катионов, выраженная в hl2 экв/л, равняеТС51
сумме анионов. Этим пользуются для вычисления содер}кания
в воде суммы катионов Na+ и К+ по формуле
(Na+ + 1<+) == (НСО з + SO + Cl \\ (Са 2 + + Mg 2 +).
Как известно, в природных водах в растворе содержатся
ионы, а не молекулы солей. Tel\I не :\IeHee в некоторых С lучаях
представляет интерес определение rипотетическоrо состава co
8
лей, которыЙ помоrает выявить некоторые свойства воды, имею
щие значение в процессах водоподrотовки. В основу определения
rипотетическоrо состава солей MorYT быть положены различные
принципы. Для процессов очистки воды целесообразно получить
состав солеЙ, последовате,,1ЬНО образующих малорастворимые
соединения при повышении величины рН воды, поскольку этот
прием используют при :\Iноrих процессах водоподrотовки, напри
I
I
I
I
I . I ·
I I
I t:s t
I I I
::--.
I ---;:;- I
I I
I :t::: f
I
t t
Са (НСО З )2" Ь
I
I
I
I
I
. I
I
J C"-I
'
I C:::::>..Q
(..),
I ::t: I::s
.........cL
I II
I
I1g c I Na'+f( d ]
,50.2:, f I I Cl-;;'Q I
I I I
! I I
I I I
'1 I
... 1... ь- 1. .........
I 11 I I i
':::t-, CtJ!
I у: I
! I l...> t I
,,",-- ('
I t t:sl t ;.
I -I.I .......
1<..') +1 с...> t
' CU,
I ,
fI cu
c;:g,
v)
c:t> .,..
.Q
с а 2:: ь
НСО Э =- е
Рис. 1.2. Диаrрамма rипотетическоrо состава солей в воде (KOHцeHT
рации ионов даны в ме экв/л)
мер при обезже.лезивании аэрацией или известкованием, умяr
чении известью или известью и содоЙ и т. п.
Построение диаrраммы rипотетическоrо состава солеЙ за
ключается в том, что на двух параллельных шкалах в масшта
бе откладывают концентрации катионов и анионов, выраженные
в м экв/л, в последовательности, показанной на рис. 1.2. При
этом имеется в виду, что при величине рН === 5+6 происходит BЫ
деление осадка Fe (ОН) 3 (нерастворимая rидроокись железа Ha
чинает образовываться при величине рН>3), при величине
рН 8,5 осаждается rидрат закиси железа, при величине рН ===
==8,5 9. карбонат кальция, а при величине рН> 10+ 10,3
rидроокись м аrния.
На диаrрамме катионы расположены слева направо в поряд
ке возрастания основных свойств, а анионы в порядке возра
стания кислотных свойств. По сочетаниям на диаrрамме катио
нов и анионов определяют rипотетический состав солей. MeTO
дика расчета концентрациЙ солеЙ ясна из рис. 1.2.
Общее содержание растворенных в воде веществ нередко
приближенно характеризуют величинами cyxoro и прокаленноrо
остатка.
Сухой остаток определяют в лаборатории путем выпаривания
определенноrо объема предварительно про фильтрованноЙ через
БУ\lажный фильтр воды (для отделения взвешенных веществ) и
9
последующеrо высушивания остатка при температуре 105
1200 С до постоянноrо веса. Сухой остаток должен выражать
содержание растворенных в воде нелетучих при указанной TeM
пер атуре веществ.
Однако сухой остаток не всеrда с достаточной точностью
характе l1зует их содержание, поскольку на ero величину влия
ет способность некоторых соединений не полностью отдавать
влаrу и кристаллизационную воду при температуре 1 05 1200 С.
При этой температуре некоторые орrанические вещества начи
нают окисляться, вследствие чеrо происходит изменение их веса.
Прокаленный остаток определяют путем прокаливания сухо-
ro остатка при температуре 8000 с. При ЭТОМ происходит CHa
чала обуrливание, а потом сrорание уrлерода орrанических Be
ществ, улетучивается оставшаяся в CYXOl\1 остатке влаrа, частич
но улетучиваются хлориды, частично разлаrаются карбонаты
и удаляется С0 2 . Поэтому величина прокаленноrо остатка лишь
приближенно характеризует содержание в воде растворенных
солей.
Соrласно [ОСТ 2761 57 '[3] установлен предельно допусти
мый сухой остаток в воде источников централизованноrо BOДO
снабжения 1000 М /Л, при этом содержание в воде сульфатных
ионов не должно превышать 500 М /Л и хлоридных 350 М /Л.
При отсутствии в данном районе источника водоснабжения,
отвечающеrо этим требованиям, должно производиться опрес
нение воды. В исключительных случаях с разрешения opraHoB
rосударственноrо санитарноrо надзора допускается ИСПОЛЬ30ва
ние воды с большим сухим остатком. Для ряда технолоrических
процессов производства пластмасс, кинопленки, радиотехни
ческих изделий, искусственных волокон и др. требуется более
r лубокое обессоливание воды. .
В пресных водах из катионов обычно преобладает кальций,
но по мере возрастания общеrо солесодержания воды обычно
увеличивается доля натрия. Концентрация катионов маrния в
поверхностных водах обычно бывает значительно меньше, чем
кальция, но при увеличении солесодержания воды относительное
содержание маrния по сравнению с кальцием возрастает. Соле
ные воды обычно характеризуются преИl\1ущественным содержа
нием катионов натрия.
Сульфатные ионы содержатся в подавляющей части природ
ных вод. В водах с небольшим солесодержанием обычно KOHцeH
трация ионов SO бывает больше, чеl\1 ионов Cl , но в СОЛОНО
ватых подземных водах и соленых водах озер и морей превали
руют чаще Bcero хлоридные ионы. Исключением являются под
земные воды, контактирующие с rипсосодержащими породами.
На содержание SO в природных водах влияет концентрация в
воде катионов Са 2 + вследствие образования малораСТВОРИl\10rо
сульфата кальция, который способен в зависимости от темпера
туры воды образовывать осадки в виде трех модификаuий: при
10
температуре до 600 С образуется преимущественно осадок ДBY
водноrо CaS04. 2Н 2 О, в интервале температур 60 1000 С по
луводный 2CaS04. Н 2 О и при температуре более 1000 С без
водный CaS04 (анrидрит).
Хлоридные ионы предстаВЛЯIОТ собой обычный компонент
природных вод, причем их содержание колеблется в BeCbl\la ши
роких пределах. В водах рек и пресных озер, особенно северных,
концентрации CI бывают весьма малыми. В водах морей и co
леных озер хлоридные ионы являются основным компонентом
растворенных солей.
Вследствие их большоЙ растворимости хлористые соли MorYT
присутствовать в воде в больших концентрациях; так, раствори
мость при температуре 200 С хлористоrо натрия и хлористоrо Ka
лия составляет около 26 о/о, хлористоrо кальция более 42 О/О ,
хлористоrо маrния 35 о/о.
При исследовании процессов водоподrотовки следует учиты
вать влияние больших концентраций хлоридов на повышение
раСТВОРИl\10СТИ l\Iалорастворимых соединений (например, карбо
ната и сульфата кальция, rидроокисей маrния, алюминия и же
леза) вследствие увеличения ионной силы растворов и COOTBeT
cTBeHHoro Уl\lеньшения коэффициентов активности ионов.
Содержание в природных водах ионов аммония NHt, нитрит..
ных N0 2 и нитратных NО з может служить показателеl\1 заrряз
нения воды фекальными стоками, хотя в некоторых случаях MO
жет явиться следствием растворения содержащих азот ropHbIx
пород. Поэтому наличие в воде азотсодержащих соединений
нужно рассматривать COBl\leCTHO с общей санитарно rиrиениче
екоЙ обстановкой водозабора и расположенных выше по тече
нию выпусков сточных вод, а также с бактериолоrическими aHa
.низами воды.
Наличие в воде аМl\10НИЙНЫХ соединений и нитритов может
указывать на недавнее заrрязнение водоема. С течением BpeMe
ни происходит их окисление до нитратов, поэтому, обнаружив
их в воде, мо)кно предположить, что ранее имело место заrряз
нение ее БЫТОВЫl\lИ ст()ка IИ.
Фтор в повышенных концентрациях встречается преимущест
венно в подземных водах тех районов, водоносные rоризонты KO
торых представлены породами, содержащими фтор.
В ю)кноЙ части УССР в водах отдельных скважин содержа
ние фтора доходит до 6 .Ме/Л; в Молдавии до 12 Ме/Л; в водах
среднеrо карбона осковскоЙ, Рязанской и Калининской обла
стеЙ встречается содерл(ание фтора до 6 М2/Л; воды аллювиаль
ных отложениЙ Казахстана содержат в отдельных случаях до
5 Аlе/Л фтора; в подмерзлотных водах Якутии содержание фтора
достиrает 4 .Мс,jл. В водах рек фтор встречается внебольших
концентрациях. По даННЫ1\1 С. Н. Черкинскоrо {11], из исследо
ванных 150 рек СССР (в том числе Волrа, Кама, Дон, Тобол,
11
Урал, Обь, Лена, Иртыш, AHrapa) в 820/0 случаев содеР)l(ание
фтq а оказалось менее 0,3 М2/Л, в 140/0 случаев 0,3 0,5 М2/Л
и в 3 О/О случаев 0,5 0,8 М2/ л.
Хотя фтористый кальций и фтористы{r ыаrниЙ являются Ma
лораСТВОРИl\IЫМИ соединениями, наличис в водс кальuия и 1\lar
ния не приводит к осаждению CaF 2 и 1\1gF 2 при тех небольших
концентрациях фтора, которые обычно содержатся в природных
водах. В связи с этим самоочищения рек от фтора практически
не происходит если 'наБЛlодается их заrрязнение ВС"lеДСТIЗие
спуска фтор содержащих производственных вод или MecTHoro пи
тания реки rрунтовыми водами, содер)кащими фтор.
Общепризнанной rиrиенистами ЯIЗ"lяется оптимальная норма
фтора в питьевой воде в предел ах О, 7 1 М2! л. При превышении
этой нормы у людей, ПОЛЬЗУIОЩИХСЯ такой водой, наблюдается
флюороз зубов появляются сначала белые мелоподобные, а
затем пиrТv1ентированные пятна на зубах, прочность зубов YMeHЬ
шается. В связи с указанным rOCT 2874 jltf4 {4] установлено
предельно допустимое содержание фтора в питьевой воде
1,5 М2jл.
С друrоЙ стороны, исследоваНИЯl\IИ rиrиенистов установлено,
что при недостаточном содержании фтора в рационе людей, и
в первую очередь в питьевой воде, население болеет кариесом
зубов. Обеспечение постоянной ОПТИl\lальной концентрации фто
ра в питьевой воде (0,7 1 М2jл) является, по видимому, наибо
лее надежным средством обеспечения в рационе населения необ
ходимых доз фтора.
В связи с указанным на мноrих водопроводах СССР, Европы
и Америки предусматриваются меры по поддержанию в питьевой
воде оптимальных концентраций фтора. При недостатке в воде
фтора предусматривается фторирование воды, Т. е. добавление
в воду фторсодержащих химических соединений; при избытке в
воде фтора по сравнению с предельно допустимоЙ KOHцeHTpa
цией производится обесфторивание воды (очистка воды от
фтора).
ЙОД имеется в незначительных количествах в большинстве
природных вод. Ero физиолоrическое знач ние связываIОТ с pac
пространением эндемическоrо зоба, заболевания, возникающеrо
при недостатке йода в рационе людеЙ. Нормальным считается,
если питьевая вода и пища вместе дают на каждоrо )ките.,lЯ
0,05 0,1 М2 йода ежесуточно. Если в данном районе природные
воды содержат недостаточное количество Йода, то произраСТ(lЮ
щие там сельскохозяйственные продукты, как правило, также co
держат ero мало. Соrласно стати(:тическим даННЫl\/! в СШ.4
в местностях с содержанием йода в питьевой воде 0,0000 1
0,0001 М2jл число случаев заболевания эндеl\1ическим зоБО1\'I co
ставляло 15 30 на 1000 жителей, а в местностях с содержанием
йода в питьевой воде 0,0014 0,01 JИ2jл наблюдался только один
случай заболевания на 1000 человек.
12
йодирование питьевой воды для борьбы с эндемическим зо
бом пока еще не получило практическоrо применения, отчасти
потому, что повышение содержания йода в питьевой воде OKa
зывает неблаrоприятное действие на отдельных лиц. ПреИ!\IУ
щественное распространение в районах с недостатком йода по
,-' u U u
лучило снаожение наСС"lения иодированнои пищевои ПОI3(1рен
ной солью.
4. ИОННАЯ СИЛА РАСТВОРА
И КОЭФФИЦИЕНТЫ АКТИВНОСТИ
При расчетах, связанных с процессами ВОДОПОJТОТОВКlI, ПрII
ходится определять растворимость различных соединений и co
стояния химических равновесиЙ в водах с раЗЛИЧНЫiYI ИОННЫ:\l
составом. В этих случаях необходимо учитывать коэффициенты
активности ионов, зависящие от ионной силы растворов.
Как известно, все уравнения, записываемые на основе закона
деЙствия масс, действительны лишь в том случае, если в них
ВКЛlочены активные (активности), а не истинные (общие) KOH
центрации ионов в растворе.
Связь между активноЙ и общей концентрациеЙ определяется
уравнением
ai == fi[C i ],
( 1 . 1 )
rде a i активность (активная концентрация) иона t в с uонlл;
fi коэффициент активности иона i;
[GiJ общая концснтрация иона i в раСТБоре в 2 uонlл.
Величина коэффициента активности зависит от ионной силы
раствора 11, характеризующей степень влияния электростатичес
ких сил взаимодействия между ионами.
Iонная сила раствора вычисляется по формуле
== 0,5 (С 1 Zi + С:2 Z + · · · + Сп Z;) , ( 1 .2)
rдеС1,С2"."Сп концентрации отдельных ионов в paCTBope,BЫ
раженные в с uонlл;
21, Z2, ..., Zn валентности тех л<е ионов.
Для пресных вод с оБЩИl\tI солесодержаниеl\I до 1000 .;Исjл и
преи :\lуществен НЬ! 1\1 содср)t«(1 IIиеЛI катион ОВ ка.l ы tИ я 11 1\1 аrния
ионную силу раствора при ориентировочных расчетах можно
ВЫЧИС.J1ЯТЬ по эмпирической формуле
== О,ОООО22Р, (1.3)
rде Р общее солесодержание БОДЫ в JlC/ l.
Значение Р при ориентировочных расчетах :\IO)KHO прини
мать равным величине cyxoro остатка воды.
Для определения коэффициентов активности ПОЛЬ3УfОТСЯ
раЗЛИЧНЫl\IИ варианта1\1И фОРМУ"lЫ Дебая rюккеля, при этом
для малых солесодержаниЙ можно ПО.льзоваться упрощенными
вариантами этой фОрl'flУЛЫ, а для повышенных СО"lесодержаний
13
приходится учитывать дополнительные члены этой формулы, KO
торые зависят от среднеrо радиуса ионов, высаливающеrо дейст
вия' содержащихся в растворе соединений и друrих факторов.
Влияние дополнительных факторов обычно учитывается эм
пиричеСКИ 1И коэффициентами, рекомендуемыми различными aB
торами.
В расчетах, связанных с процессами водоподrотовки, при
ионной силе paC TBopa fl.<O,O 1, что соответствует примерно соле
содержанию 500 М2jл, можно пользоваться сокращенным вари
антом формулы Дебая rюккеля
19 f i == 0,52; V II ; (1.4)
при БОЛЫlJИХ величинах солесодержания можно пользоваться
формулой
1 f == О, 5Z! v;
g 1 .
1 + 1,5Vl-L
(1.5)
Эта же формула рекомендована, например, для расчетов paCTBO
римости сульфата кальция в морских и океанских водах и их
концентратах, получающихся в испарительных опреснительных
установках '[20], при величинах ионных сил растворов до еди
ницы.
Молярные или ионные концентрации принято обозначать хи
мической формулой соединения в квадратных скобках, активные
концентрации в круrлых скобках, либо буквой а с индексом
нона. НаПРИi\Iер, ионные концентрации: [НСОЗ-], [Са 2 +]; активные
концентрации: (НСО з ), (Ca +), либо а нсоз , аСа.
В практике водоподrотовки одним из распространенных Tex
нолоrических приемов является получение малорастворимых coe
динений, выде.пяеl\fЫХ в виде осадков.
Если в результате химической реакции между ионами А и В
образуется маL10растворимое соединение
тА + пВ АтВ п , (1.6)
то на основании закона действия масс между остающимися
n растворе после образования осадка концентрациями А, В и
I1 т В п существует зависимость
(А)т (в)n ' [AJm ' {BJn К
I А т Вп] [А т В,,]
или
(А)т(в)n == f [А]т f [В]n == К [АтВп] == ПР АmВn. (1.7)
Для ма,]ораствориrvlЫХ соединений концентрация в растворе
вещества АтВ п l\lала и в ПРИСJ тствии осадка этоrо вещества
при данной те !пературе раствора может считаться величиной
14
постоянной. Поэтому величину К[АтВп] можно за:менить KOH
стантой ПР АтВ п , называемой произведением растворимости coe
динения АтВ п . Эта константа является термодинаl\lической и за
висит только от температуры раствора.
Зная численное значение произведения растворимости KaKO
rо либо соединения (соответствующие данные приводятся в спра
вочниках физико химических величин), можно определить pac
творимость этоrо соединения в воде известноrо ХИl\;lическоrо co
става, для которой MorYT быть рассчитаны ионная сила раствора
и коэффициенты активности ионов.
Если определяется растворимость соединения, состоящеrо из
одноrо катиона А и одноrо аниона В (например, AgCl или
(а50 4 ), то раСТВОРИl\10СТЬ S оп реде ляется по фОР:Vlуле
1 r'
S == т v ПРАВ с МОЛЬ,/А, (1.8)
rде t коэффициент активности ионов, образующих данное
соединение.
В общем случае, при образовании малорастворимоrо соеди
нения по реакции (1.6), растворимость данноrо вещества может
быть вычислена по формуле
( ПР А В . ) т п
" т п (1.9)
LJ == ттпn '';, ' ·
Уравнение диссоциации воды обычно записывают следующим
образом:
Н 2 О Н+ + OH .
в соответствии с законом действия масс l'vIОЖНО записать:
,Н IH+] ,ОН [OH ] ==К
[Н 2 О]
или
' Н [н+] !ОН [OH ] == К [НР] == Kw'
(1.10)
Константа Kw носит название ионное произведение воды,
Численные ее значения приведены в табл. 1.2. Tal\1 же указаны
значения pKw (рК w == IgK w, rде р символ отрицательноrо tll0
rарифм а).
Отрицательный лоrарифм активной концентрации BOДOpOД
ных ионов принято обозначать символом рН, т. е.
рН == IgfH[H+J == lg(H+). (1.10/)
в соответствии с уравнениеl\l (1.1 О)
Ig(H+) + Ig(OH ) == 19 Kw
15
или
рН + рОН == Р Kw. (i.l1)
На основании уравнения (1.11), З Jая значение рН для данной
воды и пользуясь табл. 1.2, можно вычислить концентр ацию в BO
де rидроксильных ионов OH .
Таблица 1.2
Значения ионноrо произведения воды
Температура К .loa pKw Температура К .10 1 ( pKw
В ос W в ОС w
О О, 11 14,96 60 9,55 13,02
10 0,3 14,53 70 15,8 12.8
20 0,69 14.16 80 25,1 12,6
25 1 14 90 38 12,42
30 1 ,48 13,83 100 55 12,26
40 2,95 13,53 150 234 11 , 63
50 5,5 13,26 200 550 11 ,26
Поскольку кислоты диссоциируют В водных растворах с об
разованием водородных ионов (например, HCl H+ + С1 ),
а щелочи с образованием rидроксильных ионов (например,
NaOH Na +- +OH ), то чем кислее данный раствор, тем боль
ше в нем содержание ионов водорода, тем ниже, следовательно,
величина рН этоrо раствора. Наоборот, чем щелочнее раствор,
тем меньше в нем КQоцентрация Н ионов, тем выше величина рН
раствора. Величина рН, являясь мерой кислотности (или COOT
ветственно щелочности), служит важной характеристикой
свойств воды.
Мноrие потребители воды предъявляют определенные требо
вания к величине рН воды. Для питьевых целей в соответствии
с [ОСТ 2874 54 считается приrодной вода со значениями
pI1 == 6,5 "+ 9,5. 110рмируется величина prI воды и для ряда про
мышленных потребителей, например для производств искусст
венных волокон, нек')торых видов радиотехнических изделий,
кордной целлюлозы и некоторых друrих.
Величина рН служит важнейшим показателем при контроле
за процессаl\1И peareHTHoro умяrчения, обезжелезивания, стаби
изационной обработки воды и мноrих друrих способов BOДO
подrотовки.
5. СОЕДИНЕНИЯ уrольной КИСЛОТЫ.
ЩЕЛОЧНОСТЬ ВОДЫ
Содержащиеся в природных водах соединения уrо.пьной кис
лоты оказывают существенное влияние на l\lноrие процессы BO
доподrотовки.
В природных водах уrлекислота l\10жет быть в фОрl\1е недис
социированных молекул Н 2 СО з (обычно в очень малых KOHцeH
IG
трациях), молекулярно pacTBopeHHoro уrлекислоrо rаза С0 2 , би
карбонатных ионов HCO , а при величине рН>8,4 и в виде Kap
бонатных ионов CO .
I\онцентрации в природных водах недиссоциированных MO
лекул уrо.пьной кислоты Н 2 СО з состаВЛЯIОТ обычно лишь доли
процента от общеrо количества свободной уrлекислоты, ПОД KO
торой понимаIОТ сумму Н 2 СО з + С0 2 . Поэтому без заметной по
rрешности в последующеl\i ПРИНИl\lается, что концентрация CBO
бодной уrлекислоты соответствует концентрации С0 2 .
Тrольная кислота двухосновная и имеет две ступени диссо
циаuии:
Н 2 СО з н+ + HCOj ;
НСО з н+ + coi .
(1.12)
(1. 1 3)
Количественные соотношения между отдельными соединени
ями в растворе определяются уравнениями первой и второй CTY
пени диссоциации уrольной кислоты, записанными в COOTBeTCT
вии с законом действия масс.
Уравнение первой ступени диссоциации
' н [н+] 'нес. [нео;] == Кl' (1.14)
[Н 2 СО з + С0 2 ]
в соответствии с указанным выше, без заметной поrрешности,
уравнение первой ступени диссоциации уrольной кислоты может
бbIТЬ записано в следующем виде:
t H \H+l tHCOs rнсоз]
== К 1 . (1.15)
[СО 2 ]
Уравнение второй ступени диссоциации уrольной кислоты
f H rH+l t co , [co ]
== К... (1.16)
t НСО з l нсо з J ..
Численные значения констант первой и второй ступени дис
социаuии уrольной кислоты приведеНbI в табл. 1.3.
Из уравнений диссоциации уrольной кислоты (1.15) и (1.16)
следует, что соотношения l\1ежду ее соединениями в растворе
CO , HCO и CO при данной теl\1пературе зависят от KOHцe
трации водородных ионов, т. е. от веЛИЧИНbI рН. Это соотношение
при те Iпературе 250 С и выражен'ии концентраций в 2 ,/ИОЛЬ/Л
rрафически представлено на рис. 1.3, из KOToporo следует, что
при значениях pIi =--..: 3,7 +4 вся находящаяся в воде уrольная кис
лота представлена только одним соединением С0 2 . По l\lepe
ПОВbIшения значении рН ДО.]я С0 2 уменьшается при OДHOBpeMeH
нам увеличении доли HCO. . При значениях pH 8,3 : 8,4 прак
тически вся присутствующая в воде уrО.ТIьная кислота представ
............... J ........... .. r-=---....... ....... -....ц..4
2 745
I
БИБЛJ'I()Т'Е }\
I
17
Таблица 1 })
Значения констант первой и второй ступени
диссоциации уrольной кислоты
...
т емпература БОДЫ К 1 .10 7 РК 1 1(2.1011 pK J
Б .С
О 2,65 6,579 2,36 10,625
5 3,04 6,517 2,77 10,557
10 3,43 6,464 3,24 10,490
15 3,80 6,419 3,71 10,430
20 .4,15 6,381 4,20 10,377
25 4,45 6,352 4,69 10,329
30 4,71 6,327 5,13 10,290
40 5,06 6,298 6,03 10,220
50 5,16 6,287 6,73 1 О , 1 72
,60 5,02 6,299 7,20 1 О , 143
70 4,69 6,329 7,52 1 О, 124
80 4,21 6,376 7,55 1 О , 122
При м е ч а н и е. Значения констант Kl и К 2 дЛЯ температур до 500 С
приведены по экспериментальным данным, а для температур 50 800 С экстра
полированы [15 и 16].
лена бикарбонатными ионами (более 980/0), а на долю СО 2 +
+CO приходится менее 20/0. При дальнейшем повышении зна
чений рН воды (более 8,3 8,4) свободной уrлекислоты в воде
уже нет, возрастает доля карбонатных ионов CO при OДHOBpe
'(
:::З
" 1:
100
90
(\)1::)
80
:::,с;:)
70
БО
50
40
зо
. 20
:Х: т
'и
:tl О
4
« .
........ v : ............ I I ...
./
" V I '\ 1/
I \. /
, I I \ /1
\ I I '
С0 2 СОООООН, / / I К СО 2
\ I \ . з
\ I \' ; i
I , l'
..::::t- .
ftСОз "- / " , \:
11 It !
" ::t:
) \ ct. / i \: i
\ I
V I / , ,;
. ... I . 1
V .......... I v' I :
I ../ I
5
б
7 8
рН
9
10
f f
I I
/2
Рис. 1.3. [рафик соотношениЙ CO , IСОз и CO в
зависимости от рН воды
менном уменьшении доли нсоз-. Наконеи, при ве..1IIчине
рН 12 вся уrлекислота представлена только одним соединени
ем CO .
18
В водных растворах уrлекислых соединений существует ди
намическое равновесие между различными формами уrольной
кислоты:
2НСО з Z CO + С0 2 + Н 2 О.
( 1. 1 7)
11з этоrо уравнения следует, что для поддержания в растворе
определенной концентрации бикарбонатных ионов требуется,
чтобы в растворе находилось соответствующее этой KOHцeHTpa
uии количество свободной уr екислоты. Та свободная уrлекис
лота, которая необходима для поддержания в растворе бикарбо
натов, называется равновесной уrлекислотой.
Если количество находящейся в растворе уrлекислоты превы
шает равновесную концентрацию, то избыток С0 2 способен
вступать в реакцию с твердым карбонатом кальция и вызывает
ero растворение:
СаСО з + С0 2 + H20 Ca(HC03)2' (1.18)
Воду, содержащую свободную уrлекислоту в концентрации,
превышаIощей равновесную, называют а рессивной.
Наоборот, при недостатке С0 2 по сравнению с равновесной
концентрацией возникает тенденция к распаду части бикарбо
HaTHЬ "OHOB, т. е. к сдвиrу равновесия, описываемоrо ypaBHe
ние!vI ,1.17), вправо с образованием дополнительноrо количест
ва с\ 2, а одновременно и CO . Увеличение концентрации ка p
бона\\ IХ ионов приводит к тому, что они будут реаrировать
с обычно находящимися в природных водах ионами кальция,
образуя карбонат кальция (Ca2++CO СаСО з ), который
t
вследствие малой ero растворимости будет выделяться из pac
твора.
Однако ВОЗ 10ЖНЫ условия, при которых содержание в воде
свободной уrлекислоты совпадает с равновесной концентрацией.
Такая вода называется стабильной, она не растворяет и не BЫ
деляет из раствора карбонат кальция.
Формула для определения концентрации равновесной уrле
кислоты может быть выведена путем cOBMecTHoro решения ypaB
нениЙ (1.15) и (1.16) с уравнением, записанным на основе зако
на деЙствия масс по (1.17):
f соз ! НСОЗ-] 2
== К а , (1.19)
f со, [CO ] [С0 2 ]
rде Ka KOHCTaHTa равновесия.
Разделив почленно уравнение (1.15) н а уравнение (1.16), по
ЛУЧИl\1 :
f co, r НСО з ] 2
' со . [CO ] [с0 2 ]
К 1
К ,
( 1 . 20 )
2"
19
С равнение уравнении (1.19) и (1.20), левые части KOTOpblX
равны, вскрывает значение констарты равновесия Ка, которая
оказывается равной:
Ка == . (1.21)
К 2
Поскольку рассматривается равновесное состояние к(}рбо
натных сtJединений, концентрации Са 2+ и CO должны OT
вечать произведению растворимости СаСО з . [IОЭIОl\IУ значение
t СО 1 rCO ] в уравнении (1.20) l\10}KHO за:\Iенить слеДУЮillеЙ Be
vlИЧИНОЙ, полученной из уравнения произведения растворимо
сти СаСОз:
I
f Са [Са 2 +] f СО з [coj 1 == ПР СаСО а ;
t [CO ]=== ПР саса . ;
СО з 'Са [Са 2 +]
f cos [нсо з ]2 ..&
ПР С со K2 .
а 3 [СО J
f С а r Са 2+ ] !
Решив это уравнение относительно [С0 2 ], ПОvlУЧИlVI форыулу
для определения КОRtу нтрации равновесной уr.лекислоты:
[COz]p === K пса} Са [нсоз-]2 [Са 2 +] . (1.22)
К 1 ПР СаСО.
Лоrарифмируя уравнение (1.22) и подставляя значения KO
эффициентов активности в соответствии с ФОР:\IУЛОЙ (1.4), по
.тт)'чим
19 [СО 2 ]р == рК} РК 2 + РПРСаСОз +
+ 21g [НСО з ] + 19 [Са 2 +] 3 ViL. (1.23)
Формулой (1.23) удобно пользоваться преобразовзв ее Ta
КИ:\l обраЗОl\I, чтобы концентрации С0 2 и Са 2 + БЫv1И BI)Ipa}I\CIIbI
в М2/Л, а НСОЗ- (щелочность) в Лl2 экв/л:
19 (СО 2 )р == рК} pK:z + рП Р cпcO J +
+ 21g (НСО з ) + 19 (Са 2 +) 3 ViL 5,96. (1.24)
НеоБХОДИl\1ые для расчетов по фОрЫУv1е (1.24) значения про
изведения растворимости карбоната кальция приведены в
табл. 1.4.
Формула (1.24) показывает, что концентрация равновесноЙ
уrлекислоты зависит: а) от те:\Iпературы воды, поскольку веvlИ-
чина каждой из констант Kl, К2 И П РСаСО З зависит от теl\1пера
туры; б) от концентрации в воде ионов НСО з ' которая для при
20
Таблица 1.4
Значения произведения растворимости СаСО з [14]
Температура О 10 20 30 40 50 GO 70 8П
БОДЫ Б ос
ПР СаСО з .109 9,51 7,05 5,22 3,93 3,03 2,37 1 ,83 1 ,35 1 , 002
рП Р СаСО э 8,022 8 , 152 8,282 8,406 8,518 8,625 8,738 8,870 8,992
родных вод с величиной рН<8,4 может быть принята равной
общей ще.,тl0ЧIIОСТИ воды; в) от содержания в воде Са 2+; r) от
общеrо солесодержания воды, так как от Hero зависит величина
ионной силы раствора f-t.
Из уравнения первой ступени диссоциации уrольной кисло
ты ожно вывести формулу для определения общей KOHцeHTpa
нии в воде СI30бодной уrлекис.поты (C0 2 )cu. Для интервала зна
чений р Н == 5 + 8,4, отбросив некоторые члены, имеющие BTOpO
степенное значение, мо)кно получить следующую формулу:
(С0 2 )ск == 44Щ М2/Л, (1.25)
/ к 1 · 1 ар н + 0,5 11 !J.
rl\ щ обща щелочнос;:ь воды, r:олучеНliая титрование [ co
\' лянои или сернои кислотои в присутствии индикатора
\ метилоранжа, в М2/экв л.
По формуле (1.25) построена HOMorpaMMa, приведенная на
рис.. 1.4 [1] * .
Определение содержания в водс свободной уrлекис.поты по
этой HOMorpaMMe производится в следующей последователь
ности.
1. СоеДИНЯIОТ линейкой на шкалах 1 и 3 пометки, COOTBeTCT
вующие заданным значениям температуры и солесодержания;
в точке пересечения с немой шкалой 2 делают OTl\IeTKY.
.2. Соединяют эту точку с пометкой на шкале 4, COOTBeTCTBY
ющей заданному значению щелочности, и в точке пересечения
со шкалой 3, которая в этом случае используется в качестве
неl\tIОЙ, делают вновь отметку.
З. Эту отметку на шкале 3 соединяют с пометкоЙ, COOTBeTCT
вующей величине рН на шкале 5, и на пересечении ПрЯl\10Й со
шкалой б получают ответ ИСКОl\1УЮ концентраЦИIО свободной
С0 2 . I\OHlLeHTp аuию р аНIIовесноЙ уrлеКIIС.поты IЗ соответствии с
фОрl\1улаl\1И (1.22) и (1.24) :\IОЛ{НО представить в следующем
виде:
(С0 2 ) Р == АЩ2,
(1.26 )
* HOMOrpal\1MbI по формулам 0.25), (1.27), (1.28), (1.36), (1.39) (I.41)
построены М. Е. Соркиным.
21
rде
А== К 2 (Са 2 +) (1.27)
К ПР .103 "Y +5,96
1 СаСО а
Аrрессивная уrлекислота, как указано выше, характеризу
ется споса5ностью растворять карбонат кальция по уравнению
(1.18), при этом уменьшению содержания в воде свободноЙ
о 50 8,0 1
7,0
6,0
2
100 85'
5,0 , (\.j
cl 4,5 J
4
::::s 150 Ч,D
::t 8,0 t:::) 5
о З,5 t....':I 6
'с) с")
10 200 t::s 7
-w 3,0 8
.... c't:5 t:) 9
t:;) t::l 7,5 ,0
(,,) 250 c,j
2,5 t::s ::,
15
t::s I с,,) 300 ::::,
Схема 2,0 20
7,0
15 <.,) .
Е: пОЛЬ:Jо8аНl1Я t::)
350 :t t);:
t:s с(:) t;] JO
c::s t:;)
t:: I чоо {,5 б,S 40
Р ::з- f6
20 I t::I
'150 i
500
25 1,0 5,0 90
t 550 то
(
30 БОО {50
35 650 lo.s 200
"'О f 2 J Ч 6 700
50! 750 300
БО L 800 ЧОО
Рис. 1.4. f 10Лl0rрамма для определения содержания в воде CBO
бодной уrлекислоты
уrлекислоты на 22 ме/л соответствует увеличение к нцентрации
в растворе НСОЗ- (увеличение щелочности) на 1 hlе эквlл. Эта
зависимость l\Iожет быть иллюстрирована rрафиком, приведен
ным на рис. 1.5. Кривая ON отражает зависимость между KOH
центрацией равновесной уrлекислоты (С0 2 )р и щелочностью
воды (концентрацией нсоз-). }Iзменение С0 2 и Щ, происходя
щее при растворении СаСО з под влиянием аrрессивной СО 2 , xa
рактеризуется ПрЯf\10Й MN. Очевидно, что точка пересечения
ПРЯlVIОЙ MN с кривой ON, отражающей равновесное состояние,
соответствует новому условию равновесия после связывания
аrрессивной СО 2 .
22
Отрезок на оси ординат между (С0 2 )0 и (С0 2 )р показыва
ет содержание в воде аrрессивной уrлекислоты. Некоторая He
точность в построении, представленном на рис. 1.5, заключает
ся в TOlVI, что при построении кривой ON принята концентрация
Са 2 + в воде постоянной,
в то время как при paCT
ворении СаСО з наряду со C02.M
щелочностью изменяется 88 (СО,)о
и содержание в воде
кальция.
Однако это не. вносит
большой поrрешносrи в
дальнейшие расчеты, так
как концентрация каль
ция изменяется линейно,
в то время как щелоч
ность по квадратичной Рис. 1.5. rрафик изменения концентраЦИl1
зависимости. С0 2 и щелочности воды в процессе peaK
Совместное решение ЦИИ С0 2 + CO + !--1 2 0 2НСОЗ-
уравнения прямой MN
[ (С0 2 )О (С0 2 )р Щ Щ
р о,
е
42
f
55 (С02
44
о
rде е эквивалентный вес свободной уrлекислоты, в реакции
авный 22 .4tz/м "экв] с уравнениеl\Jl (1.26) приводит после
'ствующих преобразований к следующей формуле для
'ления концентрации аrрессивной уrлекислоты:
,
(C0 2 )arp == е 2 + е Ve 2 + 4А [«(02)0 + еЩо] еЩо.
2А
(1.28 )
Для практическоrо пользования формулой (1.28) построены
HOMorpaMMbI на рис. 1.6 и 1.7.
По HOMorpaMMe, приведенной на рис. 1.6, определяется вспо
моrательная величина А по общему солесодержанию воды, ее
температуре и концентрации Са 2 +. Для определения величины
А нужно соединить прямой заданные значения общеrо солесо
держания на шкале 1 и теl\Iпературы на шкале 5. На пересече
нии с неl\10Й шкалой 4 сделать отметку и соединить ее прямой
с по:меткой шкалы 2, отвечающей заданному значению Са 2 +;
на пересечении прямой со шкалоЙ 3 прочесть искомую Be
личину А.
Затем по HOMorpaMMe, приведенной на рис. 1.7, можно опре
делить концентрации аrрессивной и равновесной уrлекислоты,
отвечающие заданному ХИl\1ическому составу воды, для KOTOpO
ro известна концентрация свободной уrлекислоты, заранее опре
деляеl\1ая с помощью HOMorpaMMbI (см. рис. 1.4).
23
На поле HOMorpaMMbI, приведенной на рис. 1.7, I1У)КНО OTMe
тить точку с координатами, соответствующими концентрации
свободной С0 2 и щелочности исследуемой воды, а затем прове
сти прямую, параллельную наКЛОННЫl\l прямым, до пересечения
с кривой, соответствующей заранее / определенной величине А.
Ордината этой точки соответствует концентрации равновесной
уr.пеКIIСЛОТЫ в момент наступления равновесия уrлекислых co
SO 20 80
150 15
70
100 fj
7
100 6 60
' 90 5
"-
t\J 150 4
80 ()
70 . J 'IC:>
cl 50
Q,) 200 ба 2 ......
:::s
t"\J (,5 t::)
t::s 250 50 40 'о
t)
1
300 '+0 0.,9
':::::f & Е
t::) t::::1 tJ
с",) JS
\) JO
t:; 350 o,s
за Схема с::
t.J о,ч t
::::r
цао 03 пользо аниJl
25
J ,
( 20
LfSO 0,2
20
500 '0,15 t
550 {5 0,1 Р #0
БОа
55а '2 J Ц 5
0,05
700 10 О
Рис. 1.6. floMorpaMMa для определения величины А [по фор
муле (1.27)]
единений после растворения СаСО з , а разность между coдep
жанием свободной уrлекислоты в исходной Боде и определен
ной по HOMorpaMMe концентрацией равновесной уrлекислоты
дает ИСКО!\10е содержание в исследуеl\10Й воде аrрессивной yr
лекислоты.
Как указано выше, при определении с помощью HOMOrpaMI\1b!
(см. рис. 1.6 и I.7) концентрация аrрессивноЙ уrлекислоты не
учитывается, что в результате растворения СаСО з наряду с YBe
личениеIvl концентрации в воде НСОЗ- увеличивается также co
деР)l{ание Са 2 +. Если требуется получить более точный резу.пь
24
120
на
100
90
80
..........
'\.>
70
C::::>
БО
t:,
с::::>
50
с:>
с".)
40
I за
, ,20
10
150 Схема ПОЛЬJо6ания
СО -СО co
РА
2arp ' Uj':JI.
; 1 1\ \ 1\ 1 \ 1 \
\
.J
f\ \ \ 1\ 1\
t:s \
1\1. \ 1\
3 \ !\ \ \ \ \
)Th 7
Р 'J\ \ I \. \ \
u... .
1ЦО ro
1ЗО '"
'->
Щис,.
А
о
2 J Ц 5 б
Щелочность Щ 8 ме s :}к8/л
7
8
1
Рис. 1.7. HOMorpaMMa для определения концентраций равновесной и arpec
сивной уrлекислоты в воде
тат, задача l\10)I{eT быть решена с ПОl\IОЩЫО тех же HOl\IOrpa I\1
:Vlетодоы последовательноrо приближения.
При реакции С0 2 с СаСО з на 1 hlZ прореаrировавшеЙ С0 2
количество Са 2 + в воде увеличивается на 0,91 Al2. ПОЭТО IУ пос
ле определения в первый раз по исходны:м данным (C02) rp
нужно вычислить количество кальция, которое ока)l(ется в pac
25
творе после реакции с этим количеСТВОlVI аrрессивной yr лекис
лоты:
(Са 2 +) == (Са 2 + )исх + 0,91 (СО 2 ) ;rp.
(1.29)
Для этоrо количества кальция и всех остальных исходных
данных нужно вновь вычислить (C02) p И снова исправить
концентрацию кальция, после чеrо вновь нужно опреде,,1ИТЬ
(C02) . rl0добные операции достаточно проделать обычно не
более трех раз, ЧТО9Ы убедиться, что дальнейшие вычисления
y)l(e почти не вносят уточнения. Для практических целей ДOCTa
точно выполнить два вычисления.
С помощью определения концентрации в воде аrрессивной
уrлекислоты мо}кно производить оценку стабильности воды.
Однако более удобным для практическоrо применения являет
ся метод, предложенный Ланжелье [17 и 18]. Соrласно этому
методу на основе данных химическоrо анализа воды произво
дится вычисление величины рН, отвечаlощей равновесному co
стоянию в растворе уrлекислых соединений. Эта величина носит
название «рН paBHoBecHoro насыщения воды карбонаТО:\1 каль
ЦIIЯ» И обозначается рн;.
Величина pHs определяется по следующей формуле:
pHs == р К 2 Р ПР СаСО а 19 (Са 2 +)
19(Щ) + 2,5 V !-1 + 7,6, (1.30)
rlle (Ca2+) содержание в воде кальция в м /л;
(IЦ) общаf щелочность БОДЫ в М2 экв/л.
Формула Ланжелье в том виде, как это представлено ypaB
нением (I.Э.О), может применяться при величине рН воды не бо
лее 10 и общем солесодержании до 1000 }rf /л [поскольку при ее
выводе использован сокращенный вариант формулы Дебая
rюккеля формула (1.4)].
При более высоком солесодержании при выводе формулы
для определения pHs предпочтительно пользоваться выраже
ниеl\I (1.5) для определения коэффициентов активностIt
Формулу (1.30) символически мо}кно представить в следу
ющем виде:
pHs == fl(t) f2(Ca2+) fз(Щ) + f4(P), .
(1.31 )
r де fl(t) функция температуры воды, поскольку значения
термодинаl\tfических констант зависят от те;\Iпер а
туры;
{2(Са 2 +) функция концентрации в воде кальция;
fз(Щ) функция общей щелочности воды;
!4(P)==2,5V f.t функция общеrо солесодержания воды.
* Подробный вывод ФОР IУЛЫ дЛЯ опреде.1ения pHs см. в работе [2].
26
Пользование формулой (1.31) облеrчается ПрИ:\lенениеl\I pac
четноrо rрафика, приведенноrо на рис. 1.8. Слева на каждой
шкале откладывают числовые значения соответствующих по
казателей качества воды, справа находят значения функций
этих величин, которые подставляют в формулу (1.31).
Оценка отклонения уrлекислотной системы данной природ
ноЙ воды от paBHoBecHoro состояния производится сравнени
el\1 ИЗl\Iеренной (фактической) величины рН данноЙ воды с BЫ
ЧИС,,1енной величиной pHs. Если pH<pHs, это указывает на
превышение содержания в воде С0 2 над равновесной KOHцeHT
рацией. Такую воду можно назвать аrрессивной или коррози
онной, поскольку она способна разрушать бетон 1, растворяя
входящий в ero состав карбонат кальция, исключает возмож
ность образования на стенках стальных и чуrунных труб за
щитной карбонатной пленки и способствует растворению KOppO
зионных железистых отложений. Отсутствие защитной пленки
обусловливает контакт металла с водой, отчеrо при наличии
в природных водах растворепноrо кислорода происходит KOppO
зия металла.
Наоборот, при pH>pHs вода отличается недостатком CBO
u U
ооднои уrлекислоты по сравнению с равновеснои концентраци
ей. Такую воду называют неаrрессивной или некоррозионной,
при этом следует иметь в виду, что соотнош'ение:\1 рН и pHs
определяются отнюдь не все свойства воды в отношении KOppO
зии бетона и металлов, а лишь те, которые зависят от наличия
в воде аrрессивной уrлекислоты.
Ланжелье предложил характ ризовать условия стаБИ,,1ЬНО
сти воды с помощью индекса насыщения или, как ero иноrда
называют, индекса Ланжелье:
J == рН pHs.
(1.32)
Знак индекса насыщения определяет свойства уrлекислот
ных соединений БОДЫ следующим образом: при pH>pHs J
величина положительная, вода некоррозионна; при pH<pHs J
величина отрицательная, вода коррозионна; при рН == pHs
J == О, Бода стабильна.
Для определения показателя стабильности l\10)KHO пользо
ваться также прямым экспериментаЛЬНЫlVI методом (карбонат
ные испытания), описанным в rOCT 3313 46 [5].
Важным показателем качества природных вод, который при
ходится учитывать при мноrих процессах их обработки, является
общая щелочность воды и ее составляющие (бикарбонатная,
карбонатная, rидратная) и в более редких случаях обуслов
ленная солями друrих слабых кислот (фосфатная, силикатная,
rY 1 атная) .
1 Оценка степени аrрессивноrо воздействия ВОДЫ на бетон приведена
в СН 262 67 [10].
27
Lr)
0)....
1
]
lr')
(d) 0/ ..
:::t- . ..... о')
о) о) of or о') Q:)
I I I I I 1 I I I I I I I , 1 I
t:::) о') со ц) 1.1) =:t- "'J с'\1
...... ......
c::r
и/ а 9 d дпНIJ:JfCdЗllo:JаиО:J ddh1g0
(d)Y
....
о) t--.. t.o v) . с\4 о) со r-.. to ""'>
' 11 т ' 111, II II 11 I
I I I I I I
с::) с:> t:::) С;:) t:::)
t::> v) С) I..r) t:::) V:> t::> L.r) t::) V) t:::)
t:::) V') t::) :::.t с;:) f'r) t:::) C'I t::) ...... t:::)
(.Q '-t") C'-..I ......
У/ JJAI 9 d dпHlJ:JfCda{JoJaL/o aa'тgo
...... (:::)
с'- t---
Q:)
I
о'-) ц)
t.o to
(()'fd'
1. I I
I
t::::)
v)
t:::;)t:::)<::::;)t::::)
.. D") Q:) r--.. <.о v)
... ... .... ...
fтм I I I I
, 1 J I 1 1 I ' I
t'- Ц:) Lr) "":)
(iТl) rf
........ ... ... t::::r t::J'" t::;)'" t:::;)" t::;)'"
I I I I I I I I I
I rтr l ll ' l' II '1
" . O') t--.. со v) .:t-
... ... ...... c::f с::) с:) с:::) с:::; c::i с:::, ..
t::::)t:::;)t::::)t:::)
::t- с:-..".... t::)
С;) ... f:::J ... c:::f t:::) ...
III. Ч
е::;
1// B>lC ZIAI 11 fn qШ:JОНhоуаtп
(
(+zDJ)Zf
...
..
t'- <.о LI) """:) t:) о) со
.... t'#') .. r-rf t') J'r)" tr) с--.;
I I I I I I I I I I I I I I I I I
t:) t:) а t::J t:;) t:) t::> t:) t::::> t::) t:::)
t:::) t::::> t::) t:) f:::J с::;) t:;:) t:) с;:) t::::) t:)
t::) о t::) Q v') t:)0) со t'-- \с) CI)
v') :t- tr) ...... ......
Jf/ w 9 +1 D:J dпНDжuароз
4 ( DJ)'i
2 t::::>t::::> t::::> t::::>
t::;)
t:::) t::)
:::t-
t::) t) t:;) t:::) t:) f:::J t:::)
t;::) O') «) Lt).::i- . J
......
C'\I
t::> t::::) t::)
c\.i "")
"" ...... ... ...
I I 1 1 I I
t::::)
Lf/aw -g D:J апНDжdаеОJ
+Z
('l)1
- . - - - .
111111 lllllllr
I 11'111'IJI 1 111".'1'11 п--t"""'Тl
..
t::)
.::]о- v')
.. ....:
I I I I
1 I
с;:) с;:)
сс) v')
t::)
;::t-
t::::>
"":>
;)0 В 1- пdfiшndаuwаl
28
.......
t::::> ...
u)
::r::
о...
......
Q)
Q)
Q)
о...
t::
О
.е.
о...
00
с,)
:s::
t::)
Щелочность природных вод, имеющих величину рН <8,4,
обычно зависит от присутствия в них бикарбонатов, а иноrда и
rYMycoBbIX соединений. Щелочность воды, умяrченной натрий
катионированием, так)ке определяется наличием в ней бикар
бонатов, а иноrда и rYMycoBbIX соединений, если таковые coдep
)каиlИСЬ в исходной воде. Щелочность ;,ке воды, умяrченной из
вестью или известью и сод.ой, оБУСиl0вливается присутствие!\1 в
ней rидратов, карбонатов и rYl\laTOB, а в некоторых случаях
бикарбонатов и карбонатов. Из приведенных ПрИl'vlеров следу
ет, что щелочность воды является ва)кным техно.поrическим
показ ателеl\I.
Экспериментально IцеLl0ЧНОСТЬ определяют титрованием
""' " " "
прооы воды солянои или сернои кислотои в присутствии инди
каторов сначала фенолфталеина, ПОТОl\'1 метилоран)ка. Фе
нолфталеин при титровании дает переход окраски из розовой в
бесцветную при значениях рН ==8,2 8,4, а метилораН:lК при
зна чениях рН == 4 4,3. Если сопоставить эти свойства индикз
торов С rрафИКОI\1 (см. рис. 1.3), то l\IОЖНО установить, что пе
рехпд окраски фенолфталеина соответствует тому моменту,
!{оrда вследствие добавления кислоты при титровании пробы
воды практически исчезают в растворе ионы CO и уrлекислые
сосдинения определяются СУl\1МОЙ НСО з + С0 2 , а метилоранж
меняет окраску, коrда в воде исчезают ионы НСОЗ- и остается
только С0 2 .
При титровании с фенолфталеином протекают следующие
реакции:
а) реакция кислоты с rидрокси.пьными ионами (rидрзтной
щелочностью)
OH + H+ Н 2 О;
б) реакция кислоты с карбонатными ионами (карбонатной
ще&lТIОЧНОСТЬЮ)
CO + н+ НСО з .
Эти реакции показывают, что расход кислоты на титрова
нис с феНОиlфталеИНОl\I эквивалентен содер)канию в воде rидра
тов и половины карбонатов (поскольку последние нейтрализу
ются лишь наПОLl0ВИНУ до НСО з ).
ТаКИl\I образом,
Ф [()H ] + 0,5 [co l , (1.33)
rде Ф щелочность воды по фенолфталеину в 1l2 экв/л;
[ОН ]и[СО ] величины, выраженные в М2 ЭК8Iл.
При дальнейшем титровании в присутствии метилоранжа
протекает реакция
НСОЗ- + н+ С0 2 + Н 2 О.
29
Следовательно, общий расход кислоты от начала титрова
ния до ero окончания с :\lетилоранжем ЭКВIIва,,1ентен общеЙ
щелоччости воды
М == [oH l + [co ] + [НСО з ], (1.34)
rде М общая щелочность воды по l\IеТИ,,10ранжу, ВК"lIочая
весь расход кислоты от начала титрования (т. е. вк.пю
чается также кислота, израсходованная на титрование
с фенолфталеИНОlVl), в М2 эквl л.
Опред ление щелочности по фенолфталеину и метилоран)ку
позволяет вычислить компоненты общей щеаочности воды
(табл. 1.5), исходя. из предположения, что в растворе OДHOBpe
менно MorYT быть либо НСО-З и СО ,либо СО и ОН .Jднако
при значениях рН 8,3+8,4 в воде MorYT находиться все три
соединения, правда, COj и OH в небольших концентрациях.
ПОЭТОIНУ формулы табл. 1.5 оказываются практически ДOCTa
точно точными лишь при Ф==о, а также при 2Ф<М, если вели
чина рН<9,5.
т а б .п II Ц а 1..5
Вычисление компонентов общей щелочности воды
Соотношение Составляющие общей щелочности
между М и Ф Вода содержит бикарбонаты карбонаты
rидраты
Ф==О Бикарбонаты М О О
2Ф<М Бикарбонаты t. карбона М 2Ф 2Ф О
ты
2Ф==М Карбонаты О 2Ф О
2Ф>М Карбонаты и rидраты О 2 (М Ф) 2Ф М
Ф==М rидраты о о м
При м е ч а н и е. М общая щелочность, определяемая расходом кис
лоты на титрование с фенолфталеином и метилоранжеы; Ф щелочность
определяемая расходом килсоты при титроваНИlI с феIIо.1фта 1еlIIlОМ.
Вообще же более точным является вычисление составляю
u u
щих щелочности на основе определеннои титрованиеl\I оощеи
щелочности воды и величины рН, с учетом теl\1пературы и co
лесодержания воды.
Концентрацию rидроксильных ионов можно определить из
уравнения ионноrо произведения воды:
f OH [OH ] (Н+) == Kw.
С учеТОlVI формулы (1.4) для определения !ОН получается
формула для определения концентрации rИДРОКСIIЛЬНЫХ ионов:
OH == lOOOKw.l0PH+o,5v , (1.35)
rде OH концентрация rидроксильных ионов (rИJ.ратная ще
лочность) в JИ2 эквl л.
30
Для удобства пользования формулой (1.35) составлена HO
MorpaMMa (рис. 1.9), на которой нужно соединить пряrvlОЙ дe
.пение на шкале 1, соответствующее температуре воды, с деле
нием на шкале 5, отвечающим солесодержанию воды. Отмеча
ют точку пересечения этой прямой с немой шкалой 2 и соединя
ют эту отметку с величиной рН на шкале 4. На пересечении пря
мой со шкалой 3 находят величину rидратной щелочности воды.
OO
90
80
70
о БО 10
5
" 50 J
2 с:::.
t::) .............
C(:J 1
t:3 ц.о
o,s с')
с\"
t:]
30
t:: Схема пользо8ания 0,1 I
:х::
0,05
20
0,01
t
10
Р
1 2 J 45
О
12
11,5
<v
11
1000
900 tl.
800 \
10,5 700
БОО
:t:
soo
t::)
10 1f0О t.J
300
t.J
сь
9,Б 200
t::::)
100
9 SO
8,5
Рис. 1.9. HOMorpaMMa для определения rидратной щелочности воды
Сумма концентраций карбонатных и бикарбонатных
ионов N определяется как разность между общей щелочно
стью л1 И концентрацией rидроксильных ионов
N == CO + НСО з == М OH . (1.36)
В формуле (1.36) ВСС концентрации выражены в Jнс экв/л.
Воспользовавшись уравненчем второй ступени диссоциации
уrольной кислоты (1.16), :\IОЖНО определить отношение KOIIцeHT
раций карбонатных и бикарбонатных ионов:
[CO I К 2 t нсоз
[HCOj] (н+) f соз .
(1.37)
31
Если в формуле (1.37) выразить концентрации CO и
НСОЗ- в ./vlс экв/л, а значения коэффициентов активности чере:i
ионную силу раствора [по формуле (1.4)], то эта формула при
u
мет следующии вид:
c02 == 2К 2 . lOPH+l.5 V .
s== ::3 (1.38)
HCO
3
рН S
1000 f2 fO')
200
900 70
100 ба
800 11,5 50
50
700 30 . Ц5
11 20 40
<\J
БОа J5 с,.)
Q(:) 10 ()
ct..
500 10,5 5 ЗО
:t ....
J .()
t:s 25
2
ЧАО
10 Схема пользоlЗания «:::J
1
t::> 20
t.J
ClJ
ЗОО 0,5 t:s
9,5 15
0,3 с:
cu 0,2
J
(::) 200 0,1 t
9 10
0,05
0,03 р 5
100 8,5 0,02
0,01 12 J 4 5
50 8 0,006 О
Рис. 1.10. HOMOrpal\Il\Ia Д.1Я определения S [по фОР lуле (1.38)]
Зная величины Л1 и S, концентрации карбонатнь х и бикар
бонатных ионов мо)кно определить по слеДУЮШИ:\I фОр1\Iу.ттаl\I:
c()2 == N8
3 1 + 8
НСОЗ- == N .
1+8
В последних ФОР:\IУ.lах концентраЦИIl JV, COs И НСОЗ- BЫ
Р a)I CHbI в tс эквl л.
(1.39)
(1.40)
32
HOMorpaMMbI на рис. 1.10 и 1.11 облеrчают определение Kap
бонатной и бикарбонатной щелочности воды.
На HOMorpaMMe, приведенной на рис. 1.1 О, дЛЯ определения
величины S нужно соединить прямой деление на шкале 1, co
ответствующее солесодержанию воды, с делениеl\I на шкале 5,
а1 10 10 10 50 200
б 8 10 20
б
0,5 ц fi Ч
4 J
1 2 4 2
Q() с:о 2
з
1
2 I
I 0,6 C\J 1
C\J 2 1
J 0.4 0,8
............ 0,6 t't)
Ц I I
1""':1 0.2 C\jt-:> 0,6
5 t::;) t:;:) 1 О,Ц
Б 0,8 0.5
0,1 + I
............ а?
8 0,06 '(:;:) t-') Q б 0.4
с",) t/:)
10 О,ОЦ t.J а 1 '-..:,
:::t: 0,4
t/') """--' o,J
0,02 11 QJ 0,06
15
20 0,01 0,2 о.оц
Схема поль:зо8а НИР 0.2
30 (HC ) ) ( co} ) а02
0,1 а15
цо / ) О,О8 0.01
50 0.06
ба О,ОЧ О,!
80 S о.оз
100 S 0,02
150
200 1 2 J 4 5 0,01 0.05
Рис. 1.11. HOMorpaMMa для определения карбонатной и бикарбонатноЙ
щелочностей воды
отвечающим температуре воды, и на пересечении с немой шка
лой отметить точку, которую затем нужно соединить ПРЯlVIОЙ с
делением на шкале 2 (рН); на пересечении этой прямой со шка
лой 3 найдем ИСКОМУIО величину s.
После этоrо по HOMorp al\Il\tle, приведенной на рис. 1.11, l\10Ж
но определить величины CO и НСОЗ-8 ДЛЯ этоrо нужно соеди
нить прямой величину N на lI1кале 3, рассчитываеМУIО по фор
муле (1.36), с величиной S на шкале 1, а на пере сечении прямой
со шкалой 2 найти искомую величину НСОЗ- (бикарбонатная
щелочность воды). Если же соединить прямой величину N на
шкале 3 с той же величиной S, но на шкале 5, то на пересечении
со шкалой 4 можно прочесть искомую величину CO (карбо
натная щелочность воды). Этой операцией завершается опреде
лени е трех форм щелочности воды rидратной, карбонатной и
бикарбонатной.
3 745
33
[iри цветности природных вод более 40 срад, если требуется
точное определение отдельных форм щелочности воды, peKOMeH
дуется rУl\f3ТНУЮ щелочность учитывать отдельно. Методы опре
деления rуматной щелочности описаны в руководствах по анали
зу поды.
6. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
Обща,q )кесткость воды определяется cYl\1MapHbIl\I содержа
lIием в ней кальция и l\1аrния. Жесткость воды подразделяют на
карбонатную и некзрбонатную. Карбонатная жесткость опреде
'.ляется наличием в поде бикарбонатов кальция и маrния, HeKap
бонатная жесткость наличиеl\I солей сильных кислот кальция
и маrния.
Если содержание в воде ионов НСО з <Са 2 ++М g 2+
(в ./Vlс экв/л), то ве"lИЧIIна карбонатной жесткости равна KOHцeHT
рации НСОЗ- .
Если же содержание в воде ионов НСО з >Са 2 -+ +Mg2+, то
карбонатная жесткость равна суммарному содержанию кальция
и l'vlаrния. Избыток 11:Сoз- обусловливается наличиеы в воде
бикарбонатов натрия и калия.
При известных концентрациях Са 2 +, Mg2+ и НСО; в воде,
выраженных, как это обычно принято, в fJ;tс/л, общую жесткость
и ее составляющие можно вычислить по слеДУIОЩИМ формулам
(в ./Vl? экв/л).
Общая жесткость(
Са 2 + Mg'2+
Ж + (1.41)
о 20, 04 12 , 16
Карбонатная жесткость:
Са 2 + Mg 2 + нсоз
при 20,04 + 12, 16 > 61,02
HCO
3
Ж К === 6 1,02 ;
Са 2 + M g 2 + HCO
+ < 3
при 20,04 12,16 61,02
(1.42)
Са 2 + . Mg 2 +
Ж К === Ж О === + .
20,04 12Jб
(1.43)
Некарбонатная жесткость
ЖНR. == Жо Ж Н .
Жесткость кальциевая
( 1.44 )
Са 2 +
Ж С ==
а 20,04
(1.45)
34
eCTKOCTЬ маrниевая
Mg 2 +
Ж м g == Жо ЖСа
12,16
(1.46)
Предельно ДОПУСТИl'лая жесткость питьевой воды, подавае
мой )-!- нтраJ1изованными Бодопроводаl\tIИ, соrласно rOCT
2874 54") не должна превышать 7 .лlс экв!л. В исключитеvlЬНЫХ
случаях по соrласованию с орrанаl\'IИ rосударственноrо санитар
Horo надзора, допускается большая жесткость, но не выше
14 мс экв/л.
При использовании жестких ВОД для хозяйственных нужд по
лучается значительная потеря )кировоrо l\lыла на образование
малорастворимых кальциевых и маrниевых солей жирных кис
лот. В мяrкой воде быстрее развариваются овощи.
Мяrкая вода требуется для целоrо ряда технолоrических про \
цессов, в частности в производствах искусственных волокон,
кинопленки, синтетическоrо каучука, пластмасс, а также для
питания паровых котлов.
Воды с высокой карбонатной жесткостью дают накипные OT
ложения в трубопроводах и водонаrревателях систем rорячеrо
водоснаб)I{ения, а также в трубах и теплообменных аппаратах
систем водяноrо охлаждения, особенно систем оборотноrо BOДO
снабжения.
7. СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И МАРrАНЦА
Соединения железа. В подземных водах железо чаще Bcero
находится в истинно растворенном состоянии в виде бикарбона
та двухвалентноrо железа Fe (НСО з ) 2. Такая вода после из
лива из скважины в первое время остается бесцветной и про
зрачной, НО при стоянии в открытом сосуде постепенно мутнеет
и из нее выделяется красновато коричневый осадок rидроокиси
железа Fе(ОН)з.
В водах поверхностных источников железо может входить в
состав орrанических соединении, например водно('о rYMyca.
В подземных водах rлубоких rоризонтов, например в шахт
ных водах, двухвалентное )I{елезо может быть в виде сульфатов
или хлоридов.
При одновременном содержании в воде сероводорода и же 4
леза образуется тонкодисперсная взвесь сульфида железа FeS.
Бикарбонат закиси желе.:!а при удалении из воды растворен-
ной уrлекислоты леrко rидролизуется, а при наличии в воде
pacTBopeHHoro кислорода также окисляется с образованиеl\f rид
рата окиси железа
t
4Fe 2 + + 8НСО з + 02 + 2Н 2 О 4Fе(ОН) з + 8С0 2 .
4-
При решении вопросов обезжелезивания воды представляет
СЯ важным знать условия перехода закисноrо и окисноrо желе
3*
35
за из paCTBopeHHoro состояния в осадок с образованием COOTBeT
ственно rидрата закиси и rидрата окиси )келеза.
РапновеСIIое н аСЫЩСIIИС воды rидраТО:\I за КИСIl )КСLlсза на
ступает тоrда, коrда концентрации в растворе ионов Ре 2 + и OH'
uтвечают произведению растворимости Fe(OH)2:
f реЧ [Fe 2 +] пн [OH J2 == ПРРе(оН).'
rде ПРFе(ОН)2 произведение растворимости Fe(OH)2;
f [е 2 + И f ОН коэффициенты активности соответствующих
ионов.
Из уравнения ионноrо произведения воды следует:
Кш
( 1 .47)
f он [OH ] == fH[H+]
Подставляя значение f OH [OH ]
( 1 . 48 )
в уравнение (1.47), по
лучим:
к 2
t 2 + l Fe 2 + ] w === ПР Fe ( OH ) . .
Ре t l н+ ] 2 ·
(1.49)
Лоrарифмирование последнеrо равенства дает выражение
2lg ( f н [н+]) == 2lg Кш 19 ПРРе(ОН). +
,
+ 19 Fe 2 + --f 19 t 2 + . (1.50)
Fe
Так как рассматриваются условия paBHoBecHoro насыщения
воды rидратом закиси железа, то Ig(f н [Н+]) == pH , (rде
рН; величина рН paBHOBeCHoro насыщения воды rидратом за
киси железа).
Имея в виду, что 19 fFe 2 + == 2V , после преобразования
получим окончательную формулу для определения рН paBHO
BecHoro насыщения воды rидратом закиси железа:
рн: == р КШ + р ПР Ре(ОН). +lg Fe 2 + + 11 f1 + 2,37. (1.51)
в формуле (1.51) концентрация двухвалентноrо. железа 8
растворе выражена в Мсjл.
Значения рК w приведены в табл. 1.2, а величина рП Р Е'е(ОН).
при температуре 250 С, соrласно Латимеру [19], равна 14,75.
По фОР 1уле (1.51) можно определить величину рН воды,
при которой в растворе может быть заданное количество двух-
валентноrо железа. Чем это количество меньше, тем выше дол
жна быть r;еличина рН воды. Например, для Toro чтобы в воде
осталось не более 0,1 Аtс/Л закисноrо железа, рН воды нужно
довести до 9,2.
36
Аналоrично можно вывести формулу для определения рН
paBHoBecHoro насыщения воды rидратом окиси железа:
рн; == РКШ + р ПР Fe(OH), + 19 Fe 3 + + 1,5 V ,.... + 1,58, О.52)
rде ПРFе(он), произведение растворимости rидрата окиси
железа (при 250 С по Латимеру [19]
рП РРе( ОН)з == 37,2) .
По формуле (1.52) можно установить, что для поддержания
в растворе 0,1 ме/л трехвалентноrо железа величина рН должна
быть не более 3,5 и с увеличением концентрации Fe 3 + в ионной
форме эта величина должна снижаться.
Следовательно, во всех природных водах, имеющих значи
тельно большую величину рН, ионноrо трехвалентноrо железа
практически не содержится. Поэтому обнаруженное химическим
анализом в природной воде трехвалентное железо должно Ha
ходиться в форме коллоида или суспензии.
Соединения марrанца. Марrанец в природных водах BCTpe
чается реже, чем железо, и, как правило, в меньших KOHцeHTpa
циях.
В подземных водах марrанец чаще Bcero бывает, как и же
лезо, в виде бикарбоната двухвалентноrо марrанца Мп (НСО з ) 2.
При контакте с воздухом прежде Bcero из воды выделяется oca
док rидроокиси железа, так как железо окисляется леrче, чем
марrанец, и при более низких величинах рН; для окисления
марrанца растворенным в воде кислородом требуется рН>9.
На окисление марrанца (так же, как и железа) каталитиче
ски действует контакт с осадком высших окислов марrанца.
В шахтных водах и водах rлубоких скважин наряду с суль
фатом двухвалентноrо железа бывает и сульфат марrанца.
В поверхностных, особенно цветных, водах марrанец может co
дер)каться в виде орrанических соединений, в том числе и кол
лоидных.
Образующийся при наличии в воде марrанца осадок rидра
та окиси четырехвалентноrо марrанца Мп (ОН) 4 имеет буро чер
ную окраску. Однако чаще осадки и отложения в трубах обра
зуются в результате cOBMecTHoro осаждения соединений железа
и марrанца, поэтому в зависимости от их соотношения они MO
rYT Иl\lеть окраску от красновато коричневой до черной. Нужно
иметь в виду, что черные отложения в трубах дает также суль
фид железа, который получается при наличии в воде cepOBOДO
рода или при ero образовании в результате разложения осадка
f и восстановления сульфатов.
В Боде, подаваеl\10Й хозяйственно питьевыми централизован-
ными водопроводами, содержание железа должно быть не более
0,3 ме/л.
Некоторые производства предъявляют жесткие требования к
содержанию в воде железа и марrанца (текстильное, киноплен
37
ки, синтетических волокон, пластмасс и др.). Добавочная вода
систем оборотноrо водоснабжения не должна содержать за:\Iет
ных количеств железа, желательно не более 0,5 Нсjл, так как в
rрадирнях и брызrальных бассейнах происходит окисление ДBYX
валентноrо железа и образуется хлопьевидная взвесь rидроокиси
железа, отлаrающаяся в теплообменных аппаратах и трубах.
При наличии в воде железа и в TOl\I случае, еСv1И величина
рН воды ниже 7,5, создаются блаrоприятные условия для раз
вития железобактерий, колонии которых образуют буrРIIстые
отложения на стенках труб. Это приводит к сужению поперечно
ro сечения труб, увеличению шероховатости и в конеЧНОl\I итоrе
к уменьшению их пропускной способности.
8. СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЕВОй КИСЛОТЫ
Соединения кремниевой кислоты весьма распространены в
природных водах, которые обоrащаются этими соединенияl'tIИ при
контакте с rорными породами силикатами и алюмосиликата
ми. Обычно в подземных водах содержится больше соединений
кремниевой кислоты, чем в поверхностных.
При реакции 'кремниевой кислоты (Si0 2 анrидрид кре 'lНИ
евой кислоты) с водой MorYT получаться l'tIетакреlVIниевая кисло
та Н 2 SiО з (Si0 2 . Н 2 О), ортокремниевая кислота H 4 Si0 4 (Si0 2 .
· 2Н 2 О) И поликремниевые кислоты, например двуметакреl\lние
вая H 2 Si 2 0 s (2Si0 2 . Н 2 О). Все эти кислоты при обычных для при
родных вод значениях рН малораСТВОРИl\IЫ и образуют в воде
коллоидные растворы.
Для ортокремниевой кислоты ю. ю. Лурье [9] приводит сле
дующие константы ионизации при t==25° с : К 1 == 1,3. 10 10, К 2 ==
== 1,6 · 1 0 12 И К З == 2 · 1 0 14, которые показывают, что в диссоции
рованном состояйии kpelVII--Iиевая кислота l\10жет быть только при
величине рН>8.
етакремниевая кислота способна полимеризоваться с воз
l\10ЖНЫМ уменьшением количества связанной воды (nSi0 2 . Н 2 О).
Растворимость в воде Н 2 SiО з при t==20°C достиrает 150 Аlсjл,
а при t== 100° С 500 Мсjл.
MeTa , OpTO и полисиликаты кальция и маrния l'tlалораство
римы в воде и способны образовывать так называемые силикат
вые накипи. В природе весьма распространены алюмосилика
ты соединения кремниевых кислот с алюминием (хА1 2 О з ·
· ySi0 2 . zH 2 0). Соединения эти малорастворимы и в воде l\IorYT
находиться в виде коллоидов и суспензий.
Из Bcero изложенноrо выше следует, что в природных водах
кремниевая кислота находится в OCHOBHOl\I в виде коллоидов или
суспензий силикатов кальция и маrния, а при величине рН>8
также частично и в истинно раствореННО1\1 состоянии (НSiО з ),
если концентрации в воде ионов кальция и 1\Iаrния достаточно
1\1 алы.
38
Содержание соединений кремниевой кислоты нормируется
при использовании воды для питания паровых котлов и в HeKO
торых технолоrических процессах.
9. РАСТВОРЕННЫЕ rA3bI
Для водоподrотовки имеет значение в основном содержание
растворенных в воде уrлекислоты, кислорода и сероводорода.
В более редких случаях приходится иметь дело с необходимо-
стью очистки воды от друrих rазов, например метана.
Растворимость rаза в воде зависит от температуры и ero пар
циальноrо давления, т. е. давления, которое создавал бы данный
rаз, если бы он один находился над поверхностью воды.
Растворимость rаза определяется по формуле
С == Кр, (1.53)
rде С растворимость rаза в Мсjл;
К коэффициент пропорциональности, равный раствори-
мости rаза при данной температуре и ero парциальном
давлении 1 ат;
р парциальное давление rаза ват.
Данные о раСТВОРИl'rIОСТЯХ С0 2 , 02 и H 2 S при парциальном
давлении каждоrо из этих rазов, равном 1 ат, приведены в
табл. 1.6.
т а б л и ц а 1.6
Растворимость rазов в воде при их парциальном давлении 1 йт
(в М2 на 1 л раствора)
[аз
Температура ВОДЫ В ОС
О I 10 I 20 I 30 I 40 60 80
3371 2360 1723 1324 1055 719 552
69,8 54,3 44,3 37,2 32,9 27,8 25,1
7100 5160 3925 3090 2520 1810 1394
100
СО 2
02
H 2 S
24,2
1230
Источником насыщения природных вод кислородом является
контакт воды с воздухом, содержащим около 21 о/о кислорода.
Для TOrO чтобы на основе данных табл. 1.6 рассчитать paBHO
весную концентрацию pacTBopeHHoro в воде кислорода, нужно
учесть, что парциальное давление воздуха зависит от давления
водяноrо пара при данной теlVfпературе (табл. 1.7), и для опре-
деления парциальноrо давления воздуха нужно из общеrо дав-
ления rазов над водо'й вычесть эту величину.
Тоrда растворимость кислорода определяется по следующей
формуле:
СО! == к ( РО Рп) а,
(1.54 )
39
Таблица 1.7
Давление водяных паров в ат
Тем-
пература О 10 15 20 25 30 40 50 60 80 10
в .С
Давление 0,006 0,012 0,0168 0,0231 0,0313 0,0419 0,0728 0,1217 О, 1965 0,4675 1
водяных
паров
в йТ
о
[де COJ растворимость кислорода в воде при данной темпе
ратуре и давлении rазов над водой РО ват;
Рп давление паров воды при данной температуре ват;
а доля парциальноrо давления кислорода в общем
давлении воздуха, обычно принимаемая равной 0,21.
Данные о растворимости кислорода в воде при суммарном
давлении воздуха и паров воды, равном 1 ат (абс.), приведены
в табл. 1.8.
Т а б л и ц а 1.8
Растворимость кислорода в воде при контакте с воздухом
и суммарном давлении воздуха и паров воды 1 ат (абс.)
Температура Раствори- Температура Раствори- Температура Раствори -
в ос мость 02 В ос мость 02 В ос мость 02
В М2/ /l в М2/ /l в М2/ /l
О 14,2 25 8,1 60 4,8
5 12,4 30 7,5 70 3,9
10 10,9 35 7 80 2,9
15 9,8 40 6,6 90 1 ,7
20 8 8 50 5,6 10(' О
Воды открытых водоемов в верхних слоях обычно содер:tкат
кислород в концентрациях, близких к ero растворимости. В rлу
бинных слоях, особенно озер, [де фактор перемешивания имеет
меньшее значение, чем в реках, а также в подземных водах co
держание кислорода обычно ни}ке ero растворимости при данной
температуре и контакте с воздухом.
В открытых водоемах при распаде орrаническоrо вещества
растворенный кислород расходуется на процессы окисления;
при этом образуется уrлекислота, если этот процесс идет ДOCTa
точно r.пубоко.
В результате жизнедеятельности планктонных орrаНИЗ IОВ и
водорослей, а также вследствие фотосинтеза происходит поr.тrо
щение растворенной в воде уrлекислоты и обоrащение ВОДЫ ки
слородом. Поскольку фотосинтез зависит от интенсивности OCBe
щения воды, концентрация кислорода в открытых водоемах
обычно убывает с rлубиной. Наблюдается также различие в
концентрации pacTBopeHHoro кислорода в дневное и ночное
время.
40
Содержание в воде pacTBopeHHoro кислорода необходимо
учитывать при рассмотрении процессов коррозии металлов.
Уrлекислый rаз появляется в природных водах rлавным об-
разом в результате биохимических процессов окисления орrани-
ческих веществ как в саl\IИХ водоемах, так и в почве, при фильт-
рании через которую вода обоrащается уrлекислотой.
В rлубинных водах нередко содержится большое количество
СО 2 в результате химических реакций, связанных с изменением
состава ropHbIx пород.
Вопрос о связи молекулярно pacTBopeHHoro уrлекислоrо rаза
с содержащимися в воде бикарбонатами и карбонатами рас-
смотрен в п. 5 rлавы 1.
Сероводород содержится в некоторых подзеl\IНЫХ водах, а
иноrда и в речных, заrрязненных сточными водами.
Соединения сероводорода в природных водах в основном co
держатся в виде молекулярно pacTBopeHHoro rаза H 2 S и rидро
сульфидных ионов HS . При значениях рН> 10 в воде MorYT Ha
ходиться также сульфидные ионы S2 . Большинство rидросуль
фидов хорошо растворимо в воде; сульфиды плохо растворимы,
за исключением сульфидов натрия, калия и аммония.
Соотношение в растворе между H 2 S, HS и S2 зависит от
значений рН воды. В табл. 1.9 приведены ориентировочные зна
чения этих соотношений, вычисленные для t==25° С при значени
ях константы первой ступени диссоциации сероводорода Ki==
== 8,9 · 1 0 8 И константы второй ступени К 2 == 1,3 · 1 0 13 [9].
т а б л и ц а 1.9
Содержание в воде H 2 S, HS и S2 В зависимости от величин рН при t==25° С
(в О/о от общеrо количества этих соединений)
Соедине- Величины рН
вие 4 I 5 I 6 I 7 7,5 8 I 8,5 I 9 10
H 99,9 98,9 91 ,8 52,9 26 10,1 3,4 1 J 1 0,1
HS 0,1 1 , 1 8,2 47,1 74 89,9 96,6 98,89 99,9
S2 0,01 0,1
При м е ч а н и е. Концентрации всех соединений сероводорода выраже
ны в H 2 S.
При одновременном наличии в воде сероводорода и железа
образуется черный тонкодисперсный осадок сульфида железа.
Иноrда условия для образования сульфида железа создаются в
тупиковых участках водопроводной сети с недостаточным обме
ном воды вследствие восстановления сульфатредуцирующими
бактериями сульфатов. Сероводород придает неприятный запах
воде при концентрации более 0,5 М2jл, поэтому наличие ero в
питьевой воде неДОПУСТИl\10.
Вода, содержащая сероводород, обладает обычно повышен
ной коррозионной активностью по отношению к стальным и чу
41
rYHHbIM трубам; на стенках труб отлаrается осадок сульфида
железа, который образует с метаЛЛОl'tl коррозионные элементы,
в них металл является разрушаЮЩИl\IСЯ аНОДОlVl.
Сероводород токсичный rаз, ПОЭТОl\IУ ПОl\lещения водопро
водных сооружений, rде из воды l\lожет выделяться сероводород,
должны Иl\1еть хорошую вентиляцию.
Метан СН 4 нередко встречается в болотных водах, [де про
текают процессы rниения. В подзеrvlНЫХ водах метан встречает
ся в ледниковых отложениях и водах нефтяных пластов.
Растворимость метана в воде указана в табл. 1.10. Вес 1 л
метана при t==Oo С и давлении 760 МА! рт. СТ. равен 0,716 с.
Таб.1IIца 1.10
Растворимость метана в воде при ero парциальном давлении 1 ат [13]
Температура воды в ОС О 10 20 30 40 60 80 100
Растворимость метана 39,8 29,9 23,6 19,7 16,9 14 12,7 12,2
в М2! л
Собственно метан не вызывает заlVlетноrо ухудшения opraHo
лептических показателей качества воды. Все же ero )келательно
удалять из воды, так как самопроизвольное выделение l\leTaHa
в водопроводных сооружениях (резервуарах, очистных coopy
)кениях) может создать взрывоопасную ero концентрацию в воз
духе. Очистка воды от метана достиrается ее аэрацией.
10. орrАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ.
ЗАПАХИ И ПРИВКУСЫ ВОДЫ
Орrанические вещества, попадающие в открытые водоемы в
результате вымывания из почв, торфяников и т. п., придают воде
окраску чаще Bcero желтоrо или коричневоrо цвета. Эти веще
ства обычно объединяют под общим названиеl\1 rYl\lycoBbIX. Oco
бенно заrрязнены rУМУСОВЫl\IИ I3еществаl\IИ реки болотноrо пи
тания.
Воды открытых водоемоIЗ обоrащаIОТСЯ орrаничеСКИl\IИ Be
ществами также вследствие ОТl\lираНlIЯ и разложения развиваю
щихся в них водных орrанизмов. Распад орrаническоrо вещест
ва в водоемах происходит в результате ХИl\lических и БИОХИl\1И
ческих процессов.
Природный ryrvlYc принято условно разделять на три rруппы,
объединяющие вещества, более или менее близкие по своим фи
зическим и химическим свойстваl\l: 1) соединения rуминовых
кислот, которые в водоемах бывают в основном коллоидной CTe
пени дисперсности; 2) коллоидные соединения ФУЛЬВОКИСJIОТ;
3) истинно растворенные соединения фульвокислот.
42
ПО СВОИl'rI физико химическим свойствам эти rруппы сущест
венно различаются между собой.
rуминовые кислоты растворяются в растворах аммиака и ще
лочей, при подкислении щелочных растворов rуминовые кисло
ты образуют осадок в виде темных хлопьев. В состав молекул
rУl\IИIlОВЫХ кислот входит уrлерод (52 58 О/о), водород (3,3
4,8 О/о) и кислород (34 39 О/о). Молекулярный вес rуминовых кис
лот колеблется в пределах 1200 1400. Примерная формула ry
l'rlИНОВЫХ кислот С60Н52024 (СООН) 4. Водород карбоксильных
rрупп СООН способен замещаться катионами, образуя соли,
называемые rуматами. [уматы щелочных металлов и аммония
хорошо растворимы в воде; rYMaTbI кальция, железа и алюми
ния l\1алорастворимы. rуминовые кислоты MorYT образовывать
с rидроокисями железа и алюминия комплексные соединения,
дающие коллоидные растворы.
Фульвокислоты леrко растворяются Б Боде и щелочах. Cpeд
ниЙ элементарный состав фульвокислот 45 48 О/о уrлерода,
5,2 6 О/о водорода, 43 48 О/о кислорода. Фульвокислоты coдep
жат уrлерода lVlеньшс, а кислорода больше, чем rуминовые
КИС,,10ТЫ. Фульвокислоты образуют с натрием, калием, aMMO
ние::\I, ка,,1ьцпеl\,1 и двухвалентным железом растворимые в BO
де соли; соли аЛЮIVIИНИЯ и трехвалентноrо железа малорас
1ВОРИМЫ.
Наиболее окрашенными из соединений водноrо rYMyca явля
ются rуминовые кислоты, наименее окрашенными истинно
растворенные фульвокислоты.
I\оллоидные вещества, обусловливающие цветность воды, ча
ще Bcero имеют отрицательные электрические заряды.
В связи с тем что rруппы водноrо rYMyca отличаются по CBO
Иl\1 физико химичеСКИIVl свойствам, их относительное количест
венное содержание в воде может оказывать существенное влия
ние на ход процесса очистки воды.
В водах поверхностных источников, особенно в водохрани
лищах, весьма распространены запахи и привкусы воды биоло
rическоrо происхождения. Эти запахи и привкусы появляются
В результате жизнедеятельности и отмирания высших водных
растений, аКТИНОl\1ицетов, плесневых rрибов, бактерий, а также
MaccoBoro развития планктонных орrанизмов при так называе
MOl\f «цветении» воды. Вещества, выделяемые водорослями, co
держат альдеrиды, орrанические кислоты, эфирные масла, ами
нокислоты, фенолы и друrие соединения.
lVlакрофиты влияют на продуцирование запахов преимущест
пенно осенью. Отмирая и опускаясь на дно водоеl\1а, lVlакрофиты
служат rлавным поставщиком орrаническоrо вещества донных
отложений; это орrаническое вещество является основой для
развития актиномицетов, плесеней и rрибов. Наиболее устойчи
ВЫ11И и трудноустраНИМЫl\1И являются землистый и затхлый за
пахи, вызываемые аКТИНОl\1ицетами.
43
Причиной ухудшения орrанолептических показателеЙ БОДЫ
при «цветении» является выделение в воду продуктов жизнедея
тельности планктонных орrанизмов, а также попадание в воду
ароматических веществ в результате разрушения клеточных обо
лочек планктона после ero отмирания.
Существенную роль в увеличении содержания орrанических
веп{еств в воде открытых водоемов иrрает спуск в водоемы He
очищенных или недостаточно очищенных бытовых и производст
венных сточных вод. Именно орrанические вещества являются
rлавнейшей причиной появления запахов и привкусов БОДЫ, т. е.
ухудшения ее орrанолептических свойств. В некоторых случаях
отрицательно влияют на качество воды в открытых водоемах хи
мические вещества, применяемые в качестве удобрения и для
борьбы с сельскохозяйственными вредителями.
Удобрения повышают содержание в водоемах биоrенных
элементов и тем самым стимулируют раЗБитие водной расти
тельности, жизнедеятельность и отмирание которой ухудшает
орrанолептические свойства воды.
Ядохимикаты, применяемые для борьбы с сельскохозяйст
венными вредителями, попадая вместе с поверхностным стоком
в водоемы, нередко ухудшают санитарные показатели качества
воды и, в частности, ее орrанолептические свойства.
В связи с трудностью индивидуальноrо аналитическоrо опре
деления мноrообразных орrанических веществ, содержащихся
в природных водах, прибеrают к СУl\1lV1арной оценке их coдep
жания, например путем определения окисляемости. Результаты
определения выражают в расходе окислителя (либо в экви
валентном количестве кислорода), израсходованноrо на окис
ление в данных условиях содержащихся в воде BOCCTa
новителей.
Наиболее распространенные l\1етоды определения окисляе
мости бихроматный и перманrанатныЙ, последний является
менее достоверным, поскольку перманrанатом калия окисляется
лишь часть наиболее леrко окисляемых веществ. Обычно вели
чина бихроматной окисляемости в 2 3 раза, а иноrда и более
превышает перманrанатную окисляемость.
При определении обоих видов окисляемости происходит окис
ление не только содержащихся в воде орrапических веществ, НО
и некоторых неорrанических, наПРИl\1ер закисноrо железа, cepo
водорода, нитритов. Поэтому окисляеl\10СТЬ характеризует coдep
жание в воде орrанических веществ лишь приближенно.
Для суммарной оценки содер)кащихся в воде орrанических
заrрязнений в последнее время начинают применять метод сорб
ЦИИ из БОДЫ орrанических веществ активным уrлем и экстрак
ции с уrля этих веществ хлороформом (метод уrольно хлоро
формноrо экстракта). (
Для получения экстракта через колонку, заrруженную aK
тивным уrлем, фильтруют несколько кубометров БОДЫ и после
высушивания уrля экстраrируют сорбированные уrлем орrани
ческие заrрязнения хлороформом.
Не все орrанические вещества, которые MorYT содержаться в
природных водах, сорбируются активным уrлем. Считается, что
через колонку, заrруженную уrлем, в основном проходят при
родные орrанические компоненты воды, а задерживаются I1 в
последующем экстраrируются искусственные заrрязнения, по
падающие в водоемы со сточными водаlYlИ, нитрилы, нитро И
хлорпроизводные ароматическоrо ряда, ДДТ и друrие инсекти
циды, rербициды и т. п. Следовательно, метод уrольно хлоро
формноrо экстракта дает представление об искусствеННОТ\I за
rрязнении воды.
Соrласно стандарту США в питьевой воде количество Be
ществ, выделяемых из воды методом уrольно хлороформноrо
экстракта, не должно превышать 0,2 мzjл. В чистых поверхност
ных водах количество веществ, выделяемых данным методом,
обычно не превышает 0,025 0,05 мzjл.
Мноrие виды промышленных предприятий предъявляют Tpe
бования по оrраничению содержания в воде орrанических Be
ществ и цветности воды. К их числу относятся некоторые цехи
rекстильных фабрик, заводы синтетических волокон, радиотех
нические заводы, бумажные фабрики и др.
Повышенное содержание в воде орrанических веществ Bpeд
но отражается на работе анионитовых фильтров установок по
обессоливанию воды. Из за поrлощения анионитом анионов
орrанических кислот и краЙне трудноrо их вытеснения pereHepa
ционным раствором происходит постепенное снижение обменной
емкости анионита. Это приводит к увеличению остаточноrо соле
содержания и повышенноЙ концентрации кремниевой кислоты
в обессоленной воде.
Орrанические вещества затрудняют peareHTHoe умяrчение BO
дЫ, поскольку ряд орrанических коллоидов сорбируется на ча
стицах образующихся при peareHTHOl\1 Уl\1яrчении осадков кар'"
боната кальция и rидроокиси маrния, затрудняя их укрупнение
и осаждение. Повышенное содержание в охлал(дающеЙ воде
орrанических веществ вызывает усиление биолоrическоrо обра
стания теплообменных аппаратов. Все это приводит к необходи
мости прибеrать во мноrих случаях к применению специальных
методов очистки воды от орrанических веществ.
11. БиолоrИЧЕСКИЕ ПОКА3АТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Вода является средоЙ для развития т\lноrОЧИСJIенных форм
вирусов, бактерий, простейших и высших орrаНИЗТ\I0В. К числу
бактериальных и вирусных водных инфекций относятся дизенте
рия, брюшной тиф, паратифы, холера, туляремия, бруцеллез,
инфекционная желтуха, полиомиелит и др.
Целью санитарно бактериолоrическоrо контроля качества
45
воды должно быть обнаружение и количественное определение
болезнетворных бактерий. Однако в связи с обилием форм бо
лезнетворных бактерий, а также сложностью и длительностью
их определения прибеrают к обнаружению в воде показатель
ных микробов, наличие которых указывает на возможность по
падания в воду также болезнетворных бактерий.
Поскольку болезнетворные бактерии попадают в воду rлав
НЬПvl образом с фекальными заrрязнениями, в качестве показа
тельноrо микроба выбрана кишечная палочка, постоянно имею
щаяся в кишечнике человека и домашних животных.
Выбор именно кишечной палочки в каче тве санитарно бак
териолоrическоrо показателя фекальноrо заrрязнения воды,
а следовательно, и возможноrо наличия в ней болезнетворных
:\lикроорrанизмов обусловлен рядом соображений, из которых
наиболее важные следующие: определение и количественный
учет кишечных палочек ПрОБОДИТСЯ относительно леrко и быст
ро; количественное содержание в воде кишечных палочек пра
вильно характеризует интенсивность фекальноrо заrрязнения
воды; кишечные палочки отмирают в воде несколько медленнее
мноrих болезнетворных бактерий, следовательно, уничтожение
кишечных палочек в процессе обеззараживания воды свидетель
ствует о том, что уничтожена так)ке значительная часть болез
нетворных !\lикробов.
Количество кишечных палочек в воде выражается коли тит
ром, т. е. те:м об'ъемом воды в МЛ, В котором содержится одна
кишечная палочка, либо коли индексом количеством кишеч
ных палочек в 1 л воды.
Для пересчета коли титра K T в коли индекс К И, и Ha
оборот, с.лужат фОрlVIУЛЫ:
к-и == 1000 К-Т == 1000 .
K T К И
Соrласно rOCT" 2874 54 для питьевой воды коли титр дол
жен быть не менее 300 (или коли индекс не более 3).
Определение содержания в воде кишечных палочек исполь
зуют для контроля за процессом очистки и обеззараживанием
воды на водоочистных станциях.
Для характеристики бактериальной заrрязненности воды
С'лу)кит также определение общеrо числа содержащихся Б Боде
бактерий. В питьевой воде это число не должно превышать
1 00 в 1 JttЛ.
В открытых водоемах находится большое количество BOДO
рослей и водных животных. Некоторые из них находятся в воде
во взвешенном состоянии (фито И зоопланктон), друrие обита
IOT на дне водоемов (бентос).
В зависимости от степени заrрязнения водоеl\10В в них MorYT
развиваться различные формы водорослей и животных орrаниз
М08, т. е. каждой степени заrрязнения водоема соответствует
46
свой биоценоз. Основываясь на этом, предложена система к.лас
сификации заrрязнения водоемов по насеЛЯIОЩИМ их показатеtJ1Ь
HbIl\I орrанизмам, характеризующая раЗЛИЧНУIО степень заrряз
I:Iения водоемов (метод биолоrическоrо анаtJlиза). Наиболее за
rрязненная зона называется полисапробной, зона со среДНII:\I по
интенсивности заrрязнением а l\Iезосапробной, со слаБЫl\I за
rрязнением l\Iезосапробной, зоны чистой воды a и o lIIro
сапробными. Биолоrический анализ обычно слу)кит ,J.tJ1Я предва
рительной характеристики водоеl\IОВ, наПРИl\Iер при выборе l\IC
ста водозабора. Для более детальной характеристики водосыа
в дополнение к биолоrическому анализу производят ХИl\lические
и бактериолоrические анализы.
Питьевая вода не должна содержать планктонных орrаниз
мов, живых или мертвых. Поэтому одной из основных задач
очистных сооружений является полное задержание планктона.
Эта задача осложняется при так называеМОl\I «цветении» воды,
т. е. массовом развитии планктона. При этом вода заrрязняется
собственно плаНКТОННЫl\1И орrанизмами, продуктаl\IИ обмена Be
ществ и распада клеток этих орrанизмов.
Некоторые бактерии, а также растительные и )кивотные op
rаНIIЗМЫ обладают способностью прикрепляться к поверхности
водопроводных труб и сооружений, образовывая на них биоло
rические обрастания. Последние в виде белых нитей вызывает
нитчатая серобактерия Beggiatoacea, которая развивается в BO
де, содержащей сероводород.
При наличии в воде железа развиваются )келезобактерии,
окисляющие закисное железо в окисное с выделениеI\I осадка
rидрата окиси железа. В трубах и теплообl\Iенниках систеl\I BO
дяноrо охлаждения создаются блаrоприятные условия для раз
вития студенистых скоплений зооrлейных бактерий и нитчатых
бактерий.
Более крупные животные орrанизмы заселяют обычно BOДO
заборные соору)кения и водоеl\'IЫ. К ЭТОl\IУ виду бактерий OTHO
сятся мшанки, rидроидный полип Cordylophora, l'vIО,}1u1ЮСК .J.рейс
сена. Последняя обладает способностью прикрепляться к стеII
Kal\I труб, приводя к постепеННОl\IУ их зарастанию. ОтмираНIIе
в трубах дрейссены придает воде неприятный запах.
В водоводах l\IОрСКОЙ воды наБЛlодаются биообрастания в I3II
де черной двустворчатой ракушки мидии. 1< CTeHKal\I труб )'III
дИИ прочно прикрепляются СВОИl\I прикрепитеЛЬНЫl'vI opraHo:\I
БИССУСОl\I и вырастают до раЗl\IероI3 в несколько саНТИl\Iетро13.
В водоводах морской воды развиваются также l\10рские )К(>
луди балянусы, достиrающие длины 20 25 AlM.
Зарастание l\IОрСКИХ водоводов происходит преИl\lуществен
но вследствие попадания в них орrанизмов в личиночной CTa
дии, прикрепления личинок к cTeHKalVI водоводов и роста их за
счет питательных веществ, извлекаемых из протекающеЙ по
трубам БОДЫ.
47
12. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ,
ИСПОЛЬЗУЕМОй ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАнноrо ВОДОСНАБЖЕНИЯ
в зависимости от характера использования воды различные
потребители предъявляют разнообразные требования к ее Ka
честву и как следствие этоrо возникает необходимость приме
нять различные методы обработки воды.
В СССР качество воды ХОЗjlйственно питьевоrо назначения
реrламентируется rOCT 2874.......Jа «Вода питьевая». Всемирной
орrанизацией здравоохранения изданы «Европейские нормы Ka
чества питьевой воды» и «Международный стандарт питьевой
БОДЫ».
Помимо указанных в rOCT 2874 54 предельно допустимых
концентраций некоторых вредных веществ орrанами rосударст
BeHHoro санитарноrо надзора утверждены предельно допусти
мые концентрации еще для большоrо числа веществ, которые
MorYT попадать в водоемы с производственными сточными BO
дами. При наличии показаний на возможность попадания этих
веществ в источники водоснабжения необходимо по соrласова
нию с орrанами rосударственноrо санитарноrо надзора YCTaHO
вить систему контроля заrрязняющих веществ в воде и прове
сти мероприятия по прекращению их поступления в водоем. При
отсутствии возможности исключить заrрязнение источника BOДO
снабжения должны быть предусмотрены надежные методы
очистки питьевой воды от вредных веществ.
К воде, используемой для производственных нужд промыш
ленных предприятий, предъявляются требования, которые
в каждом конкретном случае формулируются специалистами
технолоrами данноrо вида производства. Эти требования часто
меняются даже для действующих предприятий в связи с измене
нием и совершенствованием технолоrических процессов, поэто
му нет смысла перечислять эти требования даже для наиболее
распространенных видов производств.
ЛИТЕРАТУРА
1. А п е п ь Ц и н и. Э., С о р о к и н М. Е. Определение форм уrлеКИСЛОТbl
в IlРИРОДНЫХ водах. «Водоснабжение и санитарная техника», 1967, .NQ 6.
2. внии водrЕО (К л я ч к о В. А., А п е л ь ц и н и. Э.). Подrотовка
БОДЫ для промышленноrо и rородскоrо водоснабжения. rосстройиздат, 1962.
3, rOCT 2761 57 «Источники централизованноrо хозяйственно питьевоrо
водоснабiкеНIrЯ. IlраВИ lа выбора и оценки качества».
4. rOCT 287 4 54 «Вода питьевая».
5. rOCT 3313 46 «Вода хозяйственно питьевоrо и ПРОМЫШ.1енноrо BOДO
снабжения. Методы теХНО.тIоrическоrо анализа. Определение стабильности
БО,.1Ы».
б. rOCT 3351 46 «Вода хозяйственно питьевая. Методы определения
физических свойств».
48
7. [ОСТ 4979 49 «Вода хозяйственно питьевоrо и ПРОМЫillленноrо BOДO
снабжения. Методы химическоrо анализа. Отбор, хранение и транспортиро
Fание проб».
8. rOCT 5215 50 «Вода хозяйственно питьевоrо и промышленноrо BOДO
снабжения. Методы санитарно баКТСРНО:lоrическоrо анализа. Отбор, хранение
и транспортирование проб».
9. Л У р ь е Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. «Химия», 196.5.
10. Указания по проектированию антикоррозионной защиты строительных
конструкций (СН 262 67). Стройиздат, 1968.
11. Ч е р к и н с к и й С. Н., т р а х м а н Н. Н. К вопросу фторирования
питьевой воды. «rиrиена И санитария», 1958, NQ 1.
12. Ш е в ч е н к о М. А. Орrанические веlцества в природной воде и MeTO
ДЫ их удаления. «Наукова думка», 1966.
13. С а т р Т. R. Water and its impurities. Reinhold РиЫ. Corp., 1963.
14. Н а т е r Р., J а с k s о n J., Т h u r s t о n Е. F. Industrial water treat-
ment pr actice. Ви tterworths, 1961.
15. Н а r n е d Н. 5., 5 с h о 1 е s S. R. The ionization constant of НСОЗ-
from О to 500 С. Journ. Amer. Chem. Soc., 1941, 63, 1706.
16. Н а r n е d Н. 5., D а v i е s R. The ionization constant of carbonic acid
in water and the soIubility of carbon dioxide in water and aqueous salt solu
tions from О to 500 С. Journ. Amer. Chem. 50С., 1943, 65, 2030.
17. L а n g е 1 i е r W.F. The analytical controI of anticorrosion \vater treat
п!епt. JA WW А, 1936, 28, 1500.
18. L а r s о n Т. Е., В u s w е 1 1 А. М. Calcium carbonate saturation index
and alkaIinity interpretations. JA WWA, 1942,34, Ng 11.
19. L а t i m е r W. М. The oxidation states of the elements and their ро-
tentials in aqueous soIutions (2nd ed.). Prentice HaIl, 1952.
20. Saline water conversion report 1963. И. 5. States Department of the
Interior, Office of Sa1ine Water.
21. Standard methods for the examination of water and wastewater (12 ed.).
Amer. РиЬНс Health Assoc., 1965.
4 7 45
rЛАВА 1/
PEAfEHTHOE хозЯйство
1. PEArEHTbI, ПРИМЕНЯЕМЫЕ в водоподrОТОВКЕ
Ниже приводятся в алфавитном порядке краткие характери
стики peareHToB, при меняемых в водоподrотовке. Данные о paCT
воримости этих peareHToB в воде при различных температурах
приведены в табл. 11.1.
i Алю.м,иний сернокислый (rлинозем сернокислыЙ) A1 2 (504) 3.
· 18Н 2 О приrотовляется растворением в серной кислоте окиси
или rидроокиси алюминия, бокситов, к iолинов или дрyrих rл ин.
Применяется в качестве" коаrулянта. Величина pr11 О/О Horo
раствора сернокислоrо алюминия около 3,4.
J... r линозем сернокислый марки ЕМ (rOCT 5155 49), так Ha
зываемый неочищенный ссрнокiiслЫй rлинозем ноздреватые
куски сер(jr Ц1reТ а, сод ержащие не менее 35,5 о/о AI 2 (504) 3
(9 О/О А1 2 О з ), не более 2 о/о свободной Н 2 50 4 , не более 0,5 о/о желе
за в пересчете на Fе 2 Оз, не более 0,003 о/о мышьяка в пересчете
на Аs 2 О з и не более 23 О/О нерастворимых в воде веществ. пOCTaB
ляется навалом; насыпной вес равен 1, 1 1,4 пI/ ./J'l3. ' """""""h ' "
З. r л инuзе м сернокислый технический очищенныЙ
(rOCT 12966 67) плиты с перламутровым ИЗЛОМОl\I. При BOДO
подrОТОI3ке применяется сорт В, содеР)I{ащий не менее 40,3 О/О
A1 2 (504) 3 (не l\1eHee 13,5 о/о А1 2 О з ), не более 0,10/0 свободной
Н 2 50 4 , не более 1,5 о/о железа в пересчете на Fе20з, не более
0,0030/0 мышьяка в пересчете на Аs 2 О з и не более 1 О/О HepaCTBO
римых в воде примесей. Поставляется нав алом или в 45
500/0 Horo уаство ра [по A1 2 (504) 3. 18Н2 т емпература замерза
I'II1якоrороrо 1 2° с.
у АЛ1{)Лlинат натрия NaAI0 2 приrотовляется растворением rид
роокиси И"lИ окиси аЛIОl\IИIIИЯ в растворе едкоrо натра. Этот
коаrулянт представляет собой твердые куски беtll0rо цвета с
перлаМУТРОI3Ыl\1 блеСКОl\1 в изломе. АЛЮl\IIIнат натрия ПрИI\IеНЯIОТ
также в виде раствора, содержащеrо до 32 о/о ..Д.l20з. СухоЙ TO
варный продукт содержит 55n;o j\120з, 350/0 Na 2 0 и ДО 50/0 CBO
бодной щелочи NaOH. Алюминат натрия хорошо растворим в
воде (370/0 при t==20°C). Насыпной вес равен 1,2 1,8 Т/М 3 .
50
Таблица 11,1
Растворимость peareHTOB, применяемых при обработке воды
Реаrеит
,у ернокислый алюми
нии в пересчете на
А1 2 (SО4)З . .
? То же, в пересчете на
12(SО4)з.18Н20 .
. 'з," Железный купорос
'FeS04 .
(' Х.10рное железо FеСl з
( ' Известь в пересчете на
СаО . . . . . . . .
{с1 То же, на Са (ОН) 2 .
\....., Сода кальцинирован
lIая N а 2 СО з
"'J.... Едкий натр NaOH
! Соль поваренная NaCI
'v Купорос медный CUS04
/, Ма рrанцевокислый ка
лий КМпО4
!-е Кремнефтористый HaT
рий Na2SiFB . . . . .
(> Фтористый натрий NaF
, . Хлор С1 2 (при парци
альном давлении Р ==
== 760 мм рТ. СТ.)
( Аммиак NН з (при р==
==760 мм рт. ст.)
J" Сернистый rаз S02
(при Р==760 мм рт, ст.)
Сульфат аммония
(NH 4 ) 2 S0 4.. ..
, rексаметафосфат HaT
рия (N аРО з ) в
Алюминат натрия
,:1 N aAI0 2 . .
...J
Растворимость peareHTOB в ка на 1 м 1 воды при температу"
ре в ос
о 1 О I 20 I
I
312 335 364
608 650 703
l5.6...... 205 265
744 818 919
1 , 43 1 ,33 1 , 23
1,85 1,76 1,65
70 125 215
420 515 1090
357 358 360
143 174 207
28,3 44 64
4,3 5,5 7,3
35 , 3 38 , 5 41 , 7
14,6 9,8 7,16
875 679 526
228 162 112 ,9
754
973
370
40
457
890
402
1120
1 ,04
1 ,41
485
1290
366
285
126
10,3
44
4,51
54,1
60 I
592
1148
495
0,86
1 , 16
464
1740
373
400
222
46,8
3,24
307
80
731
1420
5250
0,67
0,94
458
384
550
300
18,6
48,9
2,19
1744
100
890
1725
5370
0,49
0,77
455
3470
398
754
410
24
50
о
1033
АЛ/ОАlUНUЯ оксuлхлорuд [A1 2 (ОН) sCl]. 6Н 2 О приrотовляется
растворением свежеосажденной rидроокиси алюминия в O,5
1 О/о HЫX растворах соляной кислоты. Он представляет собой
зеленоватые кристаллы с содержанием 40 44 О/о А1 2 О з и 20
21 О/о NaCl. Выпускается в виде 350/0 Horo раствора.
в AAtMUaK жидкий NН з (rOCT 6221 62) сжиженный под
давлением бесцветный rаз с резким запахом. Точка плавления
77,70 С, точка кипения 33,40 С, скрытая теплота парообразо
вания 330 h"! аЛ/К2. 1 сорт аI\ll\lиака должен содержать не l\fe
нее 99,8 О/о NН з , 11 сорт не l\leHee 99 О/о NН з и не более 1 О/о воды.
С)l{ижение аМl\lиака происходит при давлении 6 Kr/CM 2 и темпе
4*
61
ратуре 10°С, при давлении 11,5 KF/CM 2 и температуре 30°С. При
меняется для аммонизации воды, а также для реrенерации ани
онитовых фильтров в виде водноrо раствора. Поставляется в
стальных баллонах или в цистернах; вес аммиака на 1 л еl\1КОСТИ
баллона 0,54 Кс.
Q.... AhthlOHUU сернокислый или сульфат аАtАtОНUЯ
(rOCT 10873 64) бесцветный кристаллический порошок, co
держащий не менее 25 О/о NH3. Наибольшие количества ПРИlYlесей
в виде нерастворимых в воде веществ допускаются в пределах
от 0,005 до 0,01 О/о. Растворимость в воде: 754 с/Л при 20° С и
1033 с/Л при 100° С. Применяется для аммонизации воды при ее
обеззараживании и для снижения щелочности и солесодерх{ания
котловой воды при аммоний натрий"катионировании.
$ Fексаметафосфат натрия технический (N аРО з ) 6
(МРТУ 6..08..5..64, ТУ 14/07..69..64) стекловидная масса в виде
бесцветных или светло..зеленых кусков. Содержание в нем мета..
фосфатов эквивалентно 50 520/0 Р 2 О Б или 72 740/0 (NaP0 3 )6.
Применяется для предотвращения осаждения карбоната каль..
ция и осадка rидроокиси железа в водопроводных системах, для
растворения карбонатных и железистых отложений, а также для
борьбы с коррозией труб.
Я Fuпохлорит -натрия NaCI0 2 (rOCT 11086 64) содержит
185 с/Л активноrо хлора. Может быть получен электролизом
растворов поваренной соли на водоочистных станциях. Применя..
ется для обеззараживания воды, поставляется в виде сиропо..
образноrо раствора в специальных цистернах.
/0 Fипохлорит кальция Са(СI0 2 )2 содержит от 30 до 450/0 ак..
I тивноrо хлора. Применяется для обеззараживания воды.
1/ Железный купорос (сульфат закиси железа) FeS04. 7Н 2 О
(rOCT 6981 54) получают в виде отхода при травлении черных
металлов серной кислотой. Представляет собой светло..зеленые
кристаллы, поверхность которых вследствие постепенноrо окис..
ления покрывается желтым налетом. Применяется в качестве
коаrулянта.
Технический железный купорос, выпускается двух марок А и
Б, содержащих соответственно не менее 53 и 470/0 FeS04, не
более 0,25 и 1 О/о свободной H 2 S0 4 и не более 0,4 и 1 О/о HepaCTBO
римоrо осадка. Поставляется в деревянных бочках весом ДО
120 К2 или в деревянных ящиках весом до 80 К2; насыпноЙ вес
1 ,5 т / А! 3.
/ L Железо окисное сернокислое Fe2 (S04) 3 · 7Н 2 О (ВТУ УХКП
52..60) приrотовляется в смеси с хлорным железом, хлорирова..
нием раствора )келезноrо купороса непосредственно на фильтро..
вальноЙ станции или окислитеЛЬНЫl\1 об)l(иrОl\l железноrо купо"
роса на заводе. Поставляется в бумажных мешках; насыпной
вес 1,5 T/.lvt 3 .
( /3 Железо хлорное FеСl з (rOCT 11159 65) применяется в ка..
честве коаrулянта. Содержит в TOBa_ OM продукте Не teHee
,..... .... ................. ... ...................
980/0 FеСl з . Поставляется в железных барабанах с rерметически
ми крышками; насыпной вес 1,5 Т/М 3 .
}/У Известь строительная воздушная кальциевая (rOCT 9179
59), приrотовляеl\lая обжиrом известняка, должна удовлетво
рять требованиям табл. 11.2. Применяется для подщелачивания
и декарбонизации воды. Поставляется навалом; насыпной вес
около 1 Т/М 3 .
Таблица 11.2
Технические показатели строительной извести кальциевой
Наименование
Содержание
СаО в %
Выход извеСТКОDоrо
теста в ка на 1 ка
извести (не менее)
Содер жание непоrа-
сив ш ихся зерен в %
(не БО.lее)
Из BeCTЬ КlIпелка Her а-
шеная комовая:
1 сорт 85 2,4 7
11 » 70 2 10
111 » 60 1 , 6 12
Известь неrашеная MO
латая:
1 сорт 85
11 > 70
111 » 60
Известь пушонка:
1 сорт 67
11 :. 60
Известковое тесто:
1 сорт 67
11 ::1) 60
111 » 50
(,. Известь хлорная (rOCT 1692 58) поршкообразный про
дукт белоrо цвета с резким запахом хлора, не стойка при xpaHe
нии. Содержит не менее 32 35 О/о активноrо хлор а и не более
10% влаrи. При меняется для обеззараживания воды. Поставля
ется в деревянных бочках объемом 50 275 л или в фанерных
барабанах емкостыо 50 и 100 л; насыпной вес 1,2 Т/М 3 .
i'- Кислота серная техническая H 2 S0 4 (rOCT 2184 67) бес
цветная маслянистая жидкость. Содержит 75 92,5 О/о H 2 S0 4 и
не более 0,150/0 нерастворимых в воде веществ. При меняется для
реrенерации катионитовых фильтров и подкисления воды. По-
ставляется в стальных цистернах или стеклянных бутылях в
корзинах или в обрешетке. Серная кислота смешивается с водой
в любых соотношениях. Растворение серной кислоты в воде про
исходит с большим тепловыделением, поэтому при приrотов.пе-
нии раствора серной кислоты ее вливают в воду тонкой струй-
кой, непрерывно перемешивая (неДОПУСТИ:\IО вливать воду в cep
ную кислоту).
,. Кислота соляная техническая НСl (rOCT 1382 42) проз
рачная жидкость желтоватоrо цвета, не имеющая осадка и Me
ханических примесей. 1 сорт содержит не l\leHee 27,5 О/о HCl II не
более 0,4010 .H 2 S0 4 (в пересчете на SОз), 0,03010 Fe и 0,01 % As.
11 сорт содержит также не менее 27,5010 HCl, не более 0,6010
I 2S04 (в пересчете на SОз); содержание Fe и As не НОРl\lируется.
Применяется для реrенерации катионитовых фильтров и под
кисления воды. Поставляется в стеклянных бутылях в деревян
ной обрешетке или в rуммированных цистернах.
I р Кислота фтористоводородная (фтористый водород) HF
(rOCT 2567 54), содержащая 99,4010 Hf', lVlаСЛЯIIистая жид
кость, ядовитая. Применяется для фторирования воды. Постав
ляется в парафиновых или полиэтиленовых бутылях.
( Купорос Jl1,едный (rOCT 2142 67) кристаллы синеrо цвета.
1 сорт содер)кит не l\1eHee 98 010 CUS04. 5Н 2 О; II сорт не менее
94 010 CUS04' Содержание нерастворимоrо в воде остатка не
более 0,1010. Применяется для борьбы с цветением водоемов и
биолоrическими обрастаниями охладителей, трубопроводов и
аппаратуры. Поставляется в деревянных или фанерных ящиках
емкостью 5, 1 О и 20 л.
t- М а21-lезит каустический MgO (rOCT 1216 41) порошок I
ceporo цвета, содержащий 87 010 MgO (1 сорт), 1 ,8 4,5 010 СаО и
1 ,8 4 010 Si0 2 . Применяется для обескремнивания воды. По
ставляется навалом.
:.ll Натр едкий технический (сода каустическая) NaOH
(rOCT 2263 59) белая непрозрачная rиrроскопическая Mac
са, расплывающаяся на воздухе. При водоподrотовке использу
IОТСЯ марки А и Б с содержанием не менее 92 950/0 NaOH и не
более 3 2,5010 Nа2СОЗ, 1,5 3,75010 NaCl и 0,2010 железа (в пе
ресчете на Fе20з). Применяется для умяrчения и подщелачива
ния воды, для реrенерации сильноосновноrо анионита. Постав
ляется в барабанах из кровельной стали емкостью 50 170 л;
насыпной вес 1,5 тIм з .
12 Натрий кремнефтористый технический Na 2 S i F B (rOCT 87
66) мелкий кристаллический порошок белоrо цвета, иноrда
с серым или желтоватым оттенком, ядовит. Высший, 1 и II сорта
содержат соответственно не менее 98, 95 и 93010 Na2SiFB, не более
0,1 0,I5010 свободной кислоты в пересчете на HCl. Применяется
д я фторирования воды. Поставляется в фанерных барабанах
емкостью до 50 л, выложенных внутри мешочной бумаrой; Ha
с ы п н о й в е с 1,5 т 1 Jvt 3 .
13 Натрий фтористый технический NaF (rOCT 2871 67) по
рошок бе.поrо или светло сероrо цвета, ядовит. Высший, 1 и 11
сорта содер)кат N аР СООТIЗетстпенно не l\IeHee 94, 84 и 80 010, влаrи
не более 1, 3 и 4 010 и нерастворимых в воде веществ не более
1 О 010 (для 1 сорта). Применяется для фторирования воды. По
став.пяется в барабанах из кровельной стали, выложенных BHYT
ри бумаrой; насыпной вес 1,5 тIJlt З .
l У Окись аЛl0АtИНИЯ активированная rранулированная А1 2 О з
(rOCT 8136 56) имеет rранулы размером 1 5 МА! белоrо ЦBe
та. ПРИl\lеняется Д,,1Я очистки воды от фтора.
54
/ 2i--- Полиакриламид технический, АМФ сополимер амида и co
лей акриловой кислоты (СТУ 12 02 21 64 и ТУ 7 04 Ol 66). Выпу
скается в виде в язкоr о водноrо rеля с СО .llf ржанием 7 100/0 ПАА.
Применяется в качествeq2ЛQ к:уля нта при очистке воды. Постав
ляется в б,очках весо м 100 150 К2 или В полиэтиленовых l\lеш
............... ...... .......... .......
ках, упакованных в ящики.
:16 Сернистый аН2идрид, rаз S02 (rOCT 2918 45) желтова
тый rаз с реЗКИlVl запаХОlVl, ядовит, предельно допустимая KOH
центрация в воздухе 0,01 .;И2/Л. Применяется для удаления из
воды кислорода и дехлорирования воды. Поставляется в балло
" нах типа r, окрашенных в черный цвет.
4 Сода кальцинированная Nа 2 СО з (rOCT 5100 64) мелкий
rиrроскопичный порошок белоrо цвета, содержащий не менее
950/0 Nа 2 СО з и не более 1 о/о NaCl. Хорошо растворяется в rоря
чей воде, медленно в холодной. Применяется для Уl\Iяrчения и
подщелачивания воды, для реrенерации слабоосновных аниони
тов. Поставляется в бумажных мешках весом 50 К2.
Соль поваренная пищевая NaCl (rOCT 13830 68) содержит
в 1 сорте 97,50/0 NaCl, 0,60/0 Са; 0,1 о/о Mg, 0,50/0 нерастворимых
веществ, во 11 сорте соответственно 96,5; 0,8; 0,25 и 1 о/о. Приме
няется для реrенерации N а катионитовых фильтров. Поставля
ется навалом; насыпной вес] Т/А!.
! Сульфит натрия технический кристаллический Nа2S0з.
· 7 Н 2 О (rOCT 903 66) белый кристаллический порошок. To
варный продукт содержит не менее 440/0 Nа2S0з, не более 0,40/0
Nа 2 СО з . 10 Н 2 О И не более 0,080/0 железа. Хранить сульфит HaT
рия следует в сухом помещении при температуре не выше 300 С.
Применяется для дехлорирования воды и ее обескислорожива
ния. Поставляется в бочках; насыпной вес 1 , 2 Т / АtЗ.
,2 9"- Стекло жидкое силикат натрия технический Nа 2 S i Оз
(I'OCT 13078 67) водный раствор силикат rлыбы (rOCT
13079 67) . ПРИl\Iеняется для I112- И.I.Q! овлепия активированной
кремниевой кислоты (ф локу лянт). ПостаВ Л}1 1 (Я В дере5ЯНН ЫХ
ь очках.
30 У2ЛИ активные 2ранулированные: а) марки БАУ
(rOCT 6217 52) продукт обработки ВОДЯНЫl\'I парОl\1 березо
Boro или буковоrо уrля; зернение: 3,5 5 М.М не более 2,50/0, 1
3.5 лtАl 96,5 О/о, менее 1 Mht не более 8 о/о; б) l\lapKII .Л.r H
пр одукт актив ации ка l\ленноуrольноrо полукокса ; в) Ia рки
..;.r 5 rазовый lVlелкиЙ. Применяются' для сорбции из воды
орrанических веществ. Поставляются в БУl\1а)кных трехслоЙных
:\1ешках или в фанерных ящиках; насыпной вес около
o,2 T/.At 3 .
.:7 ( У20ЛЬ активный поршкообраЗНblЙ l\IОЛОТЫЙ I\Iарки
щелочной (rOCT 4453 48), l\lарки мд. Применяется для yдa
vlения нз воды веществ, обусловливающих привкусы и запа
хи воды. Поставляется в бумажных мешкClХ; насыпной вес
около 0,3 т/м З .
55
3)., Хлор жидкий C1 2 (rOCT 6718 68) маслянистая жидкость
бледноrо оран)кево желтоrо цвета, содержащая не менее 99,50/0
Cl 2 и не более 0,06 О/О воды. Хлор сильно ядовит, ero содержание
в воздухе рабочих помещений не должно превышать 0,001 М /Л.
Применяется для обеззараживания воды. Поставляется в спе
циальных железнодорожных цистернах, бочках емкостью 1000 Кс
или В баллонах, окрашенных в защитный цвет и имеющих по
перечную полосу зеленоrо цвета шириной 32 мм.
2. УСТРОйСТВА ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ КОАrУлянтов
Коаrулянты вводятся в обрабатываемую воду в виде cyxoro
порошка или rранул, или в виде растворов и суспензий.
Для дозирования в сух ом виде приr одны только специально
приrотовленные rранулиjjованные или порошкообразные коаУ y
лянты. В СССР такие коаrулянты выпускаются в оrраниченном
количестве, поэтому сухое дозирование коаrулянтов применяет
ся редко.
Чаще коаrулянты дозируют в воду в виде растворов KOH
центрацией от 1 до 1 О О/о. Повышение концентрации раствора
уменьшает точность дозирования.
Ра створение коа rулянтов в воде ОСУLЦествляется в paCTBOp
Hbtrl5aKax, которы еслу жат также для осаждения из раствора
нерастворимых примесей, если они содержатся в коаrулянте.
Обычно раствор коаrулянта перепускается или перекачивается
в расходные баки, а оттуда дозируется в обрабатываемую воду
с ПО!vIОЩЬЮ дозаторов различных конструкций.
Иноrда на станциях небольшой производительности paCTBOp
ный бак служит также и расходным баком, и раствор коаrулян
та поступает в дозатор непосредственно из pacTBopHoro бака.
В отдельных случаях дозировочные устройства MorYT COBMe
щаться с растворным баком.
В настоящее время широко применяется так называемое MOK
рое хранение коаrулянта (в виде концентрированноrо раствора),
которое может осуществляться в двух вариантах.
По первому варианту поступающий на станцию коаrулянт
разrру)кается в растворные баки, rде при барботировании воз
духом (4 5 л/м 2 .сек) растворяется в холодной или подоrретой
воде. Раствор коаrулянта перекачивается в запасные резервуа
ры, а растворные баки используются для растворения следую
щих порций коаrулянта.
По второму варианту коаrулянт разrружается в растворные
баки, которые затем служат для хранения ero насыщенноrо
раствора вместе с нерастворившейся частью коаrулянта. Hacы
щенный раствор коаrулянта отбирается из растворных в pac
ходные баки, растворные же баки дополняются водой и барбо
тируются вновь сжатым воздухом. Схема баков для MOKporo
хранения коаrулянта показана на рис. 11.1.
56
Скорость растворения KYCKoBoro очищенноrо коаrулянта в
воде при температуре 30 С и барботаже воздухом с интенсивно
стью 4 л/м 2 . сек иллюстрируется rрафиком, приведенным на
Поперечный разре;з
' 2
4
З
I
с)
<:::>
'<>
i
I
1
5
чООО
.
I
а
с)
lr)
...:]-
I ·
9000
План
n
1
I I
I I
1..J
т- т I r 11 r T-=f
I I I I I I I I I
I I I I I I I 1:
I I I I I I I 1 I I : I
I I I I I I I I I I I I
I I + ! L L l..J 1
IT I II rT l r I
I I I I I I I I I I I I
I I I I I I I I I I 1:
I I I I I I I I I I I I
I I n 1 I I I
I L.....lu.L I .....J L.l
:п. "'::J :!
с)
с:::::>
Q:::)
v
!
1
4 k) 2
t:::::)
с:::,
с::::>
'l"
Рис. 11.1. Схема баков для l\10KpOrO хранения коаrулянта
1 кусковой rлинозем; 2 подвод поды; 3 подвод сжатоrо воздуха; 4 ПОДВОД
пара; 5 ПОДВОД ВОДЫ для смыва осадка; 6 канализация; 7 насос для перекачки
раствора в расходные баки
рис. 11.2. Как видно из этоrо rрафика [4], за 4 tt барботажа yдa
ется получить 40 50 О/о ный раствор коаrулянта в пересчете на
очищенный технический rлинозем или 20 23 О/о ныЙ раствор в
пересчете на A1 2 (S04) 3.
.57
Баки и резервуары для MOKporo хранения коаrулянта и ero
растворов MorYT располаrаться вне здания и в здании. При pac
положении баков вне здания они должны утепляться во избе
50
С::: I
& '+0
:r:
E
::r
зо
C;) I
:t: I
::::t
t:j<::;)C\.:
Q..
20
Cl>:::::'(;:)
::t:X:
:X: (.)
аЦ):::з
E:
-т
I
1
10 О
1 2 3
80емя от начала /Jаст80ренuя 8 t.J
I
I
T : I
I I
I -- l
I I
I
5
I
i
I
I
4
Рис. 11.2. rрафик изменения концентрации раствора при paCTBO
рении очищенноrо сернокислоrо r линозема нри ero растворении
с барботированием воздухом с интенсивностью 4 5 л/м 2 .сек
)кание замерзания растворов коаrулянта. Данные о температуре
заl\Iерзания этих растворов приведены в табл. 11.3. .
Таблица 11.3
Температура замерзания раствора сернокислоrо алюминия
Концентрация paCTBO
ра в О/о в пересчете на:
А1 2 (SО4)З . 15 7 17 , 1 18,2 19,5 20,75 21 , 1
очищенный Koary
лянт 30 '33 35 37 40 45
Температура замерза 10 11 12
ния в ос 5 8 9
Растворы коаrулянта вызывают интенсивную коррозию бето '
на и стали, поэтому стенки растворных баков и запасных резер
вуаров неоБХОДИlYlО надежно защищать от воздействия этих
растворов. I(aK показал опыт, битумная изоляция оказалась Ma
tJ10эффективной. Более эффективна оклейка стенок бака поли
IIзобутилепом, осуществляемая слеДУЮЩИI\1 образом [4]. .
Железобетонную стенку rрунтуют клеем 88 H. На высохшую
поверхность наклеивают тем же клеем ли ты полиизобутилена
ТОtllЩИНОЙ 1,5 AtAt, швы проrревают струей rорячеrо воздуха и
прокатывают роликом. Поверх внахлестку наклеивают второй
слой полиизобутилена, на который наносят rpYHToBKY, а по ней
58
силикаТНУIО шпаклевку. Затем производят футеровку кислото
стойким кирпичом на андезитово силикатпом растворе с KpeM
нефтористым натрием.
В растворных баках на расстоянии 0,5 м над ДНО:\I устраи
вается колосниковая решетка из досок, у.по)кенных на ребро, с
прозорами 12 15 -,НА!. Под pe
шеткой располаrаются дырча-
TЫ трубы для подачи сжатоrо
воздуха. Трубы эти изrотовля
ются из полиэтилена или из
винипласта, вместо труб l\tIОЖ
но использовать резиновые
шланrи. Распределительную
систему рассчитывают на по
дачу 5 л/сек сжатоrо воздуха
Рис. 11.3. Схема paCTBopHoro бака
с устройством ДЛЯ барботажа с:ж:а
тым воздухом
1 ПОДВОД сжатоrо воздуха; 2 колосни-
ковая решетка; 3 и 4 соответственно
верхняя и нижняя распределительные си
стемы для воздуха; 5 отвод раствора;
G выпуск осадка; 7 подвод воды
Рис. 11.4. Схема бака с лопастноЙ
мешалкой для растворения зерни
стых peareHToB
на 1 м 2 площади колосниковой реш тки_ В стенках труб преду
СlYlатриваются направленные вниз отверстия диаметром 3 4 МАЕ.
Скорость выхода воздуха из отверстий должна быть в пределах
20 25 .м/сек.
Дно pacTBopHoro бака устраивается пираl\fидаЛЬНЫI\I, в Bep
шине пирамиды располаrается патрубок диаметром не I\IeHee
100 .м.лt для выпуска осадка. BOKpyr выпускноrо патрубка распо
лаrается кольцо из дырчатых труб для барботажа ВОЗДУХОl\I
осадка, скапливающеrося под колосниковой решеткой и coдep
жащеrо значительное количество нерастворившеrося Koary
лянта.
Схема pacTBopHoro бака с барботажем воздухом приведена
на рис. 11.3.
39
Вместо барботирования раствора сжатым воздухом для ин
тенсификации процесса растворения коаrулянта можно приме
нять п ремешивание раствора л пастной или п оп рно й Me
шалкои. - .
Баки с лопастными мешалками (рис. 11.4) MorYT использо
ваться для растворения peareHToB с размером кусков не более
I 20 .ММ (например, кристалли
I ПРJ оа от ческий железный купорос, по
ц a6UZ(]!l) б
рошкоо разный сернокислыЙ
алюминий) .
Баки с пропеллерными Me
шалками (рис. 11.5) MorYT при
меняться для растворения как
кусковых peareHToB, так и
порошкообразных. Коаrулянт
заrружают на колосниковую
решетку, затем бак заполняют
водой и включают пропеллер
ИУIО мешалку. Пропеллер заса
сывает воду сверху и направ
ляет ее вниз под колосниковую
решетку. Вода подчимается че
рез щели между колосниками
и омывает куски коаrулянта,
ускоряя их растворение.
На небольших станциях для
растворения коаrулянтов и Ta
ких peareHToB, как сода, едкий
натр, фтористый натрий и т. п.,
MorYT использоваться стальные
и чуrунные эмалированные ба
ки с мешалками, применяемые
в химической промышленности,
например вертикальные аппа
раты с мешалками BM 250,
BM 500, BM lOOO и BM 2000
объемом 250 2000 Л, выпускаемые заводом «Ленхимпищекомби
нат» (мощность двиrателя мешалки 1,7 квт при скорости ее Bpa
luения 72 об/мин) или реакторы стальные эмалированные
221 114 и 221 115 объемом 3200 и 6000 л завода «Красный OK
тябрь» (r. Фастов).
При проектировании баков с лопаСТНЫl\1И мешалками для
заrотовки peareHToB принимают: число оборотов вала мешалки
20 30 в 1 мин, длину лопасти от оси вала 0,4 0,45 ширины
или диаметра бака, площадь лопастей О, 1 0,2 м 2 на 1 м 3 paCTBO
ра в баке.
lV\ОЩНОСТЬ двиrателя мешалки N с rоризонтальными лопа
СТЯl\1И определяют по формуле
с::3
t:::)
с:%
! I
! I
I I
I
I
I I
I I
: Сток
Рис. 11.5. Схема бака с пропеллер
ной мешалкой для растворения
кусковых peareHToB
60
N == 0,500 hп З d 4 z квт, (11.1)
f}
rде р объемный вес перемешиваемоrо раствора в 1\2jлt 3 ;
h высота лопасти в м;
п число оборотов мешалки в 1 сек;
d диаметр окружности, описываемой концом лопасти,
в AI:
z число парных лопастей на валу мешалки;
11 коэффициент полезноrо действия передаточноrо Mexa
низма редуктора.
В баках с пропеллерными мешалками размеры трехлопаст
Horo пропеллера, число оборотов ero и мощность двиrателя мож
но принимать по табл. 11.4, составленной по данным НИИХим
маш.
т а б л и ц а УУА
Размеры пропеллеров для перемешивания растворов в баках
цилиндрической формы
Диаметр Диаметр пропе.'! ЧИС.'IО оборотов Мощность ДВИ-
бака в м лера в мм Шаr винта в мм вала пропелле rателя в квт
ра в 1 мин
0,6 150 210 1000 0,2
0,8 200 280 630 0,37
1 250 350 800 0,6
1 ,2 300 420 400 0,75
1 ,4 300 420 500 1 , 1
1 ,6 400 480 500 2,2
2 500 500 400 3
2,4 600 600 250 5
2,6 600 600 320 6,6
Х.,10рное )келезо растворять в описанных выше баках нельзя,
так как ero поставляют на водоочистные станции в металличе-
ских барабанах, выrрузка из которых peareHTa в бак для paCT
ворения затруднительна. При растворении хлорноrо железа в
воде выделяются пары соляной кислоты, действующие на слизи
стые оболочки обслуживающеrо персонала, а также вызываю-
щие коррозию аппаратуры. Поэтому хлорное железо растворя-
ют в изолированном помещении боксе с вытя)кной вентиляцией.
Бокс с передней остекленной стенкой устраивают над растворным
баком с лопастной мешалкой. Бочки с хлорным железом уста-
навливают rоризонтально на колосниках над растворным баком
таким образом, чтобы вымываемый из бочек брандспоЙтом
раствор хлорноrо железа стекал в бак.
На вымывание из бочки 100 КС хлорноrо железа с помощью
брандспойта с 13-мил.7Iиметровыl11 наконечником при расходе
воды через Hero 2,5 л/сек и давлении в сети 2 ат затрачивается
15 17 AtU1-l. В растворный бак при этом стекает 4 5 О/О -ный
61
раствор хлорноrо железа, который непосредственно может быть
использован для дозирования в обрабатываемую воду.
Емкость pacTBopHoro бака vr p при хранении коаrулянта на
складе в CYXOl\1 виде определяется по формуле
W === QпДк ( 11 2 )
р 1 О ОООЬу , .
rде Q расчетный часовой расход воды в .Аt 3 /Ч;
Дк максимальная доза коаrулянта в пересчете на безвод
ный продукт в c/ht 3 ;
п время, на которое заrотовляется раствор коаrУ"lянта,
в ч;
Ь концентрация раствора коаrулянта в pacTBOpHOl\1 баке
в О/о; принимается не более 1 О о/о в пересчете на безвод
ный продукт;
"? объемный вес раствора коаrулянта в T//vt 3 .
Для станций производительностью Q<10000 J1t 3 /CYTKU прини
мают: при круrлосуточной работе п== 12 24 ч, при HeKpyr,,10cy
точной работе п равно числу часов работы станции; для станций
при Q==10000 7 50000 /vt 3 /CYT1{U п==8 7 12 ч; Д,,1Я станций при
Q > 50000 M 3 jCYTKU п 6 8 ч; для станций при Q >
> 100000 At 3 / сутки п == 3 ч (можно предусматривать нlllреРЫВIIУЮ
заrотовку раствора коаrулянта).
3. УСТРОйСТВА ДЛЯ rАШЕНИЯ ИЗВЕСТИ
И приrОТОВЛЕНИЯ ИЗВЕстковоrо МОЛОКА И РАСТВОРА
Комовая известь кипелка для превращения в форму, удоб
ную для дозирования, должна быть поrашена и превращена в
известковое l\10ЛОКО или в раствор.
При rашении извести происходит ее rидратация с выделени
ем тепла:
Са О + Н 2 О == Са (ОН) 2 + 16 ккал.
ТОНКО1\10JIотая известь [как кипелка СаО, так и пушонка
Са (ОН) 2] может вводиться в обрабатываеl\IУЮ воду в порошко
обраЗНОl\1 виде с помощью дозаторов сухих peareHTon.
Для rашения комовой извести применяются лопастные, ба
рабанные, термомеханические, беrунковые или фрезерные И3
вестеrасилки.
В условиях водоочистных станций целесообразно применять
термо:механические безотходные известеrаСИЛКII. ТеРl\10механи
ческая известеrасилка марки C 703 Прилукскоrо завода строи
тельных машин (рис. 11.6) имеет производительность при pa
боте на медленноrасящейся извести 1,5 т/ч, а на среднеrасящей
ся извести 2 т/ч. Мощность установленноrо на неЙ электродви
rателя A 42 4 составляет 2,8 квт. Вес ее с ме,,1ЮЩИМИ шарами
равен 1200 Кс.
62
Основным преимуществом этой известеrасилки является TOH
киЙ раЗl\10Л шарами недожоrа и пережоrа, что исключает необ
ходимость вручную удалять из известеrасилки куски непоrасив .
шейся извести.
11з известеrасилки известковое молоко направляется в rид
роциклон или в rидравлический классификатор для отделения
крупных частиц извести и возврата их на вторичное дробление.
2000
BoiJa
Ji.Jl}e c т f(06oe
t::;)
МОЛО/{О I.r)
I.r)
3260
1r
I ,
I I
I I
(:::) I I
l'
С; l'
L ,1 i
I
..
1
Рис. 11.6. Термомеханическая известеrасилка марки C 703
rидравлический классификатор представляет собой конический
сосуд, диаметр KOToporo выбирается с таким расчетом, чтобы
скорость восходящеrо потока известковоrо молока в верхнем ce
чении конуса не превышала 3 5 мм/сек.
Из rидроциклона или из классификатора известковое молоко
поступает в бак с лопастной мешалкой либо в бак с rидравли
ческим перемешиванием.
На установках с большим расходом извести для ее rашения
MorYT быть применены шаровые мельницы, в которые должна
быть подведена rорячая вода. После шаровых мельниц извест
ковое молоко также пропускается через rидроциклон или клас
сификатор.
На станциях средней производительности вместо шаровой
ме,,1ЬНИЦЫ серийноrо производства может быть применен аппа
рат для безотходноrо rашения извести (рис. 11.7).
Этот аппарат представляет собой барабан 1 диаметром
1300 мм из ста.льноrо листа толщиной 10 мм, вращающийся на
rоризонтальном валу 2. В барабане на расстоянии 550 AtAt от
63
передней ero стенки установлена стальная переrородка 3 ТОI/1ЩИ
ной 10 мм, в которой в шахматном порядке просверлены OTBep
стия диаметром 10 ММ по сетке 20Х20 ММ.
Внутри барабана по ero образующим приварено шесть BЫ
ступов, сделанных из разрезанных вдоль стальных труб диа
MeTpOl\f 100 ММ. На вал на шпонках насажены втулки, к которым
приварены днища барабана. На одном из днищ закреплена ше
стерня 4, соединенная через вторую шестерню 5 и редуктор б с
2780
-8
I ч
'(;90
2
с етна
I I
I . I
L L L
I
I
j
I
( I
_ . ....L..
Рис. 11.7. Барабан для безотходноrо rашения извести
электродвиrателем 7 мощностью 10 квт. Редуктор и шестерня
подобраны таким образом, чтобы барабан вращался со CKOpO
стью 23 25 об/мин.
В барабан через верхний люк 8 заrружают 60 стальных или
чуrунных шаров диаметром 70 ММ, а через ни)кний люк 9 30
шаров диаметром 50 ММ.
ДЛЯ приrОТОБления известковоrо молока в барабан через
верхний люк заrружают 800 1000 Кс комовой извести и зали-
вают до rорловины rорячей водой. После этоrо люки барабана
закрывают, включают электродвиrатель и вращаIОТ барабан в
течение 30 40 мин. Затем барабан останавливают и известко
вое l\IОЛОКО за 7 8 мин выпускают через задвижку патрубка,
имеющеrося на rорловине нижнеrо люка.
Так как на rашение 1 т извести в этом аппарате затрачива
ется 1 ,5 2 Ч, производиtельность ero по извести при Kpyr лосу
точной работе достиrает 12 15 Т.
ИЗ известеrасилок известковое l\10ЛОКО сливают в баки с Me
шалками или баки с rидравлическим перемешиванием извест
KOBoro молока насосом.
Баки для rидравлическоrо перемешивания известково
ro молока объеМОl\1 1 4 М З (рис. 11.8) изrотовляются в СССР
серийно.
64
Для поддержания частиц извести во взвешенном состоянии
известковое молоко с помощью поплавка и rибкоrо шланrа
забирается насосом из верхних слоев и подается в нижнюю
часть KOHYCHoro дна бака. Производительность насоса выбирают
с таким расчетом, что
бы скорость восходя
щеrо потока в цилинД
рической части была
не менее 5 мм/сек д.ли
обеспечения взвешива
ния частиц извести в
воде. При введении из
вести в воду пос.ле ее
осветления на фи.льт-
р ах известковое моло
ко либо должно быть
освобождено от круп
ной медленно paCTBO
ряющейся взвеси, либо
превращено в извест
ковый раствор. Для oc
вобождения известко
Boro молока от круп
ноЙ взвеси ero осветля
ЮТ в rидроциклонах
или в классифика-
торах.
Для приrотовления
из известковоrо молока
известковоrо раствора
на установках с He
большим расходом из
вести иноrда применя
ют сатураторы, особен
но в тех случаях,
коrда дозирование He
больших количеств из..
BecTKoBoro молока за
труднено из за осажде
ния частиц извести в
коммуникациях и доза..
торах при малых CKO
ростях движения известковоrо молока.
Сатуратор двойноrо насыщения (рис. 11.9) представляет co
бой высокий цилиндрический бак, разделенный коническим
дном на два отделения. Известковое молоко 10 150/0-НОЙ кон-
центрации в количестве, Нfобходимом для 12 24-часовой рабо-
ты установки, подают по трубе 1 сначала в нижнюю часть КО-
5 745
а
с::>
I.J')
4
.
/
/
3
,
2 ["о..
""
r--..
с::>
CIt)
L _
Рис. 11.8. Схема бака для tидравлическоrо
перемешивания известковоrо молока
1 подача известковоrо молока; 2 отбор извест-
KOBoro молока; 3 перелив; 4 опорожнение бака
65
jJ ll
80ЗОУХ
п.
I !
I
I
J// 111
\8
\
d 2 \
В6/ХОО POC'?l!:;.
JO
5
15
I ' L
f-J
! 1
i .......
I .
I I
I
L I
d;
8хоа из!}ест!(о
до,,10 поло/(о
1
Рис. 11.9. Схема сатуратора двойноrо насыщения
нуса BepXHero отделения сатуратора, а затем, открывая клапан
2, перепускают в нижнее отделение 3. В конус BepxHero отделе
ния подают вторую порцию известковоrо молока. Коrда сатура",
тор заполнится известковым молоком, в Hero через трубу 4 на'"
чинают подавать воду. Вода, взмучивая известковое молоко в
нижнем конусе сатуратора, частично насыщается известью, а
затем по трубам 5 и б поступает в нижнюю часть BepxHero ко-
нуса сатуратора. Здесь она донасыщается известью и, поднима-
ясь вверх по цилиндрической части сатуратора, освобождается
от взвеси и частиц извести. Осветленный насыщенный раствор
извести переливается в кольцевой сборный желоб 7 и через
патрубок 8 отводится в смеситель. В центре верхней зоны сату-
ратора находится воздухоотводная труба, оканчивающаяся сни-
зу зонтом.
Нерастворившиеся примеси извести периодически выпуска-
ются из сатуратора через клапан 9, после чеrо известковое мо-
локо из верхней части сатуратора через клапан 2 перепускают в
нижний отсек сатуратора, а в верхний отсек по трубе 1 подают
свежую порцию известковоrо молока. Сатуратор двойноrо насы-
щения позволяет получить стабильный по концентрации извест-
ковый раствор при достаточно полном использовании извести,
подавае ой в сатуратор. Этому способствует последовательное
прохождение воды сначала через час.т?чно истощенную известь
в нижне отделении сатуратора и затем' через свежую в вер.._
XHeM . .
Размеры caTyparopoB определяют из условия получения в
верхнем их сечении скорости восходящеrо потока, обеспечиваю..
щей :ХОРОШ'ее осветление раствора. .
Пiроизводительность с!атуратора Qb (по насыщенному извест-
ковому: раствору) опре'Деляют по фор уле l' -.;,.:;
...; -.
:-, ' И', I
, . Qc. ', , (11.3)
" , ' n{(' . ,\.
rде И. расход извести На усrЭJI?в'ке IЗ пересчете на СаО
в. 2Iч; _
, ,
. п число сатура:rОРОБ на YCTaHO. Ke;
, .p; содержание СаО в насьпценном известкоеом растворе
. "'в кс/м,3, "
Объем сатуратора W c , необходимый для получения расчет-
Horo количества насыщенноrо известковоrо раствора, вычисляют
по формуле
.t -' W c ==. k 1 k 2 Qc, (11.4)
rде .k 1 коэффициент, з висящий .QT .температуры воды; прини.
мается по данным табл. 11.5;
k 2 коэффициент, зависящий от соотношения кальциевой
. ,- и общей жесткости воды;' принимается равным 1 при
соотношении Ж Са; Ж оJщ'> 0,7 и 1,3 ПрfI соотношении
. Ж са : Ж uбщ <0,7_
5.
f)7
Т а б .ту и Ц а 11.5
Значения коэффициента k 1 и предельно допустимых скоростей
восходящеrо потока в сатураторах
Температура воды в ОС
Показат ел ь
5
10
20
30
Значение коэффициен
та k 1 в формуле (11.4)
Допустимая скорость
восходящеrо потока на
сыщенноrо известковоrо
раствора в верхнем ce
чении сатуратора в
ММ! се" . . .
9
7,5
6
5
0,15
0,2
0,26
0,33
Скорость восходящеrо потока насыщенноrо раствора извести
в верхнем сечении сатуратора не должна превышать величин,
указанных в табл. 11.5.
Размеры сатураторов приведены в табл. 11.6.
Таблица 11.6
Размеры и веса сатураторов двойноrо насыщения (см. рис. 11.9)
. Размеры сатураторов t'\S
'" с::: ::а
f-o I d, I d I I I А, I I h з I с:; :t:
'" h 1t , h, =-
(Jc:Q площадь н e...
::et'\S D H BepxHero Q)
4) :s
8 в мм сеq ния () '"-с)
в M В .мм Q) t'\SQ)
(:Qca :r:
3,4 1010 0,8 5200 65 50 4205 240 3900 305 1300 941 5
7,3 1338 1,45 6490 80 80 5505 275 4890 615 1600 1635 10
11,7 1678 2,8 6785 80 80 5618 300 4890 728 1895 2135 15
17 2008 3,2 7085 80 80 5740 280 4890 850 2195 2596 21
26;5 2350 4,3 8 110 100 80 6515 280 5585 930 2525 3675 33
35 2678 5,6 8394 100 100 6585 320 5585 1000 2809 4790 48
50,7 3010 7,1 9345 100 100 7457 340 6285 1172 3080 5950 62
61 3310 8,6 9492 100 100 7395 330 6140 1255 3352 6200 73
102 4022 12,6 1 О 884 100 100 8372 328 6980 1392 3904 9272 122
138 4604 16.6 11 350 200 125 8520 370 7000 1520 4350 12 300 160
310 6690 35 13 200 200 150 8985 310 7000 1985 6200 22 120 360
Снижение производительности сатуратора при насыщении
воды с высоким содержанием маrниевых солей объясняется не..
обходимостью задержания в отстойной части леrкоrо осадка
rидроокиси маrния, образующейся при реакции солей маrния
воды с растворяемой известью.
В практике обработки воды в rдр, фрr и ЧССР дЛЯ приrо
товления насыщенноrо раствора извести при меняют сатураторы,
в которых первая ступень насыщения воды известью происходит
68
в отдельном напорном caTypa
торе. Последний располаrается
рЯДОl\f с одноступенчатым caTY
ратором, в КОТОрО:\1 произво-
дятся донасыщение раствора II
ero осветление (рис. 11.10). Ca
туратор этоrо типа И:\Iеет MeHЬ
шую высоту, чем сатуратор
двойноrо насыщения. Скорость
восходящеrо потока известко
Boro раствора в верхнем сече
нии TaKoro сатуратора прини
мается 0,2 мм/сек, а время пре
бывания раствора в caTypaTO
ре в пределах 3 4 ч.
Рис. 11.10. Сатуратор с выносной
первой ступенью
1 подача исходной воды; 2 обвод
ной трубопровод; 3 подвод воды для
промывки; 4 подвод известковоrо MO
лока; 5 отвод насыщенноrо известко
Boro раствора; 6 выпуск осадка;
7 отвод воздуха; 8 сборны й желоб
8
4. УСТРОйСТВА для приrОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ
вспомоrАТЕ.цьных .СРЕДСТВ КОАrУЛИРОВАНИЯ
в качестве вспомоrательных средств коаrулирования приме
няют активированную кремниевую кислоту, суспензии тонкодис
персных rлин бентонит, асканrель, каолин и др., орrанические
полимерные полиэлектролиты полиакриламид (ПАА), BA 2
(поли 4 винил N бензилтриметиламмоний хлорид) и др. Суспен
зии rлин приrотовляются так же, как известковое молоко. Акти
вированная кремниевая кислота (АК) приrотовляется непосред
ственно на водоочистной станции путем нейтрализации части
щелочности раствора жидкоrо стекла (см. rлаву IV). В нейтра
лизованном растворе ЖИДкоrо стекла активированная кремние
вая кислота (золь) образуется примерно через 25 30 мин после
введения нейтрализатора щелочности. Поэтому в установке для
приrотовления активированной кремниевой кислоты должен
быть зрельник с объемом, равным не менее 2 ч расхода АК на
станции.
Активированную кремниевую кислоту для дозирования в BO
ду Можно приrотовлять порционно или непрерывно. Установка
для порционноrо приrотовления АК состоит из двух баков с
lешалками для растворения жидкоrо стекла и мерников нейтра
.чизующеrо peareHTa. Жидкое стекло заrружают в бак и paCTBO
69
ряют В небольшом количестве rорячей воды. Затем, добавляя
в бак холодную водопроводную воду, приrотовляют 1 2 О/о ный
раствор Жидкоrо стекла, в который при непреРЫВНОl\l переме
шивании вводят нейтрализующий peareHT в количестве, обеспе
чивающем снижение щелочности раствора жидкоrо стекла на
70 85 О/о. Затем полученный раствор оставляют на 1 1,5 ч для
созревания АК. Дозирование в воду АК в это вреl\IЯ ведется из
BToporo бака.
Объем каждоrо из двух баков для приrотовления аКТIIВИРО
ванноЙ креl\1ниевой кислоты ПРИНИlVlают равным:
W == QaT м 3 (11.5)
А к О , 3Ь '
rде Q расход воды на СТаНЦИИ в мЗ/ч;
а расчетная доза АК в 2 на 1 м 3 обрабатывае:\IОЙ воды;
т время, необходимое для приrотовления II созревания
коллоидноrо раствора АК, в ч, обычно ПРИНИ:\Iаемое
равным 30 60 мин;
Ь концентрация жидкоrо стекла в неЙтра,,1изуеМО!\vl
растворе в 2/М 3 , обычно принимаемая 15 20 Tы.. 2/М 3
, (1 ,5 2 О/о по весу);
0,3 долевое содержание Si0 2 в техничеСКОl\I )кидком
стекле.
Количество кислоты или друrоrо нейтрализующеrо peareHTa,
вводимоrо в раствор жидкоrо стекла для активирования кремни
евой кислоты, определяют по формуле
р == QaTmef · 10 7 К2, (11.6)
u ".,
rде p количество неитрализующеrо peareHTa, неооходимоrо
на один бак раствора жидкоrо стекла, в f\2;
т содержание Na 2 0 в жидком стекле в О/о, обычно при..
нимаемое равным 8,8 9,4 О/о;
. е необходимая степень нейтрализации ще,,10ЧНОСТИ
раствора жидкоrо стекла для активации в О/о;
t коэффициент, учитывающий расход peareHT3 на ней
трализацию 1 К2 Na 2 0 в жидком стекле. ;
Величину f принимают равной: при нейтрализации ;"кидкоrо
стекла H2S04 1,58 (в пересчете на 1000/0 НУЮ H 2 S0 4 ), при ней
трализации AI 2 (S04)3 1,8 (в пересчете на безводныЙ сернокис
лый аЛЮl\IИНИЙ), при нейтрализации С1 2 1,14. При неЙтраJIиза
ции раствора жидкоrо стекла ХЛОрОl\I баллоны IIЛII бочки YCTa
навливают на весы, а шланr, по KOTOpOl\IY хлор подастся в бак с
paCTBOpOl\1 )I(идкоrо стекла, опускается до ero дна II заканчива..
ется перфорированным учаСТКОl\1.
Схема установки для непрерывноrо приrотовления и дозиро-
вания активированной кремниевой кислоты показана на
рис. 11.11.
70
7CTaHOBKa состоит из бачков 1 и 2 для приrотовления KOHцeH
трированных рабочих растворов }кидкоrо стекла и нейтраv1ИЗУЮ
щеrо peareHTa, дозаторов 3 и 4 Д"lЯ этих растворов, CMecIITetl51
5, в котороы происходит разбаI3.Jевие БОДОЙ раствора )ки;rкоrо
стеК,,1а до 1 ,5 2 О/о ной КОНIlентрации и неЙтрализация 70 80 О/о
Lцелочности этоrо раствора КИС,,10ТОЙ, х"ттороы, сеРНОКИС/IЫ:\I atll0
:\IИНИС:\I И,,1И друrИl\I peareHTo:\I, зрельника б, в KOTOpO:\I ПРОИСХО
дИТ созревание активирова!I
ной кремниевой кислоты, и
рота :\,lетра 7 для ИЗl\1ерения
количества разбавляющей
воды, подаваемой в смеси
тель.
При расчете такой YCTa
новки реКОl\'lендуется прини
мать:
1) концентрацию paCTBO
ра жидкоrо стекла, приrо-
товляемоrо в бачке 1,
1 O 20 О/о по техническому
продукту, концентрацию
раствора серной кислоты
1 O 20 О/о и концентрацию 80аа аля
разоаВления
раствора сернокислоrо алю
миния 6 70/0;
2) объем смесителя из
расчета пребывания в
нем разбавленноrо раствора
жидкоrо стекла до 1 ,5
20/0 НОЙ концентрации в Te
чение 1 мин;
3) объем зрельника из расчета 30 60 мин пребывания в
нем указанноrо раствора.
Установки для непрерывноrо приrотовления и дозирования
АК целесообразно применять на водоочистных станциях с pac
ХОДОl'vI жидкоrо стекла более 1 О К2/Ч, что соответствует произво
дительности станции более 7 10 тыс. м 3 /суткu. На станциях
производительностью менее 7 тыс. м 3 /сутки удобнее работать с
приrотовлением активированной кремниевой кислоты в баках с
мешалками.
Если для ускорения процесса хлопьеобразования при Koary
лировании используют полиакриламид, то ero вводят в воду н
виде O,05 O, 1 О/о Horo водноrо раствора.
Леrкорастворяемые полиэлектролиты растворяют и дозиру
ют так же, как коаrулянты.
Полиакриламид, выпускаемый в виде водноrо rеля с coдep
жанием 8 lOo/0 активноrо вещества до растворения должен
быть дисперrирован в небольшом количестве воды. Для диспер
r l
2 \
7
б
Акти8ир кремнuедая
кислота IJ смеситеl1е
rr
I
Рис. 11.11. Схема установки для не.
прерывноrо приrотовления активиро.
ванной кремниевой кислоты
11
rирования применяют мешалку системы АКХ пропеллерноrо ти
па с отбойным диском, расположенным над пропеллером, KO
торый во время дисперrирования полиакриламида вращается со
скоростью 1000 1500 об/АlUfl.
5. УСТРойСТВА ДЛЯ приrОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ СОДЫ,
Едкоrо НАТРА, rЕКСАМЕТАФОСФАТА НАТРИЯ
Соду II едкий натр растворяют в стальных или )ке.пезобетон
ных баках с мешалкаi\1И и воздушным барботажем. ПРИ!vlенение
rорячей воды значительно ускоряет процесс растворения этих
peareHToB. Концентрацию растворов принимают 5 О/о, объе 1 ба
ков определяют по формуле (11.2) при п== 12 ч.
В таких ж( баках, но иrлеющих защитное антикоррозионное
покрытие, растворяют rексаметафосфат или триполифосфат HaT
рия. Концентрацию раствора принимают в пределах от 0,5
д о 3 О/о .
Продолжительность растворения rексаметафосфата натрия
для получения раствора 30/0 НОЙ конuентрации составляет в xo
лодной воде 4 5 Ч, в воде с температурой 500 С около 2 Ч
(при непреРЫВНОl'vl перемешивании раствора).
6. СКЛАДЫ РЕлrЕНТОВ
Размер складов peareHToB определяют с учетом возможно
стей их доставки. Обычно принимают запас peareHToB на 15
30 суток, считая по периоду максимальноrо расхода.
При доставке peareHToB ваrонами объем склада должен быть
кратен объему peareHTa в BaroHe, при этом должна быть преду
смотрена возможность приема BaroHa или цистерны с peareH
том при наличии на складе 10 дневноrо ero запаса.
Высоту слоя peareHToB в складе принимают: для сернокисло
ro алюминия навалом 2 ht; извести неrашеной навалом 1,5 A't;
железноrо купороса в бумажных мешках 2 м; хлорноrо железа
в барабанах 2,5 ht; поваренной соли навалом 2 2,5 м; активно
ro уrля в бумажных мешках 2,5 м.
Насыпной вес peareHToB при определении размеров склада
принимают по данным п. 11.1.
Сернокислый rлинозем, железный купорос и поваренную
соль целесообразно хранить в виде растворов (так Называемое
мокрое .хранение peareHTOB), так как в этом случае леrко Mexa
низируются все операции, связанные с растворениеl'vl II транспор
тированием peareHToB.
Существуют два способа MOKporo хранения коаrулянта в ЕИ
де: 1) раствора; 2) KycKoBoro продукта в насыщенном paCTBO
ре. В обоих случаях баки для хранения MorYT быть расположены
вне отапливаемоrо здания и должны иметь противокоррозион
ную облицовку. В складе коаrулянта, хранящеrося в виде
72
раствора, устраиваlОТ баки для растворения коаrулянта с барбо
тированнем раствора сжатым ВОЗДУХОl'v1 и баки для хранения
раствора коаrулянта, в которые этот раствор перекачивается из
баков для растворения. В ЭТОl\rl случае объем баков для paCTBO
рения коаrУ,,1янта принимается равным 0,5 .М 3 на растворение
1 т доставляемоrо в сутки коаrулянта при круrлосуточной pa
боте растворных баков. Так как коаrулянт прибывает обычно в
BaroHax rрузоподъемностью 60 т, объем растворных баков дол
жен быть равен 30 м 3 на каждый из прибывающих в течение cy
ток BaroHoB. Емкость запасных резервуаров ПРИНИl\Iается 2,5 hl 3
на 1 т хранящеrося коаrулянта.
При хранении коаrулянта в виде кусков в баках с раствором
специальных растворных баков не устраивают. Все баки служат
одновременно и для растворения, и для хранения коаrулянта.
Насыщенный раствор из баков отбирают в промежуточный pe
зервуар, из KOToporo ero перекачивают для разбавления в pac
ходные баки. Суммарную емкость баков в этом случае прини
мают равной 1,5 м 3 на 1 т хранящеrося коаrулянта. Склады для
MOKporo хранения соли и склады кислоты описаны в rлаве XII.
При проектировании и строительстве складов должны при
НИl\lаться меры к механизации всех процессов, связанных с раз
rрузкой peareHToB из BaroHoB или из автомашин, транспортиро
ванием peareHToB внутри склада и заrрузкой их в устройства
для приrотовления растворов.
7. ДОЗИРОВАНИЕ PEArEHTOB в ОБРАБАТЫВАЕМУЮ ВОДУ
PeareHTbI можно дозировать в воду в ВИДе порошка или
rранул (молотая известь, известь пушонка, порошкообразный
активный уrоль), суспензии (известковоrо молока, неочищенно
[о сернокислоrо алюминия, активноrо уrля) , раствора (извест
KOBoro, а также раствора коаrулянта, соды, rексаметафосфата
натрия) и rаза (хлора, аммиака, сернистоrо rаза). Поэтому в
практике очистки воды применяются дозаторы для сухих
реаrеитов, суспензий, растворов и rазов.
Дозаторы сухих реаrеитов приспособлены к их подаче в
открытый поток или в специальный смеситель, rде осуществля
ется быстрое растворение cyxoro peareHTa. Дозаторы суспензиЙ,
растворов и rазов бывают двух типов: приспособленные к дози
рованию peareHToB в открытый поток и напорный трубопровод
(напорные дозаторы). Напорные дозаторы MorYT дозировать
peareHTbI и в открытый поток. Подробнее о дозировании peareH
тов при обработке воды см. в работах [3, 6, 7, 13, 14, 15, 16].
По принципу действия дозаторы всех четырех типов l\IorYT
быть выполнены: а) как дозаторы остоянноrо расхода peareH
та; б) как дозаторы подачи peareHTa ПРОПОРЦИ ОНаJIЬ НО 1)аСХО ДУ
обрабатываемой воды; в) как дозаторы, рассчитанные на под
держание заданных параметров качества обработанной воды.
73
}. Дозаторы поСТОЯllноrо асхо в обрабатываемую
воду в единиц. вре?llени заданное КО.lичество реаrепта, не за
висящее от pacxo,J,a поступающеЙ на сооружения BO,J,bl. Pac
ход peareHTa в такиХ дозаторах изыеняют вручную, \lсняя CTe
пень открытия крана или шибера, уровень ;-КИДКОСТl! п Т. п.
} _ J,озаТО1?Ы !1РОП ОР ЛЬНro:.o- p ('x() дa peareEТo n JlЗ\lенЯЮТ
КО.lичество peareHTa, подавае?llOrо в единИЦУ времени, пропор
шюнальнО изменениЮ расхода воды на сооружениях. Это обес
печивает постоянство дозы peareHTa.
9
\р
\ 80оа
7
11
8
N 220В
Рис. 1I.12. Схема BeCOBoro дозатора порошкообраз
ных peareHTOB
ДозаТОl',J, рассчитаннь _ Jlд- rпJ1,Дf'rжание заданныХ паRа -
метроВ качества обраб1YfiiнНОЙ воды (наПРИi\'lер, величИНЫ рН,
l\ОнцентрациИ остаточноrо хлора, электропроводности), реrули-
руют соответствующиМ образом количество подаваемоrо pe
areHTa независИМО от изменения расхода Боды на сооружениях,
качества исходноЙ воды или концентрации вводимоrо в воду
реа,ента.
В качестве rазодозаторов обычно используются аппараты,
спецпальНО сконструированные для дозирования в воду хло
ра, х.l0раторы (см. rлаву Х) .
Для ,J,озирования в воду сухих порошкообразных peareHToB
:\lOrYT испо.lьзоваться 1J!Q ельчатые, HeKOB e , в ционны е,
.1енточные объ емны е и в есовые дозаторы, а также питате.'lИ,
ПрИ М liffе!ll ые в химической ПРОl\1ышленности и промыш.lен-
НОСТИ строитеиlЬНЫХ материалов (141, напрЮlер ленточные доза
торЫ ДВ-50 (производительностью 3,5 50 т jч) и ЛДВ-20 (про
изводите,lЬНОСТЬЮ 1 ,5 20 т jч), электровибрационные дозаторЫ
74
ЛДА 12С (производительностЬ\ю 3 12 Т/Ч), ДH 20/1A (произ
водительностью 0,4 Т/Ч), ДH 20/3A (производительностью
0,08 Т/Ч), ДH 21/Y (производительностью 1,6 Т/Ч), ДH 26 (про
изводительностью 0,12 Т / ч) , дн 27 (производите 1ыIостьюю
0,8 т/ч) и др.
На рис. 11.12 представлена схема .Q!?9r . дозатора, ПРИ;Vlе
няемоrо для дозирования цемента на бетонных заводах. Доза
тор состоит из бункера 1 со сводообрушающим УСТРОЙСТВО:\I2,
вращаеl\IЬЕ\I через редуктор двиrателеl\1 3. Из бункера peareHT
поступает на вибропитатель 4 с вибраТОРО1\I 5, частота вибра-
ций KOToporo обусловливает расход 3 1 '+ 5
порошка, подаваемоrо вибропитате
лем на транспортер б. Один из po
ликов транспортера опирается на
коромысло весов 7. Весы находятся 2
в равновесии под действием веса
транспортера б и rруза 8, переме
щаемоrо по коромыслу весов элект
родвиrателем 9. Если вес peareHTa
на транспортере больше или меньше
расчетноrо, равновесие нарушается.
Свободный конец коромысла весов
переl\1ещается вверх (доза мала)
или вниз (доза велика), при этом
он через тяrу 10 воздействует на
трехпозиционное реле 11, которое
управляет с помощью реrулятора 12
частотой вибраций вибратора 5. Этот дозатор может быть пре
вращен из дозатора постоянноrо расхода peareHTa в устройство,
дозирующее peareHT пропорционально расходу воды. Для этоrо
реверсивный электродвиrатель 9 должен быть подсоединен через
систему реле к вторичному прибору расходомера, установленно
1'0 на линии подачи воды на станцию, или к уровнемеру с датчи
КО1\1, располо)кенным в С lесителе 13.
Cxe .1a П..l2..0сте й шеrо дозатора р астворов I!остоянн о rо pac
хода систе:\Iы Н . Н . X OBaHcKoro представлена на рис. П . lо .
Дозатор состоит из бака, в котором находится ПОПvlавок,
поддерживающий на постоянной rлубине под уроIЗН
ра трубку с дозировочной С:\lенной диафраr 10Й на конце. .
Раствор IIЗ бака поступает через диафраrму в трубку под
ПОСТОЯНIILI:\I перепаДО:\I даВ"lения, независимо от уровня paCTBO
ра в баке. Снаружи диафраrмы давление равно аТl\10сфеРНОl\IУ
ПЛIОС даВ"lение столба раствора высотой от оси диафраrlVIЫ
до поверхности раствора; с внутренней сторонь! диафраrl\IЫ
давпение равно аТ1\IосфеРНО:\IУ, так как трубка, в которую по
ступает через диафраrl\rIУ раствор, соединена специальноЙ
воздушной трубкой с атмосферой. Для предварительной pery
.пировки количества подаваемсrо раствора ставят диафраrlVIЫ
Рис. 11.13. Схема дозатора
растворов системы В. В. Xo
BaHCKoro
1 поплавок; 2 дозировочная
диафраrма; 3 воздушная труб
ка; 4 резиновый шланr;
5 бак; 6 приемная воронка
75
с раЗ"lИЧНЫ I размерОl\l отверстий. Более точная реrулировка
достиrается заrрузкой в поплавок либо выrрузкой из Hero дpo
би или песка.
Схема рациона ьной конструкции поп авка представлена на
рис. 11.14. ПреИl\Iущество такой КОНСТРУКflИИ состоит в TOl\1, что
при ВОЗ:\IОЖНЫХ перекосах поплавка под тяжестью Ш"lанrа
расстояние от поверхности раствора до оси дозировочной
о.......; I
IЗ(} :
1
I I
I I
(jJ !БП
I I
I I
! I
I I
I I
I I
I I
I
1,5
..
БО 3
ч
/0 10
1 поплавок; 2 дозировоч
ная диафраrма; 3 воздуш
ная трубка; 4 резиновый
Ш.lаНr
Рис. 11.14. Поплавок дo
затора системы В. В. Xo
BaHCKoro
диафраrlVIЫ сохраняется ПОСТОЯННЫl\1 и, следовательно, точность
дозирования не нарушается.
Схема пр стейшеrо дозатора растворов пропорциональноrо
расхода показана на рис. 11.15. Поток воды на распределитель
НО1\I водосливе делится на две части: большая часть поступает
в сыеситель, l\Iеньшая в водомерный бак А дозатора и далее
через патрубок с диафраrмой также сливается в с еситель.
Плавающий в ВОДОlVlерНОl\1 баке поплавок Б удер)кивает с ПО
:\IОЩЬЮ тр осика, перекинутоrо через блоки, дозирующую под
ви)кную трубку с диафраrмой. Уровень раствора peareHTa 13
баке В поддерживается ПОСТОЯННЫl\l с ПОl\IОЩЫО шаровоrо
крана.
При ybe.-1IIчеНIIИ ко"Т}ичества воды, поступающеЙ на обра
БОIКУ, увеличивается и ее приток в ВОДО:\Iерный бак, вслед
ствие чеrо уровень воды в ПОС"lедне:\l повышается. П<?плавок
ВСП"lывает, дозирующая трубка опускается и расход раствора
peareHTa возрастает пропорц ионально уве.1ИЧСНИЮ a xoдa об
tабатывае IО(1 воды.
Дозирование растворов и суспензий peareHTOB, пропорцио
нальное расходу воды на сооружениях, l\Iожет быть осуществ
лена с помощью дозатора, называемоrо «плавающей трубкой»
ч
.......
t
r
2
Рис. 11.15. Схема дозатора раствора пропорциональноrо расхода
1 подвижная трубка с диафраrмой на конце; 2 шаровой кран; 3 па-
трубок с диафраrмой; 4 успокоительная камера
\
1
,
8,
Рис. 11.16. Дозатор «плаваю
щая трубка»
1 бак с дозируемым раСТВОРО:\1
или суспензией; 2 барабан лебе;:r.
ки; 3 плавающая трубка; 4 BO
домер с контактным устройством;
5 диафраrма; 6 промежуточное
pe:Ie; 7 маrнитный пускатель;
8 подвод сжатоrо воздуха; 9 TPy-
бопровод обрабатываемой воды;
10 отвод отдозированноrо paCTBO
ра И.1И суспензии в смесите.1Ь
,
r! . . . .1r
I б
<C . y
Б -\
Рис. 11.17. Общий ВIIД lIасоса дозатора ТИ
па нд
1 и 2 всасывающий и наrнетательный патрубки;
3 и 4 подвод и отвод охлаждающей воды;
5 устройство для изменения длины хода плун-
жера; 6 отверстия для анкерных болтов
(рис. 11.16). Дозатор представляет собой бак с воздушным пе
ре:\lешиваниеl\l раствора или суспензии, в KOTOpOl\1 на шарнире,
77
расположенном у дна бака, поворачивается в вертикальной
плоскости труба. Верхний открытый конец трубы подвешен к
тросику лебедки, установленной над баком.
Э.лектродвиrатель лебедки включается и выключается че
рез систему реле контактным крыльчаТЫ!\-I водомером, YCTaHOB
ленным на трубопроводе обрабатываемой воды. При пуске
дозатора ero бак заполняется раствором, а дозирующая трубка
опускается таким образом, чтобы верхний ее конец точно COB
пал с поверхностью раствора. Коrда через водомер пройдет
определенное количество воды, замыкаются контакты BOДOMe
ра и промежуточное реле включает маrнитный пускатель дви
rателя лебедки, который начинает разматывать тросы, вращая
через редуктор барабан лебедки. При повороте барабана на
некоторый уrол концевые контакты подают импульс на маrнит
вый пускатель, и вращение лебедки прекращается. За время
вращения барабана лебедки конец плавающей трубки опуска
ется на определенную величину под уровень раствора в баке,
и весь раствор, находящийся выше отверстия трубки, стекает че
рез нее в смеситель.
Переставляя концевые контакты лебедки дозатора, можно
изменять rлубину, на которую опускается конец плавающей
трубки за одно включение лебедки, и тем самым изменять дозу
peareHTa.
UUирокое применение для дозирования растворов и суспен
3НИ peareHTOB в практике очистки воды нашли плунжерные,
шестере нчатые и диафраrмовые насосы дозаторы.
Плунжерные насосы дозаторы постоянноrо расхода типа
НД изrотовляются заводом «Риrахиммаш». Общий вид TaKoro
насоса дозатора представлен на рис. 11.17, технические xapaK
теристики прнведены в табл. 11. 7. Насосы дозаторы типа НД
выпускаются в двух модифи-каЦtиях, рассчитанные на дозиро
вание: 1) растворов коаrулянта и друrих кислых и нейтраль
ных растворив; 2) известковоrо молока и друrих щелочных
peareHToB. Эта модификация насосов дозаторов имеет в Ha
звании индекс «и». Во избежание прекращения работы насоса
при попадании под клапан частиц извести в дозаторах извест
KOBoro l\10лока предусмотрены двойные самопромывающиеся
шариковые клапаны. Насосы дозаторы НД развивают давле
ние до 6 Kr / см 2 .
Намечен выпуск насосов дозаторов НД в кис.пОТОСТОЙКО:\I
исполнении с подачей 25, 63, 160, 400, 630, 1000 и 1600 л/ч, Ha
сосов дозаторов НД дЛЯ известковоrо молока производите"lЬНО
СТqЮ 630, 1000, 1600 и 2500 м/ч с изменяемой на ходу длиной
хода плунжера. Помимо насосов дозаторов НД в настоящее
время выпускаются насосы дозаторы ПС 4Б производитель
востью 330 л/ч с давлением наrнетания 6 кТ/см2 и винтовые
насосы дозаторы lВ6/10Х (разработанные Ливенским филиа
.НОМ В НИИfИДРОl\lаш), производительность которых может из
Характеристика насосов дозаТОрО8 типа ид
т а б л и ц а 11.1
ПОКАзатепь
, ". .
Производительность в
л/ч
Мощн ость электродви
rателя в квт .
Диаметр плунжера в
м Л-i .
Длина хода плунжера
в мм . .
Число двойных ходов
в мм .
Размеры в ММ:
длина
ширина
высота.
Расстояние между
болтами в ММ:
А
Б
Условные диаметры
присоединительных TPy
бопроводов в мм
Вес дозатора в сборе
в Кс
apKa насоса-дозатора
НД.120/6 I НД.400/6 I НД-800/6 I HД 1200/6
120
0,6
28
40
100
680
292
540
400
1
40
60
94
840
300
634
800
1
50
60
141
874
300
634
1200
1 ,7
60
60
141
875
319
672
125
285
125
342
125
342
125
342
8
7R
10
108
15
115
25
135
меняться от 0,5 до 6 м 3 /ч с помощью механическоrо вариато
ра типа ВЦД (рис. 11.18). Насосы дозаторы lВ6/10Х изrотов
ляются Киевским машиностроите.пьныl'Л заводом им. М. и. Ka
з
.. 580
2000
580
Рис. 11.18. ВинтовоЙ насос дозатор IB6jl0X
1 насос; 2 вариатор ВЦД; 3 электродвиrатель
.пинина КОIvlплектно с аппаратурой автоматическоrо управле..
ния, позволяющей подавать peareHTbI насосом пропорционально
расходу обрабатываемой воды.
Пропорциональность подачи peareHTa насосом дозатором
расходу обрабатываемой воды может быть обеспечена заf\.lеной
79
электродвиrателя дозатора rидравлическим сервомотором, pa
ботающим с использованием перепада давления в дроссеЛЬНОl\t1
opraHe на трубопроводе обрабатываемой воды. Схема TaKoro
Наzнетаице
t
J
t ВсасыВание
Рис. 11.19. Пропорциональный насос дозатор с rидроприводом
t'fjf
б
t:::>
........
2
f
в смеситель
*
Ра60ЧUU
растбор
коаёулянта
1
s
7
t f
в ак. раба-
чеёО растба
ра коасулянта
Рис. 11.21. Схема автома тическоrо
дозатора с питателем при 1
Рис. 11.20. Питатель ПРИ l
1 электромаrнит; 2 якорь; 3 пружи
на; 4 корпус; 5 клапан; 6 седло кла-
п ана; 7 входной штуцер; 8 сливной
патрубок
насоса дозатора) выпускаемоrо в ЧССР, представлена на
рис. 11.19. Он состоит из плунжерноrо насоса 1, rидравличе
CKoro сервомотора 2 и золотниковоrо крана 3, управляющеrо
80
работой сеРВОМ0тора. С увеличением расхода воды увеличива
ется перепад давления в дроссельном opraHe на трубопроводе,
что оБУСЛОВLlивает увеличение числа ходов в 1 мин cepBO
мотора.
ВНИИ водrЕО [3] был успешно применен для дозирова
ния раствора коаrулянта импульсный дозатор флотореаrентов,
разработанныЙ КОНСТРУКТОРСКИ1\1 бюро Цветметавтоматика. Дo
затор состоит из питателя ПРИ 1 и Иl\1пу.пьсноrо электронноrо
реrУLlятора РИ 1.
Пит атель ПРИ 1 представляет собой Эv1еКТрО1VIаrнитнЫЙ клапан,
корпус KOToporo выполнен из пластмассы (рис. 11.20). В cpeд
ней части корпуса имеется сливной патрубок, в нижней части
входной штуцер. В верхней части корпуса вертикально укреп
лен электромаrнит, якорь KOToporo на нижнем конце имеет
клапан, закрывающий отверстие, ведущее к сливному патруб
ку. При подаче на маrнит импульса постоянноrо тока клапан
открывает отверстие.
При постоянном давлении на входе в питатель расход pac
твора через питатель зависит от частоты и длительности им
пульсов, подаваемых управляющим импульсным реrулятором
РИ 1, которые леrко MorYT быть связаны с расходом поступаю
щей на обработку воды.
Схема установки питателя ПРИ 1 представлена на
рис. 11.21. Расход обрабатываемой воды измеряется с по..
мощью су)кающеrо устройства 1 на трубопроводе 2 и дифма
нометра 3 с вторичным прибором 4, имеющим реостатный
датчик. С последнеrо сиrнал, пропорциональный расходу воды,
поступает на реrулятор 5, управляющий питателем б, в KOTO
рый из бачка 7 самотеком под ПОСТОЯННЫ1\1 давлением посту
пает раствор коаrулянта. Питатель ПРИ 1 может подавать до
1 М 3 /Ч раствора. Параллельной установкой нескольких пита
телей, управляемых ИМПУЛЬСНЫIvI преобразователем 11П 4, мож
но увеличить подачу peareHTa в любых пределах.
Д"lЯ дозирования суспензий (известковоrо молока, неочи
щенноrо сернокислоrо rлинозема и т. п.) целесообразно при
менять разработанный во ВНИИ водrЕО [15, 16] дозатор с
делением падающей плоской струи раствора или суспензии
peareHTa (рис. 11.22). Суспензия из бака с мешалкой поступает
во входную камеру 1 дозатора. Избыток переливается в лоток
2 и с ивается оттуда в переливной бункер б, основной расход
через успокоительную переrородку 3 переливается на лоток 4,
с KOToporo сливается плоской струей. Поворотный делитель 5
делит эту струю на две части: одна сливается в приемную Ka
меру и из нее в смеситель, вторая направляется в слив и ВОЗ
вращается в бак с rvIешалкой для peareHToB. Поворотом дe
лите"lЯ струи можно изменять расход peareHTa, поступающеrо
в С Iеситель. На рис. 11.23 приведена cxe Ia аВТО Iатизации уп
равления ЭТИl\1 дозаТОРО I.
6 745
81
Для дозирования осветленных растворов коаrулянта, соды,
едкоrо натра и rексаметафосфата натрия широко применяют
ся напорные Luайбовые дозаторы (рис. 11.24), работающие
ПОД де(Iствие I перепада даI3Llений 13 диафраrме, которая YCTa
наВJIивается на трубо
проводе обрабатываемой
воды.
ШайбовыЙ дозатор
представляет собой ста"l1.>-
ной цилиндрическиЙ бак
со сферичеСКИ1\'1И днища
1\1И, в которые вварены
патрубки для подачи и
отвода дозируемоrо paCT
вора и воды.
J
5
I
\\
2
t
Р!lС. 11.22. Дозатор, работающиЙ по прин
ципу деления струи peareHTa
1 вх дная камера; 2 перелиI3НОЙ лоток;
3 УСIIOкоительная переrородка; 4 лоток; 5 по
130рО 1 ныЙ делитель струи; 6 переливной бункер
(В бак раствора); 7 дозирующий бункер (сбор
01',1.0 mpoBaHHoro рас 1 вора для подачи 13 см eCJI
те.'1 ь)
От !JоiJОПfJо!JсiJо
...
I
I
' I
I '" I
! ) ,
2
в канализацию
........... .............
2
От насоса!)
в ;О-Нолизацию
в /(онализацию
Рис. 11.24. Схема установки шаЙбовоrо
дозатора
2
в [меСLLтеЛfJ
..
Рис. 11.23. Схема аВТОI\'lатиза-
ции дозирования peareHTa дo
заТОРОМ J работаЮIЦИМ по прин
ципу де.1ения струи
1 трубопровод обрабатываемой
ВОДЬJ; 2 диафраrма; 3 дифма-
ноыетр; 4 вторичный прибор с рео-
статным датчиком; 5 электронныЙ
реrулятор типа РПИБ или PY-4 16A;
6 маrнитный пускатель; 7 ИСПО"1
нительный механизм МЭI(-lОБ или
ИМ-2Б; 8 дозатор
Желательно дозатор изrотовлять из двух ПО,,10ВИН (а и б),
соединяе1\IЫХ на фланцах. Тоrда ме)кду ЭТИ1\lИ фланцами зажи
:\Iаются края l\lешка I1З тонкой резины, отделяющеrо раствор
peareHTa ОТ вытесняющей ero воды.
82
Перед пуском в работу дозатор 1 по трубопроводу 2 (см.
рис. 11.24) заполняется снизу paCTBOpOI\I peareHTa из бака 3,
расположенноrо выше дозатора. Воздух при это 1\1 выпускается
через воздушник 4 , а резиновый l\tlешок 5 (еС"lИ он имеется)
ПОДНlI Iается BI3epX, прилеrая к стенкам дозатора. Коrда весь
дозатор заполнится раствором peareHTa, воздушник закрываlОТ,
перекрывают вентиль на трубопроводе, соединяющеы дозатор
с расходным баком peareHTa, и открывают соответствующие
eHTII,11I на трубопроводах дозатора.
Так как давление в трубопроводе перед диафраrмой 6 BЫ
ше, чем после нее, некоторое количество воды, пропорциональ
ное ее расходу по трубопроводу, пойдет через ротаметр 7
и трубопровод 8 в верхнюю часть дозатора и вытеснит из Hero
по трубопроводу 9 такое же количество раствора peareHTa в
трубопровод за диафраrмой. Дозу раствора peareHTa можно
реrулировать вентилем 10 по показаниям ротаметра.
Коrда весь раствор peareHTa из дозатора окажется BЫTec
ненным в трубопровод обрабатываемой воды, поплавок pOTa
l\1eTpa опустится на нулевое деление. Это является сиrнаЛОl\1
для включения в работу BToporo дозатора. Тоrда первый доза
тор освобождают от воды и снова заполняют раствором pe
areHT3.
Примером дозатора, рассчитанноrо на поддержание задан
ных параметров качества обработанной воды, является дозатор
известковоrо молока, поддержива ющий заданную величину рН
обработанной известью воды при ее умяrчении или стабилиза
ции. Схема TaKoro дозатора показана на рис. 11.25. Датчиком,
упраВЛЯЮЩИl\tI дозаТОРОl\1, служит контактный pH MeTp.
В проточную измерительную ячейку pH l\leTpa со стеклян
HbIl\l и каломеЛЬНЫlVI электродами поступает часть воды, про
шедшей после введения I3 нее известковоrо l\10лока через I3ep
тикальный смеситель.
Ве"Т'lичина рН воды записывается pH MeTpOM на KapTOrpal'vI
ме; pH MeTp снабжен разъединитеЛЬНЫl\I трансформаТОРОl\I 6.
При отклонении рН обработанной воды от заданной величины
в любую сторону более чеlVl на 0,1 замыкаются контакты pH
l\leTpa, в результате чеrо на проыежуточное реле реверсивноrо
маrнитноrо пускателя 3 поступает импульс на включение pe
BepclIBHoro электродвиrателя дозирующеrо opraHa клапана
дозатора.
Если рН воды выше заданной ве"lИЧИНЫ, то замыкаются
контакты pH l\leTpa, даЮЩие Иl\IПУЛЬС на закрытие KOHycHoro
клапана дозатора; eC"lII рН воды ниже заданной величины, то
заl\1ыкаются контакты, даlощие импульс на открытие этоrо
клапана.
Вреl\IЯ протекания ВОДЫ через смеситель II трубопровод от
Сl\lесителя до ИЗl\1ерите"lЬНОЙ ячейки pH l\leTpa составляет 2
4 JHUH. ЭТО вреlVIЯ опреде"lяет запаздывание действия дозатора и
6*
83
вызывает перереrулирование. Чтобы предотвратить перереrу.пи
рование и связанное с ним непрерывное срабатывание дозатора
то на открытие, то на закрытие, в систему дозатора введено реле
вреl'rIени, обеспечивающее необходимые паузы между перIlода
:ыи работы Э"ТIектродвиrате.ТIЯ дозатора.
При выборе соотношения времени паузы и времени работы
дозатора целесообразно принимать время паузы (в течение
2
5
10
Рис. 11.25. Схема дозирования известковоrо моло
ка для поддержания заданной величины рН воды
1 бак с мешалкой Д.1Я извеСТКОБоrо молока; 2 доза
тор; 3 маrнитный пускатель; 4 ИСПОЛНИlельный Mexa
низм; 5 прерывате<llЬ; 6 трансформатор; 7 pH MeTp;
8 датчик pH J\leTpa; 9 смеситель; 10 насос
KOToporo цепь IvIежду pH lVIeTpoM и ПрОlVIеЖУТОЧНЫl\I реле пуска
теля двиrателя раЗОl\1кнута) paBHbIl\I времени движения воды
от места введения извести до датчика pH MeTpa, т. е. 2 4 мин,
а продолжительность реrулирования, т. е. время работы э.пект
родвиrателя l\Iежду паузаl\IИ, 2 10 сек.
Во избежание осаждения частиц известковоrо lVI0лока в бач
ке дозатора поддерживается непрерывная ЦИРКУ,,1ЯЦИЯ из
BecTKoBoro I\Io.тroKa. Это достиrается Tel\l, что известковоое MO
"rrOKO, подаваеыое насосоы из rидр авлической мешалки,
поступает в дозатор с завеДОМЫl\1 ИЗЛИШКОI\I. Поэтому в доза
торе поддерживается повышенная скорость восходящеrо пото
ка, препятствующая осаждению частиц из известковоrо молока.
11З,,1ишек известковоrо l\IOtll0Ka переливается в rидравлическую
Лlешалку. ..,.
84
Описанный дозатор работает надежно на станциях с мало
ИЗ:\lеНЯЮЩИl'vlСЯ раСХОДОI\1 обрабатывае:\lОЙ воды (не более чеЛI
на 30 О/о расчетноrо). При больших колебаниях расхода дозатор
работает недостаточно точно.
д. Н. СlVIИРНОВЫl\l И А. с. ДlVIитриеВЫl\1 (ВНИИ водrЕО)
разработан усовершенствованный дозатор известковоrо l\IОЛО
ка для поддержания заданной величины рН обработанной BO
\
Ч О 5\ 5
{О
/
J
8
2
fЗ
Рис. 11.26. Дозатор известковоrо молока конструкции
внии водrЕО
1 дифманометр ДЛ1. 6; 2 сужение на трубопроводе обраба
тываемой воды; 3 вторичный прибор расходомера ЭПИД;
4 лекала; 5 индукционные катушки; 6 двиrатель преобра
зователя; 7 ко андный прибор I<ЭП; 8 pH MeTp; 9 датчик
pH MeTpa; 10 передаточный рычаr; 11 шкив; 12 двиrатель
ИСПО"lнительноrо 1еханизма; 13 дозатор известковоrо молока
ДЫ, рассчитанный на работу в условиях больших КОLlебаний
расхода обрабатываеl\tIОЙ воды. Общая схема устройства пока
зана на рис. 11.26.
Описанные выше дозаторы l\IorYT быть использованы для
дозирования не только известковоrо молока, но и ряда друrих
peareHToB, введение которых в воду ИЗlVlеняет ее рН.
При использовании этих дозаторов для дозирования cepHO
КИСL10rо алюминия и железноrо купороса стеклянный и кало
I\reLlbHbIe электроды pH MeTpa должны быть заменены на элект
роды, обрати:мые в отношении сульфатов, а для дозирования
фторсодер)кащих peareHToB на электроды, обраТIIl\Iые в OT
ношении фтора.
При обработке вод с относительно неБОЛЬШИl\l СОL1есодер
:/кание:\I (ДО 150 250 "HZ/ л) в качестве датчика для дозатора
l\оаrУLlянта l\lожет быть использован прибор, реаrирующиЙ на
IIЗ Iенение Э"lектропроводности воды, поскольку при введении
в воду коаrулянта, особенно содержащеrо свободную кислоту,
85
электропроводность воды возрастает пропорционально дозе
коаrулянта.
Схема TaKoro дозатора системы В. Л. ЧеЙШБИ.ли и
И. Jl. KpbIMcKoro (внииrс) показана на рис. 11.27. Дозатор
состоит из комплекта электролитических ячеек (датчика), aB
ТОJиатическоrо электронноrо раВНОБесноrо l\10CTa и реrу"ТIИРУЮ
щеrо веНТИlllЯ с электроприводом.
120б
Смеситель
7
11
I
t '1
8 стон
8000 tfO оорооотк!/
Рис. 11.27. Дозатор коаrулянта системы В. л. Чейшвили
и и. л. KpbIMCKoro
L(ействие дозатора основано на измерении разности электро
проводностей коаrулированной: и некоаrулированной БОДЫ, про
пускаеl\.10Й через ИЗl\1ерительные электролитические ячейки 1 II
2. Разность электропроводностей жидкостей в электролитиче
ских ячейках мо)кно раССl'латривать как добавочную электро
ПрОI30ДНОСТЬ, по величине которой определяется доза коаrулян-
та 13 обрабатываемой воде.
При определении дозы коаrулянта указанным спосоБОl\I не-
оБХОДIII\IО устранить влияние теl\1пературы воды, так как при
ИЗ!\IСIIении температуры изменяется электропроводность )КIIД-
КОСТЕ. ДЛЯ этоrо в элеКТРОИЗl\1ерительную cxelVlY дозатора
вкпlочена КО:\Iпепсационная ячейка 3 с Э"lектропроводностью, из-
l\lеняющеЙся только в заВИСИl\IОСТИ от теыпературы воды. Эта
ячеЙка О?\Iывается водой, проходящеЙ через электролитические
ячеЙки, для Toro чтобы ее температура была такоЙ же, как в
них.
IIЗ:Уlерите,,1Ыlые и компенсационные ячейки питаются элект
рпческим TOKOl\1 напряжением 36 в от трансформатора 4 с
тремя вторичными обl'rfотками UI, И2 И из. Два конца одинако-
86
вых обl\10ТОК траНСфОРl\lатора иl и и2 соединены lVlежду собой
и с ни)кними электрода IИ ячеек 1 и 2 через постоянное сопро
ТIIвление 5. Третья 06 IOTKa Из, КОl\lпенсационная Э.lеКТРО,lIIТИ
ческая ячеЙка и реохорд 6 ЭJ1еКТрОННОI О моста I3кпlочены ПОС"lе
;r о I3 а т е"l ь н о .
)" СИ.,1итель 7 служит для усиления напряжения тока, воз
ника Iощеrо I3 ИЗ:\Iерите.пьной части 1\10ста вследствие на рУI СIIИН
eI O р аВНОI3есия.
[JсверсивныЙ ,J,виr(lте,lЬ 8 Э"lСКТРОНIIоrо Ы0ста пере:\1\?ИLаст
,.}I3II I\OK реохорда до тех пор, пока напря}кение на выходе уси
,1IIте,lЯ не станет paBHbI:\I НУ"lЮ II 1\10СТ не уравновесится,
Рсrулирование ДОЗЫ коаrУ"lЯIIта осуществляется с ПО IОЩЫО
Bl'IITll.l51 9 с электрпчеСКИ:\1 приводом, которыЙ упраВ.lпется
систеl\10Й реrулирующих контактов элеКТРОНIIОI О l\10CTa, за
:\Iыкающихся при отклонениях от установленной ДОЗЫ Koary
,1янта и включающих реле электропривода.
Предельное значение шкалы дозатора рассчитывается на дo
?Ы 1 12 (SО4)З ДО 50 или 100 Jvtсjл.
Э,:1ектроизмерительные приборы дозатора, аВТО:\IаТIIчески(}
потеНЦИОlVlетр эпд 17 и электропривод к реrулирующему BeH
ТII,lЮ IIзrотовляются отечественной промышленностью; дозатор в
сборе изrОТОВJIяется заВОДОlVI «Ленводоприбор». Поскольку Э,lект-
ропроводность воды является только KocBeHHbIlVl показате,lе:\I Be
,]ичпны дозы коаrулянта, то дозатор «по электропроводности» не
IC\IeeT преимуществ перед более простыми дозаторами пропорци
ональноrо расхода.
Представляется перспеКТИВНЫl\1 создание дозаторов с И:\1
пульсом от приборов технолоrических показателей обрабатывае
:;\10Й воды, например осаждае;\10СТИ коаrулированной взвеси, с ис-
ПО"lьзованием приборов конrрОvlЯ скорости осаждения в цeHTpo
бежном поле, как это предложено А. [. БлаНКОl\I 11 Р. Б. Бе,lень
КВ:\I.
ЛИТЕРАТУРА
1. /\. б а з а е в Е. С. Опыт применения хлорноrо же.1еза для коаrУ,"JЯЦИИ
воды. «Водоснабжение и санитарная техника», 1956, Ng 6.
2. А л м (1 З о в Б. А. Применение хлорноrо железа в качестве коаrУ,lянта.
«rородское хозяйство Москвы», 1954, Ng 8.
3. r II н з б у Р r Я . f-I . , к о I3 а . I е II к О К а з (l II Ц е в [. и . н о в ы е J в Т о
матические дозаторы peareHToB в процессах водоподrотовки. «ВОДОСНЗ0;,кение
и санитарн()я техника», 1969, .N'g 1.
4. Д а r а е в П. Ф. Хранение II использование коаrулянта в растворе.
«Водоснабжение и санитарная техника», 1968, J\ng 4.
5. Е л е н и н С. Н. ИСС lедование датчиков расхода раствора коаrУ"lянта.
В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР», вып. ХХХ, 1964.
6. Е фре м о в Е. А., Nl II хай .1 о В а r. В. Автом()тизация процесса J,ОЗII
рования коаrулянта на ВОДООЧIIСТНЫХ станциях на базе системы СДК, в сб.:
«Научные труды АКХ РСФСР», вып. 53, 1968.
87
7. К а r а н Б а р с к и Й Л. Ш. Принципы автоматической ОПТИ:\lизаЦИJl
ре)кима дозирования коаrулянта для контактных осветлителей. В сб.: «Науч
ные труды АКХ РСФСР», вып. XXII, 1963.
8. К л я ч к о В. А., К а с т а л ь с к и й А. А. Очистка воды Д.1Я промыш
ленноrо водоснабжения. Стройиздат, 1950.
9. К у.1 Ь С К II Й Л. А., [о Р о н о в с к и й и. Т., т и х о н о в в. К. ABTO
матизация процессов осветления и обесцвечивания воды. Изд. НТО санитар
ной техники и rородскоrо хозяйства, Киев, 1958.
10. 1\1 о с к в и т и II А. С. и др. Справочник по специальным работам. Трубы,
(1рматура и оборудование ВОДОПРОI30дно канализационных сооружений, IIЗ;.I.. 2 e.
СтроЙиздат, 1970.
11. ...\111 хай л о в В. А., Н о в а к о в с к и й Н. С. АвтоматизаЦIIЯ BOДO
очистных сооружений rородских водопроводов. Изд во МКХ РСФСР, 1960.
12. Н и зеВ. Э. Автоматизация и диспетчеризация систем водоснабжения.
r осстройиздат, 1956.
13. Н о в а к о в с к и й Н. С. Опыт эксплуатации автоматических дозато-
ров коаrулянта. «Водоснабжение и санитарная техника», 1955, ,Ng 6.
14. О Р л о в С. П. Дозирующие устройства. «Машиностроение», 1966.
15. С 1\1 и Р н о в Д. Н., Д м и т р и е в А. С. Автоматическое дозирование
peareHToB при обработке сточных вод и водоподrотовке. Стройиздат, 1965.
16. С м и р н о в Д. Н., Д м и т р и е в А. С. Автоматический реrулятор дo
зы извести по величине рН обработанной воды. Изд. ВНИl1 водrЕО, 1960.
17. Справочник химика энерrетика, т. 11. rосэнерrоиздат, 1958.
18. Т У Р ч и н о в и ч В. Т. Улучшение качества воды. Стройиздат, 1940.
19. Фре й е р Р. Приrотовление воды для питания паровых КОТ.10В. [ос-
энерrоиздат, 1960.
20. Ш а п к и н и. Ф. Плунжерные и поршневые насосы малой произво-
дительности в теплоэнерrетике. rосэнерrоиздат, 1960.
21. Ц и к е р м а н Л. Я., Е фре м о в Е. А. Исполнительные механизмы
Д.1Я автоматизации производственных процессов в коммунальном хозяйстве.
11зд во МКХ РСФСР, 1959.
rЛАВА 111
СМЕСИТЕЛИ И КАМЕРЫ ХЛОПЬЕОБРА30ВАНИЯ
1. СМЕСИТЕЛИ
Для TOrO чтобы после введения peareHToB химические peaK
ции протекали во всем объеме обрабатываемой воды, необходи
1\10 полное и быстрое СlVlешивание peareHToB с водой.
СlVlешивание должно закончиться до Toro, как начнется об
разование хлопьев во всей массе воды. Обычно продолжитель
ность пребывания воды в смесителях не дол)кна превышать
1 2 JИU1-l.
Если воду обрабатывают несколькими реаrентами, то смеси
тели должны обеспечивать возможность последовательноrо BBe
,J,ения peareHToB через необходимые интервалы времени.
Смесители, применяемые на отечественных и зарубех{ных
водоочистных станциях, можно подразделить на две rруппы:
а) rИД авлические, в которых смешивание peareHToB с водой дo
стиrается за с чет эне rии потока воды , расходуемой на повыше
вие ero тур'оулентно сти (L:uздание ви хрей); к этому виду OTHO
сится смешивание собственно в трубе и в трубе с диафраrмами,
а также в смесителях переrородчатых, дырчатых, вихревых;
б) м еханические, в которых турбулентность потока усиливается
м 1ll lJIКаМИ разл и чных типов, приводимыми В действие внешни
ми 'иёТочtrИками энерrии; смешивание в центробежном насосе, а
также в смесителях с пропеллерными и лопастными мешалками.
Хороший эффект смешивания обеспечивается при введении
. peareHToB во всасывающую трубу центробе жноrо насоса, пода
ющеrо обрабатываемую воду на оч и стные сооружения. Для Toro
чтобы во всасывающую трубу насоса вместе с paCTBOpOl\1 pea
/' [ента не проникал воздух, ПРИl\1еняют устройство (рис. 111.1),
которое состоит\ из воронки 1, присоединенной к приемной трубе
насоса, и бачка 2 с шаровым краном. В воронку поступает pac
твор peareHTa из дозатора 3, который непрерывно пополняется
из расходных баков 4. Уровень воды в воронке все время под
держивается ПОСТОЯННЫl\1 путеrvl подачи воды от напорной линии
насоса через бачок с шаровым краном.
Вентилем 5 на трубе, соединяющей воронку с приемной TPy
бой насоса, реrулируют интенсивность протока воды через
бачок 2.
89
в качестве смеСИТСL1Я М0)кет быть IIСПОLlьзована труба, по EO
тороЙ вода поступает на очистную cTaHILlIIO. При обычных CKO
ростя:\: двп)кения воды в трубах создается достаточная ].L1Я C Ie
ШIII3аНII турбулентность потока.
...J
В канализацию
2 От oaoпpo oOa
1
5
Прl1снная труба насоса
РIIС. 111.1. Схема ДОЗlIроваНIIЯ peareHTa яо I3сасывающую
трубу насоса
J
..........
t:)'"
, I
I '"
Tt
Рис. 111.2. Переrородчатыи смеситель
1 поступление воды в смеситель; 2 подача peareHTa;
3 перелив
Длина участка трубы, в котором вода смешивается с peareH
том, должна быть подобрана так, чтобы суммарная потеря Ha
пора на этом участке получал сь 9 =9,4 М.:. "
Если по условиям планировки водоочистной станции такоЙ
участок трубы не может быть выделен, то 10жет быть применен
шайбовый смеситель, представляющий собой установленную в
трубе диафраrму. Соотношение диаметров диафраrмы и трубо
провода принимается таКИl'vl, чтобы потеря напора в диафраr 1е
была O,3 O,4 .М.
Специальным устройством для смешивания воды с peareH
TOl\l является пер еrородчатый С 1есител ь (рис. 111.2). Он пре.1
.,.,...... .
стаВlllяет собои лоток, в KOTOpO 1 поперек потока воды YCTaHOB
лены три переrородки. В первой и третьеЙ переrодках имеются
проходы для воды в центре, средняя переrородка образует два
90
боковых прохода у стенок лотка. Блаrодаря переrородкаl\1 Ha
правление движения воды попеременно l'vIеняется, а в суженных
сечениях создаются повышенные скорости движения воды. Об
разующиеся завихрения способствуют смешиванию воды с pea
reHTOl\tI.
Скорость движения воды в сужениях смесителя ПРИНII lают
1 Jи!сек. При ЭТОl\I потеря напора в каЖДОl\I сужении состаВ.lяет
0,13 Jl, а во всем Сl\lесителе 0,39 М.
2
2
h
т
=-== _ I\
!
$
з
Рис. 111.3. ДырчатыЙ смеситель
1 ПОСТУПvlение воды в смеситель; 2 подача
peareHTa; 3 перелив
ДvlЯ предотвращения подсасывания в воду воздуха cy:;+ eHHыe
проходы в переrородках должны быть затрплены на 0,1 0.15M.
ДруrИl\'I ТИПОl\1 смесителя, часто 'применяемым на станциях
,<' обработки u воды, является \ДI:>!.рчаТ IЙ .._.. , тель. Он пре;J,СТqВ
..аяет собои лоток, переrороженныи дырчатыми переrородками
(рис. 111.3). Обычно устанавливают три переrородки с OTBep
стиями диаметром 20 40 ММ дЛЯ небольших и до 100 Jl.1l для
больших смесителей. Дырчатые переrородки обеспечивают пе
реl\Iешивание жидкости вследствие Toro, что вода, выходящая из
отверстий с повышенными скоростями, подсасывает сосе;r,ние
слои жидкости.
Скорость движения воды в отверстиях переrородок ПрIIНИ
:чают 1 Jvl!ceK. Для предупреждения подсасывания воздуха в BO
:LY верхний ряд отверстий в каждой переrородке дол)кен быть
затоплен на rлубину О, 1 o, 15 -,Н.
3аД,аваясь диаl\lеТрОl\I отверстий, определяют ЧИС..10 отверстиЙ
в ка)кдой переrородке по фОр IУv1е
4q
п === (III.l)
;тvd 2
rде q расход воды, поступающей в смеситель, в нЗ/сеf{:
91
v скорость ДВII)кения воды в отверстиях переrородок в
М/ сек;
d диаметр отверстия в At.
Потерю напора в отверстиях всех переrородок опредеL1ЯЮТ
по фОРl\lуле
h==
mv 2
(III.2)
2 g ! 2
rде
т число дырчатых переrородок;
g ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек 2 ;
коэффициент расхода, принимаеl\1ЫЙ в заВИСИl\10СТII от
отношения диаметра отверстия d в м к толщине пере
ro р о Д к и Ь в М; при d / ь === 2 t == 0,65, при d / ь === 1 t === О, 75.
5
а)
6)
2
2
::t:
:t:
'
Рис. 111.4. Вертикальный смеситель
а вариант смесителя при отводе воды лотком с затопленными
отверстиями; б то же, с затопленной воронкой; 1 подвод
воды; 2 отвод воды; 3 спуск; 4 подвод peareHToB; 5 щи
ток для предохранения от образования воздушной воронки;
Н расчетная rbIcoTa смесителя
Расстояние между дырчатыми пере-rородками должно быть
не менее ширины лотка смесителя.
На станциях с обработкой воды извеСТКОВЫl\I l\IО.поком не pe
)\ комендуется при менять переrородчатые и дырчатые смеСlIте.,1И,
). так как скорости в них не обеспечивают поддержания во взве
шенном состоянии частиц извести, которые l\IorYT осаждаться
перед переrородками. В этом случае более приrодны BepTIIKa.,lb
ные (вихревые) Сl'vlесители (рис. 111.4). 1"
L
92
"
в вертикальном смесителе обеспечивается относительно пол
ное растворение частиц извести, так как они некоторое вреl\lЯ
движутся во взвешенном состоянии в турбулеНТНОl\I восходящем
потоке воды. Наиболее крупные частицы находятся в нижней
части смесителя в зоне повышенных скuростей, а по мере их
растворения становятся все мельче и постепенно переносятся
вверх, rде скорости убывают. ТаКИl\I обраЗОl\I, при правильно BЫ (
бранных размерах вертикальноrо смесителя частицы извести не .
выносятся из Hero до тех пор, пока практически полностью не
растворятся.
Вертикальный смеситель может быть в плане круrлым или
прямоуrольным. Уrол между наклонными стенками нижней ча
сти смесителя принимают в пределах 30 400.
Воду вводят из подводящей трубы в нижнюю часть смесите
ля со скоростью 1 1,2 м/сек. Диаметр смесителя или размеры
прямоуrольноrо смесителя в плане определяют по скорости BOC
лодящеrо движения жидкости на уровне водосборноrо устрой
ства. Эту скорость принимают равной 25 28 мм/сек.
Вода, прошедшая через вертикальный смеситель, собирается
периферийным лотком с затопленными отверстиями или за
топленной воронкой. Размеры сборноrо периферийноrо лотка
рассчитывают по скорости движения в нем воды не более
0,6 м/сек.
Продолжительность пребывания воды в вертикальном CMe
сителе при осветлении воды коаrуляцией должна быть 1 ,5
2 .мин, при умяrчении воды известкованием до 3 мин.
На крупных водоочистных станциях производительностью
более .30{}OOO М 3 /С!fтки#<.может быть примен€'н переrОрОД1tатый
смеситель типа Мосводопровода. Смешивание peareHToB с BO
дой происходит вследствие частых поворотов потока, обуслов
ленных расположением направляющих переrородок.
Расстояние между переrородками смесителя должно быть не
менее 0,7 м, чтобы в смесители моrли опускаться рабочие для
ремонта или для чистки.
Скорость движения воды в коридорах смесителя должна
быть O,6 0,9 м/сек. Скорость 0,6 м/сек следует принимать при
продолжительности пребывания в нем воды 2 мин, скорость
0,9 JИ/ сек при продолжительности 1,5 мин.
Потерю напора в смесителе h определяют по формуле
h == O,15v 2 s, (111.3)
rде v скорость движения воды в смесителе в м/сек;
s число поворотов потока.
Для хорошеrо смешивания peareHToB с водой должно быть
шесть семь поворотов.
В тех случаях, коrда по УСЛОВИЯl\1 BbIcoTHoro расположения
отдельных сооружений водоочистной станции нельзя обеспечить
перепад отметок, требуеl\fЫЙ для смесителей rидравлическоrо
"
93
tY
., "Z., /
..-' /
""'(1..,
типа, можно устраивать смесители с механическим перемешива
нием жидкости.
Смесители таких типов получили распространение на зару
бежных водоочистных станциях.
На рис. 111.5 'показаны два типа смесителя с пропеллерными
мешалками, насажеННЫl'YIИ на вертикальные оси. Продол)китель
ность пребывания воды в механических смесителях с пропе.lлер
1
..
., CI
Рис. 111.5. Механическ'ие смесители
1 IIОДI30Д воды; 2 IIОДВОД peareHTa; 3 отвод воды ,'::.
: I
ными мешалками должна составлять 10 13 cef(, а Пр'и".' 10паст
ных мешалках с вертикальноЙ осыо вращения 30 60 cef:C.
В смеситель вод.а вместе с реаrентами поступает Cli 3.Y )! BЫ
ход'ит из Hero сверху (либо наоборот),. Иноrда дл.я б'О ТIее Ha
дежноrо перемешивания устанавливают последовате,прно два
механических смесителя.
Расход мощности АлЯ l\Iеханических смесителей С,о.<;тавляет
. l
O,8 1,5 квт на 1000 м 3 /ч воды.
При проектировании водоочистных станций резеРВНqI;Х CMe
сителеЙ не предусматривают; необходимо лишь устройство об
водных линий для пропуска BOДЬ в обход смесителя пр,И ero ре-
монте. ,
QTKpbITbIe смесители должны ИIVlеть переливные трубы.
Т'рубопроводы или лотки, отводящие воду из смесIiтеиlей в
камеры хлопьеобразования, в осветлители со взвешеННЫIЧ ocaд
ком или в контактные осветлители, должны быть рассчитаны на
скорость движения в них воды 0,8 1 м/сек, продолжите.1ЬНОСТЬ
пребывания в них воды не более 2 мин.
2.КАМЕРЫХЛОПЬЕОБРА30ВАНИЯ
После Сl\Iешивания обрабатываеl\lОЙ воды с реаrентами Ha
ЧIIнается образование хлопьев (при коаrулировании и У lяrче
нан). Этот процесс идет БО,,1ее успешно при paBHOl\lepHo:\l II l\Iед
4
леННОl\1 перемеШIlвании поды, при котором создаются опти
мальные условия для аrломерации мелких хлопьев в крупные.
Вместе с тем переl\Iешивание не должно происхоtJ,IIТI) с большой
интенсивностыо (как в Сl\lесителях), так как это l\IO)KeT привести
к раздроблению образующихся хлопьев.
ДL1Я создания наилучших. ус ловий протекания процесса
ХЛ()Пhео()rаЗ0ва НИЯ п ед вертикальным.и или rоризонтальными
OTcr O{IHIIKaMH у страивают специальные сооружения, называемые
кзriера \НI ХЛО IIье\.)оразования. Перед осветлитеЛЯl\IИ со взвешен
н ы \1 б(7(-lДКО 'ус rройство - камеры хлопьеобразования не требу
ется, так как хлопья образуются достаточно быстро в ни)кней
части осветлителей при контакте с ранее накопленным здесь
()садком.
В праКТIIке обработки воды нашли ПрИl\Iенение каыеры
хл()пьеобразования различных типов.
! Водоворотная камера хлопьеобразования представляет co
о w цилиндр, размещаемый обычно в Ц Tpe верт.и_к? рноr9. . OT
стойника. ВВОД воды, смешанной с реаrентами, устроен в Bepx
ней части камеры по трубе, раздвамвающейся внутри камеры I3
виде неподвftжноrо cerHepoBa колеса. Выходя <;0 значительноЙ
скоростью из сопел, вода приобретает вращательное движение
вдоль периферии камеры. Получающееся при этом равномерное
перемешивание создает блаrоприятные условия для формиро
вания хлопьев (см. рис. У.ll).
При выходе воды из камеры в отстойник вращательное
движение воды может ухудшить эффект работы последнеrо, для
отстойника требуется paBHOl\1epHOe поступление воды из под всей
периферийной части камеры хлопьеобразования. Для прекра
щения вращательноrо' движения воды в нижней части камеры
устраивают rаситель. Он состоит из вертикальных переrородок
высотой 0,8 м, образующих ячейки размером в плане 0,5 Х 0,5 At.
Скорость выхода воды из сопел и с принимают равной 2
3 м/сек и по ней определяют диам'етр отверстия сопла.
:- !Тотерю напора в сопле подсчитывают по формуле
, h == 0,06 v; М. (111.4)
Площадь водоворотной камеры в плане определяют по фор
муле
f qt 2
М
1 60 Н N '
(111.5)
rде q расход воды, поступающей на водоочистную станцию,
в м 3 /ч;
t продолжительность пребывания воды в камере в AtUH,
принимаемая равной 15 20 мин;
Н высота камеры, принимаемая равной 90 О/о высоты зо
ны осаждения вертикальноrо отстойника;
\
95
N число камер хлопьеобразования, равное числу верти
\ кальных отстойников.
cf..-, \/ П ереrорор,чаты е камеры хлопьеобразования применяют для
бол ее крупных станциЙ. Они представляют собой прямоуrО.ТIьные
I l
f
I
I
I
I
2 -
, План
3 )
5
ц )'
t
1 1
)
) ,
.
t .'
( \ '; ...t { 'и I . . . J
.. V' . '/
\ ... '-о ,, .../
\
Рис. 111.6. Переrородчатая камера хлопьеобразования
с rоризонтальным движением БОДЫ
1 обводной канал; 2 канал для отвода осадка; 3 шиберы;
4 промежуточные шиберы для выключения части камеры;
5 шиберы для выпуска осадка
резервуары, разделенные переrородка:ми таКИl\I обраЗОl\rI, что об
разуют проходы для воды в rоризЬнтальном или вертикальном
направлении.
Переrородчатая камера хлопьеобразования с r ризонта ль
HbIl\I движением воды показана на рис. 111.6. В ней вода проте
.........
/
/
/
96
/
/
/'
/
кает по ряду последовательно соединенных коридоров. Переме..
шивание воды достиrается блаrодаря наличию JД>BOPOTOB п
достаточной скоро сти движения в оды в коридорах. Однако ско",
рость движе-н1iя во ды не должна б ыть и ли ЦI "_ !: ОКОЙ, чтобы
не происходило разрушения образующихся хлопьев ко аrулянта.
f:: Воду l\IO)KHO пропускать последовательно через все коридоры
, Mepы или только через часть их, открывая промежуточные
шиберы. Обычно зимой при низкой температуре воды, коrда ук-
рупнение хлопьев' происходит медленно, воду пропускают через
все коридоры, летом же при быстром формировании хлопьев
только через часть коридоров (например, только через 50 или
75 О/о коридоров), чтобы избежать раздробления полностью
сформировавшихся хлопьев в последних коридорах. Некоторая
часть наиболее тяжелоrо осадка l\10жет выпадать в камере. Для
выпуска этоrо осадка в водосток служат отверстия, перекрытые
ш и б е р а м и . ('" '
Желательно выполнять камеры с последовательно меньшаю .
щейся по движению воды скоростью, так как это способ твует луч-
шему форми рованию хл6 В""п ервом ко ридоре рекомендует-
ся прин има ть скорость движения в оды O,2 0,3 м/сек, затем в
каждом последующем коридоре скоро ст ь должна постепенно
уменьшаться с тем, чтобы в последнем идо ре она составляла
0,1 м/сек. в таких камерах 'приходится приним ать каждый по-
LJН: ДУЮЩ ИЙ коридор несколько шире предыдущеrо.
, Продолжительность пребывания воды в переrородчатых ка-
мерах принимают о оло 20 мин ДЛ У lJ ЫХ вод и до 30 мин для
вод с высокой цветностью. -
Для" iiи'ё"тк и ир е мо нт а камеры обслуживающим персоналом
ширина коридора должна быть не менее 0,7 м.
В камере должно быть 8 1..Q !10BO pOTOB потока.
Потерю напора в камере"определяют по формуле
h == O,15v 2 п М, (111.6)
rде a скорость движения воды в камере в м/сек (для камер
с переменной скоростью движения воды средняя
скорость) ;
n число поворотов потока.
Для предотвращения разрушения сформировавшихся в Ka
мере хлопьев нужно максимально сокращать протяженность
трубопроводов и каналов между камерами и отстойниками, при
этом скорость движения воды в этих коммуникациях должна
быть . "q 9 e O JVl/ceK. Лучше осуществлять непосредственное
п и камер хлопьеобразования к отстойникам с перехо
дом воды из---к-аж дои камерыi в свой отстойник (описание встро-
енных в отстойники камер хлопьеобразования см. в rлаве V).
При примыкании камеры хлопьеобразования к отстойнику
высота камеры получается из конструктивныt' соображений
приблизительно равной высоте отстойника. Так как площадь по
7 745
I JV'. \. \ ..
97
переч оrо сечения коридора определяется расходом воды и pac
четнои скорость:о ее движения, а высота камеры принимается
по высоте отстоиника, при расходе воды на одну камеру менее
'200 1500 М 3 /Ч ширина коридора получается l\/Iеньше допусти
I 1 мой (меньше 0,7 м). В этом
случае приходится устраивать
двухэтажную камеру с после
доватеЛЬНЫ1\1 движением воды
сначала по коридорам одноrо,
а потом друrоrо этажа либо
при менять переrородчатую Ka
1 меру с РТИКЯ.ТI ым движе
.::> нием воды (рис. 111.7).
Все расчетные данные для
камеры этоrо типа принима
План
\
[
L
Рис. 111.7. Переrородчатая Ka
мера хлопьеобразования с вер-
тикальным движением воды
I ВХОД воды; 2 ВЫХОД воды;
'3 ВЫХОД ВОДЫ И1 первой полови-
ны камеры; 4 выпуск осадка
. .........
..........
Рис. 111.8. Вихревая камера
х опьеобразования со сбором
воды затопленной воронкой
ются такими же, как для переrородчатых камер с rоризонталь
ным движением воды.
Камера хлопьеобр азования вих ревоrо типа системы Е. Н. Te
теркина представляет оь о й р асIffiIр яющи й ся кверху конический
или пирамидальный р ез ...}[.ар, в который вода поступает снизу
-
(рис. 111.8).
При движении воды снизу вверх с постепенно У1\1еньшающей
ся скоростью боковые слои воды подсасываются в основной по
ток, который одновременно распространяется в стороны. В pe
9-8
зультате этоrо в вихревой камере хлопьеобразования во всем
объеме воды образуется ряд вихрей, способствующих хорошему
ее переl'.1ешиванию.
При движении воды кверху происходит хкрупнен tI хл опьеВ5
которые вследствие уменьшения ск орости дви)кения воды не
разрушаются. [
Сбор воды в верхней части каыеры ivl0)KeT осуществляться
для Ka lep диаметром до 1 ,5 2 А! затопленной воронкой (см,
рис. 111.8), а для камер большеrо размера затопленной дырча"
той трубой или ЛОТКОl\I с затопленныТ\1И отвеРСТИЯlVlИ.
Устройства для сбора и отвода воды из вихревых камер дол-
жны обеспечивать сохранность обр азов авшихся Х.7I пьев. Труд-
ность осуществления 'i'aKOro сбора в оды ЯВ:Ляет с я'i-Iёк6торым He
достатком вихревых камер хлопьеобразования. Этот недостаток
устраняется при устройстnе В!:W?. !30Й камеры, вс р ?й ro-.
ри зонтал ьный отстойник.
Н иже приводятся основные данные АЛЯ расчета вихревых
камер хлопьеобразования.
r Уrол между наклонными стенками вихревой камеры принн,
мается в пределах 5 0 700. Общий объем камеры рассчитывает
ся на продолжительность пребывания в ней воды 6 10 M U1ir
Скорость восходящеrо потока воды на уровне сборноrо устрой
ства должна быть: при осветлении и обесцвечивании воды
5 мм/ сек, при умяrчении воды известкованием до 8 мм/с ек.
Ско рость входа воды в суженную часть KaMep bI принимаIОТ
равной O,7 1,2 м/сек (б6льшую скорость принимают при умяr
чении веды) ..........
Потерю напора в вихревой камере (не считая потерь в под
водящих, -отводящих и распределительных устройствах, кото-
рые рассчитываются по обычным формулам rидравлики) МО)КНО
принимать равной 20 50 м.lи вод. СТ. на 1 м рабочей высоты
камеры.
Нижний предел потери напора следует принимать при об-
щем содержании взвеси в обработанной воде (включая хлопья
коаrулянта, взвесь от умяrчения и т. п.) около 50 70 М2/Л, Bepx
ний предел при 1 ooo 1500 /vl2/ Л. '
Устройства для транспортирования воды из камер х.попьеоб"
разования в отстойники ДОЛ)l(НЫ быть выполнены таким обра.
зом, чтобы не происходило разрушения СФОРl\lировавшихся
хлопьев. Для этоrо с корость дви)кения воды в л отках и трубах
дол жна быть не более 0,1 Al;'c eK. Jl учше примен я tь. -естро'ённые
в errc то й ники кам еры снепосредственным переХОДОI\l воды из ка-
меры хлопьеобразования в отстоЙник.
В зарубежной практике ПрИl'rlеняют камеры Х.7Iопьеобразова
ния с механическим переI\IеЩ.I! Н} I\1 воды.
П реимущественноё " - р'аспростран ёННе получили камеры
хлопьеобразования с лопастными lVlешалкаl'rlII, IIмеЮЩИl'rIИ rори-
зонтальные (рис. 111.9) либо вертикальные (рис. 111.10) оси Bpa
7*
99
2
I
ОС ОС 'е со
4
Рис. 111.9. Механическая камера хлопьеобразования с лопастными мешал
ками на rоризонтальной оси
1 поступление воды; 2 подача peareHTa; 3 смеситель с пропеллерной мешалкоЙ
4 камера хлопьеобразования; 5 отстойник
Рис. 111.10. Механическая камера хлопьеобразования с лопастными
мешалками на вертикальной оси
Рис. 111.11. Механическая камер а хлопьеобр азования с
мешалками, совершающими вертикальное возвратно
поступательное движение
100
щения. Реже применяют перемешивание воды лопастями, имею
IЦИМИ возвратно поступательное движение (рис. 111.11).
Продолжительность пребывания воды в механических KaMe
рах принимают равной 4 мип (б6льшую продол)китель
ность принимают при умяrчении воды известью или известью и
содой) .
Qбразованир хл()пьев В ме анических камерах происходит
блаrодаря наличию !)Jадиенто!? СКQ р <?стей движения воды, что
обусловливает столкно вен е движущихся хлопьев l!. их аrЛОl\fе
раЦИIQ. Однако rрадиенты скоростей не должны быть чреЗl\fерно
б'бЛьш ими, чтобы не происходило разрушения хлопьев. Жела
тельно, чтобы мешалки, находящиеся ближе к входу воды в Ka
меру, вращались с большей скоростью, чеl\f у выхода, так как
крупные хлопья разрушаются леrче.
. Работа механических камер хлопьеобразования исследована
I(эмпом [1 и 2]. Им предложен критерий работы камер с лопаст
ными l\1ешалками
G == 10 1/ : ceK \ (Ш.7)
rде W энерrия, затрачиваемая на перемешивание воды, OTHe
сенная к единице объема воды в камере хлопьеобра
зования, в К2. MjM 3 · сек;
f.t абсолютная вязкость воды в пз (2. сек/см 2 ).
Соrласно Кэмпу, скорость формирования хлопьев пропорци
ональна величине о: чем больше величина этоrо критерия, тем
меньше требуется времени для формирования хлопьев. Однако
очень большая величина О может привести к разрушению
хлопьев.
Поскольку необходимое время пребывания воды в камере
хлопьеобразования Т (в сек) также зависит от процесса форми
рования хлопьев, Кэ лп вводит безразмерный критерий данноrо
процесса от, который характеризует работу, затрачиваемую на
перемешивание воды в камере хлопьеобразования.
Обработав материал наблюдений за работой механических
камер хлопьеобразования на действующих в США водоочист
ных станциях, Кэмп установил, что величина О при лопастных
мешалках должна находиться в пределах 25 65 ceK l, а без
размерный критерий от должен быть в пределах 40 ooo
210000 (при температуре воды 10 0 С).
Проектирование механической камеры хлопьеобразования
-заключается в определении размеров самой камеры, размеров
"ТIопастей и скорости их вращения. Затем нужно найти численные
значения О и от, которые должны соответствовать peKOMeHдye
l\tIbI1\f величинаl\l. Рассчитанную величину О при этом следует
рассматривать как среднюю для данной камеры.
Жел тельно, как указано выше, чтобы скорость вращения
лопастеи в начале камеры была больше, чем в конце. На прак
101
тике линейную скорость вращения лопастей принимаIОТ от 18
до 75 Cht/ceK. КЭl\1П считает, что в среднем линейная скорость
движения воды возле вращающейся "Т"[опасти Vl составляет OKO
10 1/4 скорости движения лопасти v.
Разность скоростей движения лопасти и воды с\[' p(lBHa:
V == V Vl == 4 V 1 Vl == 3Vl, (111.8)
а отношение разности скоростей к скорости движения лопасти
Ди == 3иl == 0,75. (111.9)
v 4Vl
Общая площадь лопасти в данной вертикальной плоскости
не дол)кна превышать 15 20% площади поперечноrо сечения
камеры, иначе может возникнуть вращение всей массы водь! без
ну)кных rрадиентов скоростей.
По формуле Кэмпа мощность, необходимая для перемеще
ния в воде одной лопасти, определяется по формуле
N -== 51C D Av 3 KF.M/ceK, (111.10)
rде С D коэффициент сопротивления воды; он зависит от OT
ношения длины лопасти 1 к ее ширине Ь и равен:
при l/b === 5 1 ,2; при l/b == 20 1 ,5; при l/b == oo
1,9;
А площадь лопасти в м 2 ;
v скорость движения лопасти относительно БОДЫ в
М/ сек.
Пример 111.1. Запроектирована механическая камера хлопьеобразования
с вращающимися лопастями на rоризонтальной оси. Проверить правильность
выбора размеров и pa.--:чеТIIЫХ параметров камеры.
Расход воды Q==0,438 м 3 /сек. Температура воды 10° С.
Длин камеры L== 18 М, ширина В== 13,5 м, rлубина Н -=--4,2 At.
Продолжительность пребывания воды в камере
LBH 18.13,5.4,2
Т == == == 2330 сек или 39 МИН.
Q 01438 '
в камере имеIОТСЯ четыре rоризонтальные оси с четырьмя .10паСТНЫМI1
мешалками (т) на каждой оси. Каждая мешалка имеет четыре лопасти (р)
по две с каждой стороны оси. Одна лопасть имеет радиус вращения Rl == 1,8 .Н.
вторая R 2 == 1,35 м (рис. 111.12). Размеры .10пасти: Дv1ина 1 == 3 ftl, ширина Ь ==
==0,15 М. Скорость вращения лопасти п==3 об/мин.
Требуется определить: 1) праВИ.1ЬНОСТЬ принятой ПJ101цаДII 10пастей по
отношеНllIO к П.10щади попереЧIIоrо сечеIIIIЯ камеры; 2) мощность Д&llЯ враще
ния .10ПClстей; 3) соответстви критерIlев О II ОТ рекомендуеыыы ВС,lIРТIП-Iам.
П,10Iцадь поперечноrо сечения камеры
F === ВН == 13,5.4,2 == 56,7 -,н 2 .
П.10ULа Т"(ь .10п(\стеЙ, н(\ходящихся в попсреЧI!Оl\I cel;CIIIII[ К3:\IС{1Ы,
т == IЬmр == 3 . 0.10 . . -1 == 7,2 .ч 2 .
ОтношеНIIе П.1ОULJJЛ ,1опастей к П.1ОIД(1ДII поперсчноrо сс,!еIIIIЯ кп;\1еры
f 7,2 I
100 == 1 00 == 1 2 7 o t
F 56,7 '
т. е. leIIee преде.1ЫIОЙ величины 15 20%.
102
!f амера хлопьео5разо аffUЯ
i Ж (1 ) ffi
1 \. -т:: '--'! '--" '-"
Снесuтеl1Ь
r I
I I I
I I · I
: J
I r ,
1 I I
I I
1 1 L i J
r "l
I I I
I I I
l ' L t J
r ..,
11 I I
I I :. I
I }, J
OтCтOUHUff
r ..,
I
I I I
L : t J
r l
I I
I ; I
L l r' J L t ' J
r l r .,
I I I J .
I . I I . I
I I '1 I t ' 1
L .J j
r r "'" 1 I r"'" .,
J J I J
I .' I J ,
I 1 (
L.,... .) L '
r .....,
I I
I , J
L t r ' j
r ....
I I
I I
I ' I
L-.. f J
r .,
I :
I . I
L r ' J
r 1
I ' I
I I I
J :
L .,. "...
'-l")
---.;::
, .. ..:::с
Рис. 111.12. Схе:\1о. ыеХ3IIIlческой камеры хлопьеобразования (к ПрII
ыеру расчета)
Относительная скорость ДВИiкения лопастей с радиусаыи вращения:
а) R 1 --= 1,8 А'! с учетом формулы (111.9)
дv
n.2л R 1
V 3.2.3,14.1,8.0,75
== == О, 43 м / сек;
60
01 == 60
б) R 2 == 1,35 м
Дv
п.2 лR 2
V
V 2 :::=: 60
3.2.3,14.1,35.0,75
== О, 32 }л / сек.
60
Общая площадь лопастей в камере хлопьеобразования с учетом наличия
четырех осей с мешалками рзвпа: f==4. 7,2==28,8 ч2 (из них лопасти с общеЙ
площадью А == 14,4 м 2 находятся на раССТОЯНИIIII 1,8 Ai от оси вращения и .ттo
пасти с общей площадью А ==---14,4 At Z на расстоянии 1,35 м).
Расход мощносrи До1Я I3раlцеНIIЯ мешалок I3 СООТI3етствии с форыу.rrоЙ
(111.10) без учета ыехаНIIческих потерь в приводе paI3eH:
N == 51 С D А vl + v ) == 51 ' 1 ,5.14,4 (0,433 + 0,323) ==
== 123 Kr.M!ceK, или 1,2 квт.
Удельный расход мощности на 1 м 3 емкости камеры х.10пьеобразоваНllЯ
N 123
W === в == 0,12 кr,м/.ч 3 .сек.
L н 18.13,5.4,2
103
Величина а, соrласно формуле (111.7) равна:
{ 0,12 1
G == 1 О == 30,4 сек .
0,013
Величина f.t при t 100 С равна 0,013 nз.
Величина G находится в рекомендуемых предеv1ах (25 65 ceK l).
Безразмерный критерий ОТ при продолжительности пребывания БОДЫ Б Ka
мере 39 мин равен:
ОТ == 30,4.39 . 60 71 000.
Следовательно, и этот критерий находится в рекомендуемых пределах
(40 000 210 000).
ЛИТЕРАТУРА
1. С а m р Т. R. Flocculation and flocculation basins. Proc. Amer. Soc. Ci
\'Н Engrs, 1953, 79, NQ 283.
2. С а m р Т. R. Water and its impurities. Reinhold РиЫ. Corp., 1963.
3. N о r d е 11 Е. Water treatment for industrial and other uses. Reinhold
РиЫ. Corp., 1951.
4. Р о w е 11 S. Т. Water сопditiопiпg for industry. McGraw Hill, 1954.
5. Revision of water quality and treatment. R. 40 1, chapt. 8, Mixing and
sedimentation basins. JA WWA, 1955, NQ 8 9.
6. S t е е 1 Е. W. Water supply and sewerage. McGra\v Hi11, 1960.
rЛАВА IV
ОБРАБОТКА ПРИРОДНЫХ ВОД КОАrУЛЯНТАМИ
1. ОСВЕТЛЕНИЕ И ОБЕСЦВЕЧИВАНИЕ ВОДЫ
КОАrУЛИРОВАНИЕМ
Обработка воды коаrулянтами применяется для очистки BO
дЫ от взвешенных веществ, снижения цветности, а также для
интенсификации осаждения карбоната кальция и rидроокиси
маrния при peareHTHoM умяrчении воды.
Наиболее часто обработка коаrулянтами производится для
очистки воды открытых водоемов. При этом наряду с освобож
дением воды от взвеси достиrается также удаление из воды кол
лоидных веществ, обусловливающих цветность воды, планктон
ных орrанизмов, существенно снижается бактериальная заrряз
ненность воды.
Нередко при обработке коаrулянтом уменьшаются также за
пахи и привкусы воды.
В водах открытых водоемов взвешенные вещества чаще Bcero
представляют собой частицы песка, rлины, ила, планктонные
орrанизмы, продукты разрушения растений и т. п.
Взвешенные частицы, удельный вес которых больше едини
цы, стремятся осаждаться на дно сосуда. Однако наиболее мел
кие частицы суспензий размерами от 3 4 до 0,1 мк и коллоид
ные частицы размерами от 0,1 до 0,001 htK практически не осаж
даются, оставаясь в воде во взвешенном состоянии.
Классификация дисперсных систем и крупность их частиц
приведены на рис. IV.l.
Скорости оса}кдения в воде частиц кварца различной крупно
сти с удеЛЬНЫl\I весом 1'==2,65 при температуре 150 С, рассчитан
ные по фОРl\Iуле Стокса, указаны на рис. lV.2.
Из этоrо rрафика следует, что с приемлемой для техники OT
стаивания скоростью осаждаются только частицы крупнее зо
50 ':«К, т. е. не мельче илистых частиц по классификации табл. 1.1.
Мелкий ил, rлинистые и коллоидные частицы без специальных
мер выделить отстаиванием невозможно. Для их осаждения и
ПрИl\1еняют добавление к воде коаrулянтов веществ, образую
щих относительно крупные, быстро осаждающиеся хлопья, KOTO
105
рые увлекают с собой при ос3:tкдении l\IеЛКОДIIсперсную взвесь.
заrрязняющую воду.
Устойчивость коллоидных систем и тонких суспензий (с ча
стицаыи мельче 1 htl\:) опреде.ляется их способностыо сохр анять
дисперсное состояние. Устойчивость этих систем значительно
меньше, чем у l\Iолекулярно дисп рсных растворов, и может Ha
рушаться под влиянием мноrих внешних факторов, в частности
I
I
I
с::;,
I
:;!::
e-
с:: cu I
!
'
t
I
I
70-' Ю J IO z
Ю 102
' , I
I I Крупная 8J8ea, I
iТ T I
I 1, Планктон !
I ! rТl
I fXV<. " р(jI А !
, I
1 1 , j \ ! I ! I
! ' \ ' поры бумажных I
фи I1bтpoJ
I ПО(JЫ ""'еМ {Jаf1НЫХ
! ери 116 rп fXJ5 I
ю 1 70 /02 103М/'{
о
703 10'+ 705 706 J07А
I
............
I
10 2 I Jб
fo lf I
o,J б
::t; I
fO 6 J,б'fо J
t"s
t..J
t:.)
.l:)
10 8 Jб'fО 5
с...,
(;) ,
Рис. IV.2. Скорости осаждения час
тиц кварца (" ==2,65 2/C.kt 3 ) в воде при
t == 150 С, раССЧIIтанные по формуле
С такса
+---
Рис. IV.!. Размеры частиц дисперс
ных систем
наrревания, замораживания, добавления электролитов и др.
В практике водоподrотовки приходится Иl\lеть дело с rидрофоб
ными и rидрофильными коллоидами. rидрофобные коллоиды не
связывают сколько нибудь существенных количеств воды. OT
дельные коллоидные частицы несут значительные электрические
заряды. Нейтрализация их приводит К потере устойчивости II
коаrуляции rидрофобных коллоидов, которая большей частью
необраТИl\I а.
rидрофильные коллоиды, наоборот, способны связыва ть
большое количество воды. частицыI rидрофильных коллоидов в
природных водах это в основном орrанические заrрязнения,
представляющие собой большие ВЫСОКОПОЛIIмерные l\Iолекулы.
11x способность удерживать значительное КОЛIIчество БОДЫ обус
ловлена наличием на их поверхности ПО"lЯРНЫХ rрупп, такпх
как OH, COOH, NI12. Эти rруппы водораСТВОРII IЫ и поэто
му удерживают BOKpyr себя водную оболочку. rидрофильные
коллоидные частицы перемещаются в дисперсионноЙ среде BMec
те с водной оболочкой. Частицы rидрофи.,1ЬНЫХ КО,,1ЛОИДОВ несут
незначительные электрические заряды II под В.lияниеl\I электро
литов обычно не коаrулируют.
106
пию воды. Образующаяся после добавления к воде коаrулянта
хлопьевидная взвесь в связи с развитой удельной поверхностью
обладает способностью сорбировать и некоторые растворенные
орrанические вещества, вызывающие запахи и привкусы воды.
Последний из описанных механизмов очистки воды в резуль
тате коаrуляции введенноrо в воду реаrента коаrулянта, при
котором собственно коаrулирует только один коллоид коаrу
лянт, соrласно теории, разработанной Б. В. Деряrиным [8], MO
жет протекать вследствие Toro, что силы отталкивания, возни
кающие между частицами разных коллоидов, имеющих электри
чески е заряды одноrо знака, зависят от величины заряда более
слабо заряженной частицы. Частицы с rvlаЛЫl\lИ или нулевыми
зарядами слипаются не только друr с друrом, но и с заряжен
ными частицами друrоrо вещества, так как электрические силы
отталкивания в этом случае не противодействуют ван дер вааль
совым силам притяжения частиц. Между тем коллоид, coxpa
няющий электрические заряды, l\10жет сохранить аrреrативную
устойчивость, и ero частицы друr с друrом слипаться не будут.
Таким образом, нейтрализация зарядов всех коллоидных частиц
находящихся в воде, не является обязательной для коаrуляции
заrрязняющей воду взвеси, достаточно обеспечить изоэлектриче
ское состояние одноrо лишь коллоида коаrулянта. Это положе
ние подтверждается экспериментальными данными Блэка с co
трудниками [19].
В практике очистки воды в качестве коаrулянтов применя
ются преимущественно соли аЛIОМИНИЯ и )келеза: сернокислый
алюминий A1 2 (504) 3, хлорное железо FеСl з , железный купорос
FeS04, сернокислое трехвалентное железо Fe2 (504) 3.
Значение этих коаrулянтов заключается в том, что они спо..
собны образовывать rидрофобные коллоидные системы, KOTO
рые при коаrуляции дают хлопья, сорбирующие и захватываю о
щие при осаждении частицы природных заrрязнений ВОДЫо
Определенное значение имеет также влияние поливалентных Ka
тионов коаrулянтов в отношении снижения потенциала OT
рицательно заряженных частиц заrрязнений, блаrодаря чему
понижается стабильность коллоидов, заrРЯЗНЯIОЩИХ воду.
При введении в воду сернокислоrо аЛЮl\lИНИЯ происходит ero
диссоциация:
A1 2 (504)3 > 2 ,Д.lЗ+ + 3 SO .
(IV. 1 )
Ионы алюминия вступают в обмен с катионаrvlИ, которые Ha
ходятся в адсорбционном слое rлинистых частиц, заrрязняющих
воду. При этом может произойти частичное снижение устойчи о
вости коллоидной системы rлинистых частиц за счет обмена oд
HO И двухвалентных катионов rлины на трехвалентные катионь[
АIЗ + и сжатия вследствие этоrо диффузноrо слоя [22].
Процесс ионноrо обмена частиц взвеси протекает быстро и
заканчивается по исчерпании обl\lенной емкости частиц взвеси
111
и установления равновесия ме)кду катионами в адсорбционном
слое rлинистых частиц и в растворе. После этоrо идет rидролиз
избытка добавленноrо к воде сернокислоrо алюминия с образо
ванием промежуточных соединений ионов АI (ОН) 2+ и
Al (OH)t, заканчивающийся получением коллоида малораство
римой rидроокиси алюминия:
АIЗ+ . 3H20 Al (ОН )з + 3Н+. (IV.2)
t
Наряду с rидроокисью алюминия, в зависимости от условий
rидролиза, MorYT образовываться коллоиды основных солей
алюминия, дающих также l\lа.порастворимые соединения
A13+ + SO + Н 2 О Аl (ОН) S0 4 + н+; (IV.3)
t
2 A13+ + SO + 4 Н 2 О A1 2 (OH)4S04 + 4Н+. (IV. 4)
t
Ионы водорода, выделяющиеся при rидролизе сернокислоrо
алюминия, задерживают дальнейший rидролиз. Одновременно
снижение величины рН воды сдвиrает коллоидную систему rид-
роокиси алюминия и основных ее солей от изоэлектрической
точки и ухудшает условия коаrуляции. Поэтому необходимо,
чтобы образующиеся при rидролизе ионы водорода удалялись
из сферы реакции. Это осуществляется за счет реакции ионов
Н+ с бикарбонатными ионами, обычно имеющимися в природ
ных водах, т. е. за счет нейтрализации кислотности, получаю
щейся в результате rидролиза, естественной щелочностью воды:
н+ + НСО З СО 2 + Н 2 О. (IV.5)
Если щелочность воды недостаточна, то к воде добавляют из
весть или соду. При добавлении к воде соды связывание ионов
Н+ происходит по реакuии
2Н+ + CO > CO z + Н 2 О, (IV.6)
а при введении извести
Н+ + OH Н 2 О. (IV.7)
Из приведенных реакций видно, что наиболее низкая вели
чина рН будет, если нейтрализация получающейся в результате
rидролиза кислотности производится за счет бикарбонатной ще
лочности воды при этом выделяется наибольшее количество
уrлекислоты [на один ион водорода образуется одна молекула
СО 2 , реакция (IV.5)]; вдвое меньшее количество свободноЙ yr-
лекислоты образуется при нейтрализации кислотности содой,
следовательно, величина рН получается выше и, наконец, наи
более высокое значение рН получается при нейтрализации из-
вестью (СО 2 не выделяется). Это следует учитывать при выбо
ре peareHTa для подщелачивания воды при коаrу.ляции в целях
получения оптимальноrо значения рН, обеспечивающеrо удале
иие заrрязнений, в частности при очистке цветных вод.
112
В отдельных случаях можно улучшить хлопьеобразование,
а следовательно, и общий эффект очистки воды ее продувкой
ВО3Д\7ХОМ в смесителе или в камере хлопьеобразования. При
ЭТОJ\I происходит повышение значения рН воды вследствие yдa
лени я части растворенной в воде уr"lекислоты, которой вода обо
rащается при обработке коаrулянтом [реакция (IV.5)].
fIри обработке воды сернокислым алюминием, если величи
на рН < 7 5. помимо rидроокиси алюминия в осадок выделяются
100
с::::.
с::::.
:t:
.
c>::::>
::::'::::,
::::,
!
::::,
C\,)
t::1 40
t
t
Q,,= I
::::,с::::. I
2С:
I
1....) :
1..,(,
6.0 6,4 6,8 Z2 7,6 8,0
рН Воаы
Рис, IV.5. Соединения аЛIОМИНИЯ в ocaд
ках, бразующихся при различных зна-
чениях рН воды
4О
Q(:) ,
""d
v)
ff. .
с::> (\)
ЗО
.
с5
с:: .
20 I .; .
\
с) .
(:::)
fO
с:5
с:::х::
I
Q:
1::
з
4
R 9
5 б 7
р Н д0аы
Рис. IV.6. Скорость коаrуляции
коллоидных соединений алюми-
ния в зависимости от величины
рН воды и концентрации ионов
So2
-1
основные соли алюминия состава, получающеrося по уравнени
ям (IV.3) и (IV.4). Соотношение различных соединений аЛIОМИ
ния в получающихся при различных значениях рН осадках, по
даННЫJ\I о. и. Мартыновой [10, 11], представлено на рис. IV.5.
Коллоидные частицы rидроокиси и основных солей алюми
ния в нейтральной и слабокислой среде вследствие сорбции Ka
тионов водорода и аЛЮlVIИНИЯ имеют положительные заряды. По
ЭТО IУ процесс коаrуляции этих коллоидов улучшается при YBe
личении концентрации в воде поливалентных анионов,
в частности SO , которые для положительно заряженных кол
лоидов являются противоиона IИ (рис. IV.6). Повышение KOH
центрации в воде однова.,1ентных анионов, наПРИJ\1ер CI , в зна
чительно l\Iеньшей степеНII стимулирует коаrуляцию.
При высоких значениях рН коллоидные частицы rидроокиси
аЛЮl\lIIНИЯ IIl\lеют ОТРIIцательные заряды за счет сорбции алю
B 745
113
минатных ионов AI0 2 и в этом случае коаrуляция стимулирует
ся катионами, лучше поливалентными.
При значениях pH>8 8,5 образуются растворимые алюми
наты (AI0 2 ). При величине рН<4,5 rидролиз сернокислоrо
алюминия не идет, а введенный в БОДУ сернокислый алюминий
остается в растворе. При низких значениях prI возможна пря
мая реакция ионов алюминия с некоторыми орrаническими co
единениями, в частности анионами rуминовых кислот, с образо
ванием малорастворимых соединений, выпадающих в осадок..
Примерные значения величин рН, при которых протекает
процесс коаrуляции после введения в воду сернокислоrо алюми
ния, приведены в табл. IV.2.
т а б л и ц а IV.2
Оптимальные значения р Н при обработке вод
различноrо состава сернокислым алюминием
Характеристика БОДЫ
Оптимальные
значения рН
Осветление и обесцвечивание мяrких цветных вод со щелоч
Ifостью до 1,5 мс экв/л и цветностью более 50 срад . . . .
Осветление и обесцвечивание вод средней жесткости (4
5 мс эквjл) со щелочностью 3 4 Мс ЭК8jл и цветностью до
40 срад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Осветление жестких (6 8 мс эквjл) малоцветных вод с по
вышенным солесодержанием (800 1000 Мсjл) и щелочностью
более 5 мс экв I л. . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
6 7 , 2
6,5 7,5
Большое значение имеют условия растворимости rидрооки
си алюминия и основных сульфатов алюминия. Если после OT
стаивания и фильтрования с очистной станции в водопроводную
сеть поступает Бода с содержанием алюминия, превышающим
растворимость ero соединений, которые образуются при данных
величинах рН, то это означает, что вода находится в состоянии
lIересыщения соединеНИЯl'vlИ аЛЮl\1ИНИЯ и возникает опасность
так называемой «от.пежки», т. е. выделения осадка соединений
алюминия в трубах.
Ларсон и Солло [23] отмечают опасность подобных отложе
ний, достиrающих иноrда значительной толщины (до 10 мм)
и заметно отражающихся на пропускной способности труб. Oco
бенно о'пасно, если в водопроводной сети изменяются темпера
турные условия пли величина рН в направлении уменьшения
растворимости соединений аЛЮl\1ИНИЯ. Это вызывает дополни
тельное выделение осадка. Несмотря на всю важность опреде
ления условиЙ выделения осадка, содержащеrо алюминий, дaH
ных по этому вопросу мало.
114
Ларсон и Солло [23], анализируя имеющиеся литературные
данные о растворимости rидроокиси алюминия, указывают для
растворения по реакции
Аl (ОН)з + Н 2 О Аl (ОН)4 + н+ (IV.8)
следующие значения отрицательных лоrарифмов произведений
растворимости рП РАl(ОН)з
Температура в ос . . 15 20 25 30
Произведение раствори
мости РПРАl(ОН)з II 12,4 12,5 12,6 12,9
..,,
-.....
." 2
"")
.....,
1:
.15
....... 1
7,8
':;:'
1
2 7,6
I
I
I
j
I
i
.()
'i::
i I 7,Ч: .
o,5
' I 7, 2;
I p H= 7
i I
. I
I I
О I I
5 10 15 20
Температура 8 о с
25
то
8
::::, с\.)
Б
.Q'
Е::""
Q;
::::,ц....
:::J
2. 4
CJQ)
Ц
i-
-....J...,
---->
::.. 2
с:::)
........,
i-
....,
Qj'
u.....
I
I
')
8
fO
3
{.;
6
D t4 '7:JdbI
7
q
Рис. IV.8. Растворимость обраЗУIОЩИХСЯ
при коаrуляции соединении алюминия и
железа в зависимости от величины pl I
воды
+----
Рис. IV.7. [рафик растворимости
30 Al (ОН) 3 в зависимости от темпе
ратуры и веЛIIЧИIIЫ рН воды
На рис. IV.7 приведен rрафик растворимости Аl(ОI1)з в за
ВИСИl\10СТИ от температуры и величины рН воды, построенный по
указанным константам. Из этоrо rрафика следует, что paCTBO
римость Al (ОН) з уменьшается при повышении температуры II
снижеНIIИ величины рН воды. Однако при величине рН <5 pac
'fБОрИl\ЛОСТЬ соединений аЛIОl\IИНИЯ быстро возрастает (рис. IV.8).
Основные соли сульфата алюминия TaKi'Ke ОТЛIIчаlОТСЯ Ma
u u
лои раСТВОРИl\IОСТЬЮ, олизкои к раСТВОРИl\10СТИ rIIДРООКИСИ аЛIО
миния [9].
В качестве коаrулянта l\10)KHO применять так)ке аЛЮl\1инат
натрия NaAI0 2 самостояте,,1ЬНО или COBl\leCTHO с сернокислым
алюминием. Алюминат натрия в отличие от сернокислоrо алю
8-
115
миния является щелочным peareHToM, поэтому для проведения
коаrу.п:яции требуется нейтрализация ero щелочности, что может
быть осуществлено совместным применением алюмината HaT
рия и сернокислоrо алюминия:
6NaAI0 2 + А1 2 (SО4)З + 12Н20 8Аl(ОН)з + 3Na2S04. (I'i.9)
у
Самостоятельное использование аЛЮlV1ината натрия lVIO)Ke1
оказаться целесообразным в тех случаях, коrда нежелательно
увеличивать концентрацию
в воде сульфатов или хло
ридов, содержание которых
возрастает при ИСПОЛЬЗ0ва
нии в качестве коаrУЛЯНТОЕ
сернокислых или хлористых
солей алюминия или желе
за. Такое обстоятельство
возникает, например, в том
случае, если проводят Koa
rуляцию для осветления или
обесцвечивания воды, по
ступающей далее на YCTa
новку для ионитовоrо обес
соливания.
В этом случае для ней
трализации щелочности
алюмината натрия может быть применена уrлекислота:
NaAI0 2 + С0 2 + 2H 2 0---+ Аl(ОН)з + NаНСО з . (IV.I0)
t
На ХОД коаrуляции ,при использовании всех видов коаrУ"lЯН
тов сильное влияние ок зывает температура воды.
На рис. IV.9 показано влияние температуры на расход Koa
rулянта в одном из экспериментов по очистке воды, содержав
шей 300 мс/л rлинистой взвеси. Для получения одинаковоrо эф
фекта при низкой температуре дозу коаrулянта необходимо бы
ло увеличить почти вдвое. При уменьшении мутности воды
влияние температуры сказывается в меньшей степени. В анало
rичном опыте с водой, содержавшеЙ 25 мс/л rлинистой взвеси,
необходимая доза коаrулянта при температуре 2°С была толь
ко на 250/0 больше, чеl\I при температуре 20° С.
,} в отдельных случаях при обработке коаrулянтами l\1аЛОl\1УТ
ных цветных вод для получения хорошо осаждаlОЩИХСЯ хлопьев
целесообразно повысить мутность воды. ЭТО М0)КНО осуществить
искусственны!\! за!\!утнением воды путеl\l добавления к неЙ cyc
пензии rлины, дозу котороЙ подбирают экспеРИI\1ентально.
АналоrичныЙ результат можно достпrнуть рециркуляциеЙ pa
нее выпавшеrо осадка, т. е. перекачкоЙ осадка из отстойников
lIЛИ из осветлите"lеЙ в поступаlОЩУЮ на очистку воду.
90
t::!
80
Q:
с::::
с\,)
70
:t:
t::!
60
1m
50
D 2 4 6 8 10 12 I ч /6 18 20 22 24 26 28 ЗО
ТЕ?МПЕ'f)отtjf}О IJооы IЗОС
Рис. IV.9. Влияние температуры на
.., дозу коаrулянта при очистке воды от
rлинистой взвеси
116
в качестве коаrулянтов, как указано выше, ПРИl\lеняют также
соли железа сернокислое закисное железо FeS04 (техниче
ский продукт состава FeS04. 7Н 2 О называется )келезный купо
рос), хлорное железо FеСl з и сернокислую окись )келеза
Fe2 (S04) 3. При растворении в воде сернокислое закисное желе
зо диссоциирует с образованием катионов двухвалентноrо же-
леза, которые участвуют в ИОННОI\1 обl\lене с катионаl\1И адсорб
ционноrо слоя коллоидных частиц заrрязнений, а избыток cep
нокислоrо железа rидролизуется:
Fe 2 + + 2H20 Fe(OH)2 + 2Н+. (IV.ll)
rидрат закиси железа коаrулирует только при величинах
рН>9+ 9,5, в то время, как rидрат окиси железа при более
низких значениях рН. Поэтому стремятся обеспечить условия
для окисления двухвалентноrо железа в трехвалентное. Однако
с приемлемой для практики скоростью окисление двухвалентно-
ro железа растворенным в воде кислородом происходит только
при значениях pf-I> 7,5 +8. При недостаточной величине рН во-
ды или при недостатке в воде раствореиноrо кислорода железо
может оставаться в воде, выходящей из очистной станции. По
этому для обеспечения хорошей коаrуляции при применении
сернокислоrо закисноrо железа нужно обеспечить величину рН
воды более 8 и окисление двухвалентноrо железа в TpeXBa
лентное.
Для создания указанной величины рН воды во всех случа
ях очистки природных вод приходится воду подщелачивать, в то
время как при применении сернокислоrо алюминия подщелачи-
вание производят только в периоды недостаточной щелочности
воды.
Для окисления 1 мс закисноrо железа в окисное требуется
0,143 М2 pacTBopeHHoro в воде кислорода. При обычном содер-
жании летом в воде OTKpbIToro водоема 8 9 .Мс/Л кислорода,
учитывая необходимыЙ избыток, l'vIОЖНО окислить около 35 мс/л
Fe 2 + , т. е. допустимая доза FeS04 (в расчете на безводный) со-
ставляет около 100 Мс/Л.
При недостатке в воде pacTBopeHHoro КИС,,10рода железо мо-
жет быть окислено хлорированиеl\I, при ЭТОl\1 расход хлора pa
вен 0,24 мс на 1 мс FeS04. Же"lезныЙ купорос и хлор l\IОЖНО вво-
дить В воду отдельно. РеаКЦИIО образования rидрата окиси )Ke
LТIеза в этом случае можно представить уравнением
2FeS04 + С1 2 + 3Ca(HC03)2
2Fе(ОН)з + 2CaS04 + CaC1 2 + 6С0 2 . (IV.12)
Также l\IОЖНО предварптеtilЬНО обработать раствор сернокис-
лоrо железа ХЛОрОl\I, а затеI\l к воде добавлять так называеl\IЫЙ
хлорированныЙ железный купорос, получаемыЙ по реакции
6FeS04 + 3CI2 2Fe2(S04)3 + 2FеСl з . (IV.13)
117
.J Недостатком сернокислоrо закисноrо железа как коаrулянта
является неоБХОДИiYlОСТЬ повышения рН воды подщелачиваниеlVl
и обеспечения условий для ОКИС"lения двухва.пентноrо железа.
Хлорное железо, сернокислое окисное железо и хлорирован
ный железный купорос l\tl0ЖНО применять без подщелачивания
воды, если значение рН после добавления коаrулянта не CTa
новится ниже 5 5,5. Вопрос об устранении коррозионных
свойств воды с таким НИЗКИ1\1 значением рН рассмотрен отдель
но в rлаве XVIII.
Условия получения малоrо остаточноrо содержания железа
в воде после ее обработки солями железа видны на рис. IV.8.
r Методика определения неоБХОДИ1\10Й дозы коаrулянта или
fTaK называемоrо показателя коаrулируемости описана в
[ОСТ 2919 45 [7]. Соrласно этой методике в несколько CTeK
лянных цилиндров наливают исследуемую воду и добавляют
различные количества раствора коаrулянта, а если требуется,
то так)ке и peareHTa для подщелачивания воды (раствора изве
сти или соды). Потом содеРЖИl\10е цилиндров интенсивно пере
мешивают в течение 30 40 сек, а затем медленно помешивают
стеклянной палочкой еще в течение 15 мин. Медленное поме
шивание способствует формированию хлопьев коаrулянта. Пос
ле этоrо цилиндры оставляют в покое на 30 60 мин и наблю
Дают за образованием и осаждениеl\t1 хлопьев. Наименьш я доза
коаrулянта (или коаrулянта и peareHTa для подщелачивания),
при которой получаются хорошие хлопья через 15 мин и ДOCTa
точно полное их осаждение за последующие 30 60 мин, счи
тается оптимальной.
Некоторые авторы [20, 21] рекомендуют для определения оп
тимальной дозы коаrулянта применять метод «коллоидноrо тит
рования». Этот метод основан на том, что отрицательно заря
женные коллоидные частицы заrрязнений стехиометрически
титруются поло)кительно заРЯ)l{енным коллоидом метилrликоль
хитозана СlЗН2606NJ с образованием rеля в изоэлектрической
точке. Индикаторо!\! конца титрования служит толуидиновая си
няя. В присутствии положительно заряженноrо коллоида pac
твор окрашивается индикаТОрОl\l в синий цвет, отрицательно за
ряженныЙ коллоид придает раствору пурпурный цвет.
Для определения cY1\1MapHOro заряда отрицательно заряжен
ныIx коллоидных заrрязнениЙ к пробе БОДЫ добавляют с избыт
К 01\1 П 0,,1 о)к II Т е"l ь н о зар яж ен н ы Й кол л о и Д 1\1 е т и.п r л и к о ль х и т оз а н а
и индикатор ТОЛУИДИНОВУI{) синюю. Раствор становится СИНИ1\1.
Избыток положительно заРЯ)l{енноrо КО,,1,,10IIда оттитровывается
до переХо,.l,а окраски в пурпурную paCTI30pOl\1 отрицательно за
ря:rкенноrо I(О,,1,10ида ПОЛИВИНИ,,1СУ lьфата !{алпя С 2 Н з О 4 SО з К.
Для опреде"lеIIIIЯ ОПТИl\lальной дозы коаrУ"lЯIIта по результата1\1
<,КО"lJIоидноrо Т IIтроваНIIЯ» РСКО IеIIДУСТСЯ с,]едующая фор ЫУ,,1а
[21]: .
Д == К 1 Щ + 1(2 C1 /,
11
rде д доза A1 2 (S04)3 в .Jtс/Л;
щ щелочность воды в htс экв/.л;
c суммарный заряд частиц коллоида заrрязнениЙ в
Аiс экв/.л · 104;
К 1 ==0,5+ 1 (для цветных вод, содержащих коллоидныIc rли
нистые заrрязнения, Кl 1) ;
K2 0,3+0,4 (для цветных вод K2 0,4, при содер)кании
в воде rлинистых заrрязнениЙ K2 0,33);
I n == 0,83 + 0,98.
\ Необходимые дозы коаrУЛЯlIта возрастают при уве"lичении
содержания в воде взвешенных веществ. Однако процесс Koary
ЛЯЦИИ, как уже отмечалось, в сильнейшей степени зависит от
характера взвеси, степени ее дисперсности, заряда и т. п. Поэто
му предложить в настоящее вреl\IЯ какие либо формулы для
определения доз коаrулянтов для всех возмо)кных видов взве
сей и веществ, вызывающих
цветность БОДЫ, не представ
ляется возможным. Метод экс
периментальноrо определения
доз коаrулянта является наи
более достоверным.
Примерный характер зави
симости дозы сернокислоrо
аЛЮl\IИНИЯ от концентрации
rлинистой взвеси показан на
рис. IV.1 О, однако на практике
нередко получаются сущест
венные отклонения от представ
ленной зависимости. Напри
мер, в опытах с водой реки
Вахш [14], содержавшей
3000 5000 мс/л взвеси, из KO
торой 30 40 О/о имело rидр aB
лическую крупность более
1,2 мм/сек, оказалась ДOCTa
точной доза 30 40 .Jtс/Л
A1 2 (S04) 3. При ЭТОI\/I С увеличе
нием количества взвеси (в основном за счет крупнодисперсной)
неоБХОДИI\1ая доза коаrулянта не увеличивалась, а уменьшалась.
При обработке цветных вод дозу сернокислоrо аЛIОМИНИЯ
можно ориентировочно определять по формуле
I
'П
'.;
р IIC. IV.1 о. 3 аПIIСИМОСТЬ , LОЗ ы Е:оа
rулянта ОТ содержания в воде
r.1ИНИСТОЙ взвеси
д == 4 /Ц ,
(IV .14)
rде Д доза коаrулянта в пересчете на АI 2 (S04)З в /rlсjл;
Ц цветность воды в 2рад.
Если обработка коаrУЛЯНТОl\1 ПрОIIЗВОДИТСЯ для одновреrvIен
Horo снижения мутности и цветности воды, то С,,1едует ПРИНИl\Iать
119
большую дозу коаrулянта из требующихся для осветления и
обесцвечивания воды.
При использовании в качестве коаrулянтов солей железа до..
зы последних при очистке мутных вод можно принимать на 1 О.......
200/0 меньше, чеl'vI нокислоrо алюминия (в пересчете на без..
BOДHЫ продукты)., Выше указывалось, что при недостатке при..
роднои щелочности для проведения процесса коаrуляции, воду
нужно подщелачивать. Доза щелочи для обеспечения коаrуля
ции может быть определена по формуле
.J М == еl ( щ + 1 \ 100 , (lV.15)
\ е2 ) С
rде М доза peareHTa (техническоrо продукта) для подщела..
чивания воды в Jvl2/Л;
Д доза коаrулянта в пересчете на безводное активное Be
щество в jt,12/Л;
еl и e2 эквивалентныЙ вес активной части соответственно ре..
areHTa для подщелачивания и коаrулянта в М2/М2 ЭК8
(табл. IV.3);
щ оБЩ2Я щелочность обрабатываемой воды в М2 ЭК8/Л;
с содер)кание активноrо вещества в peareHTe для под..
щелачивания воды в о/о;
l резервная щелочность, которая должна оставаться
после обработки IЗ0ДЫ коаrУЛЯНТОl\1 в М2 ЭК8/Л.
т а б л и ц а IV.3
ЭквивалеНТНblе веса активной части peareHTOB,
ИСПОЛl?зуеМblХ при очистке воды коаrулированием
11
ЭквивалентныЙ вес 1I
в M / М -ЭК8 11
PeareHT для п дще-
лачивания
к oary л янт
Эквивалентный вес
в M / М -ЭК8
СаО
Nа2СОЗ
NaOH
А 1 2 (SО4)З
FеСl з
FeS04
Fе 2 (S04)З
57
54,1
76
66,7
28
53
40
\J Если при расчете по фОРl\tlуле (IV.15) доза М получается ве..
личиной отрицательной, то это означает, что естественная ще..
лочность воды достаточна и по соображениям сохранения резер..
ва щелочности подщелачивания воды не требуется. Тем не менее
добавление HeKoToporo количества щелочноrо peareHTa в неко"
торых случаях может оказаться полезным для создания опти..
мальной величины рН и обеспечения блаrоприятных условий
коаrуляции. В друrих случаях для обеспечения оптимальной ве..
личины рН (наПРИl\1ер, при обесцвечивании воды) может ока..
заться целесообразным снизить ее величину путем добавления
кислоты или увеличения дозы коаrулянта. Так, например, при
обработке воды р. Зап. Двина наиболее rлубокое удаление ор..
120
rанических веществ коаrуляцией достиrалось при подкислении
БОДЫ до рН == 5,8 + 6.
Контактная коаrуляция. В Академии коммунальноrо хозяй-
ства им. К. д. Памфилова д. М. Минцем, с. А. Шубертом и
В. п. Криштулом С сотрудниками проведены обширные иссле
дования и предложена новая конструкция очистноrо сооруже
ния контактный осветлитель, в котором очистка воды ocy
ществляется с использованием процесса контактной коаrуляции.
В основе процесса контактной коаrуляции лежит способность
мелких частиц заrрязнений воды прилипать к поверхности более
крупных частиц песка, через который производят фильтрование
воды.
По своей природе процесс прилипания мелких частиц к круп-
ным тесно связан с коаrуляцией, т. е. потерей аrреrативной устой
чивости коллоидной системы задерживаемых фильтром частиц.
Для прилипания мелких частиц взвеси к крупным зернам
фильтрующей среды нужно создать условия, при которых MO
rYT проявиться ван дер ваальсовы силы притяжения. Для этоrо
нужно обеспечить такие условия движения жидкости, при кото-
рых мелкие частицы заrрязнений моrли бы сближаться с круп
ными зернами заrрузки фильтра, преодолевая при этом силы
отталкивания, обусловленные электростатическими зарядами
частиц.
Процесс контактной коаrуляции отличается от обычной Koa
rуляции, происходящей в объеме жидкости, большей скоростью
и полнотой задержания мелкой взвеси фильтрующей заrрузкой.
Это объясняется весьма интенсивным прилипанием мелких ча
стиц к крупным. Скорость этоrо процесса HaMHoro больше, чем
скорость слипания друr с друrом мелких частиц блаrодаря TO
МУ, что вероятность притяжения мелкой частицы крупным зер-
ном фильтрующей среды значительно больше вероятности столк-
новения между собой мелких частиц. Кроме Toro, мелкие части
цы, имеющие электростатические заряды, MorYT значительно
леrче прилипать к крупным, лишенным зарядов, чем друr к дру-
ry. Может оказаться, что концентрация коаrулирующеrо Be
щества, еще недостаточная для Toro, чтобы вызвать коаrуляцию
. мелких частиц в объеме жидкости, обеспечивает прилипание
мелких частиц к крупным. Наиболее эффективно контактная
коаrуляция проявляется, если к воде добавить коаrулянт и cpa
ЗУ )ке фильтровать воду через зернистую среду, например песок.
Характер процесса осветления в этом случае обычно COOTBeTCT
вует ХОДУ кривой, приведенной на рис. IV.ll [12]. Сначала по
мере увеличения дозы коаrулянта мутность воды не изменяется,
оставаясь постоянной, но несколько меньшей, чем в исходной
воде (зона I). Затеl\1 по ДОСТИ)l{ении определенной дозы наступа
ет «пороr коаrуляции» и мутность фильтрата резко снижается
(зона 11). Последующее увеличение дозы коаrулянта уже l\1ало
влияет на дальнейшее осветление фильтрата.
121
Как правило, доза коаrулянта, соответствующая пороrу KOH
тактной коаrуляции, бывает l\lеlIьше, чеl\l для коаrуляции той )ке
взвеси в объеме )кидкости, но Tel'..1 не l\IeHee IIнтенсивность при
липания мелких частиц к зернаl\1 фильтрующей среды по.пучает
ся HaMHoro больше, чем интенсивность слипания мелких частиц
между собой, и это сказывается в повышении общеrо эффекта
осветления воды. По данЕыI\II АКХ им. К. д. Памфилова, при
фильтровании через песок полное осветление воды вследствие
прплипания мелких Ч(1
стиц к зернам песка дo
стиrается за 5 10 ceh, в
то время как для взаИl\I
Horo слипания частиц
при коаrуляции в объеме
требуется 20 40 мин.
При контактной коаrуля
ции полнота очистки BO
дЫ от взвеси получается
большей, чем при обыч
ной коаrуляции и отстаи
вании.
Процесс контактной
коаrуляции наблюдается
не только в контактныХ
осветлителях системы
АКХ, но также при ,так
называемом прямоточном
фильтровании, коrда во-
ду с коаrулянтом без от-
стаивания подают непосредственно на фильтры, а также в oc
ветлителях со взвешенным осаДКОl\I, [де вода после смешениЯ с
коаrулянтом проходит через слой, состоящий из крупных хлопь
ев ранее сформировавшеrося осадка.
В известной мере явление контактной коаrуляции наблюдает
ся и при так называеМОl\l раздеЛЬНОl\/I коаrулировании. Этот про
цесс осуществляется введение:.I всей предназначенной для об
работки воды дозы коаrулянта в часть потока воды (чаще Bcero
в ее половину), при этом в обработанноЙ воде образуются круп
ные хлопья. Затем обработанную воду Сl\Iешивают с необрабо
танной водой и Tel\1 самым создаются условия для прилипания
l\lе.ТIКИХ частиц взвеси к сформироваВШIIl\lСЯ ХЛОПЬЯl\1. Процесс
раздельноrо коаrулирования, так же как и друrие варианты KOH
тактной коаrуляции, дает некоторую экономию коаrулянта.
45
ЦО
35
ЗО
25
.t) 20
1Б
\:)
10
Е:
5
::r CJ
I
-\ Лт Ш
I l I !
I I '
, I
I ;
I I
8
....
"-
б
---------+
I
.t)
Е: Ц.
с..,
с3
:х:
Е 2
t
i
............... -+- +- ...... ....
I ' I
/.f 8e lr7f.t !
ОС/77 0 I
' .
I \' I I i
M!lrnHocтb I
: --..... ....... I
о
100
20 40 БО 80
l/oJa ноаZ!lлянmа 8 МZ/Л
Рис. IV.ll. Характер заВИСIIl\lОСТIf эффеКТ(1
осветления и обесцвечиваНIIЯ воды от доз LI
коаrу.1янта при контактной koaI'y.t-rЯЦИII
I III HOl\Iepa ЗОН
2. ПРИМЕНЕНИЕ ФЛОКУЛЯНТОВ
ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА КОАrуляции
Флокулянтаl\ПI называют высокомолекулярные вещества, KO
торые ПРИl\1еняют в дополнение к основным коаrулянтаl\l co
122
лям алюминия и железа. В отдельных случаях флокулянты
мо)кно использовать без коаrулянтов для коаrуляции коллоидов
и суспензий, заrрязняющих природные воды.
Флокулянты подразделяются по химическому составу на ми..
неральные (наибольшее распространение получила активиро
ванная кремниевая кислота) и орrанические (альrИIIат натрия,
щелочноЙ краХl\lал, карбоксиметилцеллюлоза, полиакрилат нат..
рия, полиакрилаыид и др.). Последний из названных флокулян"
тов в настоящее время применяется на БОЛЬШОl'vI числе водо..
очистных станций.
Активированную кремниевую кислоту приrотовляют из сили-
ката натрия (жидкоrо стекла) на водоочистных станциях путем
нейтрализации 70 850/0 щелочности 1 2% Horo раствора жид-
Koro стекла.
Раствор жидкоrо стекла 1 О/о ной концентрации имеет щелоч-
ную реакцию (рН == 11 + 12) и коллоидная кремниевая кислота s
необходимая для интенсификации процесса очистки воды Koary-
ляцией, в этих условиях не образуется.
Но при нейтрализации, например серной кислотой, 70 850/0
щелочности 1 2% Horo раствора жидкоrо стекла силикат нат..
рия переходит в метакремниевую кислоту:
N а2SiОз + H 2 S0 4 --+ Н 2 SiО з + N a2S04.
Метакремниевая кислота rидролизуется
Н 2 SiО з + Н 2 О --+ Si (ОН) 4,
после чеrо происходит конденсация кремниевой кислоты, заклю"
чаIощаяся в постепенной ее деrидратации с образоваНИС I силок
сановых связей:
ОН он
I I
2Si (ОН) 4 --+ НО Si О Si ОН + Н 2 О
I I
ОН он
Процесс конденсации приводит к образованию ко лоидной
креl\Iниевой кислоты.
Коллоидные частицы активированной кремниевоЙ кислоты
при добавлении к воде, обработанной коаrулянтаl'vIИ солями
. аЛIОl\IИНИЯ и железа, способствуют коаrуляции положительно за
ряженных коллоидов rидрата окиси а"lIОl\IИНИЯ, OCHOBHbIX CY"lЬ
.. фатов аЛIОl\fИIIИЯ, rидр ата окиси )ке"lеза.
Применепие активированноЙ креl\Iнпевой КИС"lОТЫ це"lесооб
разно в тех случаях, коrда в воде, обрабатывае!\10Й коаrулянта",
l'vlИ, со ержится недостаточное количество отрицатс.]ЬНО заря
:,кенных ИОНОIЗ или ПО"lивалентных анионов для обеспечения ин
тенсивной коаrуляции ПО,,10жительно заряженных коллоидов
коаrу.пянтов. В частности, ПРИJ\lенеНIIе активированноЙ кремние
123
вой кислоты оказывается полезным при очистке маломутных
цветных вод.
Исходным продуктом для получения активированной KpeM
ниевоЙ кислоты слу)кит жидкое стекло (силикат натрия), при
этом желательно использовать продукт с модулем (молекуляр
ным отношением), близким к 3. Жидкое стекло при таком MO
дуле содержит 28 29 О/о Si0 2 и 8,8 9,4 О/о N а20. Удельный вес
ero составляет около 1,5. Для активирования кремниевой кис
лоты MorYT быть использованы различные реаrенты активаторы.
Химические реакции активирования кремниевой кислоты приве
дены в табл. IV.4, в которой раствор жидкоrо стекла обозначен
Na20 · п Si0 2 . т Н 2 О, а активированная кремниевая кислота
обозначена п Si0 2 · Х Н 2 О [15]. Выбор peareHTa для активирова
ния кремниевой кислоты определяется возможностями данной
станции и экономическими соображениями. На станциях, rде
применяются сеРНОК lСЛЫЙ аЛIОМИНИЙ в качестве коаrулянта и
хлор для обеззараживания воды, может быть использован один
из указанных peareHToB. При активировании хлором получается
rипохлорит натрия, который используется в технолоrическом
процессе очистки воды для ее обеззараживания.
т а б л и ц а IV.4
Реакция получения активированной кремниевой кислоты
Реаrент активатор
Химическая реакция
Серная кислота
Сернокислый алюминий
Хлор
у r лекислый rаз
(топочные rазы)
Сернокислый аммониЙ
Двууrлекислая сода
Кремнефтористый HaT
рий
Na20 . nSi0 2 . тН 2 О + H 2 S0 4 ---+-nSiО 2 · хН 2 О +
+Na 2 S04
3(Na20. nSi0 2 . mН 2 О) + АI 2 (SО4)з---+-З(пSiО 2 .
. хН 2 О) +А1 2 О з . 3Н 2 О+ЗNа 2 SО4
C1 2 + H20 HOCl + HCl;
N а 2 О . nSi0 2 · тН 2 О + НОС! + HCl---+-nSiо 2 .
. xH 2 0+NaOCl+NaCl
Na 2 0 . nSi0 2 . mH 2 0+C0 2 ---+-nSi02 · ХН20+Nа2СОЗ
Na 2 0. nSi0 2 . тН 2 О+ (NH4)2S04---+-nSiО2. хН 2 О +
+ 2NH 4 0H+Na 2 S04
Na 2 0 . nSi0 2 · тН 2 О+2NаНСО з ---+-nSiО 2 . хН 2 О +
+ 2N а 2 СО з
2 (N а 2 О . nSi0 2 · mН 2 О) + Na 2 SiF 6 ---+-(2n+ 1) Si02 ·
. xH 2 0+6NaF
Если хлорирование по каКИl\I либо причинам желательно про
водить с аммонизацией, l\10ЖНО производить активирование
кремниевой кислоты сеРНОКИСЛЫl\l аМl\10нием, в результате BO
да будет обоrащаться ионаыи NHt. При активировании KpeM
нефТОрИСТЫl\l натриеl\f получается раствор, который OДHOBpeMeH
но используется для фторирования воды.
После введения активатора в раствор жидкоrо стекла проис
ходит «созревание» золя активированной кремниевой кислоты,
124
,а после этоrо начинается коаrуляция раствора, частицы начи
нают терять заряды и «активность» кремниевой кислоты посте
пенно утрачивается. ПОЭТОl\1У активированную кремниевую кис
лоту нужно использовать в течение нескольких часов после ее
«созревания». Для продления срока rодности активированной
кремниевой кислоты рекомендуется разбавлять ее водой дО KOH
центрации 0,5 о/о (по Si0 2 ).
I На рис. IV.12 представлена
! зависимость продолжительно-
!
4
l
!
:r
<::::
:::::::
t:::' :::r
Q.
"
E:
Q; с:::,
C":l.C::::
2
:с
<:ц
....
Е: i
t...JQ;
CJC::t
"t:
.Q.
C)
r:::
.....
::::1
с:::
<::::
<::::
&
3
5 1, б 1.7 1, R [9
110НЦ(JнтраUUQ St 02 а pacт80/JP
жuаКО20 стеНf10 fj %
Рис. IV.12. Зависимость продолжи
тельности созревания активированной
кремниевой кислоты от концентрации
Si0 2
20
1000
J5g
%
100
t...J
Q.
J::J
с .....
1D
Е: :z:
6
С:::: cs
C)
'"t::) :::::::
E::
с:::-
с:::,
5
I
I
t 7 8 9
оН нрuтООl1uзо6анносо 2 % HO,o
ростбо[JO NO,St ОЗ
10
Рис. IV.l3. Зависимость продолжи.
тельности созревания активированной
кремниевой кислоты от величины рН
частично нейтрализованноrо 20/0 Horo
раствора жидкоrо стекла
сти созревания активированной кремниевой кислоты от ее кон-
uентрации (в пересчете на Si0 2 ). [рафик составлен для 1 ,5 2 о/о-
Hыx растворов жидкоrо стекла, 82 О/о щелочности которых ней
трализовано серной кислотой [13].
Скорость созревания активированной кремниевой кислоты
можно реrулировать степенью нейтрализации щелочности рас-
твора (величиной рН этоrо раствора после нейтрализации) и
выбором нейтрализующеrо areHTa.
На рис. IV.13 представлен rрафик зависимости продолжи
тельности созревания активированной кремниевой кислоты от
величины рН для 2 0 / 0 -Horo раствора жидкоrо стекла после ча
стичной нейтрализации ero щелочности. [рафик показывает, что
продолжительность созревания резко возрастает при значениях
рН раствора выше 8 и ниже 6. Реrулирование величины рН рас-
твора жидкоrо стекла достиrается подбором дозы активатора.
Часть щелочности раствора жидкоrо стекла, которую нужно
нейтрализовать разными активаторами, может быть приближен
но определена по rрафику, приведенному на рис. IV.14.
125
Дозы активированноЙ кремниевоЙ кислоты для обработки
воды подбирают пробноЙ коаrуляциеЙ в лаборатории водоочист
ной станции.
РекоыеНДУIОТСЯ СtJ1едуюшис ДОЗЫ активированноЙ креl\fние
вой кислоты (по Si0 2 ):
а) при введении перед отстоЙниками или освет.пите.лЯ1\1И.
цветности воды до 100 2рад, содержании взвешенных веществ
до 15 М2jл и температуре BO
дЫ более 50C 2 3 М2jл;
б) при введении в коаrули
рованную и oTcToeHHYIO воду
перед фильтрами 0,05
0,5 М2jл;
в) при введении перед KOH
тактными осветлителями или
фильтрами, работающими без
предварительноrо отстаива..
ния, 1 3 М2/Л.
Техника приrотовления и
дозирования активированной
кремниевой кислоты описана
в rлаве 11.
Как указано выше, в прак
тику очистки воды в последнее
время все шире внедряются
высокомолекулярные орrани
ческие флокулянты. Они пред
ставляют собой растворимые
в воде линеЙные полимеры, в
которых большое число rрупп
связано валентными связями..
Флокулянты с различноЙ химической природой MorYT обра
зовывать как )кесткие цепочки (крахмал, производные цеЛJ1ЮЛО
зы), так и rибкие, способные образовывать клубки (полиакрил
амид) .
Высокомолекулярные флокулянты в большинстве случаев
предстаВЛЯIОТ собоЙ ПО:lиэлектролиты, диссоциирующие в воде
на ионы (анионные, катионные и амфотерные полиэлектроли
ты), некоторые )ке флокулянты не диссоциируют в водных pac
т в о р ах, о ст а в а я с ь в 1\1 ол е ку л я р н о lVl С О сто я н и и ( н е п о II О r е II н ы е
флокулянты) .
Флокулянты Clнионноrо типа при диссоциации дают СtJl0Ж
ныЙ ПОtJ1IIмерныЙ орrаническиЙ анион и простоЙ катион, а фло.
кулянты каТИОIIIIоrо типа сложныЙ орrаническиЙ катион и
простоЙ анион. Ф,,10КУЛЯНТЫ амфотерноrо типа имеют в цепочке
растворимоrо Бысокоыолеку.пярноrо веИ1.ества основные и кис.
1I10тные rруппы. ПОЭТОl\1У диссоциация и за ряд ВЫСОКОl\Iолекуляр
Horo иона зависит от рН раствора.
{l T т
I
! I :
10
..
I
9
<::::о
t::
8
с.::..
t ,
б
I
I I j '
! ' \ : i
i · . . '. r .
I I I I
I I l' I I
J : ! 1 1 ' r ! .
i ! i : , :
5
ч
20 чО 60 80
нейтрализация l1J.f!/10 ч t'ОcrТ7u 2 % H{)cO
(пп 510?) fJDrfТI800a ND?SiО э д %
!ОО
Рис. IV.14. Зависимость величины
pI1 20/0 Horo раствора жидкоrо
стеК.1С1 от степени нейтрализаЦИi-I
ero щелочности
126
Наибольшее практическое применение в последнее время по
лучил полиакриламид (ПАА). Он представляет собой сополи
мер амида и солей акриловой кислоты [16]:
CH2 CH CH2 CH
I I
СО СО
I I
ОМе п NH 2
1\10лекулярный вес ПОЛИl\lера (5,2 5,6) 106. l\ыидные rруппы
входят в состав 85 90 О/о звеньев.
т
Рис. IV.15. Сорбция Флокулянтом частиц заrрязнений
а вытянутая полимерная молекула флокулянта; 6 свернутая молекула
флокулянта; черные кружки адсорбирующие rруппы флокулянта; заштри
хованы частицы взвешенных веществ
При диссоциации в водном растворе в цепочке полимера. MO
тут образовываться отрицательно заряженные rруппы R
coo в результате диссоциации входящих в полимер солей
акриловой кислоты сильных электролитов. Положительно
заряженные rруппы получаются в результате rидратации ами
дов с образованием амидония R NHt.
В воде, содержащей коллоидные заrрязнения, их частицы
(rлина, ил и др.) сорбируются молекулами полиакриламида,
при этом частицы заrрязнений оказываются связанными цепоч
ками ПОЛИl\1ера (рис. IV.15). Это приводит К образованию круп
ных быстро осаждающихся хлопьев.
Адсорбция флокулянтом частиц заrрязнений ВОЗМО)l{на при
условии, коrда электростатическое отталкивание частиц не l\le
шает молекулам ПАА и взвешенным частицам сблизиться Ha
столько, чтобы начали действовать силы молекулярноrо притя
жения. Для этоrо. требуется добавлением коаrулянта (СОЛЯl\1И
алюминия или железа) снизить потенциал частиц взвеси, Т. е.
осуществить предварительно коаrуляцию взвеси. Только в слу
чае заrрязнения воды rрубыми суспензиями и при большой KOH
центрации аrреrативно неустойчивой взвеси ПАА может быть
применен самостоятельно, без коаrулянта. При добавлении Koa
rулянта в образовании быстро осаждающихся аrломератов
127
участвуют не только молекулы ПАЛ и взвеси, но и коаrулирую
щие частицы коаrулянта, что в еще большей степени способст
вует укрупнению хлопьев. Для каждоrо сочетания дисперсных
систем в воде имеется своя оптимальная доза ПАА, которая наи
лучшим образом обеспечивает получение прочных быстро осаж
дающихся хлопьев.
Полиакриламид не обладает явно выраженной способностью
сорбировать коллоидные частицы rYMycoBbIX соединении, поэто
му ero применение не позволяет снизить дозу коаrулянта. необ
ходимую для обесцвечивания воды. Однако в некоторых случаях
добавление ПАА и при очистке цветных вод оказывается по
лезным, оно позволяет получать более тяжелые и быстрые осаж
дающиеся хлопья. Механизм адсорбции полиакриламидом алю
мосиликатов и rидроокисей металлов обусловлен не только си
лами молекулярноrо притяжения, но также более прочной
водородной связью ые)кду водородом амидных rрупп полимера
и кислородом алюмосиликатов и rидроокисей металлов [24).
Этим объясняетqq прочность образующихся хлопьев. Это об
стоятельство имеет большое значение при сепарации взвеси в
осветлителях со слоем взвешенноrо осадка, в контактных OCBeT
лителях и фильтрах.
Технолоrия применения ПАА дЛЯ очистки воды в СССР раз
работана и внедрена на мноrих водоочистных станциях AKaдe
мией коммунальноrо хозяйства им. К. д. llамфилова
(д. М. Минцом, ю. и. Вейцером, В. Н. Криштулом. 111. Н. Па
скуцкой, с. А. Шубертом и др.).
(" Соrласно рекомендациям АКХ [16] ПАА следует дозировать
в воду в виде раствора концентрацией не выше 0,1 О/о. Как пра
вило, ПАА вводится в воду после коаrулянта, спустя такой про
межуток времени, в течение KOToporo заканчивается rидролиз
коаrулянта, образуются первичные частицы rидроокиси и про-
исходит сорбция коаrулянтом rYMycoBbIX соединений. Для Ma
ломутных цветных вод этот промежуток составляет 2 jИИН
с повышением мутности он уменьшается до 1 2 мин.
При очистке BbICOKOIVlYTHbIX вод, соrласно экспериментаЛЬНЫIvf
данным ВНИИ водrЕО, может оказаться целесообраЗНЫl\1 BBe
дение ПАА за 1 1,5 мин до добавления коаrулянта, при этом
остаточное содержание взвеси в воде получается меньше, чем
при обратном порядке введения peareHToB.
Академией КОl\1мунальноrо хозяйства им. К. д. Паl\Iфилова
проводятся испытания ряда новых флокулянтов, в том числе и
катионноrо флокулянта BA 2 [4, 5]. Этот флокулянт синтезиро
ван кафедрой технолоrии высокомолекулярных соединений Moc
KOBcKoro химико техно.тrоrическоrо института Иl\f. Д. И. LVlенде
леева.
Катионный флокулянт BA 2 представляет собой соль четвер-
ичноrо аммониевоrо основания высокомолекулярный BOДO
растворимый полиэлектролит, обладающий положительно за
128
ряжеННЫ1\l 1\Iакроионом, поэтому он способен вызывать флокуля
цию отрицательно заряженных коллоидов.
Поскольку в большинстве случаев rлинистые взвеси и кол
лоиды rYMycoBbIX веществ в природных водах имеют отрица
тельные заряды, катионные флокулянты способны флокулиро
вать Э1'и заrрязнения без минеральных коаrулянтов.
МехаНИЗ11 действия катионноrо флокулянта предположи
тельно заключается во взаимодействии между кислотными
rруппа IИ r"lИНИСТЫХ частиц или rYMycoBbIX веществ с OCH6BHЫ
1\IИ rруппа:\IИ флокулянта. При ЭТОl\1 образуются малодиссоции
рованные СО.]и [5].
.... Фt110КУЛЯНТ BA 2 весьма эффективен для очистки мутных вод.
. Необходимые ero дозы обычно не превышают 2 М2/Л, при этом
с увеличениеl\I мутности доза BA 2 несколько понижается и MO
жет дойти до 0,5 М2/Л. Избыток флокулянта BA 2 по сравнению
с оптимальной дозой ухудшает очистку воды от взвеси.
При взаимодействии флокулянта BA 2 с rумусовыми вещест
ваlVIИ образуются мелкодисперсные хлопья, для отделения KOTO
рых требуется фильтрование через песок, антрацит и т. п. Доза
BA 2 дЛЯ снижения цветности зависит от вида соединений, обу
словливающих цветность воды, и возрастает в ряду соединений:
rуминовые кислоты коллоидные фульвокислоты истинно
растворенные фульвокислоты.
Для снижения цветности воды нужны значительные дозы Ka
тионноrо флокулянта BA 2, поэтому пока еще нельзя считать
целесообразным ero применение для обесцвечивания БОДЫ. Ис
пользовать катионный флокулянт BA 2 дЛЯ очистки питьевой
воды можно только после получения разрешения opraHoB [ocy
дарствеНlIоrо санитарноrо надзора. Исследования, выполненные
ВНИИ водrЕО по очистке высокомутной воды р. Вахш (3
5 2/Л взвеси), показали, что при дозе этоrо флокулянта 0,8
1 М2/Л, без применения минеральноrо коаrулянта, происходило
интенсивное хлопьеобразование и хорошее осветление воды. Для
получения TaKoro же эффекта требовалось 20 30 М2/Л AI 2 (S04) 3
И 0,5 М2/Л ПАА.
в литературе встречаются указания об улучшении процесса
коаrуляции при предварительном пропуске воды через маrнит
ное поле [17, 18]. Вопрос этот нуждается в дополнительной про
верке.
3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ КОАrУЛИРОВАНИЕ
Ионы а.1IОl\1ИНИЯ и железа, необходимые для коаrулирования
с()держаЩIIХСЯ в воде частиц коллоидных заrрязнений, 1\10rYT
быть получены электрохимическим анодным растворением Me
таллическоrо алюминия и железа. Для этоrо воду нужно про
IIУСТИТЬ через Э"lеКТРО"lизер с анода :\1 И из 3"lЮI\IИНИЯ или )Ke
,,1еза. Питание электролизеров обычно осуществляется от источ
нпков постоянноrо тока.
9 745
129
Металл пластин анодов, подключенных к поло)кительному
полюсу источника тока, будет при этом ионизироваться и пере
ходить в раствор в виде ионов. Если в электролизере использу
ются железные аноды, то в воду переходят ионы двухва.пентно
ro железа. Они способствуют уменьшению отрицательных заря
ДОВ коллоидных частиц взвеси и тем самым создают условия
для их коаrуляции. Перешедшее в раствор двухвалентное )келе
30 с растворенным в воде кислородом или хлором, еС 1И воду
предварительно хлорировали, окисляется и образует rидрат оки
си железа. В известной мере окислению двухвалентноrо железа
может способствовать происходящий на аноде разряд содержа
щихся в воде хлор ионов, в результате KOToporo получается атс
марный хлор.
Алюминий при ero анодном растворении переходит в воду
в виде трехвалентных ионов алюминия, поэтому при использо
вании алюминиевых анодов предварительноrо хлорирования не
требуется, за ИСК.J;fючением тех случаев, коrда оно необходимо
для разрушения з'ащитных коллоидов (например, rYl\IaTOB), за
трудняющих процесс коаrуляции, или для обеззараживания
воды.
Для электролитическоrо растворения 1 2 ЭК8 металла (27,9 2
железа или 9 2 алюминия) расход электроэнерrии составляет
26,8 а · ч.
Анодное растворение металла для коаrулирования целесо
бразно производить с небольшой платностью тока. При pac
стоянии 1ежду электродами 10 20 мм и общем солесодержа
нии воды около 200 мz/л для анодноrо растворения железа
рекомендуется напряжение около 3 в, а для растворения алюми
ния около 4 В.
При этом теоретический расход электроэнерrии для paCTBO
рения 1 2 железа составляет 26,8 · 3 : 27,9 == 2,9 ВТ. Ч, а для pac
творения 1 2 алюминия 12 ВТ. ч. Фактически расход электро
энерrии будет больше из за потерь энерrии на наrревание воды,
преодоление сопротивления окисной пленки, образующейся на
поверхности растворяемых пластин металла, и т. п. Расход
электроэнерrии на анодное растворение металла возрастает с
увеличением расстояния между электродами, увеличением плот
ности тока и при уменьшении скорости движения воды l\Iежду
электродаl\IИ.
Для экономноrо расходования электроэнерrии реКО:\lендуют
ся: плотность тока не более 10 а/м2, расстояние l\1е)кду п.пасти
на1\1И (электродами) не более 20 JHAt, скорость дви)кения воды
между электродаl\1И не l'ленее 0,5 м/сек (что может потребовать
рециркуляции воды), периодическая переполюсовка Эсlектродов
или их вращение.
При расчете установок для очистки воды с э еКТролитиче
СКИl\l растворение 1 l\lеталлов следует Иl\lеть в виду, что paCTBO
рение в Боде 1 2 l\lета.плическоrо алюминия эквива lеIIТНО BBeдe
130
нию В воду 6,35 с А1 2 (SО4)З, а растворение 1 с металлическоrо
железа обработке воды 1,93 с хлорноrо железа.
Коаrулирование коллоидных заrрязнений воды достиrается
ПРОПУСКОl\1 всей или части воды, поступающей на водоочистную
станцию, через электролизеры. Последние представляют собой
прямоуrО"lьные в плане резервуары, в которых находятся Bep
тикально установленные или вращающиеся листы алюминия
либо железа (рис. IV.16).
+
l l
J
:.
+
п
t!..
лан
А 3
/ I
т
О /
" /.I
О Vh..""'iI
О VЛ
" о /2
о m. 1
....... ,
о V h.. '\1
О
О VM
о
о
Рис. IV.16. Электролизер для анодноrо растворения алюминия или
железа при электрохимическом коаrулировании
1 ПОСТУП.lеI-ше воды; 2 выход воды; 3 пластины алюминия или жеvlеза
Для предотвращения соприкосновения смежных листов Me
,
талла и ооразования в результате этоrо замыкания между .пи
CTal\III по краЯl\1 устанавливают прокладки из диэлектрика (Ha
ПрИl\lер, резины, текстолита и др.).
Воду подводят в электролизеры сбоку И"lИ снизу таким об
раЗОl\I, чтобы она протекала :\lеп(ДУ листами металла, а отводят
с помощью сборных лотков, расположенных в верхней части
электро.-1IIзера.
На рис. IV.17 показан rрафик заВИСИl\10СТИ расхода электро
э/нерrIIII на растворение 1 1\"2 )КС\lеза от р аССТОЯНIIЯ :'vlежду пл a
9-:;
131
f I I
, !
; t 1 I
'1s t
10 j J : i ' ..
! I 2
I !
.
! I
CIC)
:::J 20
:::J
с\)
,
:t::
<')
с)
15
Е:
:::;)
<\)
:t::
<::»
<::»
)(
'-J
t:J
о
10 20 ЗА
Расстояние нежа" пластинами 6 мм
Рис. IV.17. Расход электроэнерrии на
.анодное растворение 1 ка железа в
зависимости от расстояния между
пластинами (электродами)
зо
25
":у'
5
8 /2 16 20 24 28 З?
ПI10тtlОС'n7Ь тока О а/м']
Рис. IV.18. Расход Э.1ектроэнерrии для
анодноrо растворения ) ка алюминия и
железа при различных плотностях тока
1 Д.1Я а.lюминиевых пластин; 2 для же
:тезных пластин
.t32
1
1
стинами (Э,,1ектродами). в
практических условиях дo
стиrнуть расстояния ме)кду
листаl\IИ металла ыенее 1 o
15 мм не удается из за воз
l\10ЖНОСТИ их соприкоснове
ния и закупорки l\Iе)клисто
Boro пространства п.паваю
щими в воде заrрязне
ни я l\tl и.
На рис. IV.18 показан
расход электроэнерrии на
перевод в раствор 1 К2 алю
миния или железа при раз
личных плотностях тока.
Относительно высокая
СТОИl\10СТЬ метаЛЛIIческоrо
железа и алюминия в виде
листов позволяет при менять
электролитическое paCTBO
рение железа и аЛIОl'/IИНИЯ
для обработки воды только
на станциях небольшоЙ про
изводительности либо в тех
случаях, коrда необходи о
избежать обоrащения воды
сульфатами или хлоридами,
что наблюдается при обра
ботке воды СОЛЯl\IИ )келеза
и алюминия.
При попытках использо
вания отходов l\Iеталлов
(стружек или лома) BCTpe
тились трудности KOHCTPYK
тивноrо порядка. Если, Ha
пример, стружки или лом
заrружать в корзины, по
rруженные в воду, то из за
неопределенноЙ формы
электродов не удается BЫ
держать малое расстояние
l\lежду ними. При уве.пиче
нии же расстояния l\lежду
э ектродами возрастает
требуеl\Iое напря)кеНIIе И,
С"lедовате.1ЬНО, уве.]ичива
ется расход э ектроэнер
rIIII.
ЛИТЕРАТУРА
1. В е й Ц ерЮ. И. КоаrУ,,1ЯНТЫ и вещества, спосоБСТВУЮЩIIе Koar) . I5НIИИ.
«Журнал Всесоюзноrо ХJIмическоrо обlцества ИМ. д. И. Менде.1еева». [. У,
:N2 6, 1960.
2. В е й Ц ерЮ. И. Опыт применения ПО.1иаКРIl,,13:\llIда на ВО,J,опrОВО,J,а х
СССР. «Водоснаб)кение и санитарная техника», 1963, ,A'Q 6.
3. В е й Ц ерЮ. И., К о л о б о в а З. А., С т е р и н а Р. .У\. Л'\ехаНIIЗ;Ч ф.l0
КУ"lирующеrо деЙСТВIiЯ техническоrо ПО,1I1аКРII.1аJ\III,J,а, В сб.: «Научныс труды
АКХ РСФСР», т. XXII, 1963.
4. В е й ц ерЮ. И., С т е р и н а Р. М. Катионные ф.1оку.1ЯIlТЫ Д.1Я ОЧI[СТКII
питьевой воды. «Водоснабжение и санитарная техника», 1965, N2 9.
5. В е й ц ерЮ. И., С т е р II Н а Р. М. Исс.1едование каТIIОННЫХ ф.10КУ
.1ЯНТОВ. В сб,: «Качество подrОТОВКII питьсвой воды». ИЗ,J,. N\OCK. .IJJ IТП
ИМ. Ф. Э. Дзер}кинскоrо, 1967, N2 1.
6. В е й ц ерЮ. И., П а с к у Ц к а я Jl, Н., Ч е р н о в а З. В. Полиакрил-
a;\IIIJ. в обработке питьевой воды. В сб.: «Научные ТРУДЫ А.КХ РСФСР»,
вып. 53, N2 6, 1968.
7. [ОСТ 2919 45 «Вода источников хозяйствеIlНО ПIl rьевоrо водоснабже.
ния. lV\етоды теХНОЛОrI1ческоrо анализа воды».
8. Д е р я r и н Б. В. Теория rетерокоаrу.'1ЯЦИll, взаимодеЙСТВIIЯ 11 С.1I1пания
раЗНОрОДlIЫХ чаСТIIIl в растнорах Э.1ектро.'1ИТОВ. «КО.l.ilОИДНЫЙ журнал», т. XII,
.!\i 6, 1954.
9. К а р l' 11 11 В. А., Шиш к и а ш в и .а 11 Н. Е., Б а u а к а Д з е А. д. По
vlучение И исследование основных солей а.1ЮМИНИЯ. «Журнал физическоЙ хи.
:\lI:И», т. XXI, вып, 3, 1947.
10. М а рты н о в а О. И. КоаI'УЛЯЦИЯ при водоподrотовке. rосэнерrо-
издат, 1951.
11. М а рты н о в а О. И. Некоторые закономерности уда"lения орrаниче.
ских примесей природных вод путем коаrУЛЯЦllИ. В сб.: «Вопросы проектиро.
вания и эксплуатации водоподrотовите"lЫIЫХ установок». rосэнеРI'оиздат,
1955.
12. 1\'1 и II ц Д. М. Теоретические основы теХНО.l0rии ОЧIIСТКИ воды. [oc
стройиздат, 1964.
13. Пер в о в [. [. Опыты по осветлению и обесцвечиваНИIО воды в освет-
.lите.1ЯХ с применением активированной кремнекис.поты и полиакриламида.
В сб.: «На\'чные сообщения». Изд. ВНИИ водrЕО, 1960.
14. П е т р о в 2 Л. [. Результаты экспериментальных исследований по
освеТ.1ению воды с БОЛЫllИМ содержанием взвешенных веществ. Труды ВНИИ
водrЕО, вып. 16, 1967.
15. Р о м а н о в [. А., В о л ь Ф и. В. Применение активированной кремне.
кислоты для очистки воды на осветлителе со взвешенным Фи.1ЬТРОМ. «Водо.
снабжение и санитарная техника», 1959, N22.
16. Технические указания на применеiIIJе ПО.llIакрилаl\Iида П.\А дЛЯ очист.
кн питьевых вод па [ОРОДСКIIХ водопроводах. Изд. АКХ РСФСР, 1966.
17. Шах о в А, И., М узы ч е II к о А. Н., Д у ш к и н С. Н. О маrНlIТНОЙ
обработке воды. «Водоснабжение и санитарная техника», 1963, N2 1.
18. Шах о в А. И., Ш и р я е в а А. В., Д У ш к и н С. Н. J:lсс.1едование
В"lИЯНIIЯ MarHlITHoro ПО.1Я на проIlессы коаrУ,lЯЦИII r!римесей в воде. «I'Iзвестия
вузов. Строит. и архит.», 2 11 12, 1965.
19. В 1 а с k А. Р., 11 а n n а h 5. А. Electrophoretic studies of turbididy re
Пlоvаl Ьу coagulation \yith aluminu111 sulfate. JA W\VA, 1961, 53, .N2 4.
20. К а \v а 111 u r а 5., Т а n а k а J. Д.ррlуiпg col1oid titration techniques
to coagulant dosage control. \"'ater (111(i 5e\vage Works, 1966, 113, NQ 9.
21. К а \\; а П1 u r а 5., Н а n 11 а J., 5 h u m а t е К. Application of colloid
titration techniques to floclllation control, JA \VW А, 1967, 59, 2 8.
22. L а n g е 1 i е r \\'. F., L u d \v i g 11. F. .\\есhапiSПl of flocculation in the
сl0rifiсаtiоп of turbid \\iaters, JA \\7\\Т..\, 19-!9, -!1, .N'Q 2.
2З. L а r s о 11 Т. Е., 5 о 1 1 о F- . \\Т. Loss in \yater 11laill calTying capaciiy.
JA \\Т, \\'А 1967, \"2 12,
24. 1\1. i с h а е 1 s. Ind. and Engng Chenl., 1954, 46, 1485: 1955, 47, 1801.
:.25. R i с h L. G. C i l1it proccsses of sa11ital'y епgil1ееriпg. \\"iley, 1963.
rЛАВА \'
ОТСТОйНИКИ
1. ОСАЖДЕНИЕ ВЗВЕСИ В ОТСТОйНИКАХ
Отстойниками называют сооружения для выделения из воды
основной массы взвеси rравитационным осаждением частиц, Иl\1е
ющих плотность, большую, чем плотность воды.
В неПОДВИЖI11Й воде под действием силы тяжести частицы
взвеси осаждаются вертикально вниз. Скорость движения взвеси
зависит от размеров и формы ее частиц, их плотности и коэффи
циента сопротивления воды движению частицы.
Скорость v свободноrо падения в воде шарообразной части
цы диаметром d под действием силы тяжести равна:
4 Рч Рж d
v== g ,
3 С ш
(V. 1 )
[де g ускорение силы тяжести;
Рч и PzК плотность соответственно частицы и воды;
с ш коэффициент сопротивления, зависящий от чи
сла Рейнольдса падающей шарообразной ча
(R vdрж )
стицы е == f.A. ;
fl коэффициент динамической вязкости жид
кости.
Коэффициент сопротивления С ш является функцией числа Re,
При значениях Re<2 (малые частицы, малая скорость осаж
дения)
1I ур авнение (У.l)
C
ш
Re
ПРИНИl\1зет вид фОр:\IУЛЫ Стокса:
v == . Рч Рж gd'l..
18
(V.2)
(V.3)
lt
I
При значеНИ>1Х 2<Re<500
С ш == 18,5
ReO,l)
(V.4)
134
При значениях Re>500 силы вязкости уже не иrрают сущест
венной роли в формировании величины коэффициента сопротив
ления. Он становится независимым от ЧИС.ТIа Re и раВНЫ:\I 0,4.
В этой области уравнение
(У.1) ПрИНИ:\lает вид:
v == 3,3g (рч рж) d.
(У.5 )
I1a рис. У.l представлена
заВИСИ;vIОСТЬ скорости осаж...
деНIIЯ в воде при темпера
туре 100 С шарообразных
частиц различной плотности
от их диаметра.
Скорость осаждения в
воде нешарообразных ча
стиц будет меньшей, чем ша
рообразны . Влияние фор
мы частицы на величину KO
эффициента сопротивления
:\Iожет быть учтено BBeдe
нием коэффициента формы
С пr == КфС ч ,
(У.6 )
100
S
t
:::s
Q(:)
10
':::$
::::,
::>-
1ЦD1 аl O
Диаметр частиц бзВесu 8 мм
10
Рис. V.1. rрафик З313ИСИМОСТII CKOpO
сти осаждения 13 воде шарообразных
частиц различной плотности от их
диаметр а
rде СЧ коэффициент сопротивления при осаждении нешаро
образной частицы;
Кф коэффициент формы, равный для oKaTaHHoro песка
0,85 0,87, для остроуrольноrо песка 0,67 O,75, дЛЯ
дроблено о антрацита O,58 0,7.
Взвешенные вещества природных вод обычно состоят из ча
стиц неодинаковоrо размера, формы и плотности. Скорость
осаждения такой полидисперсной взвеси характеризуется обычно
кривой ее осаждения или показателем осаждаемости взвеси.
Данные для построения кривой осаждаеl\IОС И взвеси оп реде
tllЯЮТСЯ с ПОl\10ЩЬЮ записывающеrо сеДИ:Уlентометра и ли торзи
онных весов. Для 3Toro исследуемую воду, содеРЖ3ЩУIО взвесь,
по щают в стеклянный llИЛИНД Р, уста {авл еl\IЫЙ под KOpO
мыс.пq седиментометра или торзионных весов. Затеl\I в цилиндр
на опреД Л Н IО r,, у бину от ?ве ХIIОСТИ воды ОПУСК3IОТ чашеч
ку, 11'О'двешепную к коромыслу ве'ё6в или сеДИl\IеНТолlетра на TOH
ких нитях, И включают сеКУНДО:\Iер. Через опредеtlеННLlе ПрО:\l
жутки вре:\lени (первое вреl\1Я ка)кдыIe 3 5 .мин, а зате:\I Еа,кдые
15 30 JИUН) записывают показаНIIЯ весов. ПОС"lе Toro K(1I oca,K
дение взвеси практически прекратится и приращеIIие веса ocaд
ка в чашечке за 15 htUH будет I\lеньше одноrо деtlеНIIЯ на шка"lе
весов, чашечку осторожно IIзв"ттекаIОТ из ЦИЛIIндра. осадок И1
нее переносят в заранее взвешенныЙ бюкс, BbIcYUIIIBaIoT в cy
ш IILllJIIO:\I шкафу дО ПОСТОЯНIIОI'О все d п взвеШIII3 а 10Т [11].
135
Пусть rлубина поrружения чашечки ПОД уровень ВОДl)! в ци
линдре БЫ"lа Н Mht, ее диаметр d .4С,Н, содержание взвеси в исход
ной воде М исх мс/л, время осаждения до извлечения чашеЧК 1 1
т мин и вес осадка в чашечке Р Т A-tc; отсчеты на весах: в начале
опыта РО, через 5 мин Р 5 , через 10 JvlИН РI0, через 15 .4lИН Р 15 И че
рез Т ЛlИН Р т .
Вес взвеси в объеме воды над чашечко,й будет: МпсхНх
хО,785 d2 p, а за Т мин выпало взвеси в О/О от общеrо ее co
деР)l{ания в воде
р т РО
М Т == 100%.
р
Для попадания в чашечку взвеси в количестве (Р Т РО) 1НС
нужно, чтобы отд льные, наиболее отдаленные от чашеIIКИ ча
Н
стицы прошли путь Н мм со скоростью мм/сек. Эта
Т.60
скорость условно принимается характерной для данноrо ПрО:\Iе
жутка времени и количества выпавшей взвеси, хотя за это )I\С
время некоторые частицы выпадали с большей скоростью, а He
которые, находившиеся в начале опыта ближе к чашечке, попали
в нее, осаждаясь с Тvlеньшеи скоростью. Принимается, что эта
б u ( U ) Н I
взвесь выпадала со скоростью, ольшеи или равнои Т.60 .мм, сек.
Взвесь, Вhlпавшая за 5 мин, осаждалась со скоростью, боль
u Н , u u
шеи М.;Иjсек, и КО.:lичество взвеси, выпавшеи с этан CKOpO
5.60
стью, будет:
I
М5 === Р 5 РО 100%.
р
Взвесь, выпавшая за 1 О /vlИН, осаждалась со скоростью, бо.,1Т)
u Н 1 U б М PI0 Po 100 0/
шеи М"и' сек, такои взвеси в воде ыло 10 == 10
1 О . 60 I Р
И т. д. По вычисленным таким обраЗОТvr даННЫl\1 строят кривую
осаждения взвеси (рис. У.2). Зная необходимую степень OCBeT
.пения воды (наПРИl'vlер, 800/0), по кривой осаждения l\10)KHO опрс
".., '-'
деtJ1ИТЬ скорость осаждения наиоолее l'vlе.пкои взвеси, которую
следует задержать в отстойнике. В примере, приведеННО:\I II:i
рис. У.2, дЛЯ достижения степени осветления 80 о/о ну)кно задер
жать всю взвесь, осаждающуюся со скоростью 0,23 J1tJt/ceK II БОvlее.
В rOCT 2919 45 приводится l\1етодика определения показа
теля осаждае1\10СТИ взвеси, которыЙ записывают в виде He;:LC.1II
моЙ дроби. ЧИС"lитель А выражает КО"lичество взвешенных BC
шеств в процентах (по отношению к оБЩС:\IУ содеР)l\аНИIО в Bo-=re
136
взвеси), которые выпадают
в осадок к моменту полноrо
осаждения частиц rидрав
"lическоЙ крупностью
1,2 мм/сек, а знаменатель 80
В КО.,1ичество взвешенных
tj
веществ, выпадающих в oca
ДОК к MOl\IeHTY по.лноrо oca ]
ждения частиц rидравличе
скоЙ крупностью 0,1 мм/сек.
Показате.пь осаждаемо
сти для некоаrу.пированной 40
взвеси определяют в CTeK
"lЯННОМ цилиндре с кониче
СКИ1Vl ДНО.l\'I. BbI'coTa рабочей
20
части цилиндра составляет
432 мм, объеlVl конусной ча g
сти 50 МА. ci3
Для определения пока
зателя осаждаемости запол
НЯIОТ исследуемой водой два
цилиндра, после чеrо IIемед
ленно включают ceKYHДO
мер. Через 6 мин после Ha
чала опыта открывают кран
одноrо из цилиндров и сливают из Hero 50 МА воды Bl\leCTe с тем
осадком, который успел выпасть за это время. Таким же спосо
бом отбирают пробу из BToporo цилиндра через 72 мин.
Количество выпавшеrо в конусную часть первоrо цилиндра
осадка, отнесенное к первоначальноl'ЛУ содержанию взвешенных
веществ в воде, будет характеризовать величину А, а КО"lичество
выпавшеrо в конусную часть BToporo цилиндра осадка, так)ке
отнесенное к первоначальному содержанию взвешенных веществ
в Boдe, величину В.
Показатель осаждаеl\10СТИ взвеси для речных вод во вреl\lЯ
h А 1 О 20
паводка колеблется в пределах == ,
в 20 60
u А 5 15
l'vlалои мутности воды В == 15 + 40 .
А. А. Кастальским (разработаВПIИ1\1 ыетод опредеIJ1ения пока
зателя осаждаеl\10СТИ взвеси) было установлено, что если по оси
абсцисс отложить скорость осаждения взвеси, а по оси орди
нат количество выпавшей в осадок взвеси, выраженное в про
центах, то заВИСИlVIОСТЬ между указаННЫl\lИ ве,,1ичинаi\IIl в преде
"iax скорuстей от 0,1 до 1,2 .JlJvl/ сек можно представить без cy
щественных поrрешностей отреЗКОl\1 ПРЯl\lОЙ, которыЙ соединяет
на rрафике точки, соотвеТСТВУlощие значенияы А и В показате"l>l
осаждаемости взвеси (рис. У.3).
100
н
I
о ЦZ 0,4 ЦБ 0,8
Скорость ОСQжiJенuЯ 8з8еси 8 мм/сек
1,0
Рис. V.2. Кривая осаждаемости взве-
си в воде
а в период
137
с помощью этоrо rрафика можно определить расчетную CKO
рость осаждения взвеси ио в зависимости от заданноrо процента
осветления воды. Из rрафика следует
uo Otl B y
1,2 O)1 B A'
(V.7)
откуда
1 , 28 О, 1 А 1 , 1 у
и О ==
B A
(V.8)
100
80
60
QC)
::::!
<,.)
40
tX) i
::s
:х:: I I
20 I
c::s r
с:: I ий !
I
О 2 Цч 6 8 1,0 1,2
Скорость осажdенuя 8з8есц 8 мм/сек
Рис. V.3. rрафик показателя осаждаемости взве..
си в воде
Здесь
ОТСТОЙНИКОl'vI взвеси,
у заданный процент задержания
определяемый по формуле
== М 1 М 2 100 0;.:
У М 1 /0 ,
rде Ml содержание взвешенных веществ в ОСБетляеl\IОЙ воде в
лt / л;
M2 допустимое содеР)l(ание взвешенных веществ в OTCToeH
ной Боде в м /л.
Для отстойников очистных станциЙ хозяЙственно питьевых
водопроводов значение М 2 должно быть равно 8 12 м /л; для
ПрОl\fышленных водоочистных установок значение М 2 опреде.ТIЯ
ется принятоЙ схемой очистки воды и требовапнями, предъяв.пя
емыми производством к ее качеству.
Метод определения расчетной скорости с помощью кривоЙ
u "..,
осаждения для коаrулированных и естественныл взвесеи, СПосоо
ных к саl\lокоаrу.п:яции или аrломерации, является неточным. По
"..,
лученная ЭТИl'vI l'vlеТОДОl\1 расчетная скорость не оудет COOTBeTCT
(V.9)
138
вовать фактической скорости осаждения взвеси в отстойнике.
Это объясняется тем, что вследствие небольшой высоты цилинд
ров экспериментальная кривая осаждения взвеси не будет в
должной мере отражать явление флокуляции взвеси в отстойни
ке, rлубина потока в котором значительно превышает высоту
цилиндров.
По опытным данным А. А. Кастальскоrо (ВНИИ водrЕО),
которые были получены им в результате исследований работы
rоризонтальных отстойников 1iерепковской и Рублевской BOДO
проводных станций, фактический процент взвеси, задерживае
110Й отстойником, может превышать процент взвеси, вычислен
ный по показателю осаждаемости взвеси, в 1,25 1,45 раза.
На основе лабораторных опытов, проведенных вАКХ,
Ю. и. Вейцер и з. А. Колобова [9] установили, что для достиже
иия одинаковоrо эффекта отстаивания коаrулированной взвеси
в цилиндрах различной высоты необходимо, чтобы между про
должительностью отстаивания и высотой цилиндров было Bыдep
жано соотношение
== ( \ ) n,
t 2 h з
rде t 1 и t 2 продолжительность отстаивания в/ первом и BTO
ром ЦИЛИ Ц'1Р.
! .../-l..1""'\'::;
h 1 И h2 высота ЦИЛlJII;Ll)UВ;
n показатель степени, величина KOToporo l\lеньше
единицы (в опытах величина n колебалась в пре
делах O,2 O,5) .
Определение кривой осаждаемости взвеси с помощью относи
тсльно невысоких цилиндров с последующим пересчеТО1\1 резуль
татов опыта в соответствии с приведенным выше равенством He
поз можно до момента уточнения показателя степени n. Поэтому
расчетную скорость осаждения для коаrулированной взвеси pe
комендуется определять с помощью показателя осаждаемости
взвеси, устанавливаемоrо опытным путем в цилиндрах с кониче
ским дном, высота рабочей части которых составляет не менее
3 м, а диаметр не менее 75 100 мм. ДЛЯ вод, обработанных
:коаrулянтами, значение показате.ля осаждаемости обычно ко.леб
А 65 75
}Iется в преде.-1ах В == 98 95 .
r' Осаждение взвеси в отстойниках происходит lVlедлсннее, чем
в неподви)кной воде цилиндров, так как движение воды в отстой
никах имеет турбулентный характер и на осаждающуюся в пото
ке воды в отстойнике частицу взвеси действуют rОРИЗОIIталь'ная
скорость движения воды и вертикальная составляющая скорости
lтурбулентноrо потока.
rоризонтальная состав.лЯlощая скорости перемещает осажда
ющуюся частицу взвеси в направлении движения воды в отстой
1iике; вертикальная составляющая, если она по величине СОИ3 Iе
139
рИl\lа со скоростью осаждения частиц взвеси, замедляет или
ускоряет их осаждение.
Исследования М. А. Великанова [3], С. Ф. Савельева, А. П.
Зеr)l{ДЫ и др. показали, что ве,,1ичина и направление вертикаль
ной составляющеЙ скорости турбулентноrо потока являются
случаЙными величинами и подчиняются закону норыа.,lьноrо
распределения raycca. В соответствии с этим в любой точке по
тока и в любой l'vIOMeHT времени возникают скорости, которые
IorYT быть с одинаковой вероятностью направлены вертика.пЫIJ
вверх и вниз. Кроме Toro, эта скорость не остается постоянноЙ
по величине и может изменяться практически в пределах от О до
3w, rде w среднее квадратичное значение вертикальноЙ coc
таВ.ТIяющеЙ скорости потока, равное
V c
W == m
нп '
(V. 1 О)
здесь т ко ффициент, значение KOToporo ИЗlVlеняется в зави
симости от шероховатости стенок и дна отстойника
V c средняя скорость движения воды в отстоЙнике;
Н рабочая rлубина отстоЙника;
п показатель степени.
В связи с тем что rоризонтальная и вертикальная состаВ"lЯЮ
щие скорости потока являются перемеННЫl'vlИ величинами, факти
ческая скорость движения частиц взвеси в отстойнике является
также величиной переменноЙ, непрерывно ИЗl\lеняющейся по Be
личине и направлению. Отсюда следует, что движение частиц
взвеси в процессе их осаждения осуществляется по самым разно
образны:м траекториям в соответствии с заКОНОl\1 случаЙных ЯВ"lе
ниЙ и что задача определения места падения частиц взвеси любоЙ
фракции на дно отстоЙника практически не lVlожет быть решена
однозна чно.
Для практических расчетов можно пользоваться даННЫlVIИ
исследованиЙ А. А. Труфанова и П. И. Пискунова [13], YCTaHO
вивших, что в формуле (У.I0) величина n===О,2, а величина т===
===4С (rде с коэффициент шероховатости стенок и дна отстой
ника) .
Для )келезобетонных отстоЙников rлубиноЙ 3 5 .;11 величина
4CH o,2 близка к 1/30, следовательно, величина вертикальной co
ставляющеЙ скорости rоризонтальноrо турбулентноrо потока бу
дет БЛIIзка к 1/30 среднеЙ величины rоризонтальной скорости дви
жения воды в отстойнике.
2. ТИПЫ ОТСТойНИКОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
rОРИЗ0нтальные отстойники. rоризонтальный отстойник
(рис. У.4,а) предстаВ"lяет собой ПРЯl\Iоуrольный в плане бассеЙн,
оборудованный водораспределитеЛЬНЫl\1 и водосБОРНЫl\l устроЙ
стваl\IИ, труБОПРОБО,1а:\lИ для подвода освеТ.lяемой и отвода oc
140
ветленной воды, а также устройством для периодическоrо yдa
ления выпавшеrо осадка.
rоризонтальные отстойники применяют на водоочистных
станциях хозяйственно питьевых и промышленных водопроводов
производительностью более 30 000 50 000 м 3 /сутки при удалении
из воды коаrулированной взвеси и любой производительностыо
при удалении некоаrулированной взвеси.
а)
поаВоd
ВООЬ!
ОтВод
осадка
о) 3
ПоdВоrJ
800Ь!
т80a
осадка
8)
2
От808
отстоен
ной 80061
Под6од ОтВод oтcrпo
&ЮЫ енной Вооы
е)
3
u
Рис. V.4. Схемы движения воды в rоризонтальных отстойниках
а одноэтажном прямоточном (разрсз); б двухэтажном прямоточном
(разрез); 8 двухэтажном с поворотом потока (разрез); 2 одно-
э rажном с поворотом потока (план); 1 и 2 соответственно распре
делительный и сборный водосливы; 3 водомеры
Высоту отстойника в зависимости от высотной схемы станции
ПРИНИl\1аК;т равной 3 5 М. Длину и ширину отстойника опреде
.Jlяют расчеТОl\I. Отношение длины к высоте отстойника должно
быть не l\leHee 10. Если длина отстоЙника получается СЛИШКОl\l
большой И указанное соотношение будет очень велико, то отстой
ник Iожет быть выполнен с поворотом в rоризонтальной
(рис. У.4, <?) или вертикальной (рис. У.4, в) плоскости, либо в ви
де двухэта)кноrо с параллеЛЬНЫl\I движением воды в этажах
(рис. У.4, б) .
\.; По ширине отстойник делится с поl\tl0ЩЬЮ продольных переrо
родок на несколько коридоров rпириной 3 6 Ai (соответственно
шаrу ко,]онн) для повышения степени использования объема
отстоЙника.
В СВЯЗII с тем что осадок распределяется по дну отстойника
HepaBHOl'vlepHO и большая часть ero скапливается в первой поло
вине отстойника, объе I осадочной части в начале отстойника
141
.делают больше, чем в конце. Для этоrо, а также для возыожно
сти периодических выпусков осадка дно отстойника выпо няют
с уклоном В сторону, противоположную направлению движения
воды. Величину уклона принимают для цветных вод равной 0,02
и для l\fYTHbIX вод равной 0,03. Чтобы осадок при ero уда"lении
лучше смыва.,lСЯ, дну отстойника придают поперечныЙ YI\:L10H OKO
.по 0,05.
УдаLlение осадка из rоризонтальных отстойников оБыIIIоo ocy
щеСТВL1яется с помощыо перфорироваНIIЫХ коробов Il.11I труб,
а)
1 1
iI
В 1"'" .
! L ' . . . . .
I
.......... )
пr
а
п п
о)
В)
1J M .;: = J.
I
] = M . M M
.Т= ..
r
.. = tJ
ПL
t . t- t t-
... .. -t- + ...
... .... .. ... ..
.. ... ... + ...
1 ...... l
L .J
Рис. V.5. Схемы водораспределительных II водосборных
устройств отстойников
укладываемых по дну отстойника. При открытии задвижки на
устье этоrо короба или трубы осадок под давлением столба воды
в отстойнике выжимается через отверстия Б стенках короба
внутрь ero и по лотку отводится в канализацию. Устье короба рас..
полаrается в начале отстойника, [де скапливается наибольшее
количество осадка. При отсутствии дырчатой систеl\IЫ для уда.
ления осадка или механизмов каждое отделение должно иметь
по продольной оси лоток для транспортирования осадка в кана.
лизацию во время очистки отстойника. Для механизированноrо
удаления осадка применяют движущиеся скребки, а для откачки
осадка из приямка, куда осадок сдвиrается скребкаi\IИ, специ
альные центробежные насосы либо rидроэлеваторы.
Для БОlllее paBHoMepHoro распределения БОДЫ по )КИВОl\lУ ce
чению отстойники оборудуют водораспределитеЛЬНЫl\IИ и водо.
сборными устройствами в виде поперечных BOДO
сливов (рис. V.Б, а), дырчатых переrородок и дырчатых же
.10бов (рис. V.O, б и в) [6 и 7]. 11апболее эффеКТИВНЫ III устроЙ.
ствами для распределения воды ЯВ"lЯЮТСЯ дырчатые переrоро;:r..
КИ. Площадь отверстий в дырчатой переrОрОДке назначают
142
с таким расчетом, Чтобы скорость движения Воды в отверстиях
была меНЬШе той скорости, при которой начинается раЗрушение
ХЛОПьев скоаrулированной ВзВеси.
ИСС.1едованиями З. Я. rОРОДищера, и. н. Осиповой (лонии
АКХ) и Фан rуан чу (Внии ВОДrЕО) установлено, что CKO
РИС. V.6. Экранирование ОТвер-
стий в ДЫрчатых переrОРодках
.......... ........................
.........
,
.......
Рис. V.8. СХеМа УСТРОЙСтва для
умеНьшения ПОдсоса осадка к BO
досборным желобам
u
I
пЛан
t'\,
L
J
J
1
РИС. V.7. СХеМа лотков для раСсре-
доточенноrо сбора осветленной БОДы
в отстойнике
рость ДВижения ВОДы В отверстиях ДОЛЖНа ПРИниматься не бо-
лее 5 с,м/сек для Цветных маломутных ВОД и не более 8 с.м./сек
дЛЯ МУТНЫХ Вод.
Для У1lIеНьшения длины зоны ПОВЫшенной турбулентности,
обраЗУющеЙся за ДЫрчатой переrородкой В {начале ОТСТОЙНика.
целесообразно экранировать выход из отверстий переrородки
сферичеСКИ1\1И или коническими успокоителями (РИС. V.б). Сбор
осветленноЙ ВОДЫ в конце ОТСТОЙНИКа нужно Осуществлять BOДO
СЛИВОМ И.1Н сборными лотками таким образом, чтобы СКОРость
подхода ВОды к переливной кромке была меНЬШе, чем скорость
ПОДСОСа осаДКа. Для этоrо удельная наrрузка на 1 пос. .м. ДЛИНЫ
сБОРНоrо ВОДОслива не ДОЛЖНа ПреВЫшать 10 12 .м.3/ч. Если
один ВОДОС.1ИВ, раСПОЛоженныЙ в КОНЦе ОТСТОЙНИка, Не обеспечи-
Вает ПРиема ОтстоенноЙ ВОДЫ С этой уДельной наrрузкой, сбор
отстоенной ВОДЫ ДОЛжен ОСуществляться несколькими Лотками,
143
/
расположенными на последней трети длины отстойника
(рис. У.7), либо должны быть приняты специальные меры Д.,lЯ
предотвращения подсоса осадка к водосБОРНОlVlУ устроЙству
(рис. У.8).
Эффективность работы отстойников в очень большоЙ степени
зависит от вида поступающих в Hero хлопьев, сфОР:\lировавших
ся в конце камеры хлопьеобразования. Если эти Х.,lопья будут
разрушены по пути к отстойнику, то вторичная их аr 10ыерация
в отстойнике будет идти медленно, отстойник будет П 10ХО OCBeT
лять воду.
Во избежание разрушения хлопьев по пути к отстойнику цe
есообразно встраивать камеру хлопьеобразования в отстойник
(рис. V.9). Размеры встроенных камер хлопьеобразования выби
раются таКИl\l образом, чтобы время пребывания воды в них бы
ло в пределах 10 20 мин (l\1еньшее время относится к MYTHbIl\1
водам), а скорость БОСХОДящеrо потока в верхнем сечении 1
1,5 мм/сек при осветлении l\lаломутных цветных вод и 1,7
2 мм/сек при осветлении вод мутностью более 250 Аt2/Л.
Радиальные отстойники. Радиальный отстойник представляет
собой круrлый в плане бассейн, оборудованный ПОДВОДЯЩИl\'l и
отводящим воду трубопроводами, водораспределитеЛЬНЫl\I и BO
досборным устройствами, а также скребковым l\IсхаНИЗl\IОl\I,
предназначенным для непрерывноrо удаления из отстойника BЫ
павшей взвеси (рис. У.I0). Осветляемая вода движется в ради
альных отстойниках rоризонтально обычно от центра к перифе
рии. Иноrда применяют отстойники с движением воды от пери
ферии к центру.
Радиальные отстойники применяют обычно на водоочистных
станциях для предварительноrо осветления очень :\IYTHbIX вод
(мутность более 2 с/л), а также для очистки воды в системах
оборотноrо водоснабжения.
Скребковые механизмы для непрерывноrо удаления осадка со
дна радиальноrо отстойника выпускаются промышленностью
для сrустителей обоrатительных фабрик металлурrической про
мышленности. Поэтому диаметр, rлубину и уклон дна радиаль
ных отстойников следуеl принимать в соответствии с размераl\lИ
сrустителей по rOCT 10876 64 (табл. У.l).
в центре радиальноrо отстойника располаrается ВОJ,ораспре
делительное устройство, которое часто выполняет также Функ
ции камеры хлопьеобразования. Обычно водораспределительное .
устройство представляет собой цилиндрический резервуар с rлу
хим дном и отверстиями в боковой стенке. ОсвеТJ1яе:\Iая вода
подводится снизу или сверху в центр цилиндра водораспредели
теля. Площадь отверстий в стенке ero принимается такой, чтоБыI
скорость движения в них воды была равна 5 8 СJи/сеJ{. С целью
быстроrо rашения скорости ВЫХОДЯIЦИХ из отверстиЙ струй воды
желательно экранировать отверстия сферичеСКИ:УIИ или коничес
КИl\IИ отражатеЛЯl\1И (Cl\I. рис. V.б).
144
I
I'vj
...,
u
I c\j
I ::s::
......
......
I Р:::
о
"""J I Е--
U
Е--
I о
I о
I о
1:: ......
t:1 I :3
I t:::;
t:::; c\j
t:::::: Е--
О
J ("')
::s::
о...
е
c\j
:Е
с)
х
U
lO 745
с)
>
..::t- u
р..
+
:s:::s::
с:::=
Со О
O
\:)5
v
1
а::
C)
.
:s::\5
>,
ь:::'
r.;'
с:: Q)
::: Q):З
,..:::...
f--t:::
с:::0
=
p..,::f
...
од""
q
1:=
"t'ё)::Е
c:::
О ;i I б
t:::; 000
(:Q
q
Р=: ::.:: c;j
о ,::;: q с')
о... "'с\!о::
<!.J и=
:Е ..:::1 О =
cv t:';:::.::Q)
из
::: :::;'с;;
=:::: :: р..,
О Q)"::t:::
...... q:D:>,
ffi I о::
о 5t-..
С. С\! q
Е--о р. ::
I
0.1)
C"::i ::E
. c;j
C\S,"'" ::.::
O l
==
:с=......
Q)......
C
f--o ;... .
uQ)
;"'::Qg
C
f:ql
30
...х......
..:::1
.
c;j
:: I
о I..C О
;:з
:.: \о
о.до
qP'
t:::
с;:......
:s::..... С\!
0001-...... р..,
:-;00
ё)::Ь\О
uQ);...
I o
C"-IО)о::
;::)
. u q
о::: О
::;q
;: 9
o
("";0
c'j ::
......
a::I
О
с!')
с\3
с..
о
t::::
r-
61
С I
с.., l.."')
а '"
;;,
....,
<l.Jo;::
=
C'j....
ё:;
I :-:
....... -,
.....,
1
Таблица V.1
Размеры и основные параметры сrустителей
Ос новные внутренние Продолжи- Мощность Вес сrустите-
Обозначение размеры в м тельность электродви- ля без отстой
сrустителя оборота скреб- rателя в квт, ной части в т t
ковой фермы не более не более
диаметр высота в мин
П-18 18 3)6 10 2,8 14
П 24 24 3,6 12 4)5 21
п-зо :-?О 3,6 16 4,5 25
П-50 50 4,5 26 7 40
П 75 75 6 39 10 60
П 100 100 7 52 14 80
При 1\1 е ч а н и я: 1. Уклон дна сrустителей принимается 8°; в сrустите
лях П 50, П-75 и П-I00 уклон центральной части 8°, а периферийной 5°.
2. Индекс П означает периферический привод.
Водораспреде ительное устройство в радиальных отстойни
ках с дви)кением воды от периферии к центру выполняется в ви
де дырчатой трубы или кольцевоrо лотка с затоплеННЫl\,IИ OTBep
.D
Рис. V.10. Схема радиа.тrьноrо отстойника
СТИЯl\lИ. Вода подается к водораспределительному устройству в
нескольких точках.
Сбор осветленной воды производится KpyroBbI!\1 ВОДОС.тIИВОl\l
или С помощью отверстий, устраиваеl\lЫХ в боковой стенке KO.тIЬ
146
цевых лотков. Водослив целесообразно устраивать rребенчатым,
так как при этом достиrается большая равномерность сбора
БОДЫ.
Скорость вращения скребковой фермы принимают в COOTBeT
ствии с данными табл. У.l. В случае необходимости отстойники
MorYT быть оборудованы специальными устройства IИ для изме
нения скорости вращения
фермы.
Вертикальные отстойники.
Вертикальный отстойник пред
ставляет собой круrлый или
квадратный в плане резерву
ар, оборудованный трубопро
водом для подачи осветляе
мой воды, к .?м _ р рй хлопь б
разования, желобами для сбо
ра 1)св ётл енной воды, а также
трубопроводом для периоди
ческоrо выпуска осадка или
опорожнения отстойника
(рис. У.ll).
Вертикальные отстойники
применяют для осаждения
скоаrулированной взвеси на
станциях производительностью
до 3000 м 3 !сутки. Движение
осветляемой воды в них проис
ходит в вертикальном направ
лении снизу вверх. Взвесь
оседает в восходящем потоке
воды за счет разницы l\lежду
скоростями падения частиц и движения воды. Расчетная CKO
рость восходящеrо потока воды в кольцевом пространстве меж
ду наружной стенкой камеры хлопьеобразования II стенкоЙ OT
стойника лежит обычно в пределах 0,5 0,6 /vlM!ceK [1].
ОтстоЙник состоит из зоны осаждения, KOTOpYIO в зависимо
сти от высотной CXel\1bI принимаIОТ равной 4 5 11l, и осадочноЙ
части, устраиваемой обычно в виде конуса или пирамиды.
В центре вертикальноrо отстоЙника устраиваIОТ каыер у
хлопьеобразования высотой, равной 0,9 высоты зоны оса}к;rсния.
Сбор осветленной воды в отстойниках осущеСТВ"lяется пери
ферийными и радиальными желобаl\1И через водослив И"lIl затоп
ленные отверстия. Обычно устраивают от четырех дО ВОСЫ\IИ
радиальных желобов в заВИСИ:\IОСТИ от размера отстойника.
Спиральные и друrие типы отстойников. Спира"lЬНЫl\III явля
ются радиальные отстойники, путь движения воды в которых
удлинен с ПОl\10ЩЬЮ установки спиральных напраВЛЯIОЩIIХ пере
rородок. Разновидностью rОРIIзонтальноrо отстоЙника ЯВ"lяется
10*
От80д
oaы
Подача
6оды
:t:
8ыпусн
оса6на
............
Рис. V.l1. Схема вертIIка.ттыIrоo
отстойника
147
круrлый в плане отстойник системы :VI. В. Скирдова (ВНИI1
водrЕО). в этом отстойнике вода поступает через перфориро
ванный радиально расположенный желоб, движущийся под дейст-
t::::
:t
:t: D:: I
I с::-,
!
' "
fJoiJa
"
\
\
/
2 1'
f
' J .
,
l
«:::>
t:s
:t:
<.
t::)
'\
\
.;
L
t:s
Осааон О стон
Рис. V.12. Схема установки для осветления воды с ярусным оrстоЙ
ником
вием реактивной силы струй. Сбор воды осуществляется с друrой
стороны желобом, примыкающим к распределительному.
Для l\Iалых очистных сооружений MorYT быть применены OT
СТОЙ ники с малой rлубиной осаждения взвеси. Эти отстойники
можно выполнить в виде круrлых
мноrоярусных отстойников или ro
ризонтальных отстойников малой
длины.
На рис. У.12 представлена
схема блока установки для OCBeT
ления воды с мноrоярусным OT
стойником, имеющим малую rлу
I бину осаждения в каждом ярусе
2чО [14]. Блок состоит из камеры фло
куляции 1, rоризонтальноrо OT
стойника 2 длиной L и фильтра 3.
Вода с реаrентами поступает
сверху в камеру Флокуляции с
l\lеханической мешалкой и из нее
в отстойник, разделенный по BЫ
соте на ряд параллельно работа
IОЩИХ ярусов с l\lалой rлубиной осаждения h. При движении по
этим ОТСТОЙНIIка1\1 вода освеТ"Т'Jяется, взвесь выпадает на наклон
):;j
«:::>
::х::
89
r{5o
84
«:::>
t:
79
::J I
I
7'+
60 120 180
Длина отстойника 8 см
Рис. V.13. [рафик зависимости
удаления взвеси (в О/о) в ярус
ном отстоЙнике от ero длины L
и rлубнны зоны осаждения h
148
ные п оскости. Осветленная вода переливается через раздели
тельную стенку в фильтр.
Перед промывкой фильтра подачу воды в камеру ФЛОКУ"lЯ
ции прекращают и часть воды из нее спускают в сток. Во время
ПрОl\fЫВКИ фильтра промывная вода из фильтра переливается
через KPO lKY разделительной стенки в отстойник и, двиrаясь с
большой скоростью по отдельным ярусам отстойника, нижние
ПL10СКОСТИ которых имеют уклон к камере флокуляции, C lЫBaeT
выIавшийй осадок в зумпф, откуда он удаляется в сток.
На рис. У.13 представлены результаты испытаний отстойни
ков с rлубиной осаждения 12 100 мм. Исходная вода, содержа
пшая 450 JtZ/Л взвеси, обрабатывалась сернокислым алюминие1\1
(100 hlZ/Л) с добавкой 0,5 мz/л полиакриламида. Скорость дви
"кения воды в отстойнике составляет 10 м/ч, время пребывания
воды при длине отстойника L == 2,5 .м около 15 мин.
Столь небольшое время пребывания воды в отстойнике OKa
зывается достаточным блаrодаря малой высоте осаждения взве
си в ка)КДОl\I ярусе и "lаминаРНОlVIУ движению жидкости между
близко раСПО,,10женными плоскостями, разделяющими отдельны
ярусы.
3. РАСЧЕТ rОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОТСТОйНИКОВ
Расчет rоризонтальноrо отстоЙника заключается в определе
нии длины и ширины отстойника при заданной ero rлубине из
условия задержания отстойником заданноrо процентз взвеси.
При расчете отстой
ника исходят из следую
щих положений: 1) OT
СТОЙНИКОl\l :\10rYT быть за
держаны все частицы,
траеКТОРИII движения KO
торых в процессе их oca
)кдения пересекают плос
кость дна отстойника: РIIС. V.14. Расчетная схема rоризоIIталыIrоo
отстойника
2) раз:меры отстойника
должны быть рассчитаны
на наиБО"lее неблаrоприятные условия, т. е. условия задер
)кания частиu, находящихся в момент впуска воды в отстой
ник В BepXHel\1 слое потока, так как они проделывают наиболее
длинныЙ путь до дна; 3) из всех возможных принимается наибо
лее вероятная траектория движения частиц взвеси в отстойнике,
которая ПОLlучается, если принять, что вертикальная составляю
щая скорости потока постоянно направлена вверх и по величине
равна ее cpe;:O'Iel\lY квадратичному значению; 4) величина rори-
зонтальноЙ скорости потока принимается по всей rL1убине OT
стоЙника постоянноЙ, равной средне /IУ ее значению
149
Расчетная схема для rоризонтальных отстойников с учеТОi\l
указанных выше допущений представлена на рис. У.14, из KOTO
poro на основании rеометричес оrо подобия фиrур следует pa
венство
[де
н о ..r ие w
L V c
Ho rлубина отстойника в м;
L длина отстойника в м;
И О расчетная скорость осаждения взвеси в статических
условиях в м/сек;
w среднее значение вертикальной составляющей CKOpO
сти потока в м/сек;
V c средняя rоризонтальная скорость движения воды в
отстойнике в м/сек.
Формулу (У.ll) можно представить в виде
L == сх НО М,
ИО
(V. 11 )
(V. 12)
тде
a коэффициент, учитывающий взвешивающее влияние
вертика..1ЬНОЙ составляющей скорости потока и
равный:
сх==
ИО
(V .13)
V c
ИО
30
Средняя rоризонтальная скорость движения воды в отстой
нике в м/сек равна:
- Vc == ku o . (У.14)
Значения коэффициента k определяются на основании приня
Toro соотношения длины отстойника L и ero rлубины Н:
L/ Н ...... 1 О 15 20 25
k . . . . . . . . . 7,5 10 12 13,5
Выражение (У.12) представляет собой расчетную ФОРМУti1У
для rоризонтальных отстойников. Иным видом этой формулы
является так называемая наrрузочная фОРlYlула:
F == cx , (V.I5)
ио
rде F площадь отстойника в плане в м 2 ;
q расход воды в м 3 /сек.
Если q выразить в м 3 jч, а ио в M/'rtjceK, то форrvlула (V.15)
ПРИI\'lет вид:
F == сх q
3 , 6 ио
Ширину отстойника В опредеЛЯIОТ по фОР:\lу..lе
(V.16)
В==
q
{Jc H
(V. 1 7)
150
Для расчета отстойников по формуле (У.15) или (У.16) не-
обходимо знать расчетную скорость осаждения взвеси и о и cpeд
нее значение вертика"lЬНОЙ составляющей скорости потока ш.
Расчетную скорость осаждения коаrулированной взвеси И()
опредеЛЯIОТ экспериментально, как указано выше. При OTCYTCT
вии данных о скорости осаждения взвеси для ориентировочных
расчетов l\10)KHO пользоваться следующими величинами.
Ориентировочная
расчетная скорость
осаждения взвеси
и о в мм/сек
Характеристика воды и способ обработки
Вода с содержанием взвешенных веществ ДО
50 ме/л, коаrулированная . . . . . .
То же, 50 250 меjл, коаrулированная . . .
То же, 250 1000 Мс/Л, »
То :iKe, некоаrУ.1ированная . . . .
При м е ч а н и е. При применении флокулянтов величина и о
УВС.1Ilчивается на 25 30 o.
, Величину вертикальной составляющей определяют по фор
11уле (У.I0) или принимают равной 1/30 скорости потока.
Вертикальная составляющая скорости потока, препятствую
щая осаждению взвеси в отстойнике, возрастает с увеличение 1
скорости потока воды в отстойнике. Поэтому в отстойниках, pac
считываеl\lЫХ на задержание леrкой медленно оседающей взвеси,
скорость движения воды следует принимать меньшей, чеl\1 в
отстойниках, задерживающих тяжелую быстро оседающую
взвесь.
В связи с этим рекомендуется принимать следующие CKOpO
сти движения воды в отстойнике: а) для цветных вод и для вод
с содержанием взвешенных веществ до 250 Мсjл 3 6 мм/сек;
б) для l\IYTHbIX вод С содержанием взвешенных веществ более
250 Мсjл 4 8 мм/сек, а для мутных вод, не обработанных Koa
rУЛЯНТОl\I, 1 2 мм! сек.
Во всех случаях величина вертикальной составляющей CKO
рости движения воды должна быть значительно меньше расчет
ной скорости осаждения взвеси.
Точный статистический метод расчета отстойников, учитыва
ющий различное влияние вертикальной составляющей скорости
на осаждение частиц взвеси различной rидравлической крупно
сти, разработан во внии водrЕО [. д. Павловым [4].
O,35 O,45
O,45 O,5
O,5 O,6
О, 12 O , 15
...
4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ ОТСТОйНИКОВ
Расчет радиальноrо отстоЙника заключается в определении
ero диаl\Iетра из УС,,10ВИЯ задержания отстойником заданноrо
процента взвешенных веществ.
Расчет отстойников lVIОЖНО производить по так называемоЙ
Iiаrрузочной ФОР:\IУ"lе:
Q
Pp.o== 6 + f, (V.18)
, и о
151
Т'Де
F Р.о ПЛОщадь раДиаЛЬНоrо ОТСТОЙНИКа в .'112;
CG КОЭФФициент, учитывающий ВЛИЯНИе вертикальной
состаВЛЯЮщей Скорости ПОТОКа на эФФект Осаждения
ВЗВеси;
Q НРОИЗводительность ОТСТОЙНИКа в .113/1[;
иo расчеТная СКОРОсть осаждения взвеси в .IUt!ceK;
f ПЛОЩадь центральной зоны, rДе вслеДСТвие ВЫСОКОЙ
ТУрбулентности ПОТОКа не ПРоисходит осаЖдения
Взвеси, в ..112.
Указанную расчетную
, I
.'
Формулу ПОЛУчают исходя нз следую.
Щих УСЛовий:
а) все ДОПУщения, Ко-
ТОРЫе были сделаны При
.с::: ВЫВОДе расчетной форму-
лы для rОРН30нтальных
ОТстойников, деЙСТВитель
ны для радиа.1ЬНых OT
СТойников;
б) в качеСТве раСЧет
НЫх величин для rоризон_
тальной и веРТнкальной
СОставляющих СКОрости ПОТОКа пРИНИмают Значения ИХ в cpek
нем сечении ОТСТОЙНИка, отстоящем от ero цеНтра на расстоянии
Я-----"" то I
r cp :=::: r о,
2
R r
о
R
РНС. V.I5. Расчетная схема
отстойника
раДиальноrо
rде То радиус цеНтральной зоны ПОВЫшенной ТУРБУ.1еНТIfОСТИ,
R радиус ОТСТОЙНИка.
{ На ОСНОвании rеометрическоrо Подобия фиrур (Рис. V.15)
ЛI0Жно записать
!
f
;
(V.1"9)
и о ш* h
-----.... ,
v R То
fде w* среДНее КвадраТИчное ЗначеНие веРТИкальной Состав.1ЯЮ
щей СКОрости ПОТОКа в Среднем сечении ОТСТОЙНИка:
v СКОРость ДВИЖения Воды в Среднем сечении ОТстойни-
Ка, раВНая:
(V.20)'
Q
==:::
/ R То )
2лh ( то +
\ 2 /
Подставив значеНие v в формулу (V.20), ПОлучим
V==::::
Q
;r/z (Я + То)
(V. 21 )
ОТКУда
:r (и о ш*) (R + ro) 1
,
Q R ro
(V.22)
152
Q===л(u W* ) (R2 rg).
о \
(V.2З)
После несло)кных преобразований ПОЛУЧИl\1:
Q
Рр.о==а + f,
и о
(У .24)
{'де
и о
а==
и о ш*
(У.25)
Если Q будет выражено в м 3 /ц, а И О в млt/сек, то получен
ная фОР lула преобразуется в расчетную формулу (У.18).
ОписанныЙ метод расчета радиальных отстойников ЯВ,,1яется
неТОЧНЫl'vl в связи с тем, что значение коэффициента а определя
ется приближенно, так как вместо фактическоrо значения W, KO
торое всеrда неизвестно, условно принимают значение w* OTHO
сительна среднеrо сечения отстойника, предварительно рассчи
TaHHoro при сх== 1.
Указанные недостатки расчета были учтены В. А. Клячко 11
r. д. ПаВ,,10ВЫМ (ВНИИ водrЕО) [10], которые предложили
рассчитывать радиальные отстойники с учеТО1\I непрерывноrо из
J\Iенения rоризонтальной и вертикальной составляющих CKOpO
сти потока по длине радиуса отстойника.
Зная КО.1IIчество воды Q, которое необходимо осветлить в OT
стоЙ нике, М0)КНО вычислить rоризонтальную состаВЛЯЮЩУIО CKO
расти движения поды в любой точке отстойника, исходя из pa
венства
dx Q
v
dt 2лх (Н ix)'
(V.26)
rде x расстояние от центра отстоЙника до точки, для котороЙ
определяется rоризонтальная скорость;
Н r"lубина отстойника в центре;
i уклон дна отстойника.
Скорость осаждения взвеси в радиальном отстоЙнике будет
Р2вна:
dy
== и о w (х),
dt
(V.27)
r де и о расчетная скорость осаждения взвеси;
w средняя величина вертикальной составляющеЙ CKOpO
сти движения воды в отстойнике, зависящая от значе-
ния х.
Для pa;IIIJ.lbHbIX отстойников средняя ве"lичина вертика.1ЬНОЙ
составляющей скорости потока может быть принята [)авноЙ 1/'26
ве.1ИЧИНЫ rоризонтальной скорости:
- 1 Q
w (х) == · .
26 2:тх (Н ix)
(У.28)
3
После подстановки в ФОРlVlУЛУ (У.27) значения w (х) по
лучим:
dy 1 Q
и
dt о 26 · 2лх (f/ ix)
(V.29)
Решив COB1\IeCTHO уравнения (У.26) и (У.29), ПОЛУЧИ:\1:
dx Q
2лх и о (Н ix)
26
dy
li5
J I
'
J ./
I ./ v
/
/"
/
/
1
I
30
c:::s
'1::
'::::,
\..) 15
t:
<...>
о
2
3
ц.
Q/u o
Рис. V.16. rрафик для определения радиуса
радиальных отстойников
Q производительность отстойника в м 3 jч; ио рас-
четная скорость осаждения взвеси в ,Н.и/сек
в результате интеrрирования этоrо выражения в пределах от
О до R имеем равенство вида:
у == . ли о iR3 + ли о Н R2 R. (V.30)
3 Q Q 26
При x==R ордината У==!1 (rде h высота отстойника у сбор
ноrо (елоба), тоrда
h == н iR.
Пос..lе подстановки этоrо значения у в ФОР1\lУЛУ (у....30) по
vlУЧИМ уравнение
. лuоi RЗ ЛUоН R2+ ( i\R+H==0 (V.31)
3 Q Q 26) ,
в КОТОрО1\1 третиЙ член можно ИСI\"lЮЧИТЬ, так как веtlIIЧIIна ero
относите..1ЬНО :\Iала. В окончатеЛЬНОl\l виде по.lучае:\1 Сtlедующес
расчетное уравнение для радиальных отстойников:
. ли о i R3 ли о Н R2 + н == о.
3 Q Q
(V.32)
154
для УПРОЩеНИЯ раСЧета формулу (V.32) можно заменить ра.
венством
['Де Q ВЫраЖено В .ft 3 /ceK, а и о В .ft.ft/ceK.
Н.а РИс. V.16 ПРИведен rрафик зависимости R от Q/и о , Постро
енныи в соответствии с Формулой (V.34).
Поскольку ПРИ BЫBo
де расчеТноrо УраВнения
(V.32) не учитыIалосьь
наЛИЧие в цеНТре ОТСТой-
НИКа зоны БолыIIхx CKo
РОСТей, в КОторой ОсаЖде_
ния взвеси ПраКТИчески Не
ПРОИсходит, для ПОЛУЧе_
ния искомой ПЛОЩади от-
СТОЙНИКа неОбходимо К
основной ПЛОЩади KPyra
с Радиусом R ПРИбавить
II.70Щадь цеНТральной зо-
ны:
ОТКУДа
FD.o ::::: nR2 + f ц . з :::::
( Q ) 1,07
:::::0,2 + f ц . з . (V.З5)
и о I
1
RO:SЗS === ,
и о
(V.зз)
R ::::: ( o.535,
(V.З4)
7{)(} r
f\r
80
i
60
tJ
,
)::::J
40
tj
<t>
':::1' 2 О
r-cg
t::1
ff
1000 3000 5000
ПРОilЗ8odllте/16ност6 отстоiiнЦfЩ 8 м %
РИс. V.17. rрафик для Определения ПЛо.
щади цеНТральной ТУРБУЛентной зоны
раДиальных отстойников
ПЛОщадь цеНТРальной
зоны, веЛИЧИна КОТОРОЙ
заВIIсит ОТ ПРОIIЗВодительности ОТСТОЙНИка и РаСЧетной СКОРОСТII
осаЖдеНIJЯ ВЗвеСII, МОЖНО ОПределить ПО rРаФIIКу, ПоказаНН01l1У
На РИс. V.17.
Радиус цеНтра.7ЬНой зоны ДОЛЖен быть не меныIIe \lве.7Нчен_
Horo на 1 А! раДИуса ВОдораСпреде.Т[IIтельноrо УСТРОЙств'а.
РаСчетный Радиус ОТСТОЙНИКа БУдет:
R 1/ + fц.з
Расч '\ .
л
(V.З6)
155
Определенную по формуле (У.36) величину радиуса следует
окруrлять до ближайшеrо значения, приведенноrо в табл. V.l.
Если между расчетным и таБЛИЧНЫ 1 значеНИЯ:\llI окажется
существенная разница, то следует произве ти перерасчет, при
ияв друrую производительность ОТС10йника и соответственно
iLpyroe их количество.
5. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОТСТОйНИКОВ
Расчет вертикальноrо отстойника заключается 13 определе
нии площади поперечноrо сечения зоны осаждения, предназна
ченной для выделения из воды хлопьевидной взвеси, а также
объема осадочной части и необходимой площади камеры хлопье
образования.
Формула для расчета ПЛОlцадYi поперечноrо сечения зоны
осаждения \."'тстойника может быть получена из слеДУIОЩИХ сооб
ражений. Примем, что движение воды в вертикаЛЬНО I отстойни
ке происходит по всей площади отстойной части отстоЙника с
одинаковоЙ средней скоростью
Q
v == , (V.37)
РО
[де Q расчетный расход воды;
F o площадь сечения отстойноЙ части отстоЙника.
При ЭТОlVI частицы взвеси, имеющие скорость оса)кдения
и о == v, теоретически будут находиться в динамичеСКО I paBHOBe
сии и не будут выноситься из отстойника, поскольку скорости
движения воды и осаждения частиц направлены вертикально и
в противоположные стороны.
При осаждении коаrулированной взвеси частицы, б.,lаrодаря
аr.померации, укрупняются и скорость осаждения их в верти
ка.пьном отстойнике возрастает. частицыI взвеси, Иl\Iевшие CKO
рость осаждения в статических условиях и о , будут обладать He
сколько большей скоростью: и > и о , вследствие чеrо эти части
цы будут опускаться в осадочную часть.
Поэтому за расчеТНУIО скорость осаждения взвеси практичес
I\И l\/IОЖНО IIрИНЯТЬ скорость осаждения частиц в статических yc
.ТIовиях и о , величина которой численно равна восходящеi'r CKOpO
сти потока V.
Тоrда площадь сечения зоны оса)кдения будет:
Q
F з . о == , (V.38)
и о
[де Q выражено в м 3 /сек, а и о в J t/ceK.
Однако в действительности скорости восходящеrо потока BO
дЫ В рабочеЙ части отстойника отклоняются от среднеrо значе
ния вследствие неполноrо использования ero объе Iа. Фактичес
кие скорости движения воды в ОТДС,,1ЬНЫХ точках поперечноrо
156
сечения отстойника превышают средние расчетные скорости.
Поэтому во избежание выноса частиц взвеси, обладающих CKO
ростью осаждения И()' в числитель правой части фОрl\lУЛЫ BBO
дится коэффициент , величина KOToporo больше единицы [1].
Значения коэффициента , соrласно опытным даННЫ:\I проф.
с. х. Азерьера, приведены на rрафи
ке (рис. У.18).
Если Q будет выражено в м 3 jч, а
и о в мм/сек, то формула для опре
деления площади отстойной части OT
стойника будет иметь вид:
F ==R Q
з.о fJ 3 6 .
, и о
Расчетная скорость осаждения
взвеси и о определяется с помощью
кривой осаждения взвеси в COOTBeTCT
вии с заданным процентом осветления
воды.
Общая площадь вертикальноrо OT
стойника равна сумме площади зоны
осаждения и площади камеры хлопье
образования, расположенной в цeHT
ре ОТСТОЙJIика.
Высоту зоны осаждения Н принимают в заВИСИl\10СТИ от BЫ
сотной схемы станции в пределах от 4 до 5 м, отношение диа
метра вертикальноrо отстойника к высоте ero зоны осаждения
должно быть не более 1,5.
(У.39)
ft
2,5
2,0
1)5
1,0
О
I
I
.1
I
!
2
'3 n/н
1
Рис. V.18. [рафик для
::>пределения коэффициен
та В в формуле (V.39)
6. ОСАДОЧНЫЕ ЧАСТИ ОТСТойНИКОВ
Объеl\1 осадочной части rоризонтальных и вертикальных OT
стойников, если в них не предусмотрены rидрав.пические или Me
ханические устройства для непрерывноrо удаления осадка, дол
жен обеспечивать прием и уплотнение осадка JЗ течение 8 24 ч
в период, коrда в осветляемой воде содержится наибольшее KO
личество взвеси.
Объем осадочной части отстойника W o долже быть больше
вычисленноrо по формуле
W пQ (М 1 М 2 ) 3
() м
дер ,
(V. 40)
rде п продолжительность периода накопления осадка до ero
выпуска в ч, ПрИНИ\Iае\Iая равноЙ в пределах от 8
до 24 ч;
Q расход освеТ..lяемой в отстойнике воды в Jlл 3 jч;
М 1 содержание взвеси в воде, поступающей в отстоЙник.
в 2/Лt 3 ;
157
М 2 содержание взвеси в осветленной воде в Z/М З , обычно
равное 8 12 z/м З ;
б ср средняя концентрация взвеси (твердой фазы) в уплот
ненном осадке в с)м З (принимается по табл. VI.3, если
отсутствуют данные опытов по уплотнению осадка, об
разующеrося при обработке данной воды).
ВС\lичина М 1 вычисляется по ФОРl\1уле
М 1 == М исх + КДН + 0,25Ц + В,
(У.41 )
rде МИСХ наибольшее содержание взвешенных веществ в под
лежащей осветлению воде в Z/Jrt З ;
ДK доза коаrулянта в расчете на безводный продукт в
Z/ .;Из;
К т(оэффициент перевода веса коаrулянта в вес cyxoro
вещества образующеrося осадка; для очищенноrо
сернокислоrо алюминия К == 0,55, для неочищенноrо
сернокислоrо алюминия К == 1, для железноrо купа..
роса и хлорноrо елеза К == 0,8;
Ц цветность исходной воды в ёрад;
В количество нерастворимых веществ, вводимых в во...
ду с известью при подщелачивании воды, в Z/Jrt З .
Для удаления из rоризонтальных отстойников выпавшеrо
осадка их периодически опорожняют либо применяют специаль..
ные систеыы, работающие без опорожнения отстойников. Такие
систеl\IЫ l\10rYT быть rидравлическими или механическими. Как
указано выше, rидравлические системы для удаления осадка
представ.,1ЯЮТ собой П>р.фQE!!PО}З5l.Нllые TpyQыI или короба, уло..
женные по дну отстойника на расстоянии не более 3 lvt один от
друrоrо [2, 12]. В качестве механических систем для удаления
осадка из отстойников без их опорожнения применяют скребко..
вые мехаНИЗl\IЫ, которые периодически или непрерывно сдвиrа-
ют осадок к бункеру, расположенному в начале отстойника. Из
бункера осадок выпускается в канализацию или на иловые пло..
щадки.
Конструктивно скребковый механизм может представлять
собоЙ две параллельные бесконечные цепи, к которым прикреп..
лены ДОСКII скребки. Последние перемещаются вдоль отстоЙни..
ка, СДВIIrая осадок к бункеру.
В.па)ЕIIОСТЬ осадка, удаляемоrо из rоризонтальноrо отстойни..
ка, зависит от свойств осадка и объеl\1а осадкоприе:\lноrо бун...
кера.
Для ОРIIентировочных расчетов l\IОЖНО ПрИНИl\lать концентра..
uию cyxoro вещества в осадке, выпускае:\10l\1 из rоризонтальных
отстойников, которые оборудовань! скребковыми механизмами)
р авноЙ 40 60 с/л при освет ленин вод IУТНОСТЬЮ 250 1 000 MZ/ л
и 20 40 2/.1 при осветлении вод l\1УТНОСТЬЮ l\IeHee 250 АtZ/Л.
158
Скорость движения скребков при сrребании осадка принима
ют равной O,25 O,35 .м/А!ин ( 1еньшие скорости соответствуют
работе на маломутных водах).
Расход l\10ЩНОСТИ на приведение скребковых l\lехаНИ:З:\10В в
движение обычно состаВ"lяет от 1 до 2 квт на 1000 .lvt 2 площади
rоризонтальноrо отстойника. Мощность электродвиrателей, YCTa
новленных на скребковых 1ехаНИЗ1\1ах, должна быть в 5 7 раз
больше указанной выше величины для преодоления инерции Me
ханизма при ero пуске.
Для удаления из открытых rоризонтальных ОТСТОlIНИКОВ
осадка применяются рефулеры на понтонах, передвиrаеl\IЫХ по
отстойнику с помощью тросов и лебедок.
ЛИТЕРАТУРА
1. А з ерь е р С. Х. Рациональные КОНСТРУКЦИИ отстойников с большим
коэффициентом использования. Изд. Ростовскоrо на Дону ВНИИ водоснабже
ния и сантехники, 1934.
2. Б.ТI У в ш т е й н М. М., К о р а б е л ь н и к о в В. М. Исс.1едование и Ha
ладка работы новой системы rидравлическоrо уда.1ения осадкJ. 11З водопро'
водных rОРИЗОIIтальных vтстойников. «Водоснабжение и санитарная техника»,
1968, NQ 1.
3. В е л и к а н о в М. А. Применение теории вероятностей к расчету осаж
II.ения наносов в турбулентном потоке. «Известия нииr», т. ХУI 1 1. 1936.
4. В IИИ водrr::о (К л я ч к о В. А., А Il е.1 ь Ц lf II И. Э.). rlо.дrОТОI3ка
воды для промышленноrо и rородскоrо водоснабжения. rосстроi"'IIIздат, 1962.
5. ['о с т у н с к и й А. Н. Опыты по определению вертика.1LНОЙ COCTaB
ляющей скорости. «Ирриrация И rидротехника», 1935, NQ 1.
6. f н е Д и н К. В. rоризонта.1ьные отстойники с рассредоточенным сбо
ром осветленной воды. «Водоснабжение и санитарная техника», 1965, NQ 5.
7. Д е м у раМ. В. Рациональный отвод воды из rоризонта.Т'IЬНЫХ отстой.
ннков. «Жилищно коммунальное хозяйство», 1960, NQ 7.
8. Д е м у раМ. В. fоризонтальные отстойники. fосстройиздат УССР,
Киев, 1963.
9. К о л о б о в а 3. А. Об осаждаемости коаrУ.1ИРОВ()НПОЙ взвеси. В сб.:
«Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
10. К л я ч к о В. А., П а в л о в [. Д. О расчете радиальных отстойников.
«Водоснабжение и санитарная техника», 1955, NQ 4.
11. Л е б е д е в а Н. С., П а в л о в [. Д. Опреде.1ение ос())кдаемости
В2веси при помощи торзионных весов. «Водоснабжение и санитаРIIая техника»,
1969, NQ 2.
12. П а в л о в [. Д., В а р н е л л о В. А. Исследование работы I'ОрI[ЗОII
т()льных отстойников. «Водоснабжение и санитарная техника», 19ь7, М2 1.
13. П и с к у н о в п. И. rоризонта.1Ыlые водопроводные отстоЙники.
СтроЙиздат, 1953.
14. С u 1 р G., Н а n s е n S., R i с h а r d s о n G. 11igh rate scdilllcntation
in \vater trcatlllent \\'orks. JA \VW А, 1968, 60, NQ 6.
rЛАВА V/
ОСВЕТЛИТЕЛИ
1. ПРИНЦИП ДЕйсТВИЯ ОСВЕТЛИТЕЛЕй
Исследуя вертикальные отстойники в 1931 r., с. х. Азерьер
[1], В. Т. Турчинович И Е. Н. Тетеркин [21, 22] заметили резкое
увеличение прозрачности осветленной БОДЫ в тех опытах, в KO
торых осветляемая вода проходила через слой ранее выпавше
ro ос адка.
Специально поставленные опыты показали, что контакт BO
дЫ после введения в нее peareHToB с ранее выпавшим осадком
ускоряет процесс флокуляции микрохлопьев скоаrулированных
заrрязнений воды при ее осветлении. Также интенсифицируется
процесс кристаллизации карбоната кальция и rидроокиси Mar
ния при Уl\1яrчении воды известково содовым методом. Эти ис
следования [1, 8, 10, 11 и 21] послужили основанием для разра
ботки мноrочисленных конструкций сооружений, в которь!х
интенсификация процессов выделения из воды взвеси и про
дуктов реакций между введенными в воду реаrентами и paCTBO
ренными в неЙ солями достиrается контактом обрабатываемой
БОДЫ с ранее выпавшим осаДКОl\1.
В отечественноЙ литературе эти сооружения получили назва
иие осветлите"lей, или суспензионных сепараторов.
В практике применяются два типа конструкций осветлите
лей. В первоrvl типе контакт воды с ранее выпавшим осадком дo
стиrается при ее движении снизу вверх через слой осадка со
скоростью достаточно большой для Toro, чтобы привести осадок
во взвешенное состояние (так называемый псевдоожиженный
слой), но меньшей, чем скорость свободноrо осаждения хлопьев
осадка в неподвижной воде. Во втором типе конструкций OCBeT
лителей Иl\1еется специальная камера реакции (камера хлопьеоб
разования) , обычно оборудованная механическими мешалками,
в котороЙ вода перемешивается с ранее выпавшим осадком,
а затеl\1 поступает в зону осветления, в которой происходит Bыдe
ление из воды крупных хлопьев, образоваВШIIХСЯ в камере pe
акции.
Впервые освеТJтrители первоrо типа были предложены Е. Н. Te
теркиным [21], BToporo типа Ч. Спольдинrом [25].
160
CXel\1a осветлителя с коническим диффузором системы
Е. Н. Тетеркина представлена на рис. VI.l. Вода с реаrентами
поступает в осветлитель из воздухоотделителя по трубопроводу
1 в ни)кнюю часть конуса диффузора 2. Поднимаясь вверх, по
ток воды расширяется, скорость ero
\'меньшастся до величины, при KO
rrорой В диффузоре образуется слой
взвешенноrо осадка 3. По мере Ha
копления осадка ero избыток пере
"lивается через кромку диффузора
и опускается в осадкоуплотнитель 4.
Осветленная вода проходит через
защитный слоЙ воды над диффузо
pOl\1 и по сборному желобу 5 OTBO
дится на фильтры. Осадок через
дырчатую трубу б непрерывно или
периодически по трубопроводу 7
отводится в канализацию.
CXel\1 а осветлителя системы
ч. Спольдинrа с встроенной Mexa
ническоЙ каl\1ероЙ реакции показана
на рис. VI.2. Осветлитель представ
ляет собой усеченныЙ конус, постав
ленный на меньшее основание.
В центре ero имеется камера реакции в виде усеченноrо
конуса, поставленноrо на большее основание. Вода посту
пает в камеру реакции через трубопровод 1, peareHTbI подаются
по трубопроводам 2. В центре камеры реакции имеется верти
кальный вал, на котором укреплены мешалки 3 для смешения
r=
t
{ .
" \
rt ',
:II б
HI
'J
LL:
...........
!.
Рис. VI.l. Осветлитель с KO
ническим диффузором канет.
рукции Е. Н. Тетеркина
l T
<:...:11
::х::С")
::t::
, J
l
Рис. \/1.2. Осветлитель с встроенной камерой реакции конструкции
Ч. Спольдинrа
1 1 7 4
161
БОДЫ С реаrентами и мешалка 4 для поддержания во взвешенном
состоянии осадка в нижней части KalVlepbI реакции. Избыток
осадка из взвешенноrо слоя опускается в осадкоуплотнитель 5,
Рис. VI.3. Осветлитель «акселейтор» фирмы «Инфилко» (США)
1 трубопровод исходной воды; 2 и 3 трубопроводы peareHToB; 4 зона
первичноrо перемешивания и реакции; 5 зона вторичноrо перемешивания
и флокуляции; 6 импеллер; 7 зона осаждения; 8 осадкоуплотнитель;
9 клапан выпуска осадка
из KOToporo удаляется в сток по
трубопроводу б, снабжеННОlVIУ aBTO
матическим клапаном.
В осветлителях систеl\IЫ Е. Н. Te
5
теркина и ч. Спольдинrа осветле
ние воды достиrается пропуском ее
снизу вверх через слой взвешенноrо
в восходящем потоке воды слое
осадка. Имеются конструкции oc
ветлителей, в которых осветление
воды достиrается при ее радиаль
ном rОРИЗ0нтальном движении из
камеры реакции к сборным жело
бам (рис. VI.3).
В осветлителях осуществляются
два процесса водообработки: 1) фло
кулирование микрохлопьев п круп
ные аrреrатированные хлопья;
2) выделение этих хлопьев из oc
ветляемой воды. Для флокулирования !\1икрох.лопьев необходимо
перемешивание воды, для отделения хлопьев от воды создание
зон движения воды со скоростью, l\lеньшей, чем скорость CBO
бодноrо осаждения хлопьев в неПОДВIIЖНОЙ воде.
r
t
Рис. VI.4. Осветлитель
ВНИИ ОВР конструкции
Н. Ф. Резника с rидравличе
ской мешалкой
1 опускная труба; 2 rидравли
ческая мешалка распределитель;
8 подвод peareHToH; 4 отвод из
бытка осадка; 5 отвод осветлен-
ной воды; 6 во]духоотделитель
162
Поэтому в осветлителях всех типов имеется зона реакции
или захвата микрохлопьев ранее выпавшим осадком и зона oc
ветления воды.
Большие скорости, необходимые для перемешивания воды
с осаДКОl\f, создаются механическим (см. рис. VI.2 и VI.3) или
rидраI3лическим переме
шиванием (рис. VI.4) ли
бо устройством в нижней
части осветлителя диф
фузоров. Вертикальная
скорость движения воды
в последних настолько
велика, что создает усло
вия турбулентноrо пере
мешивания воды с хлопь
ями ранее выпавшеrо
о с а Д к а ( с rvf . р и с. V 1 . 1 и
далее рис. VI.14).
Сни)кение скорости
восходящеrо потока воды
в зоне осветления до Be
личины, при которой Ha
чинается отделение хлопь
ев взвеси от воды, дости
rается либо увеличением
.;
площади поперечноrо ce
чения освеТoJlителя (см.
рис. VI.l и VI.2), либо
ОТВОДОl\I части осветляе
мой воды BrvIecTe с ocaд
ком в осадкоуплотните
ли (рис. VI.5).
По способу отвода
осадка осветлители дe
лят на rравитационные
(см. рис. VI.l VI.3) и
принудите,,1ьные (см. рис.
VI.5) .
По :\IeCTY расположе
ния осадкоуплотнителей
освеТ,,1IIтеЛII различают:
1) с всртикаL1ЬНЫl'vlИ осадкоуплотнителями (C I. рис. VI.5); 2) с
IIОДДОННЫТ\1II осадкоуплотнителями (рис. VI.6); 3) без ocaДKO
уплотнителеЙ (осадок уплотняется в нижней части осветлителя,
с ;\ 1. Р и с . \1 1. 1 ) .
Все типы осветлителей MorYT быть открытыми или напор
НЫl\lИ.
11
т1
в
r .Ml
I
"">
в
<:::.
<...
"с>
с')
I "C:,
I
10
Рис. . VI.5. Осветлитель с пр.инудительным
отводом осадка в вертикальный осадкоуп
лотнитель конструкции внии водrЕО
7
ti ;Н 71/
! ,,1 I I
i '--' 4 I I
I I :; I I 8
I t
I +
i I
;с:а
I '"
'
L
l
Рис. VI.6. Осветлитель с поддонным ocaДKO
уплотнителем конструкции Н. И. КОЛОТОВD
1 ПОДВОД воды из воздухоотделителя; 2 дыp
чатые распределительные трубы; 3 слой взвс
шенноrо осадка; 4 осаДКООТВОДН!:>Iе трубы;
5 осадкоуплотнитель; 6 отвод осветленной BO
дЫ из осадкоуплотнителя; 7 сборные желоба;
8 задвижка для реrулирования отвода ВОДЫ из
осадкоуплотнителя; 9 отвод осветленной воды;
10 СМЫВ осадка; 11 выпуск осадка
163
2. КОНСТРУКЦИИ ОСВЕТЛИТЕЛЕй
Практика эксплуатации осветлителей с rравитаЦИОННЫI\lII
осадкоуплотнителями показала, что поступающий в осадкоуплот
нитель свежиЙ осадок выдавливает из Hero воду, встречный по
ток которой захватывает частицы осадка и увлекает их в желоба
осветленной воды.
При осветлении высокомут-
ных вод В осветлите,,1ЯХ с [pa
.
.
....
"'"
'---
"')
,(
/
i r 1
I I i
: I l '
'::..
'-->
1::: "с:)
8 I
Рис. VI.7. Осветлитель с BЫHOC
ным осадкоуплотнителем
1 воздухоотделитель; 2 зона
реакции; 3 слоЙ взвешенноrо ocaд
ка; 4 осадкоуплотнитель; 5 OT
вод осветленной воды; 6 и 7 BЫ
пуск осадка; 8 отвод осветленноЙ
воды из BbIHOCHoro осадкоуплотни
теля
/ /1/
"" ." ...,."V. ..
Рис. VI.8. Напорный осветли
тель с выносным осадкоуплот
нителем
витационными осадкоуплотните.пями необходима их непрерыв
пая продувка, что приводит к большим потерям БОДЫ.
ВН:VIИ водrЕО [7] была разработана конструкция осветли-
теля с принудительным отводом осадка в осадкоуп.п:отнитель
(рис. VI.5). По трубопроводу 1 вода поступает через воздухо
отделитель 11 в дырчатые распределительные трубы 2 и затем
через дырчатое дно 3 под слои взвешенноrо осадка. Избыток
осадка с частью воды отводится через осадкоприемные окна 4
в вертикальный осадкоуплотнитель 5, расположенныЙ в центре
осветлителя. Движение воды из осветлителя в осадкоуплотни
тель обусловлено отбором из верхней части последнеrо через
трубопровод б части воды, расход котороЙ реrулируется задвиж-
коЙ 8. Отсос воды из верхней зоныI осадкоуплотнителя обуслов-
лен разностыо OTl\leTOK воды в осаДКОУПЛОТIIителе и канале 9,
в которыЙ поступает осветленная вода из сборноrо ,,10тка 7.
164
Уплотненный и частично обезвоженный осадок из осадкоуп
.I10тнителя 5 отводится по трубе 10.
Схе ла осветлителя системы Н. и. Колотова (внииrс)
с поддонны л осадкоуплотнителеl\1 и прину дитеЛЬНЫl\1 ОТЕОДО:\I
n Hero по осаДКООТВОДНЫ;\1 трубаl'vl 4 избытка осадка [11] пред
ставлена на рис. VI.6. ДЛЯ смыва осадка с плоскоrо дна ocaДKO
уплотнителя предусмотрен подвод воды из водопровода в коль
цо из дырчатых труб 10. Сброс осадка осуществляется через TPy
бопровод 11.
Схема осветлителя с BbIHOCHbIl\I осадкоуплотнителе:rvr и прину
J,ительным отводом осаДКа представлена на рис. VI.7. Выносные
осадкоуплотнители MorYT применяться в открытых и напорных
(рис. VI.8) осветлителях.
Недостатком описанных выше конструкций осветлителей
с дырчатыми распределительными днищами является возмоЖ
насть образования на этих днищах завалов осадка, особенно при
выключении осветлителей. Для устранения этоrо [. 'А. POMaHO
вым [17 20], В. А. rребневым и Н. Н. HaropHoBbIM [15] была
предложена конструкция осветлителя, имеющеrо поддонный
осадкоуплотнитеЛL с У lеньшенной площадью распрсделительно-
ro дырчатоrо дна. Аналоrичная конструкция осветлителя, при-
веденная на рис. VI.9, бы.'1а предложена М. п. Васильченко [5].
1:з1
I
::::t:,
I I
I I
I
1
j
T
Рас. \,TI.9. OCBeT 1IIТe.1b конструкции 1\1. П. ВаСИ.1ЬЧСНI{()
Более просты И надежны Б ЭКСП.-1уатации оспеТvllIтели KOHCT
рукции внии водrЕО (рис. \11.10) (10]. ОсвеТvlите.пь, пред
ставленный на рис. \11.10, а, И lеет круrлую в П"lанс фОрl\1У и
предназначен д,,'1Я осветлеНIIЯ или УI\IяrчеНIIЯ воды на станциях
маЛО{I производите.1ЫIОСТИ (2000 5000 /vl)/CYTKU). Для станциЙ
l()[)
большей производительности предназначены осветлители с под
доном (рис. VI.I0, б) и с вертикальным осадкоуплотнителем
(VI.l О, в) .
Дальнейшим развитием конструкции осветлителя ВНИИ
водrЕО с вертикальным осадкоуплотнителем является широко
распространенная конструкция коридорноrо осветлителя
7
б)
о)
1
.....
1;
f
. ......
Рис. VI.I0. Осветлители
конструкции внии
водrЕО
1 воздухоотделитель; 2
опускные трубы; 3 ocaДKO
отводные трубы или окна;
4 осаДКОУПJ10тнитель; 5
отвод оспетленной воды и {
осадкоуплотнителя; 6 и
7 отвод осадка
(рис. VI.ll). ТакCJЙ осветлитель имеет прямоуrольную в плане
форму и состоит из трех параллельных коридоров: двух край
них осветлителей и расположенноrо между НИlVIИ осадкоуп
лотнителя. Из воздухоотделителя вода по дырчатым: распредели
теЛЬНЫl\1 трубам 1 распределяется по длине коридоров освеТtJ1ите
лей. I-Iижние стенки коридоров наклонны, что обеспечивает по
степенное Уl\1еньшение скорости восходящеrо потока воды в зоне
взвешенноrо осадка 2, нижняя часть которой С.}lУЖИТ камероЙ
ХJ10пьеобразования. Избыток осадка с частью воды через ocaДKO
отводные окна 3 поступает в осадкоуплотнитель 4. Отвод части
воды в осадкоуплотнитель резко снижает скорость восходящеrо
потока воды выше слоя взвешенноrо осадка в зоне осветления 5.
что обеспечивает высокий эффект осветления воды. Последняя
166
через сборные желоба 6 поступает в канал осветленноЙ воды 7.
Из осадкоуплотнителя осветленная вода отводится в тот )ке Ka
нал через дырчатые трубы 8, установленные на 300 ММ ниже по
верхности воды в нем. Уплотненный осадок из осадкоуп.l0тните
D r _
I 1
1
I
I t
""
"-' w
"""
':t-
-1
I
"
I
t .
л
q
fO
I
/
/
д-]:
,!
fi
-
'с. 3. T . . .,:;. :::
., I
I
- - - --.............
r
I
I
....JJ
Рис. VI.l1. КоридорныЙ освеТv1итель с I3сртикальным осаДКОУП.10ТIIfIте,lем
ля сбрасывается в сток через дырчатые трубы 9, уложенные
в нижней части дна осад ко уплотнителя. До поступления в OCBeT
литель вода проходит через воздухоотделитель 10.
В СССР построены и успешно экс
плуатируются коридорные осветлите
ли длиной до 40 М. ДЛЯ получения BЫ
cOKoro эффекта осветления воды (oc
таточная мутность осветленной воды
3 4 М2/Л) необходимо обеспечить
равномерное распределение воды по
длине коридора и достаточную высоту
слоя взвешенноrо осадка, выше пере
хода наклонных стенок в вертикаль
ные.
' ри осветлении l\lаломутных вод
слои взвешенноrо осадка леrко взму
чивается выходящими из отверстий
распределительной системы СТРУЯl\1И
воды. Во избе/кание ВЗl\lучиваНIIЯ
осадка нужно эффективно поrасить
энерrию этих струй. На рис. VI.12 представлена CXel\Ia устроЙст-
ва для rашения энерrии струй, успешно работающеrо n осветли
телях (L === 17 At") фильтровальной станции в [. Чебоксары.
В ,коридорные осветлители Артемовской фИиlьтрова.пьной
станции, осветляющеЙ воду канала Сев. Донец Донбасс (l\1YT
насть в \Iежень 8 20 .Jt2/Л. IIветность ЗО 40 2рад, Iце.l0ЧНОСТЬ
Рис. VI.12. Устройство для
rашения энерrии струЙ, BЫ
ХОДЯЩИХ из отверстий pac
пределитеJ' ЬНОЙ трубы OCBeT
л ите.1 я
1 доска на ребро
167
4 4,5 Ме ЭК8/ л) для У"lучшения распреде"Тlения воды БыIл заrру
жен щебень толщиной слоя 120 мм и крупностыо 30 50 мм 114].
До заrрузки щебня при скорости восходящеrо потока воды в зо-
не осветления O,6 0,8 MAtjceK мутность осветленной воды была
не менее 20 "Не/Л. После заrрузки, даже при скорости восходя-
щеrо потока 1, 1 1,2 htMjceK, мутность освеТ"lенноЙ воды не пре-
ВОСХОДИL13 2,5 З Мсjл в самое неблаrоприятное время ro;ra
весной 13 начале паводка.
Рис. VI.13. Коридорный осветлитель фирмы «Пер мутит»
(США)
1 подораспределите.ттьный канал; 2 сборные желоба; 3 мешал
ки на rоризонтальном палу; 4 отвод осадка из камеры реакции;
5 осадкоуплотнитель; 6 отвод осадка 113 осадкоуплотнителя;
7 пробоотборные трубки; 8 ввод peareHToB
Схема коридорноrо осветлителя фирмы «Пермутит» (США)
приведена на рис. VI.13. В осветлителе имеется камера реакции
с мешалками на rоризонтальном валу и rравитационные осад-
коуплотнители.
Схема коридорноrо осветлителя фирмы «КеНДИ1> (Анrлия)
представлена на рис. VI.14. В этом осветлителе камерой реакции
служит ни)княя часть пирамидальных бункеров осветлителя.
Осадкоуплотнители rравитационноrо типа расположены между
смежными осветлителями.
ОсвеТЛIIтеL;J:Ь «акселейтор» фИрl\/lЫ «Инфилко» (США) с pe
циркуляцией осадка через камеру реакции представлен на
рис. VI.3. Сходны с ним: по конструкции осветлители «рецирку-
лятор» (r ДР, рис. VI.15) и «реактиватор» фирмы «rpeBep»
(США, рис. VI.16). Схемы осветлителей, разработанных в ЧССР,
представлены на рис. VI.17 и VI.18.
В осветлителях ЦНИИ МПС, разработанных Е. Ф. Kyprae-
вым и приведенных на рис. VI.19 и VI.20 [12], вода поступает
через сопла, приобретая вращательное движение. Характерной
особенностью осветлителей систеl\1Ы Е. Ф. KypraeBa является от-
бор осадка с нескольких уровней с ПОl'vIОЩЫО специальноrо YCT
168
.
11 l
. M .
[ I
UU U': U ..U и tl
п:...J
п п
I I
: I
II
t
7
1
I 1
I I
""
I
I1
I
Рис. VI.14. Пирамидальный коридорный осветлитель фирмы «Кенди»
(Анrлия)
1 водораспределительный канал; 2 опорожнение осветлителя; 3 ПО;J.ача
осветляемой воды с реаrентами; 4 спуск осадка из осадкоуплотнителя;
:) смыв осадка водой; 6 сборные желоба; 7..... канал осветленноЙ воды;
8 выпуск осадка из осадкоуплотните,lЯ
:t:
Рис. VI.15. ОсвеТ,1Iпе.1Ь «рецирку:!ятор» (rдр)
! подвод BO;J.bI; 2 первичная камера реакции; 3 воздухо
отделите.1Ь; 4 вторичная камера реакции; 5 зона взвешен.
Horo осадка; 6 осадко) плотните.1Ь; 7 сборные желоба;
8 ПОДВО;J. peareHToB
169
1
A I
1 r
I "
""'
i "'ft
" I б
,
{
('
J
l
9
b'
РНС. VI./6. ОсвеТлитель «реактиватор» фирмы «rреБер» (США)
1 ПОДВОД ВОДЫ; 2 ПОДВОД реатентов; 3 и 4 СООтветственно lIервич_
Ная Н ВI0РИЧная камеры реакции; 5 ИмпеЛлер; б ЗОНа Взвешенносо
ОсаДКа; 7 СКРебковый механизм; 8 шлаМОприе>rный ко.l0дец;
9 сБОРНые желоба
::t::
'--'
"<:::.
"
.
РИс. VI.18. OCBeT
ЛИтель 1(()HCTPYK
ции Бинара и Бель
CKoro (ЧССР)
/ подвод иСХОДНОЙ
ВОДЫ; 2 и (] COOT
веТСТПенно n ервичн а я
И ВТОРИЧНая Ка:Неры
реакции; 4 СКРсб
Ковый 1\1СSJIlJНЧ: /)
оса дк оуп.l0Т1l1Il е.1Ь;
5 Привод '1 еIIl а,lКи
камеры реаКЦНII; 7
ПРиво,], скреБКовоrо
мехаНИЗма: 8 сбор
НЫе Же и l06а: 9 Под.
Вод peareHTOI3
170
'
.; . ,/
...
5
РИс. VI./7. ОсвеТлитель КОНст-
РУКЦИИ В. и С. Мацкерле
(ЧССР)
ч
1 ПОДВОД ИСХОДНой ВОДЫ с реатен-
'lами; 2 ЗОИа реакции; 3 Слой
ВзвеШеНноrо ОсаДКа; 4 осадко_
УПЛОТНитель; 5 ОТвод OCBeT. eHHolI
воды из осаДКОУПЛотнителя; 6 и
7 - ВЫПУСКИ ОсаДка: 8 ОТВОД ос-
веТлеI-нrой Воды
7
I
6
б 7
5
ройства и танrенциальный ввод воды в зону реакции и хлопье
образования, куда отдельно подводятся peareHTbl. Осветлители
ЦНИИ МПС широко применя
ются в практике умяrчения и
j\J а r н ез и а л ь Н О ro о б ес к р е 1\1 н и В а
ния воды, т. е. тоrда, коrда в
результате реакции образуют
ся тяжелые осадки. HeДOCTaT
KOlVI показанноrо на рис. VI.19
осветлителя является ero боль
ша я высота. Этот недоста-
ток устранен в осветлителе
ЦНИИ 3 (СМ. рис. VI.20).
Схема осветлителя с эжек
торной системой рециркуляции
осадка фирмы «Деrремон»
(Франция) представлена на
рис. VI.21. Этой же фирмой
выпускается осветлитель
«пульсатор» С пульсирующим
потоком осветляемой воды
(рис. VI.22). Пульсация пото
ка жидкости достиrается aBTO
матически. В центре осветли
теля Иl\Iеется закрытый сверху,
но открытый снизу резервуар
1. К нему подсоединен BaKYYM
насос 2, работающий непре
рывно. Вода поступает в pe
зервуар 1 снизу ПО трубопроводу 3. Так как давление в резервуа-
ре ниже атмосферноrо, вода заполняет ero доверху и лишь часть
,
Рис. VI.19. Освет.пИТСtJ1Ь ЦНИИ МПС
конструкции Е. Ф. KypraeBa
1 воздухоотделитель; 2 сопло; 3 ниж
няя распределительная решетка; 4 ocaд
коприемные окна; 5 осад ко уплотнитель;
6 отвод осветленной воды из осадкоуп
.ТIOтнителя; 7 подвод peareHToB; 8 CTa
би.пизатор взвешенноrо слоя; 9 сборный
желоб; 10 и 11 выпуски осадка
7
Рис. VI.20. OCBeT
лите.1Ь ЦНИИ 3
1 подвод БОДЫ;
2 сопла водораспре-
делителя; 3 и 4
осадкоотводные OK
на; 5 сборный же
.10б; 6 отвод освет-
.1енной воды из ocaд
коуплотните.1Я; 7
подача воды на филь
тры; 8 oc адкоуплот-
ните.1Ь; 9 выпуски
ос здкз
подаваемой в осветлитель воды поступает в это вре:\IЯ R зону
осветления 4. Kor;:r,a уровень воды в резервуаре достиrнет опре
деленной отметки, превышающеЙ уровень воды в осветлителе,
171
датчик 5 дает И1УIПУЛЬС на открытие клапана б. Тоrда вся вода,
поступающая в осветлитель и накопившаяся в резервуаре 1,
направляется в освеТ,,1итель, двиrаясь в IIel\l вертикально со CKO
ростыо на 10% большей, чеl\f средняя расчетная. После сниже
ния уровня ВОДЫ В резервуаре до уровня сборных :i е,,10бов 7
освеТ.тIIIте"lЯ I{"lапан автоматически закрывается, BaKYYM Hacoc
создает в резервуаре раз
режение, и вода, не пере
ставая поступать в OCBeT
литель, одновреl'ленно
направляется и в pe
зервуар 1; хлопья взве
шенноrо слоя начинают
оседать в зоне OCBeT
"lения.
По мнению авторов
этой конструкции, коле
бател.ьное движение
хлопьев взвеси в пульси
рующем потоке воды дa
ет возможность получить
более высокий эффект
осветления, чеl\tI в обыч
ном осветлителе. Однако
расчетные наrрузки на
осветлители «пульсатор»,
принимаемые фирмой
«Деrремон», мало отли
чаются от расчетных Ha
rрузок, принимаемых для друrих типов осветлителей с непуль-
сирующим потоком. Испытания «пульсаторов» фирмы «Деrре
мон» на водопроводе r. София (НРБ) показали, что выключение
пульсации потока и переход на работу по схеме обычных OCBeT
лителей не ухудшает, а даже несколько улучшает эффективность
работы осветлителя «пульсатор».
р аЗЛИЧНЫl\1 обр азом решена в разных конструкциях OC13eT
лителей схема ввода peareHTOB в обрабатываемую воду. В HeKO
Ос8е r Т7/1еhНGЯ
ВоВа
.
r
t =
t
,
T t
r \
\
/ // /./// j
/
, I\
r J
/
ВЫПljСf< осаака
Ос етI1ЯN.IGЯ
oaa
Рис. VI.21. Осветлитель с эж:екторноЙ
системоЙ рециркуляции осадка фирмы
«Деrрсмон» (Франция)
Рис. \п,2:2. ОСI3етли re.1b «пу.1ьсатор» фирмы «ДеrреМОII» (Франция)
172
торых конструкциях (ВНИИ водrЕО и внииrс, фирм «Деr
ремон» и «Кенди») peareHTbI вводятся в воду до ее поступления
в осветлите.,1Ь. В осветлителях ЦНИvI МПС системы Е. Ф. Kyp
[аева, в «пресипитаторах» фирмы «Пермутит», «акселейторах»
фирмы «Инфилко» И ряде друrих peareHTbI вводятся отдельным
труБОПРОВОДОl\I в зону реакции.
Е. д. Бабенковым [2] предложено эжекторное устройство для
\ улучшения процесса хлопьеобразования в осветлителях
(рис. VI.23). Оно устанавливается над
воздухоотделите,,1еl\I и служит дЛЯ OTДYB
ки ВОЗДУХОЛI уrлекис.поты, выделяющей
ся при введении в воду коаrулянта, и ин..
тенсификации процесса хлопьеобразова
ния в результате эжектирования к месту
..".....
fe(l()
r
'-<::>
1
'.r:,
С'"
4 //
I
{
Рис. VI.2.3. Эжектор ное
устроЙство для аэрации
воды и подсоса осадка
1 ПОДВОД обрабатываемой
воды; 2 эжектор; 3 под-
вод peareHToB; 4 дырчатая
труба для подачи сжатоrо
воздуха; 5 воздухоотдели-
тель осветлителя
7 t1
рН 60д6I
Рис. VI.24. Влияние величины рН воды на эффек
тивность задержания взвеси осветлителем
1 FeS04; 2 A1 2 (50.)з
J
t:::
ct.
t....
с:::::
Q...
t:::
'-.J
1:::)-""'"
с::: с'\.)
с;)
16
-<:
Е:
'-
с:::
:t:
Е:
::::,.
17
8
4
.5
б
!J
({l
смешения воды с реаrентами и ранее образовавшимся осадком.
Отдувка уrлекислоты позволяет повысить величину рН воды,
что в отдельных случаях приводит к образованию более прочных
хлопьев и повышению эффективности задержания взвеси OCBeT
лителе!\l. Пример TaKoro влияния отдувки уrлекислоты на хлопье
образование показан на рис. VI.24.
Улучшению процесс а хлопьеобразования в осветлителях при
осветлении l\lаломутных вод способствует рециркуляция части
осадка. В осветлителях, схемы которых приведены на рис. VI.3,
VI.15, VI.16 и VI.21 и некоторых друrих, рециркуляция части
осадка осуществляется непрерывно с помощью импеллера или
э)кектора. В осветлителях, rде рециркуляция осадка не преду
смотрена, в случае осветления маломутных вод целесообразно
подавать часть осадка из осадкоуплотнителя в смеситель к у
СТУ ввода peareHToB. Для этоrо можно забирать центробежным
насосом низкоrо давления (напор 5 6 м вод. СТ.) осадок из
осадкоуплотнителя и перекачивать ero в смеситель. Производи
тельность насоса для подачи осадка по опыту Ярославскоrо BO
допровода должна быть равна 2 30/0 расхода осветленной воды.
Возможность интенсификации процесса осветления воды в
осветлителях, не имеющих мешало.чных камер реакции, изуча
лась В. А. Варнелло, [. д. Павловым и В. В. Ашаниным [4] на
План
Ir
10
3
4
D,45L
I I I
L
Рис. VI. 25. Осветлитель
с rоризонтальной зоной
осветления
осветлителях диаметром 6,6 м на р. Оке в паводок. Оказалось,
что наличие отдельной предвключенной камеры реакции не
улучшает, а даже несколько ухудшает степень осветления воды
при скоростях восходящеrо потока 1, 1 1,3 ММ! сек.
( Обычно осветлители применяются для осветления вод малой
и средней мутности. При мутности более 5 с/л uелесообразно
I u
осветлять воду в отстоиниках с механическим удалением осадка
(радиальные отстойники, отстойники со скребковы:ы f\Iеханиз
мом). Однако в практике очистки воды имеются ПРИl\lеры успеш
Horo применения осветлителей при осветлении BbICOKOf\lYTHbIX
вод. Осветлители ЦI-1:ИИ МПС работают на осветлении воды
р. Куры в [. Али Байраl\1ЛЫ, осветлители внииrс [17] на
осветлении воды р. Зеленчук (мутность 8 с/л).
При строительстве фильтровальных станций БО,,1ЬШОЙ произ
водительности осветлители целесообразно располаrать вне зда
ния. На рис. VI.25 представлена схема осветлителя с rоризон
тальной зоной осветления, разработанноrо ВНИИ водrЕО и
применяемоrо на ряде объектов Союзводоканалпроектом, в TOl\1
ЧИС"lе на очистных сооружениях автозавода в [. ТОЛЬЯТТII r свет
174
I
ляемая вода из воздухоотделителя поступает в распределитель
ный канал 1 и из Hero через водослив в карман 2. Последний
распределяет воду по опускным трубам 3, подводящи ее
к дырчаТЫl\1 распределительным лоткам 4, которые уложены по
дну зоны хлопьеобразования осветлителя. Из отверстий в CTeH
ках лотков вода поступает в слой взвешенноrо осадка 5, пройдя
который снизу вверх поступает в сборные желоба б. В эти же
желоба В1\lесте с ВОДОЙ поступает избыток осадка.
Устройство сборных желобов целесообразно при строительст
ве осветлителей большой длины. При длине зоны хлопьеобразо
вания l\leHee 15 м желоба можно не устраивать. Вода с хлопьями
скоаrулированной взвеси будет переливаться через верх раздели
тельной стенки 7 в зону сепарации осадка 8.
Из желобов вода поступает в зону сепарации осадка 8, KOTO
рая отделена от зоны хлопьеобразования стенкой 7. Отбойный
щит 9 направляет поток воды с осадком ко дну зоны осаждения.
Здесь оседает осадок, осветленная вода поднимается вверх
к сборным желобам 10. Осадок из зоны ero уплотнения отводит
ся в сток по дырчатым трубам 11. Обычно длина зоны хлопьеоб
разования составляет (0,45 + 0,5) L, длина зоны осаждения
(0,5 + 0,55) L (rде L полная длина осветлителя). В отличие
от остальных конструкций осветлителей в этой конструкции CKO
рость восходящеrо потока воды в зоне хлопьеобразования при
нята большей, чем скорость осаждения хлопьев взвеси. Поэтому
наблюдается непрерывный вынос части осадка вместе с водой
через сборные желоба в зону осаждения.
Скорость восходящеrо потока в зоне хлопьеобразования при
I нимают от 3,6 до 7,2 м/ч (1 2,1 мм/сек), тоrда наrрузка на Ta
I кой осветлитель будет близка к 1,8 2,7 м 3 /ч на 1 м 2 ero общей
I ПЛjlЩади.--"
; Простота конструкции и возможность расположения TaKoro
осветлителя вне здания делают ero более экономичным, чем дpy
rие конструкции осветлителей. На фильтровальной станции aBTO
завода в r. Тольятти осветлители этоrо типа имеют длину 73,5 м
при ширине каждоrо отделения 6 м. Производительность каждо
ro отделения составляет около 20 тыс. м 3 ! сутки.
. r:r- При ПРИlVlенении осветлителей на станциях J eareHTHoro умяr
чения Б QДЫ следует считаться с возможностью зарастания Kap
бонаТОl\l кальция подводящих трубопроводов, отверстий распре
делительных систем и т. п. Поэтому при peareHTHoM умяrчении
воды peareHTbI следует вводить непосредственно в зону реакции
под слоеl\I взвешенноrо осадка. Это неудобно на станциях с не.
СКОЛЬКИl\IИ осветлителями, так как нужно дозировать peareHTbI от-
дельно в каждый осветлитель. При дозировании peareHToB в об
щиЙ Сl\lеситель конструкция осветлителя должна быть такой, что
бы l\10ЖНО было леrко, без остановки осветлителя, осуществлять
очистку труб или лотков, подводящих воду от смесителя к OCBeT
лите.пю, и систем, распредеЛЯJОЩИХ воду по площади осветлите
175
ля. Применение для этих целей дырчатых труб, сопел и т. п. не
допускается, вода от смесителя разводится открытыми лотками
и распределяется опускными трубами (рис. VI.26). Удельные
производительности отечественных конструкций осветлителей по
11
I 1
J
Рис. VI.26. Осветлитель с распределением БОДЫ опускными трубами
1 опускные трубы; 2 сборный канал; 3 водослив
результатам их испытаний на воде рек Оки и Волrи приведены
в табл. VI.l.
т а б л и ц а VI.l
Удельные показатели различных конструкций осветлителем
при осветлении воды рек Оки и Волrи
! Тип осветлителя
коридорный с с rоризонталь.
вертикаль- внииrс с со
Показатель < 0<з ной зоной
ным осадко- поддонным C'I I:s:: осаждения
уплотнителем осадкоуплот- I ::s:: o.
(внии нител ем :: :s:. (внии
:s: :I::=.....; водrЕО)
водrЕО) ::r: ::r >
::r
Прозрачность освет-
ленной ВОДЫ по кресту
в см 194 205 187 67 185
Удельная производи
тельность в М 3 /Ч:
на 1 м 2 площади . 4,5 4,8 3,7 4,15 3
» 1 м з объема 0,96 0,85 0,53 0,77 0,63
Неоднократно делались попытки [4, 8 и 16] улучшить работу
осветлителей, стабилизовав слой взвешенноrо осаДКа путем BBe
дения в Hero вертикальных переrородок, дырчатых днищ и т. п.
Полученный при этом эффект обычно не оправдыва.] усло)кнения
и удоро)кания конструкции осветлителя.
176
3. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ОСВЕТЛИТЕЛЕй
При движении воды снизу вверх через слой взвешенноrо
осадка частицы взвешиваются в восходяще:\I потоке ВОДЫ II при
ходят В турбулентное движение.
Концентрация взвеси в слое взвешенноrо осадка будет тем
больше, чем меньше скорость восходящеrо потока и чеl\1 больше
удельный вес и диаметр частиц взвеси.
Результаты опытов В. В. Ашанина, Е. Ф. KypraeBa, [. [. Пер
вова, 3. В. Черновой, э. Лавьеля показывают, что концентрация
взвеси в слое взвешенноrо в осветлителе осадка обратно пропор
циональна скорости восходящеrо потока воды:
К
c== ( VI.l )
а '
V
rде С средняя концентрация взвешенных веществ в слое
осадка в 21м3;
К коэффициент расширяемости осадка, зависящий от раз
мера ero хлопьев и их удельноrо веса;
v скорость восходящеrо потока воды в мlч;
а показатель степени.
Величина а в опытах Лавьеля была равна 0,93, в опытах
В. В. Ашанина 1,12 1,22, в опытах [. [. Первова 0,95 1,1;
в среднем без большой ошибки величина а может быть принята
равной 1.
Величина коэффициента К изменяется в широких пределах:
от 0,8 21м2. ч для случаев осветления маЛОlVlУТНЫХ цветных вод,
обработанных сернокислым алюминием, до 30 21м2. Ч для слу
чаев осветления BbICOKOlVIYTHbIX вод.
Двиrаясь Вl\лесте с водой через слой ранее выпавшеrо осадка,
скоаrулированные микрохлопья заrрязнений воды сталкиваются
с хлопьями, образующими С"ТIой взвешенноrо осадка, И, аrЛОlVIе
рируясь с ними, удаляются из воды. Очевидно, что чеl\1 больше
концентрация хлопьев в слое взвешенноrо осадка, те;\1 более Be
роятен захват ими микрохлопьев из поступающей в осветлитель
воды, тем большей будет задерживающая способность взвешен
Horo слоя осветлителя.
Зависимость величины задерживающей способности взвешен
Horo слоя осветлителя от скорости восходящеrо потока воды, KOH
центрации взвеси во взвешенном слое и ero высоты ИССиlедована
[. [. Первовым (ВНИИ водrЕО).
Представив задерживающую способность осветлителя Сй в ви
де отношения
М иех Маев
(О=== ,
М иех
( VI .2)
[. [. Первов установил, что она является функцией ПРОIIзведения
12 745
177
ВЫСОТЫ слоя взвешенноrо осадка Н на концентрацию в Hel'vl
взвешенных веществ:
(J) == 1 e yHC == 1 e ya. (VI.3)
Свойства взвеси в этом уравнении характеризуются показа
телем адrезии "?, который равен ориентировочно 0,4 для случая
осветления мутных вод и 0,8 для случаев обесцвечивания Koary
ляцией маЛОl\1УТНЫХ цветных вод (рис. VI.27).
Ве,,1ичина концентрации взвешенных веществ во взвешеННО:\l
слое Qсветлителя [уравнение (VI.l)] зависит от скорости BOCXO
дящеrо потока воды в нем. Подставив значение С из уравнения
(VI.l) при а == 1 в уравнение (VI.3) получим:
уКН
(O==l e v
(VI. 4)
или
уКН
М исх М ОСВ == 1 е v---
М исх
(VI.5)
Отсюда получим основное уравнение для расчета осветлителей:
v КН
M OCil == М исх е v
( VI. 6)
связывающее мутность осветленной воды с мутностью исходной
БОДЫ, скоростью восходящеrо потока воды в осветлителе и BЫ
сотой слоя взвешенноrо осадка.
Определение величин коэффициентов расширяемости осадка
К и адrезии "? представляет значительные экспериментальные
трудности, так как эти коэффициенты связаны между собой и не
MorYT быть в опыте определены раздельно.
В связи с этим целесообразно за основную характеристику
осадка принять экспериментально определяемую эталонную KOH
центрацию взвеси С Э при эталонной скорости v э восходящеrо
потока и определенной температуре (например, при скорости
восходящеrо потока 3,6 м/ч, или 1 мм/сек, и температуре 200 С).
Если IIзвестны величины С э и V Э дЛЯ данной ВОДЫ и условий
ее обработки реаrентами, то из ФОРМУЛЫ (VI.l) при а== l } следу
ет, что К == С Э V Э и эта фОРl\1ула мо)кет быть представлена в сле
дующем виде:
с == к == С Э v Э == == С Э
v v v/v э V*.
(VI.7)
Отношение v/v э в этой формуле обозначено безразмерной Be
личиной и*.
Тоrда уравнения (VI.4) и (VI.6) примут следующий вид:
УНС Э
oo==1 e
v. .
,
(VI.8)
УНС Э
М ОСН === М исх e
(VI.9
178
C'-J
i i ; I i I I
t t I T t 1 t
I 1 \ r + 1 + 1 1
i I I : I I Q,.)
.. t r . ...1. . r .+ i. 1. 1 T +. ,
tJ 1 r .jт iш .
I I T ..! t T
.T +. J ( . .+ . . t s?
. j 1 + 1 + . f ' ' . tj .. :1
t I - '2- <..J
I
('.,J
00 .::t- C;;::J
Ii') .::t-
.... t::)'" С:::)'"
...... ... <::::) <:::) ... ... с::::::з ... c:::," '" С:::)'" с;:) " С;:)...
r? ИО//J OcOHHdmaf}f() qШ.JонgО:ЮUJ O'т(}lOlJпwdd{JO[
,
i I I I j
I
I I I I
I I I
I I
I
I ! I I
i
I ! I
I
I 1 1 I
\ I I
\ т i
! I I
I I : I i
I
I I
I ! 1
......... I
I .............. r----... I : I I ] I
r-----.. ............. I I
I I I
i
I I ! 1 I i
j I
с:.:) C'-J t.C .,.:::t' '" <..(
C"'J
C"'J
iiJ
с:)
cx:>
C.Q<::S
'-з
Q..)
CQ
..:::t
C'\J
Q) 0'\ Q) Q) (k"\ . r-..;. к r-...;: с::>
(у) i!O//J 020HffJтJg[(j qШJонgОJОUJ УО'm(}lоr;пжdароr
'"
12
::е:
I::t
с'\3
u
О
С
О
.....
.....
<l)
(\")
tJ::
О
u
(:Q
о
(:Q
р..
Q)
с::
::о
Е---
О
U
:д
р:
Е---
О
о
t::
k[
о
о:::
<l)
Е---
:s: u u
<l) (:Q
Е--- ::f
25 ('f)
u :д
О:Е ::
;.-.
Е---....... ::;;
U "'" о
О """' 1=:
::r::::s:: ro
\O:S::
0:::r Q)
u с'\3
О о.. .....
t::: Е--- CJ
U::r::
<l) Q)
; ::f (:Q
<l)::r::
==r 0
о ::е:
@::;::
с::о
:s::
о..
<l)
I::t
с'\3
м
:3
......
:..<
::r:
t""""
........
::s::
Е---
U
О
)1
::s::
()
::s::
се
('f)
::е:
:s:
0&
с'\3
о..
Q)
::s::
.....
CJ
1=:
Е--<
Q)
о...
u
О
{-......
с'1
>
и
с..
179
На рис. VI.28 и VI.29 приведены rрафики изменения мутности
воды, выходящей из осветлителя при различных скоростях BOC
ходящеrо потока и различных высотах взвешенноrо слоя. Кри
вые построены по уравнению (VI.8), точки взяты по даННЫl\1 опы
тов [4 II 23]. I\aK Видно из этих
rрафпков, набс.тIIодается xopo
lпее совпадсние данных теории
и экспеРИ lента.
t:J ?O r , .,.
.;: I I I
l I I I
t:3 f:::: I I '
:х: '--- 15 -Т .
:::.."':::, I I
I I
E::
c:> I
C:::::::J \
:е; '" 'O -r--
1: I
1::> Е: Е:::; I
I
"'" ': I
..() ос::,:;
I
1::> Е: '" ...о
о) 0,4 0.6
+
I
I
I
I I
r t 1
' r + J I
1, LL
..,8 1,0 /,2
/,4
2Ч +
I
"<:> !
10
I i
::::J I I
fб ! I
I I I
! I
П 1 I
I
<; ,
8
g
'+
I
I
l
7 0'+ 0.6 08 [О и f4
Скорос(Т7Ь босуоiJящеzо ПОыОI(О 6 оr:6етЛU'Т7ел['
d мм/се/<'
РIIС. VI.28. rрафпк зависимости MYT
НОСТII ос вет лепной воды от скорости
восходяшсrо потока ВОДЫ при высоте
с.1ОЯ взвеIlIепноrо осадка 1,5 м
с:.::
,"'"
r%
%:
c.v
20 r \ Ш,
16 .
I i
I ! V I /'1/{p/o(
/2 .. . 1
3
I I
I :
4 .:.......
50 I()(} /jO
f}1Y{Oтa (;10<) 6ЗОPlиенносо осаВка 0(1'1
Рис. VI.29. fрафик зависимости MYT
IIОСТИ осветленной воды от высоты
слоя взвешеппоrо ОСClдка
I,Ь
t
З
Е::
,
Е:
CIC:>
2
t:3
Е::
с:,
<tJ
::)
1::
а:.
CJ
Е:
l,j
l,j
С4.. 0
'0..;+
2 4 б
ffонцентрация осадка Во дз8е
шеННQМ С/10е 8 2/(1
Рис. VI.30. rрафик изменения KOH
центрации взвешенных BelILecTB по BЫ
соте слоя взвешенноrо осадка
1 умяrчение воды известкованием;
2 осветление воды м УТНОС ты О 511 ме/л;
3 то же, 47 Аtе/л; 4 то же, 340 J.tе/л
При работе осветлителя в результате задержания взвешен
HbIl\I слое11 взвеси из осветляемой воды количество взвешенных
веществ в He1\1 непрерывно возрастает, что приводит при неиз.
менной скорости восходящеrо потока к увеличеНИIО толщины
слоя ВЗI3ешенноrо осадка. Чтобы не допустить выноса взвеси из
CtсвеТ.lите.,lЯ, ну)кно непрерывно И.11I периодически часть взвеси
из с оя взвешенноrо осадка отводить в осздкоуплотнитель или
I ()
в канализацию. Количество воды с осадком, отводимое из OCBeT
.пителя, определяется балансом взвешенных веществ.
Пусть содержание взвешенных веществ в воде, поступающей
в осветлитель, равно (включая и взвесь, образующуюся в резуль
тате введения в воду peareHToB) М исх c,fM 3 , содержание взвешен
ных веществ в осветленной воде М OCL3 с) м 3 .
Тоrда количество взвешенных веществ, задерживаемых сло
ем взпешенноrо осадка осветлителя, равно:
Q(Мисх Мосв) == QM с/ч, (VI.I0)
rде Q расход осветляемой воды через осветлитель в м 3 /ч;
м количество задерживаемых взвешенных веществ в с/М 3 .
Как показали мноrочисленные определения, концентрация
взвешенных веществ по высоте слоя взвешенноrо осадка меняет
ся мало (рис. VI.30) и при данной скорости восходящеrо потока
в осветлителе может быть принята постоянной и равной С с/М3.
Тоrда должно выдерживаться равенство
Q м == с q, (У 1. 11 )
rде q количество воды с осадком, отводимое из осветлителя
в осадкоуплотнитель, в М 3 /Ч.
НО с == С Э и QM == с э q,
V* V*
откуда
QMv*
q== .
С Э
(VI.12)
Q q
Величина ===К р называется коэффициентом распреде
Q
ления воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем.
Тоrда QKp расход воды, проходящей через зону осветле
ния осветлителя; (I Kp) Q расход воды с осадкоl'Л, отводи
l\10Й В осадкоуплотнитель:
К == 1 Mv* · ( VI.13)
р С Э '
1 К р === == Mv* . (VI.13a)
Q С Э
Расход воды, который нужно вместе с осадком отводить
в осадкоуп.потнитель, будет равен:
Q (1 к р) ffJ === M : <Р Q, (VI .14 )
r д.е ер коэффициент, учитывающий возможный подсос в ocaд
коуплотнитель осветленной воды из зоны осветления
в Аt/ч; обычно величин а ер равна 1, 15 1 ,2.
181
Площадь зоны осветления должна быть равна:
осадкоуплотнителя
F Ми Qрасч М 2.
о . у == ер С Э · ,
V расч
(VI.15)
осветлителя
F == ( 1 MV* ) QpaC M2
э.о С '
э V расч
(VI.16)
rде V расч расчетная скорос.ть выходящеrо потока воды в зо
не осветления в мjч.
Подробнее о теории расчета осветлителей СМ. в работах
[10,12].
4. ВЫБОР И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСВЕТЛИТЕЛЕй
Для технолоrическоrо расчета осветлителя необходимо знать
ero расчетную производительность, допустимую мутность OCBeT
ленной воды, допустимую скорость восходящеrо потока воды в
зоне осветления, эталонную концентрацию взвеси в слое взве
шенноrо осадка и кинетику ero уплотнения. Первые два пара
метра задаются, последние желательно определить эксперимен
тально или принять по опыту эксплуатации осветлителей, рабо
тающих на том же источнике водоснабжения.
Допустимая скорость восходящеrо потока воды в осветлителе
определяется на модели, представляющей собой вертикально по
ставленную трубу диаметром 150 200 мм и высотой 3000 .ММ из
стекла или из плексиrласа. Снизу и сверху труба заканчивается
конусами с уrлом конусности 300. В вершинах конусов Иl\lеются
патрубки для подвода в модель осветляемой воды и отвода oc
ветленной. На середине высоты модели в ее боковой стенке име
ется патрубок с краном, позволяющий осуществлять отбор проб
осаДКа из ero взвешенноrо слоя. Как показал r. r. Первов,
с уменьшением диаметра l\10дели осветлителя менее 150 мм на
результатах опытов начинает сказываться влияние стенок l\10де
ли, тормозящих расширение взвешенноrо слоя. При осветлении
одной и той же воды на моделях осветлителей разноrо диаметра
концентрация взвешенных веществ в слое взвешенноrо осадка
при одинаковой средней скорости восходящеrо потока возраста
ет с уменьшением диаметра модели и только при диаметре MO
дели более 150 200 ММ она становится равной концентрации
взвеси во взвешенном слое HaTypHoro осветлителя, работающеrо
на той же воде. Поэтому определение допустимой скорости BOC
ходящеrо потока воды в проектируемом осветлителе желательно
проводить на l\10делях диаметром не менее 150 200 М.М.
Определение расчетных параметров осветлителя на модели
производят следующим образом. Установив пробноЙ коаrуля
циеЙ или проБНЫl\1 Уl\lяrчением дозы peareHToB, необходимых для
1 2
получения хорошо осветленной или умяrченной воды, включают
модель в работу. Исходную воду подводят к воронке, YCTaHOB
"rlеннои на 500 мм выше BepXHero патрубка ;:\'lодели осветлителя
Воронку резиновым шланrом соединяют с нижним патрубком
осветлите.,тIЯ. На верхний патрубок осветлите"Т}я надеваlОТ шланr
с винтовым зажимом. PeareHTbI дозируют в виде растворов KOH
центраuией 0,10/0 в исходную воду по пути к воронке, которая
служит воздухоотделителем. В начале работы расход воды YCTa
навливают таким, чтобы скорость восходящеrо потока воды в
модели находилась в пределах 0,3 0,5 мм/сек с тем, чтобы в ней
образовался слой взвешенноrо осадка. Коrда слой взвешенноrо
осадка достиrнет 30 400/0 высоты модели, скорость восходяще
[о потока начинают медленно увеличивать (не более чем на
0,1 МА1/сек за 10 мин) до тех пор, пока она не достиrнет 1 мм/сек
(или 0,5 мм/сек для маломутных вод, образующих леrкий oca
док). При скорости 1 мм/сек открывают кран на боковом пат
рубке таКИl\1 образом, чтобы расход воды с осадком- через Hero
состаВoJ1Я"т} 150 200 мл/ мин, и отбирают последовательно пять
проб воды с осадком с интервалами в 10 мин. Средняя KOHцeH
трация осадка в этих пробах принимается за эталонную KOHцeH
трацию взвеси во взвешенном Iслое. Одновременно отбирают про
бы осветленной воды, выходящей из BepxHero патрубка модели
осветлителя. Если содержание взвеси в ней меньше 10 мс/л, то
скорость восходящеrо потока в модели медленно увеличивают
до тех пор, пока с'одержание взвешенных веществ в осветленной
воде не достиrнет 10 12 мс/л.
НаиБО,,1ьшая скорость восходящеrо потока воды в модели
исветлителя, при которой содержание взвешенных веществ в oc
ветленной воде еще не превосходит 10 12 мс/л, принимается за
предельную скорость V пред , С которой может работать осветли
тель. Расчетная скорость восходящеrо потока в осветлителе
V расч ПРИНИl'.1ается по формуле
Vрасч == О,75(Vпред 0,1) мм/сек. (VI.17)
Теперь подачу воды в модель осветлителя прекращают и OT
мечают уровень взвешенноrо осадка в осветлителе в момент пе
ред прекращением подачи воды, а затем через 5, 15, 30, 60 мин,
2, 4, 6, 12 и 24 ч. По прошествии 24 ч весь осадок из осветли
теля выпускают, определяют ero объем и среднюю концентрацию
cyxoro вещества в HelVl. По данным уровней осадков после 5, 1 О,
30 мин II т. д. ero уплотнения и содержания в нем cyxoro веще
ства строят rрафик уплотнения осадка, который используют для
опреде ения размеров зоны уплотнения осадка осадкоуплотни
теля.
При неВОЗlVI0ЖНОСТИ определения экспеРИl\Iентальной величи
вы расчетной скорости восходящеrо потока воды в осветлителе
и эталонной концентрации взвеси во взвешеННОl\1 слое на стадии
проектноrо задания l\IОЖНО пользоваться данными, приведенны
1\1 и в Т а б ,,1. V 1 .2 и V 1 .3.
183
ТаБЛllца VI.2
Рекомендуемые расчетные скорости восходящеrо потока воды в осветлителях,
средние значения эталонных концентраций осадка
и содержание взвеси в уплотненном осадке
Характеристика воды и
метод ее обработки
Рекомендуемая расчетная ско-
рость восходящеrо потока BO:I.bI в
ММ! сек
зоне осветления в
мJч
Эталонная 2 концен-
трация взвешенных
веществ во вэве-
шенном ('лое осве-
тлителя в М2/ А
летом
зимой 1
Маломутные цветные
воды при коаrуляции
<: рнокислым алюминием
То )ке, полиакрилами
дом или активированной
кремниевой кислотой .
Воды мутностью 100
400 МZ/Л при коаrуляции
сернокислым алюминием
То же, с полиакрила
мидом
Воды мутностью 400
1000 мz/л при коаrуляции
сернокислым алюминием
Воды мутностью 1000
2500 мz/л при коаrуля
ции сернокислым алюми
нием .
Воды с маrнезиальной
жесткостью менее 25 О/О
общей жесткости. Умяr-
чение известью или из-
вестью с содой без подо
[рев а *
То же, более 25 О/о об-
щеЙ жесткости. Умяrче-
ние известью или изве-
стью и содоЙ без подо
rpeBa 3 . . .
Воды с содержанием
железа 5 20 МZ/Л. Обез-
железиванис аэрацией
или подщелачиванием ИЗ 4
вестью
0,7 0,8 0,5 0,6
2,5 2,8 1 , 8 2 , 15
O,9 l O,8 O,9
3,2 3,6 2,85 3t2
0,8 1 O,6 0,8
2s85 3t6 2, 1 5 2 ,8
1 1 ,1 f О, 9 1
3 , 6 4 3,2 3t6
1 1,1 O,8 1
3 , 6 4 2,8 3,6
500 1 000
600 1 200
1 ooo - 2 000
1200 2 100
1300 2 500
1,1 1,2
4 4 3
,
2500 1 О 000
1 ) 2 1 ,4
4 3 5
,
зооо 12 000
1 1
3 , 6 4
2000 6 000
O,9 1
3 , 2 4
1500 2 000
1 Производится проверочный расчет осветлителя на зимниЙ период с уче-
том сезонноrо снижения водопотребления зимой.
2 Концентрация взвешенных веществ во взвешеIIНО I слое освеТ.1итеv1Я прн
восходящеЙ скорости потока 1 мм/сек.
3 В зимниЙ период обязателен подоrрсв I30J,Ll до 25 300 С.
184
Т а б л и ц а VI.3
Концентрация взвешенных веществ в осадкоуплотнителе
Характеристика воды и
метод обработки
Концентрация взвешенных веществ в осадке в 2/..\(1
после уплотнения осадка под слоем воды в течение часов
24
2
4
6
8
12
Осадок, образующийся
нра осветлении коаrуля
цией воды ыутностью В
лtс/ л: 5000 7000 8000 8500
от 10 до 100 9500 1 О 000
» 1 00 » 500 ] 7 000 20 000 24 000 25 000 27 000 30 000
» 500 :. 1000 20 000 25000 27000 29 000 31 000 35 000
» 1 000 » 3000 25 000 32 000 34 000 36 000 38 000 40 000
Осадок, образующийся
при умяrчении известью
или известью и содой
вод, имеющих маrнези
альную )кесткость менее 60 000 72 000 75 000 78 000 80 000
25 О/о общей жесткости 85 000
То же, более 250/0 об
щей жесткости . 20 000 25 000 28 000 30 000 32 000 35 000
Осадок, образующийся
при обезжелезивании BO 26 000 30 00'0 32000 34 000 38 000
ды известкованием 40 000
т а б л и ц а VI.4
Скорости восходящеrо потока воды в осветлителях различной конструкции
КонструКI.Щ осветлителя
Скорость восходящеrо потока воды в зоне осветления в мм/сек
при осветлении и обесцвечивании вод
маломутных
средней
мутности
мутностью
более 1000
М2/А
при умяrчении
известкова-
нием
Коридорный с верти
ка.1ЬНЫМ осадкоуплотни
телем . .
с поддонным осадко-
уплотнителем и дырча-
тым распределительным
дном
«rидротритер» (фирмы
«Дорр», США)
«Реактиватор» (фир-
мы «rpeBep», США)
Пирамидальный (фир
мы «Кенди», Анrлия) .
«Акселейтор» (фирмы
«I1нфи.пко», США)
«Пульсатор» (фирмы
« 1erpeMOH») Франция)
0,6 0, 7
I I)1
0,45 0,7
O,7 0)9
0)5 0,85
0,6 1
0,7 0,9
0,8 0,9
1.1 I.2
0,7 0,9
О , 9 1
0,7 0,8
0,7 1,1
0,9 0.95
1,1 I)2
1 1)6
0,9 1
1 l ,4
о, 8 1
0,8 1,1
I I ,2
1 , 2 1 ,4
1 1,3
1 2
1 1 , 85
1 2
lЯ5
Для сравнения в табл. VI.4 приведены данные о фактических
скоростях восходящеrо потока воды в осветлителях различных
конструкций.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСВЕТЛИТЕЛЕй
Зная расчетную скорость восход.ящеrо потока воды в OCBeT
лителе, этаЛОННУIО концентрацию взвешенных веществ в слое
взвешенноrо осадка и концентрацию твердой фазы в осадке пос
ле ero уплотнения под слоем воды, определяют размеры OCBeT
лителей.
Расчетный расход осветляемой воды через осветлитель опре
деляют из уравнения
Qрасч == QOCB (1 + ),
(VI.18)
rде Qрасч расход воды, поступающей в осветлитель, в м 3 lч;
QOCB расход осветленной воды, выдаваемой осветлите
лем, в .мЗjч;
М количество взвешенных веществ, задерживаемых
осветлителем, в 21м3 (М ==М ИСХ МОСJ);
б содержание cyxoro вещества в осадке после 6 ч уп
лотнения под слоем воды в 21м3. .
По расчетному расходу воды Qрзсч и расчетной скорости BOC
ходящеrо потока воды (в зоне осветления, выше места отвода
осадка в осадкоуплотнитель) определяют общую площадь oc
ветлителя и осадкоуплотнителя.
а) Осветлители с вертикальными осадкоуплотнитеЛЯ1\IИ
r; F + F К р Qрасч + (1 К р ) Qрасч ер .
1 оСн з.о о.у
V расч V расч
(VI.19)
Подставив в формулу (VI.19) значения К р и l Kp из ypaB
нений соответственно (VI.13) и (VI.13a), получим:
Роев == F з.о + F о.у ==
( 1 v расч ) Q
С Э * расч
V расч
+
<р
мv расч
*
+
С э
Q
(VI.20)
V расч
Здесь Р з . о площадь зоны осветления осветлителя в ..н 2 ;
F O.\' П,,10щадь осадкоуплотнителя в .м 2 ;
K коэффиuиент распределения БОДЫ I\lежду зоноЙ
освет ения и осадкоуплотните ем;
186
ер коэффициент подсоса осветленной воды в ocaДKO
уплотнитель, принимаемый равным 1,2;
VРаСЧ расчетная скорость ВОСХОДящеrо потока воды в зо
не осветления на высоте 0,75 jH над осадкоприем
ными окнами в М/Ч.
б) Осветлители с поддонными осадкоуплотнителями
F -== F + f == К р Qрасч + (1 К р ) Qрасч (VI. 2 1)
ОСв 3.0 О.Т ,
t'расч V O . T
rде fO.T площадь поперечноrо сечения осадкоотводных труб
в м 2 ;
V U . T скорость движения воды с осадком в осадкоотводных
трубах в м/ч.
Площадь поддонноrо осадкоуплотнителя определяется KOH
структивными особенностями осветлителя.
Следует проверить достаточность площади зоны -осветления
поддонноrо осадкоуплотнителя, для этоrо должно быть удовлет-
ворено неравенство
[ М ]
v vpac1J · ро.у
раС'1 <;: С э . <рQрасч . ".0'
(VI.22)
в KOTOpOl\t1 p : площадь свободноrо rоризонтальноrо сечения
осадкоуплотнителя на 100 см ниже оси дырчатых труб дЛЯ OTBO
да из Hero осветленной воды.
Определив площадь осветлителя, осадкоуплотнителя и OT
дельных их элементов, выбирают размеры осветлителя в плане
таким образом, чтобы последний наилучшим образом вписывал
ся в здание со стандартной унифицированной сеткой колонн.
После этоrо расчет осветлителя производят, РУКОВОДСТВУЯСh
следующими соображениями.
1. Уrол наклона к rоризонту нижней части стенок конических
и пира:мидальных осветлителеЙ, а также стенок осадкоуплотни
телей должен быть не 1\1eHee 450 для обеспечения хорошеrо спол
зания по ним осадка.
2. Необходимую высоту слоя взвешенноrо осадка в осветли
теле принимают в соответствии с rрафиками (рис. VI.31), co
ставленными [. [. Первовым.
При этом высоту взвешенноrо СПОЯ считают от нижней KpOl\I
ки осадкоприемных окон или верхней кромки осадкоотводящих
труб до дырчатоrо дна либо до Toro сечения коническоrо желоб
чатоrо или пирамидальноrо дна осветлителя, в котороl'Л скорость
ВОСХОДЯlцеrо потока равна 2 мм/сек.
3. В осветлителе с коническим, пираl\1идаЛЬНЫl\1 или желоб
чатым дном низ осадкоприемных окон или кромка ocaДKOOTBOД
ных труб должны располаrаться не менее чеl\1 на 1,5 1,75 Jl
выше перехода наклонных стенок дна осветпите.1Я в вертика.1Ь
ные.
187
0,8
0,7
0,5
ОД
44
QJ
О
о)
w
1,00
Ц9
ОД
47
0,6
0.5
0,4
а.з I
о 0.50
w
!,O0 1
0.,9
0,8
0,7
6
а5
Q4
О
о
(J
OO I
U = 0.8
0.9 ''''''
U 1,0 "'"
D8 u /.7,',,,' .
, "
u = 1,6 ,
0.7
D,Б
, t=
j CJo J:О 2/Л .
'"
I I I
I i ,
1,00 50 2,00 hft
0,4
0,3
О 0,50
CJ
1,00
O.9
I
I
q
J
С). 1000 мZ/л
I
0,50
'ЛО
1,50 2.00h,M
C J = 100 М2/.л
T
i
I
I
1,00
1/iJ
2,00 2,50 h,M
I
, '1
t
!J == 0.6 j I \
, u.O,8 l
:' :; L I I
И: ',4 i I ,
L I С)=25 М2/Л I
!
'jJO
',5О
2.50h,м
CJ
1,ОО
......:;. ........"
I
f. О
I !
. i
С J '= 70001012//1 !
i 1
(50 2,OOh,M
0.5
0.4
I
.... .................. ..
\ I
. '"01) j
"'--,
и=70
'::, i v 2:5 I
11
'.ОО
I
1 !
f !
I i
T
I !
С) = 3 OO!'.2!,7 ]
I f
, f
1,50 2,00 h, и
аз
о 0.50
(J
1,00 ,
0.9
0.8
0,7
0,6
Q5
0,4
0.3
О
I
i
I
: u с 3,0
j Э
I
I
+ ---4
i
: С)=400мс/л
1,50
2,00 25(; !; м
.. ""t .....
V = 08
\ ' I
V = (,О .
"\ U = ',2 I
V = 1.4 .
"u=fб
r ....
0,50
(J
1.00
0,9
0.8
0.7
с J'" 500 u?/л
..
f,50
2,00 ? 5С.':
0,5
0,4
0,3
О
CJ
1,00
0,9
0,8
0.7
Qб
0,50
1.00
rр3фlIКII для ОПРСДС.1еНIIЯ Il оБХ ),' Il Iоii высоты С lОЯ взвеUIСIIноrо
осадка в ОСВС;Т"lIПСЛС
а осве1.1ение Ыу[IIЫХ 130Д; 6 ol..'Ecrolclr;rc ЦjСПIЫХ ПО:1.
05
, I
0.4
0.3
О
Ц50
1.00
4. В осветлителях с наклонныI\Iии стеIIкаыи 10ТКII И lII трубы
для сБQра осветленной воды вверху и трубы, подtr6дящие OCBeT
ляеl\1УЮ воду внизу, должны быть так взаИlVIНО раСПО.-10жены, что
бы центральный уrол, образуемый ЛИНИЯl\1И, проведеННЫl\IИ от
оси подводящей rоризонтальной трубы, и КРОl\Iка:ми сборных же
лобов или труб, был не более 300.
5. Площадь осадкоприемных окон в осветлителях с верти
кальным осадкоуплотнителем или площадь сечения ocaДKOOTBOД
ных труб в осветлителях с поддонным осадкоуплотнителеl\I опре
Пода ча
80ОЫ
-щ. OCOI d
Gс8етлuтеле
i
= =r
к
,.
i
Рис. VI.32. Схема устройства
защитных козырьков у осадка-
приемных окон и труб
Рис. VI.33. Схема воздухоотде-
лителя
деляют из условия, чтобы скорость движения в них воды с ocaд
ком не превосходила 40 60 hl/Ч (осадкоприемные окна) и 100
150 Лt/ч (осадкоотводные трубы). Большие скорости относятся
к случаям осветления высокомутных вод. Площадь поперечноrо
сечения осадкоприемных окон и труб вычисляется по lVlаКСИNlаль
НОМУ значению проходящеrо через них расхода водыI, paBHoro
( 1 К р ) Q расч.
Осадкоприемные трубы располаrаIОТ так, чтобы ка кдая из
них находилась в центре обс.луживаемой еIО площади осветли
rеля. Расстояние между осадкоприемными окнами или ocaДKO
ОТВОДНЫl\IИ трубами назначают из условия, чтобы rоризонталь
ная ,П)1ипа пути осадка к oKHarvI или к трубаl\tI была не БО,,1ее
3 3,5 hl.
6. Осадкоприемные окна и осадкоотводные трубы должны пе
рекрываться защитными козырькаl\IИ (рис. VI.32) дЛЯ умсньше
ния подсоса осветленной :воды в осадкоуплотнитеЛL.
7. Верхняя образующая сБорныIx дырчатых труб Д.J51 отпода
осветленной воды из вертикальных осадкоуплотнитеtilСй ДО,,1жна
быть не l\1eHee чеl\I на 300 ЛlJl IIи)ке уровня воды в осrзетлителе.
В поддонных осадкоуплотнитеtlЯХ сБОрНЬiе дырчатые трубы для
отвода осветленноЙ воды располаrают на 200 250 ,,1lJt нн)ке пе
рекрытия осадкоуплотнителя. Отверстия в трубах для сбора oc
189
ветленной воды в осадкоуплотнителе просверливают по верхней
образующей трубы; ди аметр отверстий должен быть не менее
20 hthl. П,]ощадь поперечноrо сечения этих труб выбирают по
скорости движения воды в них не более 0,5 м/сек, а суммарную
площадь отверстий в стенке дырчатой трубы по скорости про
хода через них воды не менее 1,5 Jи/сек.
Скорость движения воды в rоризонтальных распределитель
ных трубах должна быть в пределах 0,4 0,6 м/сек. Диаметр OT
верстий не менее 20 мм. Расстояние между отверстиями 0,2
O, лt. Скорость выхода БОДЫ из отверстий должна быть в три
четыре раза больше скорости движения воды в начале распреде
лительноЙ трубы. Подробнее о расчете дырчатых распредели
тельных систем см. в r л аве IX.
Скорость движения воды в опускных трубах должна быть не
более 0,7 .н/сек. Скорость дви)кения воды в щели, образуе 10Й
краями опускной трубы и наклонными стенками нижней части
осветлителя, принимают 0,6 0, 7 м/сек.
",.. В осветлителях с дырчатым распределительным дном пло
\ щадь отверстий подбирают по скорости движения воды в них:
О, 15 O,2 м/сек при осветлении цветных вод северных озер и рек
и О,2 0,З Jи/сек при осветлении вод мутностью 100 500 м /л.
ОтвеРСТIIЯ располаrают равномерно по площади дна осветлите
ля; ДИ3l\lетр отверстий должен быть не менее 20 мм.
l-' аспр ед еление воды в междудонном пространстве осветлите
я с дырчатым дном осуществляется с помощью перфорирован
ых труб с отверстиями диаметром не менее 20 мм.
Во избе)l(ание закупорки отверстий в распределительных си
I u
\ICTeMax осветлителеи плавающими предметами воду до подачи
VHa осветлитель следует пропускать через сетку с размером OTBep
стиЙ 5 Х 5 JW.M.
8. Вода, поступаlощая на осветлитель, должна быть освобож
дена от пузырьков воздуха, попадание которых в слой взвешен
Horo осадка может привести к выносу из осветлителя Bl\leCTe
с быстро поднимающимися пузырька1\1И воздуха и хлопьев взве
си, что снижает эффект осветления воды.
Воздухоотделитель представляет собой канал или сосуд
(рис. VI.ЗЗ), в который осветляемая вода подводится сбоку или
снизу и отводится из Hero вниз с небольшой скоростью. При по
вороте струп воды в воздухоотделителе пузырьки воздуха всплы-
вают, а освобо)кденная от них вода опускается в НИЖНIОЮ часть
воздухоотделителя и оттуда поступает в осветлитель.
При проектировании воздухоотделителей принимают: CKO
рость J,I3Jf/кения воды в подводящем трубопроводе не более
0,75 .Iи.Н/ сек, продолжительность пребывания воды в воздухоот
де.пите lе не l\leHee 45 сек, скорость опускания воды в воздухо ' ..,
отделителе не более 0,05 ht/ceK, высоту цилиндрической части
воздухоот J,е.1I1теля или r,,1убину воды в кана,,1е не l\leHee 0,7 м.
Низ ЦП"lIIндрической части воздухоотделителя должен быть рас-
190
положен на 0,5 ]и ниже уровня воды в осветлителе. Верх трубы,
подводящей воду в воздухоотделитель, должен быт расположен
на 0,1 ]и ниже поверхности воды в осветлителе.
Уровень воды в воздухоотделителе должен обеспечивать Ha
пор, необходимый для преодоления сопротивления проходу oc
ветляемой воды по опускной и распределительной трубаl\l, в их
отверстиях, слое взвешенноrо осадка и отверстиях водосборных
лотков или труб.
9. Потерю напора в слое взвешенноrо осадка ПРИНИl\Iают в
пределах от 1 до 5 см. вод. СТ. на 1 М высоты слоя взвешенноrо
осадка. Меньшая цифра относится к осветлитеЛЯlYl, работающим
на маломутных цветных водах, большая к тяжелым осадкам,
образующимся при умяrчении БОДЫ известью или обескремнива
нии ее каустическим маrнезитом. ,
10. Сбор осветленной воды в осветлителе должен осущест
ВJIЯТЬСЯ с помощью сборных лотков с треуrольными вырезами
(водосливами) или с отверстиями в стенке. ВОЗМОЖНQ также
применение сборных перфорированных труб с отверстиями, pac
положенными по верхней образующей. Расстояние между осями
смежных сборных лотков осветлителя прямоуrольной в плане
формы должно быть не более 3,5 ]И.
Сбор осветленной воды в осветлителях круrлой в П,,1ане фор-
1\1bI диаметром до 4 ]и должен осуществляться периферийным
кольцевым лотком. При диаметре осветлителя более 4 М устраи
вают, кроме Toro, радиальные лотки. Количество радиальных
лотков принимают от 4 до 6 при диаметре осветлителя до 6 ]и и
от 6 до 8 при диаметре осветлителя 6 10 М. Размеры сборных
лотков или перфорированных труб принимаIОТ в соответствии
с указаниями, приведенными в rлаве IX.
Сборные лотки или трубы располаrают на высоте не l\JleHee
1 1,5 ]и от верха осадкоприемных окон или осадкоприеlVlНЫХ
труб для создания над слоем осадка защитной зоны (большая
цифра относится к случаю обесцвечивания маЛОIYIУТIIЫХ вод).
11. Зона накопления и УПЛQтнения осадка в осадкоуплотни
теле должна быть рассчитана на уплотнение осадка, поступаю
щеrо из взвешенноrо слоя осветлителя 'в течение 3 6 ч, т. е. на
период, во время KOToporo уплотнение осадка происходит наи
более интенсивно.
Под зоной уплотнения осадка в осадкоуплотнителе понима
ется та ero часть, которая расположена ниже rоризонтальной
плоскости, находящейся на расстоянии O,5 0,7 м от нижней
кромки осадкоприемных окон или осадкоотводных труб.
Объем зоны накопления и уплотнения осадка W З . У ДОЛ)l(ен
быть не l\lеньше величины, вычисленной по формуле'
W э . у == Qраеч (М иех Маев) т ои3,
6 ср
" (VI.23)
191
rде Т продолжительность уплотнения осадка в осадко плот
нителе в ч.
Если один осадкоуплотнитель обслуживает несколько OCBeT
лителей, что бывает при устройстве BbIHocHoro осадкоуплотните
ля, то QР<1СЧ равно расходу поды, поступающей в rруппу OCBeT
лителей.
Д.]Я уда.1ения осадка из осадкоуплотнителя к нижней ero ча
сти прпсоединяют выпускную трубу, если осаДКОУПJ10тнитель
Иl\lеет коническую или пирамидальную форму. В коридорных
осветлите,,1ЯХ устраивают дырчатые осадкоотводные трубы. Диа
lVleTp их ДОvl)I{ен быть не менее 150 ММ, а диаметр отверстий
в стенках не менее 20 ММ.
ДЛЯ полноrо удаления осадка при продувке осадкоуплотни
теля стенки нижней ero части следует делать наклонными под
уrЛОl\1 450 к rоризонту, а отверстия в стенках дырчатых труб
должны совпадать с rОРИЗ0нтальной образующей трубы. При
уклоне дна, rvleHee указанноrо, для смыва осадка к ocaДKOOTBOД
Hl>IlVl трубаl\1 следует предусматривать подвод воды под напором
2 2,5 KF/CA,t 2 .
Для OCl\10Tpa и ремонта осадкоуплотнителя должны быть пре
дусмотрены возможность ero опорожнения, а также устройство
лаза диамеТРОl\1 не менее 70 СМ. Поддонный осадкоуплотнитель
должен иметь клапан для соединения с нижней частью зоны pe
акции или зоны взвешенноrо осадка, автоматически открываю
щийся, коrда уровень воды опустится ниже верха ocaДKOOTBOД
ных труб. Наличие этоrо клапана исключает возможность опо
ро)кнения поддонноrо осадкоуплотнителя, коrда на ero
перекрытии Иl\1еется вода. Если вода опускается до уровня верха
осадкоотводных труб, то поплавок, удерживающий клапан при
заполнеННОl\1 осветлителе закрытым, опускается и открывает
клапан. При этом вода из верхней части осветлителя уходит в
поддонный осадкоуплотнитель. Блаrодаря такому устройству
предотвращается передача давления на перекрытие над ocaДKO
УПЛОТНlIте.пеl\I от находящейся над НИl\Т БОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА
1. А 3 ерь е р С. Х. Исследование работы вертикальных цилиндрических
ОТСТОЙНIIКОI3. Стройиздат, 1933.
2. Б а б е II к о в Е. Д., Щ е р б а к о в Д. С. Опыт наладки работы OCBeT
.1 Ilте.1Сй. «Водоснабжение и санитарная техника», 1967, М2 5.
3. Б сl У В Ш т е Й н 1\1. М., Б а б е н к о в Е. д. Опыт эксплуатации OCBeT
.ТIrlте.1ей БОсl1)шоrо диаметра. «Водоснабжение и санитарная техника», 1962)
.\f'2 10.
4. В (l Р II е 1 .1 О В. А., А ш а н и н В. В., П а в л о в [. д. 1'1з опыта рабо
ты освеТ.1lпесlей I30допровода r. rOpbKoro. «Водоснабжение и санитарная Tex
lfIIка», 1957, .:\2 2.
5. В а с II с1 Ь Ч е н к о М. П. Исследование работы осветлителей новоЙ KOH
СТРУКЦIIII. «Водоснабжение и санитарная техника», 1957, М2 3.
192
6. внииrс. Временные технические указания по проектированию освет-
"lителей внииrс (У 137 55). rосстройиздат, 1955.
7. ВНИИ водrЕО. Указания по проектированию светлителей. Изд.
ВНИИ водrЕО, 1958.
8. Д о р о с и н с к и й 3. П. Щелевой осветлитель. В сб.: «Очистка при-
родных вод». Изд. упи, 1953.
9. 3 о т о в д. М. Опыт эксплуатации осветлителей внииrс. «Водоснаб-
жение и санитарная техника», 1961, NQ 9.
10. К л я ч к о В. А. О рациональной конструкции осветлителя и методе
ero расчета. В сб.: «Труды внии водrЕО». rосстройиздат, 1958.
11. К о л о т о в Н. и. Опыт эксплуатации осветлителей внииrс. В сб.:
«Исследования по водоподrотовке». fосстройиздат, 1956.
12. К у Р r а е в Е. Ф. Основы теории и расчета осветлителей. rосстрой-
издат, 1962.
13. М и Р к и с и. М. Экономичность крупноrабаритных осветлителей.
«Водоснабжение и санитарная техника», 1964, М2 1.
14. М о роз с. И., т а ш к е в и ч Ю. А. Усовершенствование распредели-
тельной системы коридорных осветлителей. «Водоснабжение и санитарная
техника», 1965, NQ 8.
15. П и ,с к у н о в п. И., Н а r о р н о в Н. Н. Практика эксплуатации ос-
ветлителей со взвешенным слоем. Изд во МКХ РСФСР, 1957.
16. Р а Д ц и r В. А., r р и щ е н к о Н. А. Влияние усиленноrо отсо.са
осадка на работу осветлителей. «Водоснабжение и санитарная техника», 1957,
NQ 1.
17. Р о м а н о в [. А. Очистка сильно мутных вод на осветлителях
внииrС 2. «Водоснабжение и санитарная техника», 1964, NQ 4.
18. Р о м а н о в [. А. Расчет осветлителей с дырчатым днищем. «Водо-
снабжение и санитарная техника», 1961, NQ 11.
19. Р о м а н о в r. А. Напорные осветлители и фильтр для систем BOДO
снабжения малой производительности. «.Водоснабжение и санитарная техни-
ка», 1962, NQ 10.
20. Р о м а н о в [. А. Расчет осветлителей с дырчатым днищем. «Водо-
снабжение и санитарная техника», 1961, NQ 11.
21. Т е т е р к и н Е. Н. Диффузор осветлитель. «Водоснабжение я сани-
тарная техника», 1938, NQ 1.
22. Т е т е р к и н Е. Н. Интенсификация процесса осветления воды мето-
дом суспензионной сепарации. «Сталь», 1948, NQ 2. '
23. С h r i s t W. Die Wasserreinigung nach Schlammkontaktverfahren. Was-
serwirtschaft W assertechnik, 1960, М2 3.
24. S t i с h а V. V odarenstvi. Praha, 1960.
25. S р а u 1 d i n g V. Н., т i т а n s С. S. The new water purification plant
for Springfield. JAWWA, 1935,27, NQ 3.
13 745
r л А В А V.f 1
ЦЕнтрифуrи и rидроциклоны. флотАция
1. ЦЕнтрифуrи и rидроциклоны
в отстойниках осаждение частиц взвеси в воде происходит
U u
под деиствием силы тяжести, ускорение которои равно
9,81 м/сек 2 . При вращении воды, содержащей взвесь, частицы
последней будут отбрасываться к периферии центробежной си
u u
пои, величина ускорения которои а ц равна:
v 2
а ц == MJceK 2 , (VII.l)
R
rде v линейная скорость движения жидкости по окружно
сти В м/сек;
R радиус вращения частицы взвеси в М.
При больших значениях v и малых величинах R сила, дей
ствующая на частицу взвеси во вращающейся жидкости, будет
во MHoro раз больше силы тяжести, и скорость движения частиц
взвеси будет также во MHoro раз больше скорости свободноrо
их осаждения. Поэтому взвесь из воды в центрифуrах и rидро
циклонах может быть выделена за значительно меньшее время,
чем в отстойниках. Опыты, проведенные r. и. Лебедевым
(ВИА) и во внии водrЕО д. и. Шпилевым (1938 r.) и
М. н. raHTMaH (1959 r.), показали высокую эффективность про
точных центрифуr, как аппаратов для осветления воды. Однако .
Еысокая стоимость проточных центрифуr и сложность их эксплу
атации не позволяют пока широко применять их в практике oc
вет ления воды.
Более экономичным аппаратом для осветления ВОДЫ явля
ется rидроциклон (рис. VII.l). Осветляемая вода вводится в
верхнюю часть rидроциклона танrенциально и, вращаясь, дви
жется в нем к сливному патрубку, расположенному коаксиаль
но корпусу rидроциклона в ero центре. Взвесь отбрасывается к
стенке rидроциклона и по ней опускается вниз в конус, откуда
непрерывно удаляется в сток через насадку в нижней части KO
нуса. Осветление воды в rидроциклоне происходит под действи
ем силы, равной разности центробежных сил, которые действу
ют на воду и частицы взвеси, имеющие большую, чеJ\1 вода,
плотность [1 6].
194
Величина силы Р, действующей в радиаЛIтОМ направлении
на частицу взвеси в rидроциклоне, равна:
nd 3 v 2
р == (Рт Рж) дн, (VII.2)
6 R
rде d диаметр частиц взвеси в см;
РТ И Рж плотность твердой и жидкой фазы в осветляемой
суспензии в 2/СМ 3 ;
v скорость движения воды на входе в rидроциклон
в см/сек;
R расстояние от центра rидроциклона до оси TaH
rенциальноrо питающеrо патрубка в см.
Производительность rидроциклона по осветленной воде MO
жет быть определена по формуле
I
QOCB == 3600C'X r ro V 2gdH м,З jч, (VII.3)
rде с'х коэффициент, учитывающий потерю части воды с осад.
ком; принимается равным O,85 O,9;
l!r коэффициент расхода rидроциклона;
ffi площадь сечения питающеrо патрубка rидроцикло-
на в м 2 .
,
дН потеря напора в rидроциклоне в м.
Величина коэффициента расхода rидроциклона определя-
ется из равенства
О 24 dсл
l!r == , . ,
d n
rде d сл и dn эквивалентные диаметры сливноrо и питающеrо
патрубков.
Величина потери напора
в rидроциклоне зависит от
ero конструкции и произ..
водительности. С увеличе
нием расхода воды через
rидроциклон возрастает
скорость движения воды в
нем, блаrодаря чему воз..
растает и эффективность
осветления воды; OДHOBpe
менно возрастает и потеря
напора в rидроциклоне. ·
На рис. VII.2 и VII.3
приведен rрафик [3] зави
симости эффективности и
производительности rидро
циклонов различных диа
метров от потери напора в
них. На этом rрафике эф
13*
f
"
(VII.4)
l !
б
РИС. У1 1.1. Напорный rидроциклон У фим-
CKoro завода ropHoro оборудования
1 корпус; 2 питающее отверстие; 3 смен-
HЫ вкладыши питающеrо отверстия; слив-
нои патрубок; 5 конус; 6 сменная насадка
Д.1Я выпуска осадка; D диаметр циклона
195
фективность rидроциклона выражена в rраничной rидравличе
ской крупности взвеси, задеРЖИВClеlVIОЙ rидроциклоном, т. е. в
rидрав.пической крупности наиболее l\Iелкой взвеси, еще задер
Q8
'"
. 0.7
<::)
а6
0.5
':J
а 4
<) ..
О,З
5
Ц]
0,1
о
o.s 1.0 1.5 2.0
Потеря напо,оа 6 ёuiJ,ооциклоне 6 /((/ см!
2,5
Рис. VII.2. rрафик зависимости эффективности rидроцик.ТIОНОВ
ОТ потери в них напора
50
.
40
<:;)
% ЗО
'"
<)
8
<;:)
20
10
<:;:)
о
1
0=/50",,/01 \
I
T
I
I
I
J
I
!
I
I
I
О=75нн
\
\
I ,
0,5 10 1.5 2,0
Лотер/l нал ра 8 zu8роциклоне 6 Kr/CM'l
2,5
Рис. VII.3. rрафик зависимости ПрОИЗВОДIIтельности rидроцик
лонов от поrери в них напора
живаемой rидроциклоном. Как видно из рис. VII.2, при одина
ковом напоре эффективность осветления воды в rидроциклоне
возрастает с уменьшениеl\I ero диаметра. PaBHbIl\I обраЗОl\I эф
феКТIIВНОСТЬ rидроциклона возрастает с увеличением напора на
196
входе в rидроциклон (при свободном сливе ос тленной воды).
Поэтому для задержания тонкодисперсной взвеси применяют
rИДРОЦИКJlОНЫ lVIалоrо диаметра, устанавливая их параллельно
в БОЛЬШОl\f количестве. Аппарат, в котором параЛ ТIеJIЬНО рабо
тает Y1HOrO одинаковых rидрсциклонов малоrо диаметра, назы
вается мультициклоном (рис. VII.4). Он представляет собой
стальной резервуар 1, разделен
ныи П lитаI\'lИ 2 и 3 на три отсека.
rидроциклоны 4 установлены в
плитах таКИl\1 образом, что KO
t ОсВетленная
60оа
5
6/
I Осааок
8 сток
Рис. VII.4. Схема мультицик
лона
с:::":)
Рис. VII.5. rидроциклон диа
метром 15 .ММ (материал Kap
бол ит )
нусные насадки всех rидроциклонов для выпуска осадка про
ходят в нижний отсек 5 резервуара, пита10щие патрубки OT
крыты в средний отсек 6, а сливные патрубки в верхний OT
сек 7. Подлежащая осветлению вода по трубопроводу 8 посту
пает в средний отсек резервуара l\Iультициклона и из Hero в пи
тающие патрубки всех rИДРОЦИКс110НОВ. Осадок сливается в ни)I(
ний отсек и через rрязевик 9 удаляется в сток. Осветленная BO
да поступает в верхний отсек, а из Hero потребитеЛIО.
rидроциклоны диаl\'IеТРОl\I 10, 15 и 20 МА! изrотовляются из
дешевых плаСТl\тасс (рис. VII.5). Они способны задеР)I(ивать
взвесь rидравлической крупностью до 0,1 J1tЛt/сек при потере Ha
197
пора около 1 KTjcht 2 . Производительность одноrо rидроциклона
диаrvlетром 15 Mht при этой потере напора составляет около 70 л
в 1 ч. Следовательно, l\1УЛЬТИЦИКЛОН диаметром 1 м, в KOTOpOl\l
установлено 320 циклонов диамеТРОI\1 15 )Л.lН, будет осветлять
ОКО,,10 500 м 3 воды В сутки.
Для менее rлубокоrо осветлен я воды 1\lorYT быть использо
ваны литые из белоrо чуrуна напорные rИДРОЦИКJ10НЫ, выпу
скае1\1ые Уфимским заводом ropHoro оборудования (J?зrо).
Схема этоrо rидроциклона приведена на рис. VII.I, а основные
размеры в табл. VII.I.
т а б .1 И Ц а УI 1.1
Основные размеры (в мм) И вес (в КС) rидроциклонов УЗ ro
Диаметр
rидроцик
лона
p,O:s::
E-< E-<
фОс.;
:::a:I::p,
(1j Q)
:s:::s::
.....-( Е-<
U О
Размер пи Эквивалент
ный диам етр ф,до
тающеrо :I::t::(
питающеrо (1j:I::(1j
отверстия отверстия :s::C)c.;
t::t :::а t\3
u:I:
1 О Х 30 20 8
15 Х 30 24 12
10X45 24 12
20 Х 45 34 17
20 х 65 41 17
30 Х 65 50 24
20 Х 90 48 24, 34
20 Х 140 60 24, 34
в ысот а
rидро Вес
циклона
305 . 37
75
30
150
45
250
350
500
90
105
150
695
115
1070
1450
2015
251
424
172
При l\I е ч а н и е. Уrол конусности всех rидроциклонов 200.
Расчет rидроциклонов производится слеДУЮЩИ1\I обраЗОl\I.
По rрафику осаждения взвеси в подлежащеЙ освет.леНИIО воде
и необходимому проценту ее осветления определяют rидравли
ческую крупность взвеси, которая должна быть задержана rид
роциклоном. По rрафику, приведенному на рис. VII.2, опре,це
ляют, какие rидроциклоны и при какой потере напора задержи-
вают взвесь желаемой rидравлической крупности. 3ате1\I по
rрафику, приведенному На рис. VII.3, или по фОРl\Iуле (VII.3)
определяют производительность rидроциклонов при потере Ha
пора, обеспечивающей задержание взвеси заданной крупности.
Делением желаемоrо расхода осветленной воды на найденную
производительность rидроциклона определяют число параLlлель
но работающих rидроциклонов в установке. Сравнениеl\1 приве
денных затрат при использовании rидроциклонов раЗ.]ичноrо
диаметра устанавливают наивыrоднейший диаl'vIетр rидроцикло-
на и расход энерrии на прокачивание через Hero воды.
Пример расчета rидроциклона. Требуется снизить содержание взвешенных
веществ в 500 .I1t 3 /ч воды С 680 до 100 .Ме!.1. 1 I:\lеется кривая осаЖ;I.(lеМОСТJI
B "lBecII в ПО;I..1ежащей осветлению воде.
198
Расчет. Необходимый процент осветления воды будет
680 100
100 == 85,5 .
680
По кривой осаждаемости взвеси находим rидрав.1ическую крупность ее
частиц, крупнее которых в воде содержится 85,5 О/О взвешенных веществ. Эта
rраничная rидравлическая крупность в данном случае оказалась равно}"!
0,45 AU,t/ceK. По rрафику (см. рис. VII.2) находим, что взвесь такой rидравли
ческой крупности задержит rидроциклон диаметром 75 мм (потеря напора
0,751{F/CM 2 ) или диаметром 150 МА-! (потеря напора 1,5 KFjCM 2 ). Определим по
формуле (VII.3) или по rрафику, приведенному на рис. VII.3, производите.1Ь
ность этих rидроцик.тIОНОВ при потере напора, обеспечивающей задержание
Еужноrо процента взвеси: диаметром 75 мм 5 м 3 jч или диаметром 150 A-tJ\i[
12 М 3 /Ч.
Необходимое для осветления воды в количестве 500 М 3 /Ч число параллель
110 работающих rидроциклонов диаметром 75 мм будет 500: 5== 100 шт. или
диаметром 150 мм 500 : 12==42 шт.
2. ФЛОТАЦИЯ
Возможность и экономичность осветления природных вод
флотацией исследовалась только в лабораторных условиях [7, 8].
При введении в воду в качестве флотореаrента додецилсульфа
та натрия или этилrексадецилдиметилбромида аммония coдep
жащиеся в воде положительно заряженные коллоидальные ча
стицы флотируются пузырьками воздуха и удаляются с пеной.
Расход флотореаrентов (30 50 мс,/л) и воздуха оценивается
ориентировочно в 4 5 коп/м 3 . Время пребывания воды во фло
таторе 40 60 мин. Обнадеживающие результаты были получе
ны при удалении из воды флотацией очень Ma ТIЫx количеств же
леза, l\Iеди и свинца при использовании в качестве флотореа
reHTa лаурилсульфата натрия (0,06 М2 экв/л) [10]. Имеются CBe
дения об успешных лабораторных опытах по удалению флота
цией :\Iикроорrанизмов [11] и орrанических коллоидов [7]. ДaH
ных о ПРИlVlенении флотации в практике очистки воды в промыш
ленных l\lасштабах в литературе не имеется.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б а р с к и й В. [. Расчет rИДРОЦИКЛОIIов освеТ.1ите ТIей. В сб.: «Научные
труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
2. Б а р с к и й В. [. К вопросу применения rИДРОЦИКv'10НОВ на станциях
очистки питьевых и сточных вод. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР»,
т. ХХХ, 1964.
3. П а в .1 о В [. д. ОсвеТ.1ение воды НА rИДРОЦИК.10нах. «Водоснабжение
II санитарная техника», 1964, N2 1.
4. П о в а р о в А. И. rидроцик.10НЫ. rосrортехиздат, 1961.
5. Ф о м и н ы х А. М. Применение rидроциклонов в теХНО 10rических cxe
мах очистки речной воды. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
6. Ф о м II Н Ы Х А. 1\1. ИСС.1едование rИДРОЦИК.10НОВ БО.1ЬШОЙ производи
те.1ЬНОСТИ для rрубой очистки речноЙ воды. «Водоснабжение и санитарная
техника», 1966, N2 10.
199
7. С а s s е 11 Е. Removal of organic colloids Ьу microf1otation. Proc. Par
dlte 1 nd. \\7 aste Conf" 1968.
8. С r i е v е s R. В. Continuous foam flotation for water clarification.
JA WW А, 1966, 58, Ng 9.
9. G r i е v е s R. В. Foam fractionation of the ferric oxidodecyl sodium sul-
phate system. Canad. Journ. Chem. Engng, 1965,43, NQ 6.
10. R u Ь i n А. Removal of trace metals Ьу foam separation processes.
JД. WWA, 1968,60, Ng 7.
11. R u Ь i пА., L а с k е у S. Effect of coagulation оп the :1icroflotation of
BC1Cil1us cereus. JA WW А, 1968, 60, NQ 10.
"-
rЛАВА VIII
ОСВЕТЛЕНИЕ ВОДЫ ФИЛЬТРОВАНИЕМ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Полное или частичное удаление из воды взвешенных веществ
фильтрованием осуществляется в открытых или напорных филь
трах, состоящих из корпуса, фильтрующеrо слоя, дренажной или
распределительной системы, системы подачи на фильтр OCBeT
ляемой воды и отвода промывной воды. Дренажная система
обычно служит также для распределения по площади филртра
промывной воды.
Интенсивность процесса фильтрования характеризуется CKO
ростью фильтрования, предстаВJ1Яlощей собой частное от деле
ния расхода фильтруемой воды на площадь фильтрующеrо слоя.
Скорость фильтрования выражают в м/ч, т. е. количеством воды
в м З , фильтруемой через 1 м 2 площади фильтрующеrо слоя в Te
чение 1 ч.
Фильтрование воды через фильтрующий слой происходит под
действиеl\l разности давлений на входе в фильтр и на выходе из
Hero. Разность давлений для OTKpbIToro фильтра равна разности
отметок поверхности воды в фильтре и пьезометрическоrо напо
ра в трубе, отводящей фильтрат.
Разность давлений воды до и после фильтрующеrо слоя Ha
зывается потерей напора в фИЛЬТРУЮlцем слое. Потеря напора
в начальный MOl\1eHT работы фильтра, называемая начаЛЬНОIUI
потереЙ напора, равна потере напора при фильтровании чистоЙ,
не содер)кащей взвешенных веществ воды, через чистый филь
трующий слой. Начальная потеря напора в фильтрующем слое
зависит от скорости фильтрования воды, ее вязкости, размера
и фОрl\1Ы пор фильтрующеrо слоя, ero толщины.
По l\lepe заrрязнения фильтрующеrо слоя задерживаеМЫ:\III
из воды взвешенными веществаl\1И потеря напора возрастает до
некотороЙ величины, характеРИЗУlощей сопротивление предель
но заrрязненноrо фильтрующеrо слоя.
Фильтрующий слой может состоять из не связанных друr с
друrом зерен фильтрующеrо l'vlатериала либо представлять co
бой жесткий каркас в виде сетки, ткани или пористой кераl\IИКИ.
201
r По достижении предельной потери напора или при ухудшении
, качества фильтрата фильт ующий сло нужно очистить от"" за
держанных им заrрязнении промывкои или друrим СПОСОООl\I.
ПО характеру фильтрующеrо слоя фильтры разделяются на:
1) зернистые, в которых фильтрующий слой состоит из зерен
песка, дробленоrо кварца, антрацита, мрамора, маrнетита и др.;
2) сетчатые, в которых фИЛЬТРУЮЩИl\I слоеl\I служит сетка с OT
верстиями, достаточно малыми для задержания из воды взвеси;
3) тканевые, в которых фильтрующим слоем служит ткань
(хлопчатобумажная, льняная, сукно, капроновая или стекло
ткань); 4) намывные, в которых фильтрующий слой образуется
из вводимых в воду фильтрующих порошков, откладывающихся
в виде TOHKoro слоя на каркасе фильтра; в качестве фильтрую
щих порошков ПРИl\lеняют диатомит, древесную муку, асбесто
вую крошку и др., а каркасом MorYT служить пористая керами
ка, металлическая сетка, синтетическая ткань.
Наиболее широкое распространение в промышлеННОlVi и KOM
мунальном водоснабжении получили зернистые фильтры. Сетча
тые фильтры применяют rлавным образом для I'рубой очистки
воды, микросетчатые для удаления из воды планктона.
Тканевые фильтры находят применение в полевом водоснаб
жении; намывные при очистке маломутных вод для неболь
ших предприятий или поселков и для очистки воды плаватель
НЫХ бассейнов.
Зернистые фильтры по скорости фильтрования разделяют на
rvlедленные (скорость фильтрования менее 0,5 м/ч), скорые (CKO
рость фильтрования 2 15 м/ч) и сверхскоростные (скорость
фильтрования более 25 м/ч).
Скорые фильтры MorYT быть напорными и открытыми. Meд
ленные фильтры выполняют открытыми, сверхскоростные фильт
ры напорными.
По крупности зерен фильтрующеrо слоя зернистые фильтры
разделяют на мелкозернистые (медленные фильтры) с разме
ром зерен BepXHero слоя песка менее 0,4 .IUht, среднезернистые
(размер зерен BepxHero слоя песка O,4 O,8 мм) и крупнозер
нистые (размер 2ерен BepXHero слоя песка более 0,8 мм), обычно
применяемые для частичноrо осветления воды.
Фильтрующий слой скорых фильтров может состоять из од-
нородной по размеру и удельному весу зерен заrрузки (обыч
ные скорые фильтры) инеоднородной заrрузки (наПРИl\tlер, ДBYX
слойные фильтры, в которых нижний слой кварцевый песок,
а верхний слой дробленый антрацит).
В l\Iедленных фИv1ьтрах фильтруеlVIая вода обычно движется
через ФИ"Т'Jьтрующий слой сверху вниз. В скорых фильтрах Ha
правление ДВИ)l(ения фильтруемой воды через фильтрующий
С,,10Й 10жет быть раЗЛИЧНЫl\I. В обычных и двухслойных филь
трах фи.,ттьтруе lая вода движется сверху вниз; в контактных
освеТ"1ите,,lЯХ снизу вверх; в двухпоточных фильтрах АКХ
202
снизу вверх и сверху вниз. В ПОСt.lедних ФИ"lЬТРc:.I отводится из
фильтра через дренажную систеl\tlУ, расположенную в фильтру
юще:\I слое.
По мере заrрязнения фильтрующеrо слоя задерживаемыми
из воды взвешенными веществами потеря напора в нем будет
возрастать, а скорость фильтрования при неИЗlVIеННОl\1 напоре
снижаться.
Фильтры MorYT работать с переменной скоростью фильтрова
ния (большей в начале цикла и меньшей в конце) или с посто
янной скоростью фильтрования. Постоянство скорости фильтро..
вания обеспечивается специальными устройствами реrулято
рами скорости фильтрования.
Через некоторый период времени от начала работы фильтра
потеря напора в фильтрующем слое увеличится настолько, что
скорость фильтрования станет ниже расчетной и производитель
ность фильтра снизится.
Для восстановления пропускной способности фи ьтра ero
фильтрующий слой должен быть очищен от задержанных из BO
дЫ заrрязнений. В медленных фильтрах это достиrается обычно
удалением BepxHero слоя заrрязненноrо песка с последующей
ero промывкой; в скорых фильтрах промывка фильтрующеrо
слоя производится непосредственно в самих фильтрах.
Продолжительность работы фильтра между чистками или
промывками (включая время на промывку) называется продол
;кительностью фильтроцикла. Она зависит от характера и коли
чества содержащихся в воде взвешенных веществ, от скорости
фильтрования, крупности и пористости фильтрующей заrрузки.
В скорых фильтрах для промывки фильтрующеrо слоя через He
ro пропускают осветленную воду снизу вверх с интенсивностью,
достаточной для взвешивания фильтрующей заrрузки в BOCXO
дящем потоке промывной воды.
2. ФИЛЬТРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ
в качестве фильтрующих материалов для зернистых фильт..
ров в настоящее время приl\tlеняют кварцевый речной или Kapь
ерный песок, дробленые кварц и антраuит, мрамор, l\1аrнетит,
керамическую крошку, керамзит.
Лlатериалы, применяемые в качестве фильтрующих, не дол
)кны истираться или измельчаться в процессе эксплуатации
фильтров и растворяться в фИt.lьтруемой воде, должны иметь за
данную крупность зерен.
Проверку стоЙкости фильтрующеrо lVlатериала на истирание
и измельчение производят путем встряхивания в течение 24 ч
100 2 испытуеl\10rо материала в 150 IvIЛ дистиллированной воды
на аппарате для встряхивания с числом качаний платформы 100
в 1 .Н ИН.
203
}!спытуемыIй l\II(lтеризл рассеивают на ситах; 100 с материа
ла, прошедшеrо через сито с размеРОl\1 отверстий 1 JИJJI и остав-
шсrося на сите с размерО1\1 отверстий 0,5 AlAt, помещают в CTeK
лянную банку объе:\10l\I 200 jНЛ, заливают 150 "НЛ дистиллирован
ной воды, закрывают пробкой и встряхивают, как указано выше.
Затем воду сливаIОТ, фильтрующий материал ВЫСУll!.ивают и
снова рассеивают на ситах.
Вес материала, прошсдшеrо через сито с раЗ:\IерОl\l отвер-
стиЙ 0,25 МiИ, характеризует ПрОllент истираеl\10СТИ l\lатериала;
вес материала, прошедшеrо через сито с раЗl\IерО I отверстиЙ
0,5 JHAt, но оставшеrося. на сите с раЗl\1ерОl\I отверстий 0,25 АtJИ,
характеризует процент измельчаемости материала. Л'1атериалы,
НЗ lельчаемость которых не превышает 4 о/о, а истираемость 2,50/0,
считаются достаточно стойкими против измельчения и истирания.
Крупность зерен фильтрующеrо материала и их OДHOpOД
ность характеризуются данными ситовоrо анализа, который по
ЗВОЛ51ет определить следующие покззатели: 1) 100/0 НЫЙ диа \1етр
(d 10 ) фильтрующеrо lVlатериала, т. е. диаметр шара, равновели
Koro зерну фильтрующеrо материала, мельче KOToporo в данном
материале имеется 100/0 зерен по весу; 2) 50 0 / 0 -ный диаметр
(d 50 )" т. е. диаметр шара, равновеликоrо зерну фильтрующеrо
материала, мельче KOToporo иrvlеется 50 о/о зерен по весу (d cp );
3) коэффициент неоднородности зерен фильтрующеrо rvlатериа
ла, равный отношению 80 О/о -Horo диаметра фильтрующеrо ма-
териала к 100/0 HOlVlY диаl\lIетру.
Ситовой анализ фильтрующеrо материала заключается в
рассеве Еысушенноrо образца средней пробы на калиброванных
ситах и определении процента материала, оставшеrося на Ka)K
дом сите.
Для заrрузки фильтров должны применяться по ВОЗl\10ЖНО
сти хорошо промытые однородные пески с коэффициентом Heoд
нородности ВО всех случаях не более 2,2 (желательно не более
1,75) .
..4нтрацитовую крошку для заrрузки фильтров изrотовляют
из антрацита марок АП, АК и AC MЫToe. Антрацит должен
иметь удельный вес в пределах 1,6 1,7, насыпноЙ вес 0,7
0,9 Т//и'3 и при дроблении превращаться в зерна кубической или
близкой к шару формы. Антрацит слоистоrо строения для за-
rрузки в фильтры неприrоден. Зольность антрацита ДОЛ}I\на
быть не выше 5 О/о, а содержание серы В Hel\1 должно быть не
БО,,1ее 3 О/о .
rранулированный активный уrоль, используеl\1ЫЙ в качестве
фИJIьтрующеrо l\1атериала BepxHero слоя в двухслоЙных ФII,,1ЬТ
рах, должен Иl\fеть удельный вес 0,4 0,5, раЗIVlер зерен 1 з .'1lJl
И быть УСТОЙЧИВЫl\f против истирания. Этим требоваНИЯ:\1 YДOB
,,1етворяет активный уrоль марки Аr з.
204
3. ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ СЛОИ ,
Поддерживающие слои размещают между фИЛЬТРУЮЩИlYl сло
el\1 и дрена)кем фильтра. Назначение поддерjiU!J ающих слоев
заключается в предотвращении выноса фильтрующеrо материа
лз из фильтра выесте с фильтр aTOl\1. Кроме Toro, поддерживаIО
щие слои служат для улучшения распределеIIИR ЛРОl\IЫВНОЙ BO
дЫ по площади фильтра.
[равий или щебень, используеl\Iые в качестве поддер)киваю-
щих слоев, до,,1)кныI быть устойчивыI против измельчения и ис
тирания химически стойки, не должны содержать больше 100/0
частиц известняка.
Поддерживающие слои должны состоять по возмо)кности из
однородных частиц. В каждом слое размер наиболее крупных
зерен не дол)кен более чем в 2 раза превышать раЗl\1ер самых
мелких зерен этоrо же слоя (например, 2 4, 4 8, 8 16,
16 32 мм).
Размер самых мелких зерен BepxHero поддерживающеrо
слоя, на который укладывается фильтрующий слой, должен быть
в 2 раза больше, чем размер caMblx крупных зерен фильтрующе-
ro слоя. Толщину поддерживающих слоев в фильтрах, оборудо-
ванных дренажными системами большоrо сопротивления, при-
нимаю! }З соответствии с приведенн'ЫМИ ниже данными.
Крупность зерен в мм
З2 16
16 8
8 4
4 2
Толщина слоя в мм
Верхняя rраница слоя дол
жна быть на 100 мм выше
отверстий дренажной системы
100
100
50
Для предотвращения сдвиrа поддерживающих rравийных
слоев может использоваться укладка поверх поддерживающих
слоев плит из беспесчаноrо макропористоrо бетона или при-
rрузка BepxHero поддерживающеrо слоя (2 4 мм) обратным
фильтром толщиной 20 25 СА! из крупноrо (16 32 мм) rравия.
4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОСВЕТЛЕНИЯ ВОДЫ ФИЛЬТРОВАНИЕМ
При фильтровании воды, содер)кащей взвешенные вещества,
через слой песка или друrоrо зернистоrо lVlатериала l\10rYT иметь
место С"lедующие процессы: 1) отложение содер)кащихся в воде
взвешенных веществ в виде TOHKoro слоя на поверхности филь
трующеrо слоя (так называеl\Iое пленочное фильтрование);
2) отложение содержащихся в воде взвешенных веществ в порах
фильтрующеrо слоя; 3) отложение части взвеси в пленке и ча
сти взвеси в порах фильтрующеrо слоя.
При пленочном фильтровании отлаrающиеся на поверхности
фильтрующеrо слоя взвешенные вещества образуют дополни
205
тельный тонкопористый фильтрующий слой, способный задер
живать из воды даже очень тонкодисперсную взвесь. При этом
rидравлическое сопротивление пленки быстро растет, и фильтр
приходится часто очищать от задержанных им заrрязнений.
При больших скоростях фильтрования пленка на поверхно
сти фильтрующеrо слоя не образуется, так как образующиеся в
устьях поровых каналов фильтрующеrо слоя сводики f1З задер
жанных из воды заrрязнений разрушаются rидродинаl\1ически
ми силами. При обычных в практике скоростях фильтрования
пленка на поверхности фильтрующеrо слоя образуется на Meд
ленных и скорых фильтрах при осветлении вод, содержащих oco
бо пр очную взвесь, например взвесь, образующуюся при Koa
rуляции в зоне оптимальных величин рН rлинистой суспензии с
упрочнением коаrулянта полиакриламидом.
Обычно на скорых фильтрах пленка не образуется. Взвешен
ные в воде вещества проходят с водой в толщу фильтрующеrо
слоя, rде адсорбируются поверхностью зерен этоrо слоя. Чем
крупнее ero зерна и чем больше скорость фильтрования, тем
на большую rлубину проникают заrрязнения. На процесс сорб
ции поверхностью зерен фильтрующеrо слоя взвеси из осветляе
мои воды очень большое влияние оказывает заряд частиц взвеси
и их размер. Если взвесь не астабилизирована и несет большой
заряд, одноименный с зарядом поверхности зерен фильтрующе
ro слоя, она будет плохо задерживаться фильтром.
Рассмотрим процесс пленочноrо фильтрования на зернистом
фильтре.
Предположим, что задерживаемая взвесь несжимаема, co
стоит из равновеликих частиц объемом, эквивалентным объе
му шариков диаметром d, коэффициент формы частиц взвеси pa
вен Ф, а пористость образующеrося из них фильтрующеrо слоя
равна р.
Тоrда потеря напора Н n В таком фильтре пленке будет
равна:
Н П == k P f.1V . (1 р)2 L М, вод сm
ф2d2 р3 ..,
(VIII.l)
rде kp коэффициент размерности;
J.t динамический коэффициент вязкости фильтруемой
воды;
v скорость фильтрования;
L толщина пленки.
Пусть в 1 м 3 осветляеl\10Й воды содержится М Т взвеси и ее
объемный вес равен,,? т/.м 3 , тоrда через dT ч фильтрования на
1 м 2 площади фильтра отложится пленка объемом
м
dW== vdT
l'
(VIII.2)
206
r
,
и ТОЛЩИНОЙ
dL dW MTvdT
F 'v ·
Потеря напора в пленке будет равна:
dH == k fLV . (1 р)2 М Т vdT (VIII.3)
р ф 2 d 2 р3 'v
Входящие в уравнение (VIII.3) величины k p , Ф, d, р и 'v
характеризуют свойства осадка; сrруппируем эти величины, обо
значив , и назовем удельным сопротивлением осадка:
== k P (1 р)2 . (VIII.4)
ф 2 d 2 р З v
Тоrда
d/i == flV2MTdT,
а скорость прироста потери напора будет:
dH
dT == I-LM т v 2 .
(VIII.5)
(VIII.6)
Следовательно, при чисто пленочном фильтровании вод, co
держащих несжимаемую взвесь, скорость прироста потери Ha
пора пропорциональна содержанию взвешенных веществ в пер-
вой степени и скорости фильтрования во второй степени.
Проинтеrрировав уравнение (VIII.6), получим формулу для
определения потери напора Н в любой момент времени с начала
фильтроцикла:
Н == MTV2T + Но, (VIII.7)
rде Ho потеря напора в чистом фильтрующем слое (так Ha
зываемая начальная потеря напора).
Решив уравнение (VIII.7) относительно Т, получим ypaBHe
иие для определения продолжительности фильтроцикла:
Т Икон Ho (VIII 8)
ф== J-tМТ v 2 ч. ·
Большинство осадков, образующихся при обработке воды,
сжимаемо. Их пористость уменьшается с увеличением перепада
давлений. Удельное сопротивление осадка в результате этоrо
возрастает по мере роста толщины пленки и возрастания потери
напора в ней:
== oIiп,
(VIII.9)
rде п показатель сжимаемости осадка.
При осветлении вод с СЖИl\Iаемым осадкоы:
dH == р о Нпf.lv 2 Л1 т dТ;
dH
== R Нп 1Jv2M
dT I'lo r т .
(VIII.I0)
(VI!!.!1 )
207
Теория работы
ний в ero порах
К. Ивесом.
Ниже излаrается эта теория в соответствии с работами
Д. М. Минца и ero сотрудников [14, 15 и 16].
Эффект фильтрования воды через слой зернистоrо филь
трующеrо материала можно рассматривать как суммарный pe
зультат двух процессов: 1) задержания взвешенных веществ
фильтрующим слоем в результате прилипания частиц взвеси к
зернам фильтрующеrо слоя и ранее ПрИЛИПШИl\1 частицам взвеси;
2) обратноrо поступления взвешенных веществ в воду в резуль
тате срыва движущейся водой ранее прилипших частиц с по
верхности зерен.
Тоrда
Проинтеrрировав уравнение (VIII.l1) при n=l= 1 и имея в ви"
ду, что в интервале времени от О до Т ф значение Н ИЗlYlеняется
от Н о до Н кОН, получим:
Hl п Hl п
т КОН О
Ф (1 n) o tJ2MT ·
фильтрующеrо слоя с отложениеl\1 заrрязне
дана д. М. Минцеl\l, ю. М. ШехтмаНО:\1 и
I (VIII.12)
M == Ml M2, (VIII.13)
rде Ml количество взвеси, задержанной слоем песка толщи
ной x за время t;
M2 количество взвеси, вынесенной из слоя за то же
время.
Количество взвеси, задерживаемой слоем фильтрующеrо ма-
териала площадью 1 м 2 , будет пропорционально концентрации
взвеси в воде на входе в рассматриваемый слой:
M1 == ЬvСд.х t, (VIII.14)
rде Ь постоянный параметр, характеризующий свойства
взвеси и фильтрующей заrрузки;
v скорость фильтрования в м 3 /м 2 . ч;
C===t(x, t) концентрация взвеси в воде, поступающей в дaH
ный слой фильтрующеrо lVlатериала.
Количество взвеси, ВЫНОСИl\10Й из Toro же участка фильтрую
щеrо слоя, будет пропорционально количеству взвеси, накопив
шемуся в нем к даННОlYlУ MOl\leHTY:
M2 == ap x t,
(\11 1 1. 15 )
rде a параl\1етр, характеризующиЙ прочность взвеси;
р плотность насыщения поровоrо пространства слоя,
отнесенная к еДинице ero ТОЛI1 ИНЫ;
дМ
р =-= f (х, t) == .
дх
208
,
Учитывая, что C===f{x, t) ир ===f{X, t) связаны )равнением ба
ланса взвеси
дС др
v ==
ах д! '
из уравнений (VII.14) и (VII.15) найдеl\1:
дС а
== ЬС р.
дх v
(VIII.16)
(VIII.17)
Отсюда получаем д.ифференциальное уравнение вида:
д 2 С + а дС + Ь дС == о. (VIII.18)
дх д! дх д!
Это уравнение в дифференциальной форме описывает ход
процесса осветления воды, содержащей взвешенные вещества,
которые прилипаlОТ к поверхности зерен фильтрующеrо слоя.
Интеrрирование этоrо уравнения [16] прив дит к сложным функ
циям, практическос использование которых требует эксперимен
тальноrо определения параметров фильтрования а и Ь. проще
для расчета фильтров пользоваться результатами опытов по Tex
нолоrичеСКОl\IУ lVlоделироваНИIО процесса фильтрования.
Для получения критериев подобия преобразуеlVl [14] уравне..
ние (VIII.18), введя безразмерное отношение мrновенной кон-
центрации взвеси к начальной ее концентрации в воде, поступа
ющей на фИL1ЬТР: у == С/СО.
Тоrда
дС == С ду . дС == С ду . д 2 С == С д 2 у (VIII 19)
д! о at' дх о дх' дх д! о дхд! · ·
Подставив эти значения в основное дифференциальное ypaB
нение фильтрования и разделив на Со, получим:
д 2 у + а ду + Ь ду === О. (VIII.20)
axat дх д!
Введя в это уравнение новые безразмерные
Х === Ьх и Т == at, получим:
д 2 у ду ду == О
дХдТ + ах + ат ·
переменные
(VIII.21 )
в это уравнение не входят в явном виде параметры фильтро
вания а и Ь, которые характеризуют прочность взвеси и ее спо
собность прилипать к поверхности данноrо ФИ,,1ьтрующеrо MaTe
риала. ПОЭТО IУ уравнение (VIII.21) IO)KeT описывать в общеl\l
виде процесс фильтрования; входящие в Hero переl\Iенные Х и Т
ЯВЛ5iЮТСЯ критеРИЯl\1И подобия процесса фильтрования суспен
зий. Поско,]ы<у Х === Ьх и Т === at, ПрОСТЫlVI пересчетом масштабов
длины 11 вре:\lени по известным из опыта на l\10дели величинаJ.\tl
Х II Т l\IОЖНО предсказать, как при данных параlVlетрах фильтро
14 743
209
вания а и Ь будет протекать процесс осветления данной суспен
зин на производствеННОl\i фильтре. \
Поскольку изменение концентрации взвеси в воде, фильтруе
мой через слой фильтрующеrо материала, определяется только
величиной критериа,,1ЬНЫХ пара метров Х и Т, можно написать:,
С
с;;; f (Х, т) (VIII.22)
и определить l\Iасштабные l\1ножители а и Ь, от которых зависят
величины АУ и Т.
Воспользовавшись анаЛИЗОI\I размерностей, д. М. Минц [14]
IIоказал, что
ь == Vп2 d т2 .
J
(VIII.23)
п d т
а == a.v 1 1 ·
,
Обработка данных опытов показала, что при осветлении
обычных речных вод пl== 1, п2== 0,7; ,пl== 1, m2== 1,7.
Величины а. и р, характеризующие влияние свойств взвеси,
должны определяться в опытах на моделях фильтра на каждой
воде. При опытах на одной и той же воде, но при разных CKO
ростях фильтрования и pa HЫX диаметрах зерен заrрузки вели
чины а и р будут равны для всех опытов. Следовательно, при
обработке результатов опытов можно пользоваться соотноше
ниями:
Х'==
х
v O ,7 d1. 7
Т' == .
d
(VIII.24)
Продолжительность же работы фильтра до проскока в филь
трат взвеси в концентрации, большей, чем заданное отношением
Со/С ф , будет равна:
t эащ == [ h 80 d J , (VIII.25)
К v 1 , 7 d O , 7 V
здесь h толщина фильтрующеrо слоя;
80 константа, зависящая от заданноrо соотношения
мутности поступающей на фильтр воды СО к MYTHO
сти фильтрата С ф ; при С о /С ф ==0,05 величина 50==
==3,7 + 6,8 и К== 1,69 + 1,29, при со/с ф ==0,1 величи
на 50==3+5,6 и К == 1,51 + 1,24.
При осветлении вод с прочной взвесью фильтр выходит на
промывку не по проскоку взвеси в фильтрат, а по достижении
предельной потери напора. В ЭТОl\1 случае продолжительность
фильтроцик.па t 11 будет равна:
t Н пр Но . х (VIII.26)
н Но f (А) а'
rде Н пр и Но предельная и начальная потери напора в
фильтре;
210
х толщина ФИ,,1ьтрующеrо слоя; ,
t (А) · . ;
t alo
h/t темп прироста потери напора;
io rидравлический уклон в чистой фильтрующей за
rрузке.
5. МИКРОФИЛЫРЫ И БАРАБАННЫЕ СЕТКИ
Микрофильтры применяют для удаления из воды фитопланк
тона во время цветения водоеlVlа. Они представляют собой б'ара
банное сито (рис. VIII.l) с сетками, имеющими отверстия раз
мером от 20 до 60 МК.
I 1 л л
1
5
5
f
Рис. VIII.l. Микро
фильтр
1 барабан с сеткой; 2 ocь
барабана с приемным жело
бом; 3 промывное устрой
ство; 4 привод; 5 KaMe
ра; 6 канал поступающей
воды; 7 сборный канал;
8 отвод промывной воды
Микрофильтры целесообразно применять для удаления из
БОДЫ планктона, если продолжительность цветения водоема (co
держание свыше 1 МЛН. клеток фитопланктона в 1 л воды) не
менее одноrо месяца в rоду.
Микрофильтры, выпускаемые в СССР (табл. УI 1 1.1), пред
ставляют собой барабаны диаметром 1,5 и 3 М, боковая поверх
ность которых образует стальной каркас, в KOTOpOl\1 закрепляют
ся фильтрующие элементы [1].
Каждый фильтрующий элеl\lент является ПРЯl\10уrольной pal\'1
кой, обтянутой тремя сетками: поддерживающими (нижней и
14*
211
Характеристики микросеток
ТабпlIца VIII.\
\
.NQ сетки
Номинальный
размер стороны Диаметр прово Число ниток на
ячеЙки сетки лu!<и сетки в мк 1 см сетки
в мк
Число ячеек На
1 см! сетки
О, 1
0,09
0,085
0,08
0,075
0,071
0,063
0,06
0,056
0,05
0,045
0,04
100 70 59
90 70 63
85 65 67
80 65 74
75 65 71
71 55 80
63 45 91
60 40 100
56 40 104
50 35 118
45 35 125
40 30 143
3460
3900
4450
Б 476
5 100
6400
8 27()
1 О 000
1 О 085
13 900
15 000
20 450
j I
верхней) из нержавеlощей стали с ячейками размером 2 Х 2 мм
и рабочей с размером отверстий 40 Х 40 М/С
С одной стороны в rлухую торцовую стенку барабана микро
сита пропущена труба, по которой из входной камеры внутрь
барабана поступает очищаемая вода. Наружная поверхность
этой трубы служит опорой одноrо из подшипников, на котором
вращается барабан микросита. Опорой BToporo подшипника ба
рабана служит труба, через которую отводится rрязная ПрО:\IЫВ-
пая вода из водосборноrо лотка, расположенноrо в верхней ча
сти барабана параллельно ero оси.
О'чищаемая вода поступает внутрь барабана и процеживает
ся через фильтрующие элементы микрофильтра наружу. Про
мывная вода под давлением 0,3 2 Kr/CM 2 поступает в пластин
чатые разбрызrиватели, расположенные над барабаном по ero
образующей. Микрофильтры размещаются в специальных KaMe
рах или в смесителе водоочистной станции. Расстояние от по
верхности барабана микрофильтра до стенок и дна Kal\IepbI
должно быть не менее 0,5 м, от торцов до стенок не менее
0,7 М.
Потеря напора в микрофильтре принимается 0,2 М при скоро-
сти фильтрования в фильтрующих элементах (барабан на 2/3
диаметра поrружен в воду) от 10 до 25 л/м 2 . сек.
Расход промывной воды колеблется от 1 до 3 О/о количества
профильтрованной воды и зависит от числа клеток и вида планк
тона в исходной воде.
При НОРlYlальной промывке разность уровней воды в барабане
и наружной Kal\lepe должна находиться в пределах от 5 до 15 см.
При меньшеЙ разности уровней подачу промывной воды Yl\leHb
,.., u
ша ют, при оольшеи увеличивают.
Барабан приводится во вращение электродвиrателем через
редуктор с вариатором. Линейная скорость вращения сетки
212
,
'ф 00
м L.(') о. ..
I с"1
О IO о о
....... ..... о c'f')
....... I О 00 L"::;
U
....... ........ c'f')
> I.C <.D с-')
t\: М Х ..qt
I М u') С"1'
::1 .....
..... ..qt ,Ф
..... I
...... -&
\Q
c-j с'1 'ф 00
I 01 '" О
..... о с"1 о о ф
..... r--.. ю о 00 (v) с")
I
u о') CVJ (v)
м ..qt
Х I
с'1 М OO
. о с"1 .
..... I Ф
..... CVJ
I
-&
....-4 '<.0 00
I О, '" о
..... u') IO с"1 о о CVJ со
..... ....... CVJ О 00
.
u СУ) ,сУ)
С :I: l.Q Со') c'f')
Е- Щ :s: ....-4
Q) t::: Х I
U 1::{ OO
....-4 Х М
, u') с"1 ,
..... о- '<.о
:а f-<
.
::с Э Q)
:s
::с (!j
;:,:: ::s:: I
\о р, 1::( <.o r--..
м
Q. I c'j О O о о о ..qt
..... <.о
. ...... cf:) ..qt о r--.. L":)
\о U ёО о') <.о о')
\о М
::s:: щ х
о- I
l.Q OO u')
са '? '" ....-4 ......... I '"
О о- с"1 <.O с"1
Q. ..... Q) I
.
е :s
ее CI)
t::;:
::s:: t:l,
-& I
r--..
о с'1 о
Q. . О ОС"1 О О <.о ф
r--.. (v)
. о о')
::s:: U о') ф
:Е с'1 cv:>
Х
I.C ,
::s:: OO u')
с'1 ....-4 ......... I '"
::s:: I 00 ф с"1
..... I
.
U е
::s::
Q.
Q) ,
<.o r--..
о O о
. о о 00
Q. r--.. с.о
. о <.о ф
U 00 .....
щ х с"1
l.Q I l.l,)
OO..qt
I '"
"'7<.0 с"1
:3 ::::
.....
::о с... (3
с)
:Е
...а f-.. м с..
Е--< <:r) c\j t---
U ...а о.. ...а
CI О
:s: ::r:: (]) ::s::
::s:: ...а Е--< -&
f-< c\j (!)
u (]) t.... ...а :о c\j t\:
Е--< ::s:: Е--< :::
о- со u ::r:: ::!:: Е--< С
Q) ::S:: о Е--< c\j ::s:: о о
f-< :--. c\j ::r: ::s:: ::r: о- u Е--<
:s: O о ::r о.. ::s:: ::S:: :о ::r:
COC,J о.. о.. :3 и CJ
р, M Е--< О c\j с:::: ::s:: :Е
CI1 ::S::M c\j :Е \о :r (])
х O (!) :Е c\j с::;
о.. с...... (Т'I
t:: (1) ::о 213
...а
t---
обычно Iеняется в пределах от 0,1 до 0,5 Jl;t/ сек. Большая CKO
рость необходима при более BbICOKOl\l содержании в воде взве
шенных веществ и планктона.
При осветлении воды, содержащей rлинистую взвесь, l\IИКрО
сетки задерживают от 25 до 350/0 общеrо ее количества. При уда..
лении из воды фитопланктона l\tlикросетки снижают число к.пе
ток диаТО:\10ВЫХ водорослей на 40 7-5 О/о, сине зе,, . ных на 60
90 О/о [23, 24].
в СССР микросита изrотовляют из нике.;IЯ, монель метаЛCllа,
латуни и фосфористой бронзы. Их размеры реrламентированы
rOCT 6613 53 (та бл. УI 1 1.1). Свободное сечение ячеек микро
сетки обычно составляет 28 36 О/о ее общей площади.
Характеристики микрофильтров (МФ) и барабанных сеток
(БС), изrотовляемых воронежским заводом «Водмашоборудо
вание» lKX РСФСР, приведены в табл. VIII.2.
Барабанные сетки применяют для удаления из воды rрубо
дисперсноЙ взвеси щепок, коры деревьев, водорослей, травы
и т. И. Размер отверстий сеток из нержавеющей стали О,5х
ХО,5 ММ. Рабочая сетка располаrается между поддерживающи
ми сетка ми, имеющими ячейки размером 1 ОХ 1 О ММ.
6. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ (ПРЕФИЛЬТРЫ)
Для частичноrо осветления воды мутностью 50 250 М2/Л
перед подачей ее на медленные фильтры можно применять пре
фильтры, заrруженные слоем песка толщиной 600 700 мм с раз
мером зерен 1 2 ММ.
Скорость фильтрования на префильтрах не должна превы
шать: 5 Аt/ч при содержании взвеси в осветляемой воде до
100 М /Л, 3 м/ч при содержании взвеси 100 200 М2/Л и
2,5 м/ч при содержании взвеси 200 250 М2/Л.
OTl\ibIBKY фильтрующеrо материала в префильтрах произво
дЯТ ТОКО;\1 воды снизу вверх с интенсивностью 12 14 л/м 2 . сек.
Промывка продолжительностью не более 6 7 мин может ocy
ществ.пяться как неосветленной, так и фильтрованной водой.
Для отвода фильтрата и распределения по площади пре
фильтра промывной воды устраивают дренажную систему боль
шоrо сопротивления (Cl\tI. п. УI 11.14). Если для промывки пре
фи ьтров предполаrается использовать нефильтрованную воду,
,., u u
то во изоежание засорения отверстии дренажнои системы не
следует применять дренажи с отверстиями размером l\'1eHee
5 ИМ, подаваеМУIО для промывки фильтра воду следует предва
рительно процеживать через сетку с размером отверстий 2 Х
Х 2 ИМ. Отвод из префильтра rрязной промывной воды осуще
ств.пяют с помощью навесных желобов, пере.ливную кромку KO
торых располаrают на 40 50 СЛ! выше поверхности фильтрую
щеrо С.10Я. ПрО fЫВКУ префильтров же lате lЬНО производить с
214
"
применением сжатоrо воздуха для барботажа фильтрующеrо
слоя перед отмывкой ero током воды снизу вверх.
Префильтры с водовоздушной промывкой применены вместо
отстойников перед медленными фильтрами на фильтровальных
станциях CeH Mop и Иври, очищаЮIЦИХ воду рек Марна и Сена
для питьевоrо водоснабжения Парижа. Перед начаЛО1VI промыв.
ки фильтрующий слой барботируют сжатым ВОЗДУХОlVl
(18л/м 2 .сек) в течение 7 10 .Iиин при спущенном до КрОl\IКИ
ПрОl\IЫВНЫХ желобов уровне воды. Затеl\I интенсивность подачи
C)KaTOrO воздуха снижают до 5 7 л/м 2 . сек и одновре1Vlенно Ha
чина ют подавать промывную воду. Совместная водовоздушная
ПрОl\lывка продолжается 5 7 мин. затем подачу сжатоrо возду
ха прекращают и интенсивность промывки водой доводят до
10 12 л/м 2 . сек. Такая отмывка фильтра от заrрязнениЙ, OTTep
тых с поверхности песка во время водовоздушной промывки, про
должается 5 7 мин.
7. МЕДЛЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ
Медленные фильтры MorYT применяться для осветления мало
мутных вод с цветностью не выше 40 50 2рад, обычно без пред
варительноrо коаrулирования содержащихся в воде заrрязнениЙ.
Медленные фильтры представляют собой обычно прямоуrоль
:рые в плане резервуары с дренажной системой для отвода филь
трованной воды и распределительным водосливом, через кото.
рый в фильтр поступает осветляемая вода.
На дренажную систеl\/IУ укладываются поддерживающие [pa
вийные слои и фильтрующий слой толщиной 800 1200 МА'! из
песка с размером зерен 0,3 1 мм. Скорость фильтрования на
медленных фильтрах зависит от мутности осветляемой воды.
Она принимается в пределах 0,3 0,4 М/Ч при осветлении вод
мутностью до 25 М2/ л и 0,2 0,3 Nl/Ч при осветлении вод 1VlYT
нQстью 25 50 ht2/Л. При осветлении вод мутностью более 50 Nl2/A
не"lесообразно предварительно удалять из воды взвешенные Be
щества отстаиванием или фильтрованием на префилырах.
При использовании воды, осветленной на медленных филы
рах, для питьевоrо водоснабжения, как правило, воду после
фильтров следует обеззараживать, так как медленные фильтры
снижают число бактерий в воде не более чем на 97 99 о/о.
Дренажные устройства медленных фильтров состоят из уло.
женных по столбикаl\I или балкаl\1 колосников или .J.ырчаты'\
плит, поверх которых укладываются rравиЙные поддерживаю.
lцие слои. С целью удешевления фильтров и упрощения их KOH
струкции целесообразно отказаться от дренажных устройств с
rравийными СЛОЯl\IИ и применять в качестве дренажа плиты из
пористоrо беспесчаноrо бетона, технолоrия изrотовлеНIIЯ кото.
рых разработана Одесскиы инженерно строительным ИНСТИТУТО 1.
215
Дрена)кные п.питыI из пористоrо бетона [4] изrОТОВ"lЯЮТСЯ из
хорошо сортированноrо мелкоrо rравия размером 5 7 или 7
1 О АUИ. Пр и расходе цеl\Iента 215 К2./ м 3 и водоцеl\lеНТНОlVI отноше
нии 0,35 плиты И Iеют пористость 36 38 О/о. Они достаточно проч
ны И устойчивы В воде, имеющей положительный или нулевоЙ
индекс стабильности. Потеря напора в плитах из пористоrо бето
на толщиной 80 мм составляет около"'2 СА! вод. СТ. при скорости
q;ильтрования 10 м/ч.
Перед пуСКОl\l фильтра в работу ero lVIеДJIенно заполняют сни-
зу отстоенной водой с тем, чтобы вытеснить воздух из поровоrо
пространства фильтрующеrо слоя. После Toro как уровень воды
в фильтре ПОДНИI\'Iется на 200 300 мм выше поверхности песка,
в фильтр через специальные устройства (лотки, воронки) начи
нают подавать осветляемую .воду до полноrо заполнения фильт
ра. Затеl\l фильтр оставляют на 20 30 мин в покое, после чеru
открывают заДВИ)l(КУ на линии фильтрата и постепенно дов<!дят
скорость фильтрования до расчетной. rрязееl\1КОСТЬ 1Vlедленноrо
фильтра в зависимости от свойств задер)киваемоЙ им взвеси KO
Jlеблется в пределах от 0,5 до 1 К2. cyxoro вещества на 1 м 2 пло
шади фильтра.
По исчерпании rрязеемкости фильтра (1 раз в 10 30 дней)
ero нужно чистить. Чистка медленноrо фильтра сводится к уда-
лениЮ из Hero BepxHero слоя заrрязненноrо песка толщиной 15
20 AtJl. Для этоrо воду в фильтре спускают на 200 250 мм ниже
поверхности песка, после чеrо верхний ero слой снимают лопата
IИ пли специальными машинами для чистки фильтров. Посл
1 o 15 чисток, коrда толщина слоя песка в фильтре уменьшается
до 300 600 MAt, фильтр доrружают до начальной толщинrJI
фильтрующеrо слоя промытым песком.
Тдаление из фильтра заrрязненноrо песка и подачу в фильтр
ПРОYIытоrо песка для доrрузки фильтрующеrо слоя обычно осу-
ществляют с помощью rидротранспортера с эжектором.
При чистке фильтра приемный бункер транспортера уста-
наВ"lивают в фильтре, удаляемый из фильтра заrрязненныIй пе
сок засыпают в бункер и из Hero водой транспортируют на пес-
КО IОЙКУ. Промытый песок для доrрузки фильтра подают BJ\lecTe
с водоЙ по шланrам в фильтр, укладывая ero pOBHbIlVI С,,10ем по
поверхности фильтрующеrо слоя.
Проф. В. С. Оводовым [19] разработана конструкция aBTOl\la
ТИЗIIрованноrо l\lедленноrо фильтра с механизацией всех процес
сов pereHep ации ero заrрузки. Интересное решение проблеl\IЫ l\le
ханизаЦIIИ чистки l\Iедленных фильтрuв дано Е. А. СИЛИНЫl\1 [22],
разработавши \'I 1\1сдленные фильтры с периодической ПрО1VIЫВКОЙ
BepXHero слоя песка низконапорныыи СТРУЯl\IИ воды из передвиж
ной перфорированноЙ трубы.
На юrО-ВОСТОI{е СССР ПРИ:\Iеняются са:\IОПРО:\lывающиеся
l\Ie,.l..leIIIIble (РII:IЬТРЫ I ОНСТРУКЦИII О. 1\1. Аiiрапетова [17], пред
216
"
назначенные для осветления арычных вод и вод рек ropHoro пи
тания (рис. VIII.2).
Фильтр 1, состоящиЙ ИЗ двух отделений, расположен парал
"lельно каналу или арыку 2. Водоподъемная плотинка 3 в арыке
направляет часть воды на фильтр, создавая перепад в 20
25 СМ. При работе фильтра шандор 4 открыт, а шандор 5 закрыт.
Вода, поступающая на фильтр из BepxHero бьефа, просачивается
I f
I
r
!. !
План
б
I
1
Рис. VIII.2. Фильтр конструкции О. М. Айрапетова
через слой песка со скоростью O,4 O,6 м/ч и отводится через
дрена)I{ в резервуар чистой воды б.
Коrда фильтрующий слой заrрязняется и требуется cro чист-
ка, задвижку на линии фильтрата закрывают, шандор 5 припод
ниrvlают так, чтобы l\1ежду нижней ero кромкой и поверхностью
песка в фильтре образовалась щель шириной 2 3 CAl. Шандор 4
прикрывают так, чтобы над ero кроl\tIКОЙ осталась щель такоЙ же
ширины. Тоrда вдоль поверхности песка в фильтре возникает Te
чение воды из BepxHero бьефа арыка в нижний со скоростью
O,25 O,3 м/сек; пленка заrрязнениЙ: с поверхности фильтрующе
1'0 Сvl0Я С lывается. После этоrо фильтр снова включают в pa
бо.ту.
l\1.едленные фильтры весьма чувствительны к содержанию в
освет fIяеl\IОЙ воде планктона. Поэтому при осветлении вод озер
Il водохранилищ, в которых летом наблюдается 1\1aCCOBoe разви
тие планктона (так называемое цветение воды) и число клеток
фитопланктона превосходит 1000 1500 в 1 АtЛ воды, желатель
217
НО воду до подачи на медленные фильтры освобождать от бо.пь
шей части планктона процеживаниеl\l через микрофильтры или
фильтрованиеlVl на префильтрах.
Во избежание развития фитопланктона на l\lедленных фильт
рах желательно перекрывать их сверху светонепроницаемым
перекрытиеlVl, расположенным на 1 ,8 2 .IИ выше п верхности
песка в фильтре.
8. КРУПНОЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ
Применение крупнозернистой заrрузки позволяет значите"lЬ
по увеличить rрязееl\IКОСТЬ фильтров и сократить расход про
l\1ЫВНОЙ воды.
Однако с увеличениеl\1 диаlVlетра зерен фильтрующеrо слоя
снижается ero задерживающан способность, что обусловливает
необходимость увеличения толщины фильтрующеrо слоя. По
данным опытов Стенли [34], для фильтра, работающеrо до поте
ри напора 2,5 м и осветляющеrо речную воду, rлубина проника
ния заrрязнений в толщу фильтрующей заrрузки Н при темпера.
туре 250 С равна:
н == 3 5 d 2 ,4 6 V1,56 СМ
, ,
[де d средний диаметр зерен фильтрующеrо слоя в )Jtt)Jtl;
V, скорость фильтрования в М/Ч.
tlсходя из этой формулы составлена табл. VIII.3 peKOMeH
дуемых толщин фильтрующеrо слоя для крупнозернистых ФИ,,1ЬТ
ров с заrрузкой различной крупности при задерживающей спо
собности этих фильтров 50 700/0.
Таблица VIII.3
Рекомендуемые фильтрующие заrрузки для крупнозернистых фильтров
Скорость фи ьтрования
в м/ч
Средний диаметр зерен
фи.1ьтрующеrо слоя в .мм
Высота фи.lьтрующеrо
С.l0Я в .мм
10
O,8 1
1 1,2
1 , 2 1 , 5
1000 1300
1300 1700
1700 2200
1 ...
b
O,8 l
1 1,2
1 2 .1 5
, ,
1600 2100
2100 2700
2700 3500
Крупнозернистые фильтры оборудуют дренаЖНЫlVIИ систеl\lа.
l\IИ дЛЯ водовоздушной промывки филырующеrо слоя. При рас.
чете и конструировании этих систеl\l исходят из следующеrо ре-
ЖИl\lа промывки фильтра: барботирование ВОЗДУХОlVl с интенсив
ностью 18 20 л/ )Jtt 2 · сек в течение 5 .нин; совместная водовоз
ДУIllная ПрО lывка воздух подают с интенсивностью 12
218
"
15 л//vt 2 . сек, а воду с интенсивностью 6 8 л/м 2 . сек в течение
3 5 ЛIUН; ОТ1\1ывка заrрязнений водой с интенсивностью 6
8 Л//vt 2 . сек в течение 3 JHUH. При определении диаметров возду
хопроводов скорость движения воздуха в них ПРИНИl\I3К)Т 15
20 "и/сек. Скорость выхода воздуха из отверстий воздухораспре
де"lительной систеl\IЫ 30 40 м/сек.
Исследование процесса фильтрования воды на фи..аьтрах с
ОДНОрОДНЫ1\IИ по крупности фИЛЬТРУЮЩИl\1И слоями, проведенное
[. Н. Никифоровым, показало, что высокий эффект осветления
воды (снижение содержания взвешенных веществ на 70 80 О/о )
l\Iожет быть достиrнут при скоростях фильтрования, в 1 О раз и
более превышаЮIЦИХ скорости, при которых работают обычные
скорые фильтры.
Повышение скорости фильтрования, однако, резко сокращает
продолжител ность фильтроцикла. Если фильтр при скорости
фильтрования 5 мjч работает от промывки до промывки В cpeд
Hel\1 15 20 ч, то при увеличении скорости ДlJ 50 м/ч' продолжи
тельность фильтроцикла сокращается до 0,75 1 ч.
Применение крупнозернистых фильтров со скоростями филь
трования 35 50 Jн/ч стало возможным блаrодаря применению
разработанной [. Н. Никифоровым 1 И ero сотрудниками системе
аВТОlVlатизации работы этих фильтров. В основу этой системы
положено использование батареи параллельно включенных
обычных напорных фильтров, часть фильтрата которых служит
промывной водой для промываемоrо фильтра. Все фильтры бата
реи работают с падающей в течение цикла скоростью фильтро
вания и непрерывно открытоЙ задвижкой на линии фильтрата.
При работе фильтра через эту задвижку фильтрат поступает в
общиЙ для всех фильтров коллектор осветленной воды, при про-
I'Лывке через нее в обратном направлении поступает осветленная
вода из коллектора для промывки фильтрующеrо слоя. Это уп-
рощает автоматизацию управления работой батареи фильтров,
которое сводится к открыванию и закрыванию только двух задви-
жек на .линии освеТ"lяемой воды и на линии сброса rрЯ3НОII
IIрО IЫВНОЙ воды на каЖДОl\1 из фильтров батареи.
9. СКОРЫЕ ФИЛЬТРЫ
Скорые фильтры предназначены для удаления из воды взве-
шенных и коллоидных веществ, как правило, после укрупнения
их к6аrулированиеl\1 в прочные arperaTbI, задерживаемые зерни-
стой заrрузкой.
При фильтровании воды сверху вниз на скорых фильтрах
освеТ"lение воды достиrается в результате двух одновре lенно
протекающих процессов задержания наиболее крупных частиц
I О сверхскоростноы секционном фильтре КОНСТРУКЦИIl r. В:. Никифорова
с вращаЮЩIlМСЯ распреде.1ите.1ем см. в работе [9].
219
Бзвеси в пленке на поверхности ФИЛЬТРУIощеrо слоя и адrезии
(сцепления) или абсорбции скоаrулированных более l\Iелких
частиц поверхностью зерен филырующеrо слоя.
При оптимальной коаrуляции и надлежащем подборе заrруз
ки cKoporo фильтра ero фильтрат обычно содержит не более
1 М2./ л взвешенных веществ.
По мере работы фильтра увеличивается количество задер
жанных им заrрязнений нарастает толщина пленки на поверх
Количестбо зоrJe;jJКОl1tfЫХ
JаZРЯJl1е и 6 %
<:::.
о fO 20 30 цо
.'. щ'--' r т
I
I
2.0
50
БО
70
ЛеСОf<
'::Э
::)
:1:
Q)
:t:
{\')
'"
c::t
; 1.О
:х:
t::)
t::s
:t: пs
4
:t
1.5
4а J
I
I
Jj '
I
I
, I
I
O'
а
=:J
Рис. VIII. 3. Зависимость rлубины
проникания заrрязнений в толщу
фильтрующей заrрузки от ск,орости
фильтрования
D
0,5 1. 1, 5
СреiJнuй Виаметр зерен песха 8 мм
2,0
Рис. VIII.4. Зависимость rлубины
проникания заrрязнений в толщу
фильтрующей заrрузки от диаметра
ее зерен
ности песка, увеличивается количество заrрязнений, отложив..
шихся в толще фильтрующей заrрузки, и rлубина их проникания
в песок, возрастает сопротивление фильтра, снижается скорость
фильтрования.
Если крупность Зй,rрузки и толщина фильтрующеrо слоя
выбраны правильно, то предельно допустимая потеря напора в
фильтре наступит практически в то же время, коrда частицы за..
rрязнений начнут проникать через заrрузку в фильтрат.
r..lубина проникания взвеси в толщу ФИ"ТIьтрующеrо слоя
возрзстает с увеличением скорости фильтрования (рис. VIII.3)
и диаl\!етра ero зерен (рис. \1111.4). Поскольку скорость возра
стания потери напора растет с Уl\lеньшением диаl\Iетра зерен II
уве.lичением скорости фильтрования, в практике водоподrотовки
220
"
наl\Iетилась тенденция к увеличению крупности зерен при OДHO
Epe:\IeHHOl\I повышении высоты фильтрующеrо слоя, что позволя
ет увеличить скорость фильтрования, не допуская увеличения
l'vlУТНОСТИ фильтрата.
li\1YTHOCTb фильтрата и продолжительность фильтроцикла за
висят не только от мутности поступающей на фильтры воды,
дисперсности содержащейся в ней взвеси, скорости фильтрова-
ния II раЗl\1ера зерен, но и ОТ прочности хлопьев скоаrулирован
. ны.\: заrрязнений воды.
24 r
,
t...;)
't:::)
с2 qО15мr/л ЛIIЛ
1,8
ct:)
t:)
12
:t: ,
:::,
6
с::::-
о 2 4 б 8 то
Время padombI фильтра tJ "
Рис. VIII.5. Нарастание потери напо
ра в фильтрах при введении в воду
перед фильтром полиакриламида
(ПАЛ) и активированной кремниевой
кислоты
8
ч
,
Песок
D " " :r ра Оии (J <.. о" : r
о '- '--' "
. ..о. + .. .............. . ......
\
(
7
Рис. VI 1 1.6. Схема OTKpbIToro CKO
poro фильтра
1 подача осветляемоЙ воды; 2 дpe
нажная система; 3 отвод фильтрован-
ной воды; 4 выпуск rрязной промыв-
ноЙ воды; 5 желоба д:ля распределе-
ния фильтруемоЙ воды и для отвода
промывной; 6 подача промывной во-
ды; 7 канализационный канал;
8 распределительный карман
При содержании в осветляемой воде пр очных хлопьев взве
си, например при введении в воду перед фильтрами или отстой
никами активированной/кремниевой кислоты, полиакриламида
(ПАА) или друrих флокулянтов, lVlYTHOCTb фильтрата в течение
Бсеrо фильтроцикла остается минимальной, и фильтр выклю
чают на промывку по достижении предельной потери напора.
При содержании в воде непрочных хлопьев мутность фильтрата
непостоянна в течение фильтроцикла при достижении потери
напора в фильтре некоторой величины, меньшей чем предельная,
начинается разрушение задержанных фильтром хлопьев и вынос
заrрязнений в фильтрат. В этом случае фильтр выключают нз
промывку не по потере напора, а по проскоку взвеси. ПРОДОЛ)J{И
тельность фильтроцикла сокращается, увеличивается расход
ПРОlVIЫВНОЙ воды.
Введение в воду непосредственно перед фильтрами ПАА или
активированной креl\1ниевой кислоты в очень небольших количе-
ствах (0,015 мс/л ПАА, 0,05 .!I1С/Л SiO ) позволяет значительно
ПОВысить ПРОДОЛ)J{ительность фильтроцпкла при OДHOBpeMeHHO I
снижении l\lУТНОСТИ фильтрата. Активированная креl\1ниевая ки
слота для цветных вод имеет по эффективности ч стоимости пре
II rYIlLecTBa перед ПJ\А (рис. \7! 11.5) .
221
Коrда начинается проскок взвеси в фильтрат или коrда вели
чина потери напора становится предельной, производят ПрОl\1ЫВ
ку фильтрующеrо слоя. В ряде конструкций скорых фильтров
для повышения эффективности промывки применяют ВСПО\Iоrа
тельные средства механические мешалки, сжатый воздух и др.
Фильтры MorYT быть открытыми или напорными.
Открытый безмешалочный скорыи фильтр (рис. \Тll1.6) пред
ставляет собой обычно ПРЯl\10уrольный в плане резервуар. На
дне ero расположена дренажная система, служащая для отвода
фильтрата и распределения промывной воды по площади фИ..1ьт
ра при ero промывке.
Над дренажем находятся поддеР2кивающие rравийные слои и
поверх них фильтрующий слой. Выше фильтрующеrо слоя YCTpa
ивают желоба, служащие для отвода из фильтра при ero про
мывке rрязной промывной воды. По этим же желобаl\1 в фильтр
подается фильтруемая вода.
Сравнение стоимости строительства и эксплуатации фИ.IIьтро'
вальных станций равной производительности, но с раЗНЫIYI чис
лом фильтров и разными их размераIYIИ показало, что для CTaH
ций малой и средней производительности (до 30000 M3jCYTKU)
наиболее экономично принимать четыре фильтра при строитель
стве станций в одну очередь и шесть фильтров при строительст
ве станций в две очереди, если четыре фильтра обеспечивают
водопотребление первой очереди.
На станциях большой производительности це.J1есообразно
строить фильтры большой площади (до 1 oo 120 м 2 ). КОv1ичество
фильтров принимают в зависимости от неоБХОДИlVIОЙ их CYЫMap
ной площади. Фильтры площадью до 30 40 j11,2;- как правило,
устраивают без центральноrо каналCl. Фильтры БО"lьшей пло
ll ади (более 30 40 м 2 ) обычно приходится строить ИЗ двух по
лавин, разделенных центраЛЬНЫ1Vl каналом, так как без послед...
Hero потребовались бы СЛИШКОlVI большие размеры распредели
тельной и сборных систем. В фильтр с центраЛЬНЫ\I каналом
осветляемая вода поступает в верхний отсек KaHa a, располо
женноrо по оси фильтра. Из Hero вода поступает в желоба и да...
.аее в пространство над ФИЛЫРУЮЩИIYl слоем. Дренажные трубы
присоединены непосредственно к нижнему отсеку ценrра ьноrо
канала, который служит коллектором дренажной сисrе:\IЫ. По
нему отводится фильтрат и подается в фильтр промывная вода.
Для управления работой фильтра на ero фронте устанавлива
ют задвижки, шиберы или клапаны на трубопроводах: а) для
подвода воды; б) для отвода фильтрата; в) для сброса первоrо
q)И"lьтрата в канализацию; r) для подвода к фильтру ПрО:\IЫВНОЙ
воды; д) для отвода из фильтра rрязной промывноЙ воды. Kpo1Vfe
Toro, на трубопроводе фильтрованной воды устанаВvlIIвают pe
rулятор скорости фильтрования И"lИ реrулЯТОр расхода, aBTO:\la
тически поддерживающие постоянство скорости ФИ"lырования.
В США на крупных станuиях ПРИl\lеняют фильтры с подво
222
дом осветляемой воды через патрубок в задней CT HKe фильтра.
Фильтр непосредственно примыкает к отстойнику, под фИЛЬТрО:VI
расположен резервуар чистой воды. Фильтры размещают на
станции в один ряд, что при подводе воды на фильтр с одноЙ
стороны и отводе фильтрата с противоположной приводит К YBe
личению объема здания фильтров по сравнению с принятой С
СССР системой одностороннеrо подвода и отвода воды. BMeCT
с тем устройство на фильтрах подвода и отвода воды с двух CTO
l !
пr
00
л л
В зdу у
oOo
ъ..
.;.
П е с о /{
лL
\
Д етаnь yи"aHO Kи
rJренажноlO
колпачка
ПЛОн
OOO 000 "00000000000 000 000
L оос 000 соо 000 000 000 000 000
000000000000000 000 000 000
000 000 000000000 000 000 000
J 000 000 000 000 000000 000000
000000000 000 000000 000 000
000 000 000 000 000 00 000000
!
80З оух
80иа
Рис. VIII.7. Схема CKoporo фильтра сводовоздушной промывкой
рон позволяет увеличить предельную площадь фильтра до 250 м 2 .
Суточная производительность TaKoro фильтра составляет около
25000 м 3 .
На рис. VIII.7 показана схема фильтра с водовоздушной
промывкой, применяемоrо в r ДР и Франции. В фильтре OTCYTCT
вуют навесные желоба для отвода из фильтра промывной воды.
Их заменяют боковые KaplVlaHbI, расположенные вдоль стенок
фильтра.
Напорные фильтры представляют собой стальные ЦИЛИНДрlI
ческие резервуары со сферичеСКИI\IИ днищами. Они бывают Bep
тикальные и rоризонтальные.
I<онструкция вертикальноrо фИ/Iьтра диамеТрОl\l от 1000 до
3400 мм приведена на рис. VIII.8 и в табл. VIII.4. Трубчатая
дренажная система изrотов.ляется из обычной стали. На ее шту
223
l
б
цера навертывают фарфоровые
или пластмассовые щелевые кол
пачки.
Эти фильтры изrотовляются
в СССР и поставляются Bl\IeCTe
с дренажными систеl\lами.
Вертикальные напорные филь
тры, выпускаемые в СССР, име
ют максимальную площадь филь
трования 9,1 м 2 , что обеспечив а
ет их производительность на HO
дах различноrо качества от 50
до 90 м 3 jч.
Так как по ЭКОНОl\Iическим co
ображениям желательно Иl\Iеть
на станции от четырех до шести
фильтров, вертикальные напор
ные фильтры следует применять
на станциях производительно
стью не более 300 500 М,3jч.
На станциях большей произ
водительности, rде по К(1КИМ НИ
будь соображеНИЯl\I нельзя при
менять открытые Lкелезобетон
'-J
Рис. VIII.8. Cxe1\ вертикаль-
Horo напорноrо' фильтра
1 подача осветляемой воды;
2 отвод фильтрата; 3 подача
промывной воды; 4 подача сжа
Toro воздуха; 5 спуск в канали-
ацию; б спуск первоrо фильтра-
та; 7 штуцер для rидропереrРУЗКII
т а б л и ц а VII 1.4
Размеры и веса вертикальных напорных фильтров (см. рис. VIII.8)
Размерs и вес фильтров при их диаметре в МАе
Покаэате.1Ь
1000 1500 2000 2600 3000 3400
Высота слоя заrрузки в мм 1000 1000 1000 1000 1000 1000
Размеры в мм:
высота фильтра Н . 2912 3298 3620 4000 4370 4530
диаметр » Dl 720 1000 1400 1600 2000 2200
» патрубков d . 80 125 150 200 250 250
Вес фильтра без арматуры в K 1050 1780 2120 3755 4845 6360
Наrрузочный вес в т . . . . . 4 8,5 I 15 28 37 50
При м е ч а н и е. Фильтры диаметром 1000 и 1500 Mht изrотов.пяются
Бийским котельным заводом, оста.1ьные Таrанроrским котельным заводом.
224
ные фильтры, можно устраивать rоризонтаЛЬ'Iые напорные
фильтры, имеющие площадь фильтрования до 27 м 2 .
Схема фильтра с эжекторной промывкой фильтрующеrо сло
показана на рис. VIII.9. Фильтр имеет коническое дно, в нижнеи
части KOToporo по вертикальной оси фильтра установлен эжек
тор. Выходная труба эжектора проходит через всю толщу фильт
рующеrо слоя до кромки водосборных же.лобов, размещенных
3,Jоль наружных стенок фильтра.
()
J'::)
. а
t ....
Q .Q
QC:)
. u
с:
<....)
Рис. VIII.9. Схема фильтра с эжекторной промывкой
Дренажная система фильтра из щелевых труб расположена
ВЬfше перехода коническоrо дна в цилиндрическую часть фильт
ра в толще фильтрующей заrрузки.
Осветляемая вода поступает в водосборные желоба и через
их кромки в фильтр, rде она профильтровывается сверху вниз
через фильтрующую заrрузку до дренажной системы, через KO
'торую фильтрат отводится из фильтра.
Известны случаи успешноrо применения эжекторной про
:\fЫВКИ в rоризонтальных напорных фильтрах. В этом случае
эжекторы устанавливают через 2 3 А! по оси фильтра на общем
, u
труоопроводе промывнои воды.
15 745
225
10. КОНТАКТНЫЕ ОСВЕТЛИТЕЛИ
rрязеемкость зернистоrо фильтра возрастает с увеличение1\I
пористости и эффективноrо диаметра фильтрующей заrрузки.
Поэтому неоднократно делались попытки создания таких KOHCT
рукций фильтров, В которых освеТ{lяемая вода двиrалась бы че
рез заrрузку фильтра в направлении убывания ее крупности.
Впервые эти фильтры были применены на водопроводе в Рич
монде, США [30] в 1835 r. ЗатеlVl такие фильтры системы Пеша
были построены в Тифлисе в 1902 [') систе IЫ Мейнена в опыт
ном порядке на водопроводе [. Филадельфии (СШi\) и на Руб
левскои станции MOCKoBcKoro водопровода. Дальнейшее разви
тие идея фильтрования воды в направлении убывающей крупно
сти получила в контактных осветлителях и фильтрах АКХ, KOH
струкция и теория работы которых были разработаны Д. М.
Минцем, С. А. ШубеРТОl\I, В. П. КрI1ШТУЛОМ И А. М. Перли
ной [27].
Введение коаrулянта в воду непосредственно перед поступ
лением ее в зеРНИС1 ый фильтрующиЙ С,,10Й позволяет осущест
вить процесс осветления воды контактной коаrуляцией при дозе
коаrулянта, меньшей, чеl\I при коаrуляции тех же коллоидных
заrрязнений воды в своБОДНОl\I объеме. При контактной Koary
ляции в воду нужно вводить коаrулявт в количестве, необходи
мом для снижения потенциала коллоидной системы до вели
чины, при которой КО,,1лоидные частицы начинают прилипать к
зернаl\I заrрузки фильтра. Эта доза l\теньше, че;\I доза, необходи
мая для образования крупныIx оседающих \. в отстойниках
хлопьев.
ПОЭТОl\1У контактные освеТ,,1ите,,1И целесообразно ПРИl\Iенять в
одноступенчатых CXel\IaX очистки ыало:\IутныIx цветных вод, Kor
да общее содержание взвсшенных веществ в поступаЮlцей на
контактныс освеТ"1ИТС,,lИ водс, ВКЛIочая взвесь, обраЗУIОЩУIОСЯ Б
результате введсния в воду реа [снтов, IIC IIревыIаетT 150 .lИ2/ л.
При БОЛЫllСl\I СОДСр:tкаIIИИ взвсси 13 воде рсзко возрастет расход
воды на пролIыIкуy контактных ОСВСТ"lителей,
По способа1\! отбора освеТ"lСIIIIОЙ ВОДI)I контактныс осветли
ТС"llI строят двух типов KO 1 и KO 2.
В осветлителях KO 1 освеТ,,1яе:\Iая вода с ПО:\IОЩЫО дренаж
ной систе:\IЫ подводится под С,,1О{! песка И"llI [р авия и проходит
снизу вверх сначала через С,,10й rравия, eC.1II дрена/I<IIая система
БКЛlочает rравиi'Iные поддер/I<IIваЮllLIlе С,,10II, а зате:\1 через уло
женныi'I на rравий С"lОЙ песка. ОсвеТ"lеIlная вода собирается
сБОрНЫ:\III )КС"lоба:\III, раСПО"lо:tКСIIНЫ:\!II IIa;L IIOBCPXIIOCTbIO песка
(рис. VIII.IO), 11 ОТВОДIIТСЯ В резсрвуар ЧIIстоi'I ВОД1)!.
При такой КОНСТРУКЦIIII отвода OCBCTtlCHIIOi'r воды из KOHTaKT
HOI O освет.п IIТС"lЯ ВС"lИЧИН а ДОПУСТИ:\1 ОСI скорости ФИ"lЫР ова IIИ51
воды СНIIЗУ вверх чсрез C"lO{I п ска со ср с IIII:\I Р а З:\lеро:\! зерен
22б
11. ФИЛЬТРЫ АКХ
,
КОНСТРУКЦИЯ фильтра с одновременным фильтрованиеl\1 воды
снизу вверх JI сверху вниз с отводом фильтрата через сборную
систе:\IУ, раСПО.,lо)кенную в толще ФИЛЬТРУlощеrо слоя, была раз
работана в .Д.КХ И:\I. К. Д. Памфилова Д. М. МинцеlVl и С. А. Шу
берТОl\1 [16]. НапорныЙ вариант этоrо фильтrа, так называе:l\IЫЙ
ДВУХПОТОЧНЫЙ q)И.1ЬТР, Бы,l1 разработан ..Московским отде"ттением
UeHTpa.,lbHOrO котлотурбинноrо института Иl\I. Ползунова.
В фильтрах .А.КХ часть воды фильтруется через верхний слоЙ
песка, расположенный над дренажной систеlVI0Й, сверху вниз;
остальная (БОIiТIьшая) часть воды поступает в фильтр через pac
пределительную систему на ero дне и фильтруется снизу вверх
через слой rравия и песка. Оба потока профильтрованной воды
собираются дренажной системоЙ, расположенной в толще песка
на 1/3 ero высоты от поверхности. Такое расположение дренаж
ноЙ системы Д"lЯ отвода из фильтра осветленчой воды обеспечи
Бает устойчивость фи.льтрующеrо слоя и предотвращает ero
взвешивание при любых скоростях фильтрования воды.
Применение фильтрования снизу вверх в направлении убы
Rающей крупности заrрузки позволяет лучше использовать rря
зеемкость фильтрующеrо слоя, особенно ero нижнеЙ крупнозер
нистой части.
В процессе работы фильтра АКХ распределение потоков во-
ДЫ в не:\1 постепенно изменяется. Сопротивление BepxHero l\lелко
зернистоrо слоя песка возрастает быстрее, чем ни}кнеrо крупно
зернистоrо. Вследствие этоrо по мере накопления в фильтрую
ще1\1 слое заrрязнений. задерживаемых из воды, количество по
следней, фильтруеl\IОЙ сверху вниз, Уl\1еньшается, а количество
БОДЫ, фильтруемой снизу вверх, соответственно возрастает.
К концу цикла около 800/0 БОДЫ фильтруется снизу вверх и толь
КО 20 О/о сверху вниз.
Расчетную скорость фильтрования для фильтра АКХ с уче
1'01\1 двустороннеrо фильтрования принимают не более 12 Аt/ч.
Для заrрузки пр Иl\Iеняют песок крупностью 0,5 1,5 М.М с коэф
фициентом неоднородности, не большим 2,2. Высота слоя песка
ПРИНИ:\lается от 1,45 до 1,7 At.
Нижнюю распределительную систеl\IУ фильтра АКХ обычно
выполняют в виде маrистрали с ответвлеНИЯl\IИ из дырчатых
труб и отверстиями диа1\1еТрОl\I 10 15 ММ, расположенными в
один' ряд по ни)кнеЙ образующей трубы или в два ряда в шах
MaTHOl\1 порядке. В этом случае отверстия должны быть направ
eHЫ под уrЛОlYI 300 к вертикали вниз.
Дренажная систеl\Iа, предназначенная для сбора и отвода
фильтрата из толщи фильтрующеrо слоя, состоит из l\1аrистра.пи
и дренажных труб. Дренажные трубы располаrают в толще
фи"тrьтрующеrо слоя на расстоянии 500 600 .Iи/н от ero поверх
насти.
229
Расстояние между дренажными трубами принимают 0,5
0,55 .М при диаметре труб 100 М.М И 0,6 0,65 )vt при диамстре
труб 150 мм. Диаметр дренажной трубы принимают таким, что
бы скорость движения воды в неЙ при скорости фильтрова ния
15 /Vl/Ч не была более 1 H/ceK.
Обычно дренажную систему фильтров АКХ изrОТОВ"lЯЮТ из
щелевых ПО"lиэтиленовых или ВИНИDластовых труб со ще"lЯ1\III
шириной ,0,4 0,5 AlJ1l.
Фильтры АКХ промыва
ют током воды снизу вверх
с подачей чистой промыв
ной воды В распределитель
ную и дренажную системы
и ОТВОДО1\1 rрязной промыв
ной воды через желоба.
Расчетные интенсивно
сти и продолжительности OT
дельных этапов промывки
фильтров АКХ принимают:
а) при взрыхлении BepXHe
[о слоя через дренаЖНУIО
систему интенсивность
6 8 Л/Аl 2 . сек, продолжи
тельность 1 HaH; б) при oc
новной промывке интен
сивность 13 15 л/лt 2 · сек,
продолжительность 5
6 JHUH; в) при промывке
дренажа Iнтенсивность
10 12 Л/Аt 2 . сек, продолжи
тельность 1 2 JlUH.
При таких интеНСИВIIО
стях ПрО1\1ЫВКИ расширение
фи.льтрующеrо слоя мо}кет
достиrать 30 35 о/о.
Сло)кность аВТОl\Iатиза
ции этих фильтров и HeHa
де}кность дрена)КIIОЙ систе
1\11)1, раСПО,,10)кенноЙ в толще l\Iе"lкозернистоrо песка, оrраНИЧИI3а
ют ПРИ Iсненис фильтров АКХ.
Попытка да.1ьнеЙшеЙ интенсификации процесса ФИ"lЬТРО
вания Iз0.1ы сде"lана В. Я. .'\\еРЗ"lенко в РОСТОВСКО:\I ИНСТIIтуте
f\кз;rС:\IIIII KO:\I\IYHa"lbIIoro хозяЙства ПУТС:\I создания КОНСТРУКЦИlI
:\ 1 Н О r () с ,,1 О {I 110 l' О Ф 1 1,,1 Ь Т Р а .
В ЭТО:\I СРИt1ьтре освстляе:\Iая ВО,l,(l ПОДВОДIlТСЯ В ФII"lЬТРУIОIДИЙ
(,,10й снизу, сверху II через раСПОtl0)кенные в ТО"lЩС ФИt1ЬТРУlоще-
1'0 С.10Я РClспреJ.С"lите"lьные CIICTe:\IbI. ОТIЗ0], (РИ"lьтрата осуществ
,,'1яется через сборные дренажные систе:\IЫ, раСПО,,10женные [ОРII
J
I
1
1
I
I
I :
l'
j .
l' -'.
,- .
,,,
l'
L
I J I
I-" II
I r
t 1 2
I t
. 1 ) r .
I \ I
1 "I
I I
,
1
I
1
1
1
I
I
I
I
I
Рнс. VIII.l1. CXei\I3 фильтра с фII.1Ь'
Т Р (l 1 О 1 е Й в о Д ы в I' О риз о II Т а.тт ы 1 О 1\1 II d
правлеНИII
1 . 1I ода ч а ОС13С [',1 ЯС\IOii IЮ;J,Ы; 2 /1 ССО!\.,
:3 О т в 0;1, Ф И.1 Ы Р cl 1 а : 4 1 IO Д а ч а про м ы 15
ноН ВОДI,!; 5 отвод IlрОl\IЫВIIОЙ ПОДЫ
230
,
З0нтально в фильтрующем слое между распределитеЛЬНЫМII
системами, так чтобы толщина слоя песка между распредели
,
тельной и сборной системой была не менее 50 60 С.lИ.
ФИ"lЬТРЫ с вертикально расположенными распределительны
l\JИ и сборными системами и фильтрацией воды в rоризонталь
ном направлении (рис. УI 11.11) ИСС"lедованы в OAeCCKOl\t инже
нер но строительном институте [18].
12. ДВУХСЛойНЫЕ ФИЛЬТРЫ
Увеличение rрязееl\IКОСТИ скорых фИtJ1ЬТрОВ l\IO}KeT быть дo
стиrнуто применением в них ДBYX или треХСЛО(IНОЙ заrрузки из
l\Iатериалов различноrо удельноrо веса, с таким расчетом, чтобы
верхние слои фильтрую
щей заrрузки 'состояли из
более крупных зерен
l\lеньшеrо у дельноrо Be
са, чем нижние слои.
В качестве lVlатериа
ла для верхних фильтру
ющих слоев используют
дробленый антрацит или
керамзит, обожженный в
виде сферических rранул
в печи с КИПЯЩИl\I слоеl\l,
в качестве нижних сло
ев кварцевый песок,
1\1 а rIIитныIй }келеЗIIЯК,
1\1 а rнетит.
11аличие в ДВУХС,,10Й
НО1\I фильтре Bepxrrero
крупнозерпистоrо слоя препятствует образоваIIIIIО па ПОI3ерхно
СТII заrрузки II,,10ТНОИ ПtJ1енки, как это часто бывает в оБыIноl\l1
кварцеВО:\I фИlJlьтре с l\IелкозеРIIИСТОЙ заrрузкой. При TaKOl\I pac
поло}кеНIIII ФИ"lЬТРУIОЩИХ слоев ЗIIаЧiIтеtJ1ЬНО БО,,1ЬШИЙ объе1\l их
IIOpOBOI'O пространства IIспользуется для задер){(аrrия заrрязне
IIИЙ из ОСI3етляеl\IОЙ воды; ВС,,1еДСТI3ие этоrо rрязеСl\IКОСТЬ ДBYX
С,,10Йноrо фильтра оказывается в 2 2,5 раза БО"lьшеЙ, че:\I rрязе
e:\IKoCTb обычrrоrо ФИ"lьтра. Это ПОЗI30,,1яет повысить скорость
ФИ"lЬ. т рования на ДI3УХС,,10ЙНО:\I ФИ"lьтре по сраI3IIеПIIЮ с KBapцe
BbIl\I И"lИ УД"lИНИТЬ ПРОДО.l){(ите.1ЫIОСТЬ СРИ"lЬТРОЦИIС1Cl, а в IIe
которых С"lучаях упростить CXC:\ILI ОЧИСТНЫХ coopyxcelllli'r.
Н а р II С . V 1 1 1 . 12 rr р с Д с т а IЗ.1 е н I Р а ер 1 1 К II а р а с т а Il II Я П О т С р И Н а п о
ра в оБЫЧIIО:\I CKOpO:\I II ,J,BYXC,,10i'IIlO:\I ерИ"lЬТрClХ при IIX парас'I
,,"IС,,1ЬНО{! работс на О,.],ной II ТО 1'1 }КС воде при CKOpOCTII (l)If.lbTpOBCl
IlИ Я 12 Jt/ Ч. Ка к ВИДНО IIЗ ЭТИХ [р а Ф IIКОВ, при освст ,,1 ени и BO,J,CJI
П РОИЗI30ДIIте"lЫIОСТЬ ,.1 в УХС,,10{I Horo фИ.l ьтр а за ILIIK.l IIОIIТИ в JJ3 J
раза БОt1LШС ПРОIIЗВО,.J,ИТС"lЬНОСТII оБыIноrоo CKoporo фИtlыра.
з
Q.,
I
<) 2
3 I
I
I
I
1
I
(;:)
!
I
I
I :
---r
о
б 9 12 15 18
Время с нDЧОЛО фильтроцuкло 8 ч
21
24
J
Рис. \TIII.12. :rIapaCTaHIIe потери напора
в CKOpO I 1 II ДВУХС10йНОМ 2 фильтрах
231
Двухслойные фильтры используют для окончате"lьноrо OCBeT
.![ения и обесцвечивания коаrулированных и предваритеtllЬНО
осветленных вод рек и озер, а также для освеТ.]ения вод после
их умяrчения и обезжелезивания.
Двухслойные фильтры можно при менять ]{ак при строи
тельстве новых очистных станций, так и при peKOHCTpYK
ции действующих станций с целью увеличения их производи
тельности.
Наиболее целесообразно применение двухслойных фи ьтров
на станциях, [де обычные кварцевые скорые фи.-1ЬТРЫ работают
с коротким фильтроциклом из за образования на поверхности.
фильтрующеrо слоя плотной пленки из задерж нных фИЛЬТрО:\L
заrрязнений. Примерам TaKoro случая является осветление BO
дЫ, содержащей большое количество фитопланктона, особенно'
во время «цветения» водоема. Двухслойные фильтры имеIОТ дo
статочно продолжительный фильтроцикл при осветлении воды с
общим содержанием взвешенных веществ, не превышаЮЩИl\'l
50 мс/л (включая взвесь, образующуюся при введении в воду
коаrулянта). Поэтому без предварительноrо отстаивания на
двухслойные фильтры можно подавать только воды маЛОl\IУТНЫХ
рек, озер и водохранилищ.
Высоту фильтрующеrо слоя двухслойноrо фильтра принима
ют в пределах от 800 до 1000 мм, в том ЧИСvlе высоту слоя из
дробленоrо антрацита от 400 до 600 м"н.
По предложению [. А. Рукавишникова [11] был испытан
трехслойный фильтр (кварцевый песок, дробленый антрацит, Ke
раl\1ЗИТ). При скорости фильтрования около 20 м/ч фильтр давал
БОДУ питьевоrо качества при продолжительности фильтроцикла
около 28 ч.
Скорость фильтрования коаrулированной отстоенной воды
на двухслойных фильтрах можно принимать до 10 м/ч с KpaTKO
временным повышениеlVI до 12 М/Ч на период pel\10HTa одноrо из
фильтров станции.
Двухслойные фильтры чувствительны к реЗКИl\1 колебаНИЯl\1
скорости фильтрования. Поэтому они должны быть оборудованы
реrуляторами скорости фильтрования.
Для заrрузки двухслойноrо фильтра должен применяться xo
рошо отсортированный песок с раЗlVlером зерен 0,5 1,2 А>[)Н II KO
эффициентом неоднородности не более 2.
МИНИl\1альный размер фракций антрацитовой крошки, ис
пользуемой для заrрузки фильтров, должен быть O,8 1 мм,
а lаксима.ЛЬНЫЙ разrvlер должен быть в 3 раза больше l\IИНИ
l\lальноrо раЗl\1ера зерен песка.
Подбор фракций антрацита при использовании песка различ
ной крупности l\10жет быть произведен по rрафику (рис. VIII.13).
Если соотношение фракций песка и антрацита выбрано пра
вильно, то при промывке не должно происходить перемешивания
l\Iатериалов на rранице слоев.
232
ПрОl\1ЫВКУ двухслойных фильтров производЯlff током ВОДЫ
снизу вверх с интеНСИВIIОСТhIО, обеспечивающей 500/0 Hoe расши
рение Bcero слоя заrрузки. При этом каждый из слоев KBapцe
вый и антрацитовый также расширяется на 500/0.
Рекомендуе:\Iые интенсивности промывки для двухслоЙных
фильтров (при те lпературе промывной воды не выше 200 С) с
заrрузка:\lИ различной крупности приведены на рис. VIII.13.
14
П,f' с о КI
I
I
I
I
IIН'(Т1раци
о.:
Q.,
'-..;
"-
? I Ш
:::::.
<:>
19
-о
f::
<...J
<:::>
16
"
q"
t::
<t: 1 3
Е:
=>
.....
Q. 10
0.8 0.7 0.5 0.5 0.4
'}
........
1,4 1.6
d8IJ
1.8
2Р ,.,,.,
t dю FI.
"1
Рис. VIII.13. [рафик для подбора заrрузки двухслойных
фильтров
Продолжительность промывки двухслойноrо фильтра COCTaB
ляет 5 6 мин, расход промывной воды обычно не превосходит
2 2,50/0 в периоды наибольшей мутности воды.
Двухслойный фильтр сначала заrружают только кварцеВЫ1\I
пеСКОl\l и в течение месяца эксплуатируют ero без BepxHero
пнтрацитовоrо слоя. За это время 2 3 раза производят удале
вие с поверхности заrрузки мелкоrо песка с тем, чтобы к MO
eHTY заrрузки дробленоrо антрацита из фильтра был удален
весь песок с размером зерен менее 0,5 O,6 ММ.
Антрацит следует заrружать фильтр равномерно по всей
площади фильтра и замачивать не менее 3 4 Ч, а затем отмыть
от ПЫvlИ обраТНЫl\I током воды. Первые две три ПрОl\IЫВКИ' про
изводят С интенсивностью не более 7 8 л/м 2 . сек. В промывноЙ
Боде не дол)кно быть воздуха во избежание выброса нужных
фракuиЙ антрацита в канализацию.
ПОС"lе неСКО"lЬКИХ промывок оставшиеся на поверхности слоя
антрацита l\Iелкие фракции (мельче 0,8 мм) должны быть удале
вы совковоЙ ,,10патой.
При очистке :\IаЛОlVIУТНЫХ вод веСЫуlа перспеКТИВНЫl\I пред
стаВ"lяется приыенсние двухслойных фильтров с верХНИl\I слое 1
lIЗ rрану.п:ированноrо активноrо уrля, служащеrо ката,,1ИЗ(1ТОРО I
233
процесса окисления орrанических веществ воды хлором [10]. Та
кие двухслойные фильтры с rранулироваННbllVI активным уrлеl\I
Аr з успешно работают с 1957 [. на Киевском водопроводе [21] и
применены на новой станции в [. Дель Сити, США.
13. РАСШИРЕНИЕ ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
ПРИ ПРОМЫВКЕ
Опыт эксплуатации скорых и двухслойных ФИ,,1ЬТРОВ показал,
что для хорошей отмывки фильтрующеrо слоя от задержанных
им заrрязнений нужно привести в движение взвесить в BOCXO
дящем потоке воды зерна
фильтрующей заrрузки и соз
дать такую интенсивность
столкновений этих зерен меж
ду собой, которая обеспечила
бы полное оттирание с их по
верхности налипших заrрязне
ний.
Нужная интенсивность OT
тирания заrрязнений достиrа
ется для зерен разной крупно
сти при различном проценте
расширения фильтрующеrо
слоя в восходящем потоке про
мывной воды. Чем l\1еньше
размер зерен, тем большиЙ
процент расширения фильтру
ющеrо слоя нужен для xopo
шей ero отмывки. Так, для
хорошей отмывки фильтрую
щеrо слоя оБыIноrоo cKoporo
фильтра промывку ero нужно
вести с интенсивностью, обес
печивающей 50 О/о Hoe расши
рение песка; для хорошей OT
мывки заrрузки крупнозерни
cToro фильтра достаточна ин
тенсивность, обеспечивающая 300/0 ее расширения.
Данные опытов по определеНИIО процента расширения KBap
цевоrо песка и дробленоrо антрацита при различных интенсив
ностях ПрОЛIЫВКИ водой различной температуры показаны нС1
рис. VIII.14. Из rрафика видно, что фильтрующиЙ слой начина
ет расширяться ,,1ИШЬ при некотороЙ критическоЙ интенсивности
ПрОI\IЫВКИ; с уве,,1ичением последнеЙ процент расширения линеЙ
но возрастает.
Зерна ФИ,,1ьтрующеrо l\Iатериала находятся в расширившеыся
q}ильтрующе:\I С,,10е в динаl\IичеСКО I равновесии под действиеi\l
100
20
rт T
O'
во
<:::)
<:::) ЬО
.()
э 40
о
I
I
I
J Б 9 !2 15 18
HHтeнcиdHocтtJ ПрОl>1ы8ки 8 л/и? сек
Рис. VIII.14. [рафик расширения пес
ка и дробленоrо антрацита при про
мывке ВОДОЙ
1 песок (температура воды 4° С); 2 пе
сок (21°С); 3 антрацит (20,3° С)
234
21
,
силы тяжести, направленной вниз, и равнодействующей сил Tpe
ния ПрОl\IЫВНОЙ воды О поверхность зерен, направленной вверх.
СИ"lа трения воды о поверхность зерен зависит от скорости дви
жения восходящсrо потока воды вблизи зерен, а также от плот
насти и вязкости воды. Фактическая скорость движения воды у
поверхности зерен в расширившеыся фИЛЬТРУlощем слое зависит
от количества подаваемой, в ФИ"lЬТР воды И l\lежзерновой пори
стости расширившеrося слоя. Так как с увеличением процента
расширения песка возрастает ero пористость, фактическая CKO
рость обтекания зерен будет уменьшаться с увеличением про
цента расширения при неизменном расходе подаваемой в фильтр
промывной воды.
На взвешенное в потоке промывной воды зерно действуют
направленная вниз сила тяжести Р1 и направленная вверх paBHO
действующая сил трения воды о поверхность зерна Р2.
ДЛЯ шарообразных зерен диамеТРОlVl d ММ:
лd 3
Рl == 6 (Уз Ун); Р2 == nd 2 't, (VIII.28)
l'де 't удельная интенсивность силы трения воды о поверх
ность зерна, равная:
Ви 2
1'== .
Re s '
здесь В параметр, зависящий от формы и шероховатости
зерна;
u скорость движения водыI относительно поверхности
зерна;
Re== urp и '== (е+ро) . .
(1 ро) 6'
Ро пористость плотноrо фильтрующеrо слоя до начала
промывки в долях ero объема;
е расширение фильтрующеrо слоя при промывке в дo
лях первоначальной ero высоты.
Выразим фактическую скорость обтекания зерен заrрузки u
БО вре:\IЯ промывки через интенсивность промывки фильтра w:
w (е + 1)
и==
е + ро
R == L . W (е + 1) Фd
е ЭК!
(1 Ро)
фОр IЫ зерен фильтрующеrо С,,10Я, равныЙ для шаров 6 и Д"lЯ xo
рошо окатанных песков 7).
Так как в расширивше:\IСЯ при ПрО:\Iывке ФИ"lьтрующеы С"lое
зерна находятся в дина:\IичеСКО:\I РClвновесии, :\Irновенная про
екция на веРТИЕ ;1ЬНУЮ ось всех СИ"l, деЙствующих на каждое
зерно, должна быть равна НУ"lЮ, С"lедовате.1ЬНО, Рl Р2==О.
(VIII.29)
Тоrда
(rде Ф коэффициен r
235
Тоrда
-1 ') ( 1 е + 1 ) 2
лd3 лd;кв Bw
. ЭКВ ( ) е + Ро
6 '\'з '\'н [ Р е + 1 ] S == О. (VIII.30)
ш dэквФ
!-l 1 Ро
"
Д.1>! обычных песков и воды теl\IпераТУРО{I от --l ].0 40 а С :\IO}l\.-'
Н О при II Я Т Ь : S == 0,7; В == О, 1; р == 1; '\' з '\' ' == 1 ,65; Ф == 7; Р о == О, 4
Тоrда интенсивность промывки W rp неоБХОДИ:\Iая ДЛЯ ПОLlуче
ЕИЯ относительноrо расширения песка е, Mo:tKeT быть ВЫЧИСLlена
по фОРl\Iуле
5 d;;{ 3 (е + ро) 1 ,77
wп .
(е 1- - 1) 1, 33 l-t 0,54
Для дробленоrо антрацита можно принять 5==0,6; В ==0,08:
'Уз '\'1\ == 0,75; Ф -== 7,5: РО == 0,4; Р == 1.
Необходимую интенсивность промывки антрацитовой крош
ки можно найти по формуле
d ;( 3 ( е + Ро) 1 ,77
(е + 1)1,33 l-t 0 ,54
При ПрОl\Iывке фильтра
помимо ДОСТII:tкения опреде
ленноrо процента расшире
ния фильтр) ющей заrрузки
неоБХОДИl\IО также добивать
ся взвешивания НИ:tКНИХ
наиболее КРУПНЫХ ее фрак
ций. Интенсивность промыв
ки, при которt'й начинается
это взвешивание, может
быть вычислена по форму
лам (VIII.31) и (VIII.32),
если в них принять е == О, а
d экв == d laEc, т. е. диаметр}т
наиболее КРУПНЫХ зерен
фильтрующеrо слоя.
Тоrда будеl\I иметь:
для фIIльтрующеrо С"lОЯ
из KBapueBoro песка при
промывке ero ВОДОЙ с TeM
пературой 200 С
wl\P == 15d 1 . 33. ( VIII . 33 )
п макс'
W HjTP == 2,8
......
с:;
/6
14
<)
12
10
8
б
О,З
as 0,7 0.9 f.1
CpeiJHuiJ оuоиерр зерен песка 6 IIИ
1,3
Рис. VIII.15. rрафик ДЛЯ выбора И:I-
теНСIIВНОСТII промывки фильтров
1 23% -ное расширение песка; 2 50% -ное
расширение I1еска
(VIII.31)
(VIII .32)
ДL1Я ФИ,,1ьтрующеrо слоя из антрацитовой крошки
WKP == 8d1, 33
антр макс.
236
(VIII.34)
,
Для ориентировочных расчетов интенсивность промывки. He
обходимую для заданноrо расширения фильтрующеrо слоя. l\10
)кно определять по rрафику (рис. VIII.15).
В период эксплуатации фильтров принятая проеКТОl\I IIнтен
сивность промывки должна корректироваться по сезона I [ода
в связи с изменениеrvl те:мпературы ПрОl\IЫВНОЙ воды.
14. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ
И ДРЕНАЖНЫЕ УСТРОйСТВА ФИЛЬТРОВ
Дренажная система предназначена для отвода из под филь..
трующеrо слоя профильтрованной воды и служит для paBHOMep
Horo распределения промывной воды по площади фильтра.
Правильно сконструировцнная дренажная система должна
быть достаточно прочной, обеспечивать высокую степень paBHO
l\tlерности распределения промывной воды по rrлощади фильтра,
не допускать выноса из фИJIьтра фильтрующей заrрузки B leCTe
с фильтратом и не засоряться в процессе эксплуатации.
По принципу работы при распределении промывной воды
различают следующие типы дренажных систем: 1) большоrо со..
противления, в которых равномерность распределения воды по
площади фильтра достиrается вследствие большоrо rидравличе..
cKoro сопротивления при проходе промывной воды через отвер"
стия дренажа; эти сопротивления значительно превышают раз..
u u .
ность давлении промывнои воды в различных точках дренажнои
системы; 2) малоrо сопротивления, в которых равномерность
распределения воды по площади фильтра достиrается за счет
малых скоростей движения воды в дренажной системе и малой
вследствие этоrо разности давлений в различных точках дре-
нажной системы.
Дренажные системы большоrо сопротивления разделяют на
системы без rоризонтальной компенсации и с rоризонтальной
компенсацией. Дренажную систему без rоризонтальной КОl\lпен..
сации устраивают так, чтобы вода из нее при промывке фильтра
поступалз непосредственно в толщу поддерживающеrо пли
фильтрующеrо слоя. В дренажной системе с rоризонта.]ьНОЙ
компенсацией вода из отверстий системы поступает в свободное
от заrрузки пространство фильтра, rде она, двиrаясь в rОРIIЗОН"
тальном направлении, компенсирует в известной мере ВОЗl\IОЖ"
ную неравномерность распределения воды дренажной системой.
Дренажные системы как большоrо, так и малоrо сопротив"
..'Iения разделяют на системы, рассчитанные на работу с поддер"
живающими rравийными СJlОЯМИ, и на системы, приспособлен..
H Ie к работе без rравийных поддерживающих слоев.
Некоторые типы дренажных систем приспособлены к рас..
пределению по площади фильтра не только воды, но и сжатоrо
воздуха при совместной водовоздушной промывке фильтра.
237
Активное воздействие дренажной системыI большоrо сопро
тивления на равномерность распределения промывной воды дe
лает применение ее более предпочтительным по сравнению с
дрена)КНЫl\IИ систем ами 1\1 a.10ro сопротивления.
На рис. VIII.16 показана схема трубчатоЙ дренажной систе
мы большоrо СОIIРОТИI3,,1ения без [оризонта,,1ЬНОЙ компенсации,
I 1
f
2
/
План
Рис. VIII.16. Схема трубчатой дренажной системы боль-
шоrо сопротив.1ения без rоризонта.1ЬНОЙ компенсации
1 ФИо1ЬТРУЮЩИЙ слой; 2 поддерживающие С,10И; 3 коллек
тор; 4 отвеТВоlения дреНежа
рассчитанной на работу с поддерживающими слоями. Она пред
ставляет собой коллектор, расположенный по оси фильтра, к
которому с обеих сторон СИl\1l\Iетрично присоединены дырчатые
распределительные трубы. Отверстия в дырчатых трубах раЗl\lе
щены по образующим трубы в шаХ1\lаТНО:\1 I10рядке ПОД уrлом
450 к вертикальной оси сечения трубы (сечение a a).
CXel\la трубчатоrо дренажа БО,,1ьшоrо СОПРОТIIВ,,1ения с rори
зонтальной КО lпенсациеЙ предстаВ"lена на рис. VIII.17.
CXel\Ia дренажной систеl\lЫ 1\lal/10ro сопротивпения показана
На рис. VIII.18. ПРОi\Iывная вода поступает по трубе с БОЛЬШИ IИ
238
'" I CJ CJ
I песок
11 11 11
: '. .. . '. rpdBиu. . . > . .:- о'
. '" ."
План
d=ЗDО d=400
1.15 11,15 1,15
4,7 ..
Разрез
0,825
Железооетонные
колосники
Ра 3 Mepl>l 8 1'111
,
Рис. VIII.17. Схема трубчатой дренажноЙ системы большоrо
сопротивления с rоризонтальной компенсацией
.. . .
. .
.(
о о о о
. О О
.0.0 "о o2 voO
о . о о · {) о Q . .;) о о 00 О" о
1IIIIIIIIIIDDUDDIBUIBIIDDDa660000 D8D
. о
о
о
о .
Рис. \7111.18. Схема дренажной clIcTe IbI Ma,,10ro сопро
ТIIВ.1ен ия
1 песок; 2 rравиЙ
239
отверстиями в междудонное пространство фильтра и далее через
щели :между колосниками вверх в поддерживающие слои. ...i\1a
лая скорость движения воды в дырчатой трубе и меЖДУДОННО:\1
05З пространстве обеспечивает малую разность
I u
: 0 чб давлении в различных точках по площади
: фильтра и,. следовател-ьно, почти одинако
вые расходы воды через равные участки
площади фильтра.
Недостатком дренажных систем с rори-
зонтальной компенсацией, особенно систе:\I
малоrо сопротивления, является высокая
чувствительность их к неодинаКОВОl\IУ со-
противлению на различных участках фИ..тIЬ-
трующеrо слоя. При неравномерном по
площади фильтра уплотнении И.НИ заrряз-
нении фильтрующеrо слоя промывная вода,
свободно перемещаясь в меЖДУДОННОl\l
пространстве, e проходит через уплотнен-
ные или заrрязненные участки фильтрую.
щеrо слоя, а идет по линии наименьшеrо со-
противления через разрыхленные и малоза-
rрязненные участки фильтра. В результате
этоrо в фильтре получаются плохо промы-
ваемые участки и работа ero ухудшается.
В США при устройстве дренажных си-
стем с rоризонтальной компенсацией при-
меняют пустотелые керамические или бе-
тонные блоки, стенки которых уменьшают
возможность свободноrо движения' воды в
плоскости дренажной' системы.
На рис. VIII.19 показана схема дренаж-
.Horo колпачка, специально приспособлен
Horo для водовоздушной промывки. Эти
колпачки завинчивают при монтаже фильт
ра в специальные rайки, заложенные в же
лезобетонные плиты, которые перекрывают
междудонное пространство фильтра. Воз-
дух при промывке фильтра поступает ПОД
ни)кнюю поверхность плиты и постепенно вытесняет воду из меж
дудонноrо пространства. fIоступление воздуха в колпачки и че-
рез НIIХ в фильтрующий слой начинается тоrда, коrда нижняя
rраница слоя сжатоrо воздуха достиrнет верха щели на XBOCTO
вой части колпачков. Щель (шириной 1 htM), через которую про-
ходит сжатый воздух внутрь дренажноrо колпачка, имеет lVlалую
площадь, что обеспечивает достаточное для paBHoMepHoro рас-
пределения воздуха сопротивление в дренажной системе. Дре-
нажные колпачки должны быть установлены так, чтобы верх ще
лей у всех колпачков был на одинаковом уровне.
..::::t-
L
C"-J
;g
2
Рис. VIII.19. Дpe
нажный пластмас
совый колпачок
для ВОДОВОЗДУIП-
ной промывки
фи.1ЫРОВ типа B-l
240
ДренаjI{НЫЙ колпачок, схема KOToporo изоБQажена на рис.
\1111.19, имеет щели шириной около 0,5 мм, что позволяет при
:\Iенять такие колпачки в фильтрах без поддерживающих rpa
вийных cvloeB.
Дренаfкные системы с rраВИЙНЫl\1И поддерживаIОЩИМИ слоя
?\IИ И:\lеют существенныЙ недостаток: в процессе эксплуатации
(рильтров rравийные С,,10И часто Сl\lещаIОТСЯ и нарушается rори
зонтальность их поверхности. Смещение rравийных слоев в
фильтрах при промывке обычно происходит постепенно, по мере
накопления остаточных заrрязнений в толще фильтрующеrо
С,,10Я.
При промывке фильтра током. воды снизу вверх в первый
IoMeHT, особенно при быстром открытии задвижки на линии
подачи промывной воды, заrрязненный фИЛЬТРУIОЩИЙ слой,
сцементированный задержанными им заrрязнениями, несколько
приподнимается. Затем происходит прорыв воды через фильт
рующий слой: по всей площади фильтра устремляется вода, KO
торая ДВИ:lкется в слое rравия с большой скоростью, увлекая
часть ero к месту прорыва. В результате ЭТОI'О в месте прорыва
возникает холмик из rраВIIЯ. Слой песка над ним после промывки
будет тоньше, чем в друrих местах фильтра, поэтому при следу"
ющей промывке прорыв воды через слой заrрязненноrо песка
наиболее вероятен в ЭТО:[\1: месте. Постепенно, от промывки к про
уlывке, этот холмик растет, слой песка над ним делается все
тоньше и тоньше, способность фильтра задерживать заrрязне..
ния резко снижается, и ero приходится останавливать для пере
rрузки, очень трудоемкой операции.
Попытки предотвратить смещение rравийных слоев в фильт..
рах устройством ячеистой конструкции из досок или стальных
,аистов, устанавливаемой на rранице между песком и rравием,
не во всех случаях даЛII поло)кительный результат.
Наиболее действенным методом предотвращения затрудне..
пий, возникающих при эксплуатации фильтров из за смещения
rравийных поддерживающих слоев, является применение дре..
важных систем, приспособленных для работы без поддержива..
ющих слоев.
Имеются три типа таких систем:
1) щелевые, в которых вода проходит из фильтрующеrо слоя
в КО.lпачки или трубы дренажа через щели, причем ширина ще..
лей меньше среднеrо раЗ:[\lера зерен фильтрующеrо слоя;
2) пористые, изrотовляеl\lые из пористых П,,1ИТ или труб с раз
1\1ером пор O,2 O,3 мм; пористые дренажны плиты и трубы из
I'ОТОВЛЯЮТСЯ спеканиеrvl шамотной крошки на КУЧИНСКО:\I заводе
кераl\lических блоков (пос. Кучино, Московской обл.); по своим
свойствам эти плиты близки к ПОРИСТЫl\l плитаl\1 «алоксайт», из..
rотовляеМЫl\I в США спеканием rранулированноЙ окиси аЛЮl\IИ
ния;
16 745
241
3) rрибковые, в которых предотвращение выноса Фильтрую
щеrо материала вместе с фильтратом достиrается применением
особой конфиrурации дренажноrо колпачка; вода при входе в
Hero движется вверх со скоростью, меньшей, чем нужна для
взвешивания зерен фильтрующеrо слоя.
На рис. VIII.20 показана схе:ма щелевоrо фарфоровоrо кол
пачка конструкции Всесоюзноrо теплотехническоrо IIнститута
20
I"t;:)
15
со
Фб2
t::)
t::: 10
t:::: 5
t:::
с)
::t::
Рис. VIII.20. Схема щелевоrо фар
форовоrо колпачка ВТИ 5
25
I
I
I
)
I ,
1
I
!
!
('
I
!
о
05
,
, 0,' q2 D,J Q4
Расхаа tJoObI чеfJез колпаl/ОК О Л/Сf f <
Рис. VIII.21. rЬ:дравлическая характери
CT Ka щелевых колпачков
1 ВТИ 5; 2 B l
IIМ. Ф. Э. Дзержинскоrо (ВТИ), изrотовляемоrо Токаровским
фарфоровым и Славянским арматурно фарфоровым заводаl\IИ.
В нижней части колпачок имеет резьбу для навертывания ero
на резьбу ниппеля трубчатой дренажной системы или на нип
IIель плиты дренажа с rоризонтальной компенсацией. Уп.лотне
ние на резьбе достиrается с помощью льняной пряди, С1\lазанной
суриком.
На боковой IIоверхности щелевоrо фарфоровоrо колпачка
I1меIОТСЯ 24 веРТИК3t11ьные щели высотой 20 "Н.Лl каждая. Ширина
щели по внешнеI\I)' IIepIlMeTpy колпачка 0,4 JtJl, а по BHYTpeHHe
1\1)' 1 At"H. Общая П,,10щаДь щелей одноrо колпачка 192 ..HJ'l2.
Изrотовляеl\Iые отечественной ПРОl\IЫШ"lенностью IIЗ yдapo
прочноrо ПОЛИСТИРО"lа щелевые колпачки типа B 1 для BOДOB03
душной ПрОl\IЫВКИ II;\IСЮТ 36 вертикальных щелей ВbIСОТОЙ 20 ..ММ
242
и шириной 0,4 ММ. rидравлическая характерист а этих колпач
ков 11 КО lпачков ВТИ 5 представлена на rрафике (рис. VIII.21).
В!\1есто щелевых колпачков может примеlIЯТЬСЯ дренаж из
ще Т"Jевых труб.
Ще"lевые трубы мо}кно изrотовлять из нер)кавеющей стали,
ПОЛИЭТИ lена высокой плотности или винипласта. Нарезку щелей
на трубах из нержавеющей ста Т"JИ следует осуществлять электро
ИСКрОВЫ\I ыетодом, так как обычные фрезыI очень быстро затуп
ЛЯIОТСЯ II требуют замены.
"f.' .
.;. .
с :'
,-., .
i. .
Рис. VIII.22. Схемы rрибковых дрена )кей Д.1Я без
rравийных фильтров
ВИНIIпластовые трубы при нарезке на них щелей в значитель
ной мере утрачивают прочность. Поэтому такие трубы можно
применять для дренажей фильтров небольших размеров с диа
метром распределительных труб не более 75 ММ. При нарезке
щелей на винипластовых и полиэтиленовых трубах использу
ются отрезные фрезы толщиной 0,5 0,7 ММ. Фрезы следует ox
лаждать, так как при нарезке щелей rорячей фрезой наБЛlода
ется заплывание щели после остывания трубы.
Соединение полиэтиленовой или винипластовой трубы с кол..
eKTopOM можно выполнять с помощью отбортовки И надвижно
ro CTa"lbHoro фланца либо путем подоrрева конца трубы до пла
стичноrо состояния, при котором ее конец надевают на сталь
ноЙ соединительный патрубок. Последний имеет на обратном
конце резьбу, с помощью которой ero вместе с надетой винипла
стовоЙ трубой ввертывают в l\lУфТУ коллектора.
Cxe lЫ rрибковых дренажей для безrравийныIx фильтров
предстаВ"lены на рис. VIII.22.
Во Франции для предотвращения смещения rравия в скорых
ФИ"lьтрах применяют УК lадку поверх КРУПllоrо rравия IIИ)КНИХ
ЛО,J,деР;+ IIваIОЩИХ слоев П lIIТ IIЗ 1\1aKpOIIOplIcToro бетона Bыe
сто c loeB :\Iе.пкоrо rраВIIЯ. П Т"JIIТЫ ТО"lЩIIIIОЙ 40 50 JlJl и разме
рО!\l в П"lане 500 Х 400 Jl..H изrотов Т"JЯЮТ неIIосредственно на CTaH
цИИ IIЗ rраВIIЯ И"lII щебня с раЗ IерО:\l зерен 8 12 .lH.M и цемента
(200 1\-2 креl\lнезе IIIстоrо цеl\lента на 1 .11[3 rравия) песок в бетон
не вводят. Их YK"la,J,bIBaloT Т"JIIбо непосреп.ствеНIIО на С,,10Й rравия
16:
243
с размером зерен 16 32 JИАt, либо заменяют все слои rравия
в фильтрах с меЖДУДОННЫl\l пространством, ложное дно которых
устраивают из железобетонных плит с отвеРСТИЯl\1И диа IеТрОl\l
5 1 О ММ или из железобетонных колосников.
Применение плит из l\1акропористоrо бетона ВОЗМО)J{НО толь
ко В том случае, если фильтруемая вода не коррозионна по OT
ношению к бетону. ..
Имеются данные о то:м, что и при укладке в фильтре с rpa
вийными поддерживающими слоями поверх мелкоrо rравия об
paTHoro фильтра из rравия с размеРОl\l зерен 25 30 AtM не про
исходит сдвиrа нижних поддерживающих слоев.
15. ОТВОД ИЗ ФИЛЬТРОВ ПРОМЫВНОй ВОДЫ
Отвод из фильтра rрязной ПрОl\'lЫВНОЙ воды при промывке
осуществляется в открытых фильтрах с помощью желобов ИЛII
дырчатых труб, в напорных фильтрах с помощью воронки, пря
мой или кольцевой дырчатой трубы. Сборные промывные жело
ба изrотовляют из досок, листовой стали или железобетона. За
последнее время стали применять промывные желоба из асбе
стоцемента и стеклопластиков.
По форме поперечноrо сечения желоба различают с Tpeyro"lb
ным (рис. VIII.23, а) и полукруrлым (рис. VIII.23, б) днищем.
а)
tJ)
J
\;,
.с)'
"-..:,
1'1
Il")
"i
t
L.j ,
'
L 2X J
ПЛОЩШ}D сеценuя
нселоt10 F=4.51x 2
Рис. VIII.23. Желоба дЛЯ OT
Бода из ФИЛЬТРОВ промывной
воды
Рис. VIII.24. Защитные КОЗЫрЬКIr про
мывных желобов
елоба располаrают параллельно короткой стороне фильтра L
таким расчетом, чтобы расстояние между осями смежных же
лобов было не более 2,5 М. Переливные кромки всех желобов
должны быть cTporq rоризонтальны. Поверхность стенок жело
бов должна быть rладкой, лотки желобов должны иметь уклон
по движению воды не менее 0,01.
Расстояние от поверхности фильтрующеrо слоя до верха
сборных желобов определяют по формуле
h Не
ж == +0,2 м,
100
rде Н толщина слоя песка в фильтре, в .;w;
(VIII.35)
244
е относительное расширение ФИ"lЬТРУЮЩ Й заrрузки при
IIpoMbIBKe в О/о, ПрИНИl\Iае:\Iое по таб"l. \1111.5.
Для Уl\1еньшения выноса песка в :tке,,10ба ПрII ПрО:\Iывке филь
тров (особенно при применеНIIИ ВОДОВОЗ,JушноЙ ПрО IЫВКИ) цe
лесообраЗlIО снабжать желоба II воронкн, С"lу:tкаЩIIС Д"lЯ отвода
из ФИ"lьтра ПрОМЫВIIОЙ воды, заЩИТНЫ:\IИ козырька:\IИ (рис.
Vl 1 1.24). Во избежание скопления воздуха под козырьком в по
следнеl\I устанавливают воздухоотводные труоки по четыре
трубки на воронку и ПО одной трубке на каждые 2 3 .М длины
кромки желоба.
Улучшение эффек
та промывки фильтра
может быть достиrнуто
устройством под жело
бами фильтра дpocce
лирующих отбойных
щитов, направляющих
поток промывной воды
из под желоба к cepe
дине фильтра (рис.
VI1 1.25) .
.В напорных фильт
рах отвод промывной
воды иноrДа осуществ
. ляется с помощью
дырчатых труб. Для обеспечения достаточноЙ равномерности
сбора промывной БОДЫ по площади фильтра скорость ее движе
ния в отверстиях сборных дырчатых труб ДО"lжна не менее чем
в 2,5 3 раза превышать скорость движения ВОДЫ в устье сбор
ной трубы.
В целях экономии металла скорость движения промывной'
БОДЫ в устье сборной трубы принимают большей, чем скорость.
в сборных желобах. Обычно скорость движения промывной BO
дЫ В сборных дырчатых трубах ПрИНИl\Iают около 1,5 м/сек. Tor
да скорость движения воды в отверстиях трубы должна быть
равна 4 4,5 м/сек.
При таких скоростях движения воды в отверстиях и в саl\10Й
дырчатой трубе потеря напора в ней l\10)KeT доходить до 1 ,5
2 м вод. СТ. Поэтому выпуск сборноЙ трубы в канал отвода про
мывноЙ воды должен быть расположен не менее чем на 2,5 Jvt
ниже оси сборной дырчатоЙ трубы 11 снабжен rидравлическим
затвором. Последний препятствует срыву BaKYY Ha в трубе, OT .
водящеЙ из фильтра ПрОl\IЫВНУЮ воду.
Дырчатые трубы MorYT быть использованы так)ке для отвода
rрязных промывных вод и из открытых фильтров. При этом pac
стояние l\Iежду осями дырчатых труб принимают 1.2 1,5 м, CKO
рость движения воды в отверстиях трубы II в саl\IОЙ трубе,
а также расстояние от оси трубы до выпуска в KaHa"l ПрИНИ1\1а
2'1. .
4Х
J
/t
,
Рис. \71 1 1,25. ОтбойныЙ ЩIIТ Д.1Я улучшения
ПрОl\fЫВКII фII.1ЬТРОВ
245
IOT такими же, как и в напорных фильтрах. Во избежание срыва
вакуума конец трубы должен быть опущен под уровень воды в
специаЛЬНОl\I ПРИЯl\Iке или в са1\10М канале, отводящеl\I ПрОl\IЫВ
HYIO воду.
В фильтрах с водовоздушной промывкой часто отвод про
мывной воды осущеСТВ.,1яется не чер з навесные же,,10ба, а через
водослив боковоrо канала фильтра (фильтры «аквазур» фИрl\lЫ
«Деrремон», фильтры фирмы «Вабаr»). В этом случае фильтр
имеет ширину не 60лее 6,5 '/Н. ОН разделен на две половины цeHT
ральным канаЛОl\1, стенки KOToporo служат водосливом, а KpOM
ка расположена на 30 40 C.l1t выше поверхности песка. Вдоль
боковых стен фильтра расположены каналы для отвода промыв
ноЙ воды. В фИlllьтрах небольшой площади центральный канал
не устраивается. Каналы имеют rлубину, paBHYlo высоте фильт
рующеrо слоя; они слу)кат Д"lЯ подачи на фильтр осветляемой
воды и отвода из фильтра rрязной промывной воды.
16. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫВКИ ФИЛЬТРОВ
Обычно промывка фильтрующеrо слоя водой снизу вверх в
течение 5 7 мин с интенсивностью, обеспечивающей зо
500/0 Hoe расширение фильтрующеrо слоя, достаточно эффектив
но удаляет задержанные им заrрязнения. Остаточное заrрязне
вие при этом не превосходит 1 1,5 О/о веса песка.
Однако встречаются случаи (осветление высокомутных вод,
обезжелезивание воды, умяrчение воды известкованием), коrда
обычная промывка оказывается недостаточно эффективной.
В этих случаях повышение эффективности промывки может
быть достиrнуто применением водовоздушной промывки с барбо:
тажем фильтрующеrо слоя перед промывкой сжаТЫl\l воздухом,
подаваемым через специальную распределительную систему под
фильтрующий слой. \.
Вместо водовоздушной промывки можно применять верхнюю
промывку фильтра, устраиваемую в дополнение к обычной. Сущ
ность ее заКЛIочается в том, что наиболее заrрязненные верхние
слои песка в фильтре промывают струями воды, выходящими из
отверстий промывной систеl\lЫ, которая расположена над по
верхностью фильтрующеrо слоя.
Струи воды, выходящие из отверстий верхней промывной си
стемы с большой с оростью (20 25 jи/сек), разрушают перед
нача,,10l\I оБЫЧIIО(I ПрОl\IblВКИ П"lенку на поверхности фильтрую
щеrо С,,10Я, предотвращая тем Cal\IbIl\I снос rравийных слоев при
Iipo IbIBKe, С:\Iывают заrрязнения с зерен песка и ;:I.исперrируют
отыытые с IIоверхности песка заrрязнения, 06леrчая вынос их
ПрОl\IЫВНОЙ водой IIЗ ФИ"lЬТР а.
Верхнюю про:\IыIкуy фильтров осуществляют с ПО IОЩЬЮ ли
60 стационарноЙ cIIcTe:\IbI ,],,,lЯ распреде"lения по П,,10щади фИ,,1ьт
ра ПРОl\IЫВНОi'I водыI, ,,11160 вращаЮlцеЙся ПрОI\1ЫВНОЙ системы.
246
Стационарные распределительные системы для верхней про
,
мывки изrотовляют в виде системы дырчатых труб, расположен
ных над поверхностью песка парал.пельно осям сборных жело
бов, и в виде систеl\I труб с насадками, располаrаемыми над по
верхностыо песка.
При проектир.овании стационарной распределительной си
стемы для верхней промывки с дырчатыми трубами ПРИНИl\lают
интенсивность промывки
3 4 л(н 2 . сек, давление BO
ы в распределительной си
стеые 3 4 ат; расстояние
l\Iежду осями смежных дыp
чатых труб 700 1000 мм;
расстояние между отверсти
ями, расположенными в
шахматном порядке под yr
лом 30° к rоризонту, 200
250 мм; расстояние от ниж
ней образующей трубы до
поверхности песка в фильт
ре 50 70 мм; скорость BЫ
хода воды из отверстий 20
25 м/сек; скорость движения
воды в начале дырчатоrо
участка трубы 3 5 м/сек.
Вращающаяся распреде
.,lительная система для Bepx
ней промывки представляет
собой трубу диаметром 38
50 ЛiМ (рис. VIII.26), KOTO
рая вращается в rОРИ30нтальной плоскости на полом валу под
деЙствием реактивной силы струй, вытекающих из сопел; послед
ние расположены под уrлом 25° к rоризонту. Полым валом
служит подводящий трубопровод, снабженный пятой с ша
риковым подшипником. Во избежание попадания песка
пяту с подшипником располаrают выше уровня воды в
фильтре.
Расстояние между соплами а по длине вращающейся трубы
определяют в соответствии с результатами исследований
П. И. Еrоршина (rорьковский инженерно строительный инсти
тут) по эыпирическому уравнению а==5р C.lH (rде р давление
в подводящеы трубопроводе в Kr / CJ( 2 ).
Интенсивность верхней ПрОl\lЫВКИ с вращаЮЩIIl\IСЯ распреде
..lllтелем принимают в пределах 0,5 0,75 л(н 2 . сек, а скорость
выхода воды из отверстий сопел 25 30 .Iн/сек. Д,,1Я создания
такоЙ скорости в системе нужно иметь напор 4 4,5 Kr/c 1l2. Tor
да cor,,1aCHO приведеННОl\lУ уравнению расстояние :\Iежду CMe)K
НЫ1\1I1 СОП,,1аl\IИ будет равно 20 22,5 CJl. Скорость движения BO
Рис. VIII.26. Схема вращающейся си
стемы для верхней промывки фильтра
247
ДЫ 13 начале каждоrо плеча вращающейся трубы принимают 5
7/иJсек.
Комбинированную ПрО:\IЫВКУ фильтра снизу вверх с OДHO
временным раЗl\1ЫВОl\I пленки и rрязевых комков верхней про
мывкой проводят В СLlедующе:\t1 порядке. Закрывают подачу на
\фильтр осветляеl\IОЙ воды и срабатывают воду в фильтре до
кромок промывных желобов. Закрывают задви)кку на линии
фильтрата и ВК"lючают подачу воды от насоса в систему Bepx
ней ПрОl\1ЫВКИ. Верхнюю ПрО:\IЫВКУ с расчетной интенсивностью
производят 2 3 llИН, затем начинают промывку снизу, которую
.ведут 2 3 ЛlUН с интенсивностью, обеспечивающей 10 150/0 Hoe
расширение фильтрующеrо слоя, а ПОТОl\1 1 2 AtUH с интенсив
ностью, обеспечивающей 30 45 О/о Hoe ero расширение. Затем
IIрекращают подачу воды в верхнюю систему и через 20 30 сек
заканчивают ПрОl\IЫВКУ снизу.
11:a небольших станциях, особенно работающих на осветле
нии воды рек с кратковременными паводками, для улучшения
промывки фильтров мо)кно применять ручные СИL:темы для
верхней ПрОl\IЫВКИ. Такая систеl\lа представляет собой отрезок
тазовой трубы диамеТРОl\I 25 МЛl и длиной 2,5 3 м. К ОДНОl\IУ
концу трубы приварена в виде буквы Т дырчатая труба длиной
70 80 см, а ко второму концу присоединен шланr, по которому
поступает вода под давление1\l 3 4 кТ/см 2 . На дырчатом участ
:ке трубы имеется 15 20 отверстий диаl\1етром 2 3 мм, располо
женных в два ряда. Перед начаЛОl\1 обычной промывки фильт
ра оператор, двиrаясь вдоль борта фильтра, с помощью ручной
лромывной систеl\1Ы размывает пленку на поверхности фильт
рующеrо слоя. Затеl\l, передвиrая дырчатую трубу в толще pac
Jllирившейся Фи.Т1:ЬТРУIощей заrрузки, он размывает rрязевые
комки.
Для поддержания чистоты фильтрующей заrрузки целесооб
разно, периодически, один раз в 12 24 месяца, перемывать пе
'сок в фильтре. Для этоrо песок из заrрязнеI(ноrо фильтра rид
ротранспортеРОl\1 перемещают в резервный фильтр, отделяя пе
'Сок от воды rИДРОЦИКЛОНО:\I, установленным на конце шланrа
rидротранспортера. При этом заrрязнения оттираются с поверх
ности зерен песка II уносятся через верхний патрубок rидроцик
.лона в канализацию. Чистый песок через нижний сливной патру
,бок rидроциклона поступает в фильтр.
17. ПОДАЧА ПРОМЫВНой ВОДЫ
КОЛIIчеСТ130 ПрО:\IЫВНОЙ BO;I.bI Qп, подаваемой в фильтр через
JIИ:/КНIОIО распредеL1IIтеL1ЬНУЮ систе:\IУ, определяют по фОРl\Iуле
Qп == 3,6F u:.-' )1[3/ ч, (УI 1 1 .36)
тде F П"lОIцадь фИLlьтра в hl 2 ;
W интенсивность промывки в период наиболее высокой
те:\Iпературы ПрОl\1ЫВНОЙ воды в л/м 2 . сек.
248
Расчетная интенсивность промывки опреде.,1Я СЯ по форму
лам (VIII.31) (VIII.34), по rраФику, приведенному на рис.
VIII.15, или принимается по табл. VIII.5.
т а б ,,1 JI Ц а V 1 1 1.5
Рекомендуемая интенсивность и продолжительность промывки
фильтров с различными заrрузками
Тип
Реу.;омендуе lая
величина относите.1Ь
Horo расширения
заrрузки при про-
мывке в %
Интенсивность
ПрОМЫВКИ в л/м 2 .сек
ПрОJ.о.1ЖИ-
тельность
ПрОМЫВКИ
в ми fl
Скорые фильтры с пес
чаноЙ заrрузкой при d экв :
O,7 O,8 мм . . . .
O,9 1 »....
1 , 1 1 ,2 » . . . .
Скорые фильтры с BO
ДО воздушной промывкоЙ
Скорые фильтры с
двухслойной заrрузкой .
50
12 14 }
14 16
16 18
{ 15 20 (воздух)
5 7 (вода)
13 15
6 5
45
30
20
15 20
5
3
7 6
Фильтры можно промывать специальным ПрОМЫВНЫl\I Haco
сом или из бака, расположенноrо выше фильтра.
Способ промывки фильтров выбирают на основе теХНIIКО ЭКО
номическоrо сравнения вариантов с учетоl\tI СООТIIошеНII ,J.ейст
вующих в данном районе тарифов на электроэнерrию (COOTHO
шения оплаты за установленную мощность и потребляемую
электроэнерrию) и наличия вблизи станции возвышенных мест,
rде может быть расположен промывной бак. На станциях He
большой производительности промывной бак располаrают на
третьем этаже здания фильтров, объем ero должен вм:ещать за
пас воды на две промывки фильтра.
При промывке фильтров от насоса он должен быть располо
жен ниже уровня воды в резервуаре чистой воды.
На больших фильтровальных станциях с ЧИСЛОl\1 ФИ"lЬТРОВ
больше 14 забор воды промывным насосом может осущеСТВtllЯТЬ
ся непосредственно из канала фильтрованной воды, в котором
для этоrо должен предусматриваться специальный прпямок.
Напор, развиваемый промывным насосом, должен быть дo
статочен для преодоления rеометрической разницы между ypOB
нем кромки промывных желобов фильтров и низшим rОрIlЗОН
том воды в резервуаре; сопротивлений на трение во всасываю
щем и напорном трубопроводах насоса и трубопроводах
фильтра; местных сопротивлений этих трубопроводов; сопротив
лений в дренажных устройствах, поддерживающих С.l0ЯХ и
фильтрующем слое.
Потери напора на трение и местные сопротивления опре,J.е
ляют по обычным формулам rидравлики.
249
ПотерlО напора в дренаже вычисляют по формуле
и 2 и 2
h === ( + 1 ) + , (VIII.37)
к 2 2g 2g
ш
rде Кш отношение площади B ex отверстий распреде"lИ
тельной дренажной систеl\1Ы к П.ТIощади поперечно
ro сечения коллектор а;
V КОЛ И V OTU скорость движения воды в начале соответственно
KO"TI,,1eKTopa и ответвления в .М/ сек.
Потеря напора в rравийных поддерживающих слоях l\10жет
быть вычислена по формуле, предложенной В. Т. Турчиновичеl\I,
/1 r. (' == 0,2211 r . с '(Ш , (У 1 1 1 .38 )
r Д е Н r. с тол щи II а сл о е в r р а I3 и я В Ф И Л Ь т р е в At.
Потерю напора в фИЛЬТРУlощем слое можно определять по
Эl\1пирической фОРl\1уле, предложенной А. И. ErOpGBbIM (ВНИИ
водrЕО) ,
h ф . с == (а + bw) Н Ф JVl,
rде Н Ф толщина ФИЛЬТРУlощеrо слоя в Лl;
а и b параыетры, равные для кварцевоrо песка с раЗlЧерОlVI
зерен 0,5 1 ЛlJl соответственно 0,76 и 0,017, а для пес
ка с р аЗl\1rрОl\I зерен 1 2 JVlM 0,85 и 0,004.
Обычно дно ПрОl\1ЫВIIоrо резервуара располаrают па высоте
от 5 до 7 )Н пад КрОl\IКОЙ ПрОl\IЫВIIЫХ желобов фильтров.
При разности отыеток KpOl\IOK проlv1ывныx желобов и уровня
ВОДЫ в рсзерrзуарс чистой поды З,5 4,5 м ПрОl\IЫВIIОЙ насос при
расчеТIIОl\I расходе ДО"l)кен раЗВИI3ать давление 9 12 Jl вод. СТ.
Производите"lЫIОСТЬ IIacoca QIl;,C, подкачивающеrо воду в бак
llроl\Iынойй IЗ0ДЫ IIЗ резервуара чистоЙ воды l/U1II капа"lа фи.тIЬ
ТрО133IIНОi'r ВОД!)I стаIIЦИII, опреде"lЯЮТ по фОРМУ"lе
К w пр п
QII3C '
(VIII.39)
(VIII.40)
[де К КОЭФФIIЦIIеlIТ запаса, ПрИIlИl\Iаеl\IЫЙ paBHbIl\I 1.5 2;
W пр расход водь! на одну ПрОl\IЫВКУ фИи1ьтра I3 .'н 3 ;
п обlцее ЧIIС,,10 ПрОl\IЫВQК ФИ"lЬТРОВ стапции I3 сутки;
Т ЧIIС 10 ЧClсов работы стаНIlИИ rз сутки.
В о 1 I 3 б е)к (l II I I е п о/{ 1 а Д а н и я I3 фи.1 Ь Т Р DI 13 О З Д у х а 11 :\ 1 е с т с с 11 Р О
.,,, ",--'
:\1 Ы 11 НОIl 13одои ДО"l >КIIЫ оыть приняты l\I еры К п редот13 р а IILClIII 10
"
Iiодсоса ВОЗ:Lуха 13 ca.lblIIIKax насоса, BcacbIBClIOIILII\ TPYOOI1pOBO
:UJ.\ 11 т. П. С этоi'r )ке це.1ЫО устье трубопrОIЗода IIро\1ыI3нойй ВОД1)I
"
13 оаке IIеООХОДII"\1О псрекрывать ЩИТО I.
ПрО:\1ывноi'1 бак >Ke"laTe"lbIIO раЗДС"lЯТЬ IIa Д13е IIЗО"lIlРОI1аII
IIые J,pyr ОТ дp Ta ПО"lО13IIIIЫ с ОТДС\1ЫIЫ\1II Вl)Iпуска:\III. Обе по
LlоIзIIныI ДО"l,КНЫ II IeTb пере"lIIВЫ II ДIIстаНЦIIОНIIЫС УКClзаТС\lII
230
уровня с указывающими приборами, установлен ыми в зале
ФИ.,lЬТРОВ и на диспетчерском пульте.
18. РАСЧЕТ ФИЛЬТРОВ
Расчет фильтров сводится к определению необходимой пло
щади фильтрования, а также назначению ТО"lЩИНЫ фильтрую
щеrо С.,10Я и диаметра ero зерен. С учеТОl\1 простоев фильтров во
I3ре:\IЯ ПрОl\IЫВКИ и расхода промывной ВОДЫ, неоБХОДИ1\1а I1,,10
щадь ФИ"lЬТРОВ или контактных освеТ"lитеLlей F l\Iожет быть
опреде.lена по фОРМУ"lе
р==
м 2
,
Tv p 3,6nwt 1 nt 2 v p пt з v p
Q
(VIII. 41 )
rде Q полезная расчетная ПРОИЗI30дительность ФИ"lьтроваль
ной станции в м 3 /сутки;
т число часов работы станции в сутки; при треХС1\IеНIIОЙ
работе принимают Т===24 ч, при двухсменноЙ Т=== 16 i{
и односменной Т===8 if (можно считать, что TpeXCMeH
ная работа станции I3ыrодна при ее производительно
сти более 2000 JvtЗj сутки) ;
v, расчетная скорость фильтрования при НОРl\lальном pe
жиме работы станции (см. ниже) I3 .1l/ч;
п число ПрОl\IЫВОК фильтра в сутки; I3 расчетах п прини
l\lают paBHbIl\1 1 ,5 2 при проеКТIIровании частично aB
тоыатизированных станций и 3 4 ПРII проектировании
полностью аВТОl\lатизироваНIIЫХ станций;
w расчетная интенсивность ПрОl\1ЫВКII в лj 1l2. сек, при
нимаеlVlая в пределах 12 20 лj.Jl 2 . сек в зависимости
от крупности зерен ФИЛЬТРУlощеrо слоя II температуры
промывноЙ воды (С1\I. пп. VIII.13 и VIII.17);
t 1 продол:/кительность проi\IыI3кии I3 Ч, KOTOpYIO прпнима
ЮТ равной 0,084 0,1 i{ для скорых фильтров; 0,1
0,12 ч для двухслойных фIlЛЬТрОВ; О, 12 0, 13 ч ДL1Я KOH
тактных осветлителеЙ II О, 13 O, 15 ({ Д"lЯ ФИ"lЬТРОВ
АКХ;
t 2 ПРОДОЛ:/КIIтеvlЫIОСТЬ IIРОСТОЯ ФИ"lьтра 13 СI3язи с ero
" 1""
ПРО IЫI3КОIf В ч; Д.1Я ооычllыIx скорых крупнозеРНIIСТЫХ,
двухслоЙных фИЛЬТрОI1 11 KOIITaKTIIbIx ОСI1еТL1IIТС.,lей t 2
I1pIlHI l\IaIOT равноЙ O,3 O,5 ({, Д"lЯ фИL1ЬТрОВ \KX
0,3 ч;
t 3 про Д 0,1 :/К II Т е <-1 Ь н О с т ь с п \. С К а пер 13 О r О (1){ 1,1 Ы Р а т а 11,1 II
П[)ОДОLl)КIIтеL1ЬНОСТЬ раБОТl)I фIIL1I)тра ПОСL1С ПРО\IЫВКII
HCl СIIlliКСIIIIОЙ ПРОIlЗ ОДIIТСL1I НОСТII; П[)IIIIII:\IаIОТ О, 17
0,2 ({ тз ЗClВИСII::\IОСТII ОТ l\IУТНОСТИ фIILlьтруе:\Iоii I30дыI.
Расчетная скорость ФII,lьтроваIIIIЯ заВIIСIIТ от )KeLlae:\IOJ"I про
,J,O.l)KIITe.lbHOCTII :\IС/КllрО:\IЫI30чноrо пеРIIода pClOOTbI фII.1I)тра,
251
:\IУТНОСТИ фИL1ьтруеl\IОЙ воды. размера зерен и толщиныI фильт
РУlощеrо слоя.
В таБL1. VIII.6 II на pIIC, \TIII.27 приведены результаты опы
тов д. БеЙL1IIса на ЧIIк rскоЙ фильтровальноЙ стаНЦИII, которые
500
-<:: 56
'lJ
:;,. 32
)
t::3
28
::.::)
t:::::::::r
с;:)
24
B 20
QJ
-C
cut::
16
".1::
t) 0,7
05
ct'
D2
OQ ,
о
в 1;.
I
I
О Среонии iJиOt1eтp зерен 11М
t:: а2 0,4 D,б 0,8 /,0 /,2 /,4
0,4
ад
[2
t'o) ,
lб
.
2,0
J
I
I
I
400
::>-
300
:::::i I.t)
::t: '"
200
t:3
c:s
JOO
I
I
! 1
12
5 б 7 8 9 10 17 12 . ,
Скорость rpuльтро8анuя8 м/ч
:::s
24
с;:)
2,8
Рис. VIII.27. Влияние скорости филь
трования на показатели работы
фильтра
J
i
! I I
НТ-- +
I I ,
I I
Рис. VIII.28. HOMorpaMMa для
расчета фильтров
показывают ухудшение технико экономических показателей CKO
рых фильтров с увеличениеl\1 скорости фильтрования.
т а б л и ц а УI 1 1.6
Влияние скорости фильтрования на работу скорых фильтров l
(по опытам Д. Бейлиса)
Скорость ПРОJ.о.1Жlпе.,1Ь Мутность П роизводитель Расход
фильтрования насть фильтро фильтрата в Mzj А насть фильтра промывноЙ
в м/ч ЦИК.la в Ч за цикл в .«1 БОДЫ в %
5 32,4 0,48 162 2t 7 8
7,5 20,6 0,55 154 2,92
10 13 ,'8 0,59 138 3,25
11 ,4 11 ,3 0,67 127 3,53
12,5 9,3 0,75 117 3,84
1 С реДНIIе Д3 IIные за 12 lесяцев работы фильтров.
ПОЭТОМУ, неС IОТрЯ на возможность увеличения скорости
фильтрования ДО 25 30 Лl!Ч (исходя из располаrаемоrо напора
252
и качества фильтрата), расчеТНУIО скорость фил,трования при
нимают в пределах от 6 до 12 Mjil.
Величину расчетной скорости фИLlьтрования можно прини
мать по даННЫl\1 табл. VIII.7, в которой приведены также peKO
Таблица VIII.7
Рекомендуемые скорости фильтрования и характеристика фильтрующеrо слоя
фи.аьтров, работающих на полное осветление воды мутностью не выше 15 M2jJ!
,- Расчетная
скорость
Диаметр зерен в МА! фи.IЬТрОВ а
Коэффи ния В М/Ч
ФН,llЛР циент Высота при режиме
HeOДHO слоя в мм работы
родности
I I
I :s::r::
МИIIИ макси- эквива- '"д ()с\3
маль- маль- лентный Q. ::E о.сс
O O 00
ВЫЙ вый =::Е= .g..Q.
о
:r::
С,Б 1 ,2 0,7 0,8 2 2,2 700 6 7,5
СкорыЙ . 0,7 1 ,5 О, 9 1 1 , 8 2 1200 1300 8 10
0,9 1 ,8 1,1 1,2 1 , 5 1 , 7 1800 2000 10 12
Двухс.1ОЙНЫЙ:
кварцевый пе
сок 0,5 1 ,2 0,8 2 400 БОО} 10 12
антрацит 0,8 1 ,8 1 , 1 2 400 500
мендаЦИII по выбору толщины и rранулометрических характери
стик фи.ТIьтрующеrо слоя различных типов фильтров при OCBeT
ленин предварительно коаrулированной и отстоенной воды с
оБЩИl\1 содержанием взвеси после этоrо не более 10 15 М2jл.
При выборе расчетной скорости фильтрования, толщины
фильтрующеrо слоя и крупности зерен заrрузки при осветлении
вод среднеЙ полосы можно пользоваться номоrраммой (рис.
VIII.28), на котороЙ представлена зависимость скорости приро
ста потери напора на фильтрах при различной скорости фильт
рования от крупности заrрузки при мутности осветляемой воды
15 меjл.
Расчетная скорость прироста потери напора в фильтре, OT
ложенная по оси ординат верхней части HOMorpaMMbI, получает
ся делением предельно допустимой величины потери напора в
фильтре (в мм вод. ст.) на расчетную продолжительность меж
промывочноrо периода работы фильтра.
Если расчет ведется на две промывки фильтра в сутки, pac
четная скорость прироста потери напора для открытых фильт
ров l\10)KeT быть принята 250 .ммjч, для напорных 850 ммjч.
Пересчет данных, полученных по HoMorpal\fMe (см. рис.
VIII.28), на случаЙ осветления воды I\fУТНОСТЬЮ, большей или
меньшей, чем 15 М2jл, производится по фОРl\fуле
,
д н рас ч
t1H расч ::= сх М,
15
(VIII.42)
253
Д Н '
rде расч И
!1Н расч расчетная скорость прироста потерп напо' -
ра в /VlNl/Ч соответственно при осветлении
коаrулированной воды мутностью 15 1lс/Л
и при мутности осветляемой воды М
в 1l2/Л;
а коэффициент, учитывающий свойства
взвеси; при осветлении коаrУ.}lированной
речной воды а == 1, при освеТ,,1еНIIИ воды,
умяrченной известкованием с коаrУ"lИРО
вание:\l, сх== 0,75.
Пример пользования номоrраммой. Вода реки уыяrчается извеСТКОВ(l ниеl'vt.
Вода, поступающая на открытые фильтры, содержит 24 ,;1.12/Л взвеСlJ. I-Iужно
выбрать расчеТНУIО скорость ФИ.1ьтрования и характеРИСТIIКИ ФII.1ырующеrо
слоя с тем, чтобы фИ.l!)ТРЫ ПрО:\lыва.1ИСЬ один раз в 12 ч (две промывки
в сутки).
Расчетная CKOPOC!I) прироста поrери напора в фи.1ыре, раБОТсllощем на
воде ыутIIостыо 24 .IН2/ л, БУ;tет:
24
Л Н ра с ч =: : о, 75 . 250 15 == 300 мм / t{ .
Для определения IIСКОЫЫХ величин проводим через точку на оси ординат,
соответствующую ЛН Рас!} ==300 мм/ч, .1ИНИЮ, ПDра.1.1ельную оси аБСЦIIСС, и CHO
сим на эту ось ТОЧКII пересечения этоЙ линии с КрIlВЫМИ CKOpOCTII фIlЛЬТрО
вания 5, 7, 10 ИЛII 15 .м/ч. Результаты определения ИIIтереСУЮIЦIlХ нас величин
приведены в табл. V II 1 .8.
т а б .1 II Ц а \11 1 1.8
Результаты определения параметров фильтрующей заrрузки
С!\:орость Фи.1I>ТРОШJlfШI
I3 .11 / ч
Сре ошй диамстр зерсн
ФИ.IIПРУlOщсrо С.lОЯ в .Н.М
Необходимая TO.IUlIIHa
фи IIпрующеrо с [О51 В MAt
5
7
10
15
0,28
0,'35
0,54
0,86
180
360
800
1860
По IIаЙДСlIноi'[ расчетной скорости фильтрования V p ПрII HOp
l\Iа"lЬНОЙ работе СТClНЦIIИ по фОРl\Iуле (VIII.41) ВЫЧIIС"lяеl\I об
IILYIO площадь ФII"lI>ТРОВ станции. Затеl\l, выбрав число ФП"lЬТРОВ
на стаIIЦIlИ, ПрОIIЗВОДII\I поверочный расчет скорости фrr lьтрова
IIIIЯ ПрIl фОрСIIрОI3аIlIlО I pe:tI<II:\Ie работы стаНЦIlII, Koc a O,JJIH из
ФII.1ЬТРОI3 ВЫК lIОЧСII на реыонт.
РасчеТНУIО скорость ФИ"lьтроваНIIЯ ПрIl фОрСIIроrз3IIIIО\I pe
:tKII\Ie раБОТLI с I'clIlILIIII \IO:tKHO опреJ,С lIIТЬ по фОр\IУ lе
,\/
v == v м Ч
Ф р \ Т \ ' ,
i 1 1
r J, е N ч 11 с. 1 О (1)1 [ :11> т р О В на с т а н Ц II II ;
N 1 ЧI[С lО (fHltll>TpOB. ВЫК lIоченных на pe\IOIIT.
(VIII.43)
25 1
При числе фильтров на станции до 20 допу (ается выклю
чение на ремонт одноrо фильтра; при числе фильтров более 20
возможно одновременно реl\10нтировать два фильтра.
Расчетная скорость фильтрования при форсированном pe
)киме работы станции не ДО/Iжна превышать величин, указан
ных в таб,,1. VIII.7. "
При ыа,,10Ы числе фильтров на станции (ыенее 5) может OKa
заться, что скорость ФИ"lьтрования при форсированном режиме
превышает допустимую величину. Тоrда но заданному числу
фильтров N и предельной скорости фильтрования при форсир
BaHHOl\I режиме VФ находят сниженную расчетную скорость V p '
ПО которой снова определяют неоБХОДИЫУIО площадь фильтров
станции:
N N]
V' === V !
р () N
(VIII.44)
19. РЕrУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ФИЛЬТРОВАНИЯ
Скорость фильтрования воды через фильтрующую заrрузку
опреде"тlяется разностью между величиной напора па фильтре и
суммоЙ сопротивлений фильтрующеrо слоя, дренажа, трубопро
БОДОВ и задвижки реrулятора на "lИIIИИ фильтрата.
ФИ,,1ЬТРЫ lVIorYT работать с постоянной скоростью фильтро
ваНИ51 п с переменной скоростью, снижаlощейся по ыере засоре
ния фпльтрующеrо слоя.
При работе с постоянной скоростью фIlльтрования постоян
ство расхода воды через фильтр обеСПСЧИI3ается реrУЛЯТОРОl\I
с к о рост II Ф II Л Ь Т Р О В а II и я, п л а в н о у м е н ь ша 10 IЦИ 1\1 С оп рот II В ,,1 е н и е
IIС1 пути воды из фильтра по l\Jepe увеличения сопротивления
Фи.пЬТРУlощеrо С,,10Я. При рабоТt ФII,,1ьтра с умеIIьшающейся CKO
ростыо заДви)кка на трубопроводе фпльтрата открывается пос
лс ПрОl\IЫВКИ фильтра почти полностью, с теы чтобы прп pac
ЧСТНО I расходе уровень воды в ФИ"lьтре БЫ"l неско,]ько I3bIIlle IIO
веРХIIОСТИ песка. В это в реl\IЯ фильтр р збот зет с i\I aKCIIl\I а"ТIЫIОЙ
cKopocTы,, которая снижается по мере увеЛIIчеНIIЯ СОПРОТIII3,,1е
ни я 3 arp ЯЗIlСIiноrо з адер жива C TOЙ из oCBeT"l не \той воды I3ЗI3есью
фильтрующеrо С,,10Я. ФП,,1ЬТР про IыIаетсяя тоrда, коrда уровень
ВОДЫ в фIIльтре доЙдет до пере"lIIl1а И"lIl IIPII IIадеIIIIII СКОРОСТII
j Р И"l ьтро В а н 11 я до зада II ноЙ I3е.1 IIЧ JI rrиI.
Работа q)II"lbTpa с IIОСТОЯIIIIОi'r cKopocTыo IIреДIIОЧТИТ(\lЫ Iее.
[ак KClK JlpII ЭТО\I обеспеЧIII3ается ОО"lее I3ысокое качество СРII,,1Ь
трата.
е к о Р о с т ь (1)1 1,,1 Ь Т Р О В а н II я Р е I у" 1 II Р У е т с я о б 1)1 Ч Н О 11 З \ 1 С II С Н II С :\ Т
CTCIICIIII ОТКРЫТII51 заДI3II)ККII II"lII K,,1311зrra на труБОIIРОI30де ФII"lЬ
трата. PcrY"lIIpoB3IIIIe IIРОIIЗI30ДIIТС51 ВРУЧНУIО II"lI1 ClI3то:\таТIIЧССКII.
I IpII рУЧIIО\l peI y"lIIpoBaIIIIII СКОРОСТII ФН"lЬТРОВClIIIIЯ ФII"lЬТР
ПОС,,10 IIРО\IЫВКII ВК lIочается I3 работу ПрII чаСТlIчrrо прIIкрыIоi'II
2о.1
задвижк на трубопроводе фильтрата. Степень открытия за
движки принимается такой, чтобы при расчетном расходе ypo
вень воды в фильтре был на 0,5 А! выше повеРХНОСТII песка.
По мере заrрязнения фильтрующеrо С,,10Я задерживае:\IЫl\1И
из воды взвешенными веществаl\IИ сопротивление ero возраста
ет, и при неИЗl\Iенном расходе поступающей на фильтр ВОДы ее
уровень в фильтре поднимается, вследствие чеrо скорость ФИ.,1Ы
рования остается постоянной или медленно снижается. По дo
стижении предельной отметки уровня воды для подд.еР)J{ания
расчетной производительности фильтра приходится приоткры
вать задвижку на линии фильтрата, Tel\1 Cal\1bIM уве.1IIчнвается
скорость фильтрования.
В момент открытия задвижки скорость фильтроваНIIЯ резко
возрастает, что может приводить к проскоку взвеси в фильтрат.
Чем чаще производят открытие реrулирующей задви}кКИ, TelVI
на меньшую величину требуется открывать каждый раз заДВИ)J{
ку, тем меньше будут колебания скорости фильтрования и Tel\I
меньше будет возрастать мутность фильтрата в МОl'лент IIЗl\Iе
нения скорости фильтровании.
Если скорость фильтрования реrулируется вручную. то опе
ратор открывает реrУЛИРУЮЩУIО задвижку 1 раз в 1 2 ч. При
этом происходит скачкообразное увеличение скорости фильтро
вания, сопровождаемое повышением мутности фильтрата.
При автоматическом реrулировании скорости фильтрования
реrулирующая задвижка или клапан открывается часто, CKO
рость фильтрования поддерживается практически постоянной
что обесп чивает высокое качество фильтрата. ДаТЧИ:КО1VI, управ
ляющим автоматическим реrУЛЯТОРОl\1 скорости фильтрования,
может служить расходомер на линии фильтрата или указатель
уровня воды в фильтре. Последний применим только Д.1Я OTKpЫ
Toro фильтра при условии неизменности расхода воды, посту
пающей на осветление.
Реrуляторы, в которых степень открытия дроссеlllпрующеrо
opraHa изменяется под непосредственным воздействие I перепа
да давлений в су}кающей вставке или от уровня воды на фильт
ре, называются реrуляторами скорости фильтрования ПРЯl\10rо
действия.
Реrуляторы, в которых степень открытия дроссе.1IIРУlощеrо
opraHa изменяется с ПОl\10ЩЬЮ ВСПОl\10rательных мехаНIIЗ:\IОВ, по
лучающих импульс от каких нибудь измерительных приборов.
называются реrуляторами скорости фильтрования неПРЯl\Iоrо
действия.
Реrуляторы скорости фильтрования должны поддер}кивать
неизменной заданную скорость фильтрования (допускаются KO
.пебания не более 3 50/0 расчетной- ве"lIIЧИНЫ) при наКОП"lении
в фильтрующем слое задер)кпваеl\IЫХ из воды заrрязнениЙ.
Реrу.пяторы также MorYT аВТОl\lатически и плавно IIЗ:\Iенять
скорость фильтрования на всех фильтрах станции при I1З:\IенеНИII
256
КОличеСтва ПОСТупаЮщей на станцию Воды. При OM скорость
Изменения раСХОда ФИЛЬтрата за 1 мин не ДОЛЖНа ПреВЫШать
5 10% расчетноrо. При ВКЛЮчении ФИЛЬтра в работу ПОсле ero
ПРОМЫвки реrулятор ДОJIЖен обеспечивать УвеЛичение ПРОизво-
дительности ФИЛЬтра в течение 4 6 мин до расчетной.
Наиболее ПРОстым реrулятором сКорости ФИЛЬТРования Пря-
Moro действия для ОТКРытых фильтров ЯВЛяется ДРОссельный ПО-
Плавковый реrулятор (рис. \ТIII.29).
4
......... ...............
. · : : .: 1:
17 745
Реrулятор состоит из ДРОссельноrо Клапана 1, устанаВЛивае_
Moro на ТРУБОПРОВоде ФИЛЬтрата, РЫчаrа 2, закреПлеНноrо на
оси ДРоссеЛьноrо клапана, ПРОТИВовеса 3, перемещаемоrо ПО ры-
чаrу 2, КОРОМЫсла 4, вращающеrося на ПОДШИПнике, КОТорый
заКреПлен в КРОНШтейне 5, и ПОПлаВка 6, ПОдвешенноrо на Тро-
се 7 к Одному Концу КОРОМЫсла 4. КО ВТОРОМУ Концу КОРОМЫсла
ПОдвешен РЫчаr 2.
ПОплаВКовые реrуляторы MorYT ПРИменяться только в тех
СЛУчаях, Коrда обеСпечена раВНомерная Подача ВОДЫ на фильт-
ры, ПРИЧем ЭТа ПОдача ОСУществляется с разрывом СТруи, на-
Пример с распределением ВОДЫ МеЖДУ ФИ.7Ьтрами с помощью
ВОДОСЛИВОВ.
При наладке реrУЛЯТОра эллиптическую заслонку Дросселя
устанаВЛивают Под таким уrлом К ОСи ПОТОКа, чтобы СОПротив_
леНие ДРОСселя обеспечивало НОРмальный УРовень воды в Фильт-
ре При раСчетной СКоростп ее ФИЛЬТрования через ЧИСТый Песок.
По мере заrРЯзнення пеСКа При неИЗмеННО1\! ПРИТоке воды на
Рис. УII 1.29. Схема ПОПлаВКовоrо ДРоссеЛьноrо
реrулятора СКОРОсти фильтрования
257
фильтр уровень ее начнет повышаться, а поплавок реrулятора
двиrаться вверх. При этом коромысло изменит свое поло)кение,
в результате чеrо противовес повернет заслонку дросселя так,
что сечение для прохода воды увеличится, сопротивление дpoc
селя уменьшится и восстановится расчетная скорость фильтро
вания.
Диаl\lетр дроссельноrо клапана" принимают таким, чтобы CKO
рость движения воды в нем при расчетной скорости фильтрова
ния находилась в пределах
1 ,3 1,8 м/сек.
Схема поплавковоrо pe
rулятора скорости фильтро
вания непрямоrо действия
с дисковой задвижкой пред
ставлена на рис. VIII.30.
Попл авок 1, находящийся
в фильтре, при повышении
уровня воды в нем дает воз
l\10ЖНОСТЬ коромыслу 2 под
действиеl\1 противовеса 3
переместить золотник 4, уп
равляющий дисковой за
движкой 5 с rидроприводом
6. Возможность перереrули
рования устраняется Kpa
ном 7, реrулирующим CKO
рость открытия И закрытия
, задвижки с rидроприводом.
При использовании вместо
задвижки с rидроприводом
заДВИЖКИ с электроприводом ЗОЛОТIIИКО ЫЙ распределитель pe
rулятора заменяют трехпозиционным ртутным переключателем,
который через промежуточное реле с прерывателем управляет
работой привода задвижки.
Диаметр дисковой задвижки с rидро или электроприводом
принимаIОТ таКИl\l, чтобы скорость движения воды через полно
стью открытую задви)кку при расчетном расходе была близка
к 1,5 м/сек; rидропривод должен обеспечивать скорость OTKpЫ
тия диска задвижки в пределах 2 3 .мм/сек.
Схема реrуля ора скорости фильтрования прямоrо действия
типа «Симплекс» представлена на рис. VIII.31. Этот реrулятор,
ПРИl\lеняемый как на открытых, так и на напорных фильтрах,
поддерживает постоянный расход фильтрата и при l\1еняющем
ся расходе поступающей на фильтр воды.
Реrулятор типа «Симплекс» состоит из чуrунноrо корпуса с
СОПЛОl\1 или трубой Вентури 1 в rоловной части и клапанной KO
робки 2 в хвостовой. Исполнительным механизмом реrулятора
служит эластичная резиновая мембрана 3, расположенная под
?
o oaoпpo
ВоВа
В сток t
з
4
с () с С
Рис. VIII.30. Поплавковый реrулятор
скорости фильтрования непрямоrо
действия
258
клапанной коробкой и воздействующая непосредс"венн? на ни}к...
ний конец штока двухседельноrо клапана 4. Свободныи верхнии
конец штока клапана подвешен на тонком тросе к короткому
концу рычаrа 5, по которому с помощью винта 6 передвиrают
rруз 7.
Реrулятор действует следующим обраЗ0М. При работе ...ФИ"lЬТ
ра с заданной скоростью фильтрования разность даВ"lении в ши
б
.
ф
з
I
I
+
ct
Рис. VIII.31. Схема реrулятора скорости фильтрования систе
мы «Симплекс»
рокой И суженной частях трубы Вентури, действующих на MeM
брану 3, уравновешивается rрузами 7 и 8. При изменении CKO
рости фильтрования изменяются расход воды, проходящей через
трубу Вентури, и разность давлений, действующих на мембрану.
Равновесие в системе мембрана rрузы нарушается, тарелки
двухседельноrо клапана начинают перемещаться, изменяя соп
ротивление проходу воды через клапан до тех пор, пока расход
воды не станет снова равным расчеТНО IУ.
Для изменения задаваеl\10Й скорости фильтрования вращеНII
ем винта 6 вручную или с помощью электропривода с дистанци
онным управлениеl\I передвиrают rpy3 7. Перереrулирование
предотвращается уменьшением степени открытия вентиля 9, пе
рекрывающеrо проход воды из мембранной камеры в суженную
часть трубы Вентури.
17*
259
Разница давлений на исполнительную мембрану реrулятора
может также уравновешиваться давлением столба воды.
В ЭТО:'\1 с.lучае над К.Jапанной коробкой устраивают вторую
l\1еl\lбранную камеру, в ПОДl\lембранную часть которой подводит
ся вода под определенным напором из специальноrо бачка. Из
меняя уровень воды в этом бачк , устанавливают желаеl\IУЮ
скорость фильтрования. Увязка ИЗl\Iенения скорости фильтрова
:
r t 1
I I
I I
I
4
б
t
От 608oпpoBoOtl
з
Рис. VIII.32. Схема реrулятора скорости фильтрования с pacxoдo
мером и задвижкой с rидроприводом
1 вставка Вентури; 2 дифманометр ДM 6; 3 вторичный прибор
ЭПИД 4702; 4 промежуточное реле; Ij электроrидравлическое реле; 6 за
дви (ка с rидроприводом
ния на всех фильтрах станции с изменением количества воды,
поступающей на каждый фильтр, достиrается устройством еди
Horo для всех фильтров бачка датчика, ypOBe b воды в котором
изменяется пропорционально расходу воды, поступающей на
станцию.
Связывая давление на верхнюю мембрану с уровнем воды на
фильтре, l\10ЖНО превратить этот реrулятор из реrулятора посто
янноrо расхода в реrУ"lЯТОр уровня, поддерживающиЙ расход
воды на каЖДОlYl фИиlьтре иропорциона.1ЬНО ПОСТУПLlению на He
ro воды.
Во внии водrЕО [. д. ПаВЛОВЫl\1 разработан по этом\'
типу реrулятор сварной конструкции.
rидравлический реrулятор скорости фильтрования непрямо
ro действия с мембранной камерой разработан АКХ.
260
в практике строительства крупных фильтрооольных станций
получили распространение более дороrие и совершенные pery
ляторы постоянноrо расхода с использованием в качестве дaT
чика электроконтактноrо дифманометра Ц в качестве исполни
тельноrо механизм дисковых задвижек с электрическим или
rидравлическим ПрИВОДОl\I.
На рис. VIII.32 представлена схема реrулятора скорости
фильтрования с расходомером и задвижкой с rидроприводом.
Датчиком реrулятора служит диафраrма или вставка Вентури,
разность давлений в которой измеряется дифференциальным
9
8
7
/ ........
( ...........
7 J
I
7
/
I
/
/
, б
'с;, j
.
"о
t J
а
z
f
D
2 4
6
8 IO 6 п
Воет О нин
Рис. VIII.33. Динамическая характеристика реrулятора CKOpO
СТИ фильтрования
ртутным l\1aHOMeTpOM с указываlОЩИМ и записывающим механиз
мом, rрадуированным на расход в М 3 /Ч или на скорость фильт
рования в М/Ч. В механизме дифманометра должно иметься
трехпозиционное контактное устройство. Оно может находиться
в самих дифманометрах или во вторичных приборах (например,
в дифманометре ДM 6 в комплекте с прибором ЭПИД 4702).
Электроконтакты дифманометра в этом реrуляторе выполняют
роль командноrо устройства, усилителем служат промежуточ
ные реле и электромаrнитный rидрораспределитель при задвиж
ках с rидроприводом или промежуточные реле и реверсивный
маrнитный пускатель при задвижках с электроприводом. В Ka
честве промежуточных MorYT быть использованы реле типов
ЭП 41, MKY 48, РПТ 100 и др.
Во избежание перереrулирования и длительноrо движения
задвижки реrулятора включение ее привода производят KOpOT
кими импульсами, для чеrо в линию между контактным устрой
ством дифманометра и ПрОl\Iежуточным реле включают преры
ватель.
26]
Скорость фильтрования на реrуляторах этоrо типа YCTaHaB
ливают перемещением вручную контрольных стрелок KOHTaKT
Horo устройства дифманометра [12].
Динамическая характеристика реrулятора скорости фIIL1ЬТ
рования с KOHTaKTHbIl\1 дифманомеТРОl\I, снятая на фИLlьтре
СеверноЙ водопроводной станции (Москва), представлена на
рис. УI 11.33. '
Опыт эксплуатации реrуляторов скорости фильтроваНIIЯ с
контактными дифманометрами показа,,1, что они обладают xopo
шими динамическими свой
ствами и выводят фильтр на
заданный реЖИl\l работы за
3 4 мин с нарастанием
скорости фильтрования
O,05 O,07 м/сек и отклоне
нием фактической скорости
фильтрования от заданной
в течение Bcero цикла рабо
ты не более чем на 5 О/О за
данной величины.
НедостаТКОl\1 описанно
ro выше реrулятора являет-
ся неоБХОДИl\10СТЬ переста
новки контрольных стрелок
указывающеrо ДИфl\lаНОl\lет
ра вручную на всех фильт
рах при изменении режима
работы фильтровальной
станции. От этоrо HeДOCTaT
ка свободны реrуляторы
скорости фи ьтрования с
индукционными дифмано
l\Iетрами ДM 6.
В фильтрах фИрl\IЫ «Де-
rpelVloH» (Франция) приме
няются сифонные реrулято
ры (рис. VIII.34).
Реrулятор фирмы «Деrремон» состоит из вертикально YCTa
новленноrо сифона 1, в который поступает фильтрат, и поплав
KOBoro воздушноr клапана 2, который при повышении уровня
воды в фильтре выше НОРl\lальноrо закрывает доступ воздуха в
веРХНIОЮ точку сифона, а при снижении уровня постепенно при
открывает воздушный клапан, соеДИНЯIОЩИЙ сифон с аТl\10сфе
рой. В результате поступления воздуха в сифон по ero нисходя
щей ветви движется водовоздушная Эl'.1ульсия, удельное coдep
жание воды в которой, а следовательно, и расход фильтрата
возрастает по l\Iepe закрытия воздушноrо клапана.
J
о о () . о .
. о о о. О.
. 4.. о
с> о. О..
. о
о о
Рис. УI 1 1.34. Реrулятор скоростн
фильтрования фирмы «Деrремон»
1 сифон; 2 воздушный клапан; 3 пе
сок; 4 rравий; 5 канал ФИ.lьтрованноЙ
БОДЫ
262
20. САМОПРОМЫВАЮЩИЕСЯ ФИЛЫР I
В настоящее время разработан ряд конструкций фильтров
с rидравлической системой автоматизации управления процес
сом ПрОl\1ЫВКИ, не требующей для эксплуатации специальноrо
персонала.
8 сток
tO
I
J
. I
8
7
1
б
4
:о
1::)
. ',' ',-,' . ',-. '." . ..
. " '. .. .' ". .: .
Л е-с о к
(f))
/ :'..:
. . .. . ... '-... . . .
,,:-.. 1"-, .:'... .
. .'. ""':': :'::':,' .:--.. ,." . ' .
." Песок..;:'.>..' ,
t
.. .; ,;" :,,, ,;,':'
r., 'o:;:!"..:": '.
"<.
/П
1
"
НооiJfЮll 6оtЮ
f
\
9
..
Рис. VIII.35. Схема беззадвижечноrо
фильтра с непрерывной промывкой
части ФИЛЬТРУlощеЙ заrрузки (песка)
вне фильтра
Рис. УI 1 1.36. Схема автоматически
промываемоrо напорпоrо беззадви
жеЧIIоrо фи.1ьтра
Применяются две системы беззадвижечных самопромываю
IЦИХСЯ фильтров: 1) с непрерывной промывкой фильтрующеrо
слоя; 2) с периодической промывкой.
В беззадвижечном фильтре с непрерывной промывкой песка
(рис. VIII.35) последний из нижней части корпуса фильтра OT
бирается эжектором и подается в rидроциклон 1 для промывки.
rрязная промывная вода сбрасывается в сток, промытый песок
возвращается в фильтр.
В беззадвижечном фильтре с периодической промывкой пес
ка (рис. VIII.36) собственно напорный фильтр 1 располаrается
под промывным баком 2. Вода с реаrентами поступает в импульс
ный бак 3, расположенный на 3,5 4 м выше уровня песка
,в фильтре. Из бака 3 по трубе 4 вода поступает в воздухоотде
литель 5 и из Hero в фильтр 1 через водосборную воронку 6.
2б3
Прошедшая фильтр вода в первый период работы фильтра
после ero промывки наполняет промывной резервуар 2, а затем
поступает в канал фильтрованной воды 7. По l\lepe роста потерь
напора в фильтрующем слое уровень воды в трубе 4 и сифоне 8
будет подниматься и при достижении расчетной потери напора
вода начнет накапливаться в ИМПУJIЬСНОМ бачке 3, а затеl\1 пе
реливаться по нисходящей ветви сифона в rидрозатвор 9. Так
как rидрозатвор не будет выпускать воду из нисходящей ветви
сифона до тех пор, пока ее уровень в этой ветви не станет на
нсхооноя
6000
/
1. .:: -: ::
ое:.. 00 о...
Оlluщенная 80оа
'. . ,Песок
....:..:.:... О. О.
.. . о",
., D J> DJ> 10 . 8 О. о D о А
...... ,/) ,.).,0., r o ои!! :-o</ ",;> ';. :o
Рис. VIII.37. Схема OTKpbIToro беззаДВИiкечноrо фильтра
величину h м выше, чем уровень воды в ПРИЯl\lке rидрозатвора,
вода в импульсном бачке будет накапливаться, поднимая по
плавок 10. Поднимаясь вверх, поплавок закроет клапан 11 и вся
поступаlощая на фильтр вода пойдет в сифон и зарядит ero. Си
фон отсосет воду из верхней части фильтра, создаст та:\I вакуум,
в результате чеrо промывная вода из бака 2 по трубе 12 начнет
поступать под фильтрующиЙ слой, взвешивая ero и промывая.
Коrда запас промывной воды в баке 2 будет использован, об
на)l(ИТСЯ ни)кний конец трубки 13 и через нее воздух начнет по
cTYIIaTb в сифон. ПРОl\lывка прекратится, и фильтр авто !атиче
ски перейдет на реЖИl\1 фильтрования.
Один промывной бак l\10жет обслуживать все фильтры
станции.
Схема OTKpbIToro rравитационноrо беззаДВИ)l{ечноrо фильтра
представлена на рис. VIII.37. Зарядка и разрядка сифонов 1 и 2
(подающеrо воду на фильтр и отводящеrо rрязную про:мывную
воду) осуществляется BaKYYl\I HaCOco l с ресивероl'Л 3 II К,,1апан
264
ным переКЛlочателем, управляемым датчиком у овня воды ру
на фильтре и реле времени РВ.
21. НАМЫВНЫЕ ФИЛЬТРЫ
Намывные или, как их часто называют, диатомитовые фильт
ры задерживают из фильтруемой воды частицы взвеси и мик
роорrанизмы размером более 1 М/С Взвесь 3!:lдерживается в слое
фильтрующеrо порошка (классифицированный диатомит или
3
Рис. VIII.38. Напорный намывной фильтр
1 подача осветляемой воды; 2 фильтрующие элементы; 3 OTBOД фильтрата
кизельrур, фильтрпер.пит, целлюлоза, древесная мука, асбест
и др.), наносимом на поверхность фильтрующеrо элемента пе
ред началом фильтроцикла путем фильтрования суспензии это
ro порошка через чистые фильтрующие элементы.
Намывные фильтры MorYT быть напорными и открытыми.
В намывных фильтрах первоrо типа (рис. VIII.38) фильтрующие
элементы находятся внутри напорноrо резервуара, в который
насосом подается освеТ.ляе1\1ая вода. В намывных фильтрах
BToporo типа (рис. VIII.39) фильтрующие элементы устанавли-
ваются внутри OTKpbIToro резервуара, в который поступает OCBeT
ляемая вода. Фильтрат отсасывается насосом из коллектора,
к которому подсоединены внутренние полости фильтрующих
элементов [28, 31].
265
Фильтрующие элементы предстаВ,,1ЯЮТ собой трубчатые KO
робчатые пли рамочные конструкuии, поверхность которых из
Рис. VIII.39, Открытый намывной фильтр
1 каркас; 2 подача исходной воды; 3 отбойный щит; 4 сброс в канализацию;
5 сбор освеТ"lенноЙ воды; 6 перелив; 7 корпус; 8 фильтрующие элементы;
9 отвод фИоlЫ рата
rотовляется из пористой керамики, мета"lлпческой сетки, синте
тической ткани или образуется намоткоЙ спирали из круrлой
И.тIИ профилированной
проволоки по каркасу.
р аЗl'vlер отверстий в
фи.пьтрующей поверх
ности должен быть в
пределах 100 150 МК,
так как при ЭТО I усло
BIIII образуется прочно
удер)l(ивае}\iIыIй rидр aB
,1ичеСКИl\I давлеНIIе 1
СL10Й фильтрующеrо
IIорошка (рис. VII 1.
О, а), который задер
/кивает взвешенные в
фильтруемой воде ча
О)
Рис. VIII.40. CXel\la распо.поn{ения фИ lьr
рующеrо порошка на поверхности на IЫП
Horo фильтра
а после намыва фильтрующеrо порошка;
б в процессе освеТ.lения воды
266
стицы И микроорrанизмы, обозначенные на pHC VIII.40, б чер
ными кружками.
Осветление воды в намывном фильтре с фИЛЬТРУIОЩИМ по
РОШI{Оl\I осуществляется С,,1едующим образом. При пуске фильт
ра в работу в трубопровод исходной воды HaCOCOl\1 подается cyc
пеНЗIIЯ фильтрующеrо порошка, частицы KOToporo отлаrаются
на наружной поверхности фильтрующих элементов, создавая
фильтрующий слой. Так как размер пор фИJiьтрующеrо элемен
та больше, чем размер отдельных частичек фильтрующеrо поu
рошка, в первое вреl\IЯ часть порошка проходит вместе с ВОДОН
через стенки фильтрующих элементов. Вода из фильтра BЫXO
дит мутной, ее сбрасывают в бак суспензии фильтрующеrо по
рошка и снова насосом прокачивают через фильтр до полноrо
осветления выходящей из фильтра воды. Коrда на поверхности
фильтрующих элементов создается достаточный слой фильтрую
щеrо порошка, способный задерживать взвешенные в воде
. заrрязнения, с ПОl\10lЦЬЮ Toro же насоса начинаIОТ подавать
осветляеl\1УЮ воду, которая, фильтруясь через слой порошка, OT
ло)кившеrося на фильтрующих элементах, полностыо OCBeT
ляется.
Чтобы предотвратить образование на поверхности слоя
фильтрующеrо порошка слишком плотной пленки (из задер
)канных из воды заrрязнений), целесообразно в течение Bcero
времени фильтрования дозировать в осветляемую воду неболь
шие количества Toro же порошка, из KOToporo был образован
основной фильтрующий слой.
По l\lepe увеличения количества задержанных фильтром за
rрязнений растет сопротивление ero фильтрующеrо слоя и воз
растает потеря напора в фильтре. Коrда потери напора доходят
до 1 ,5 2 ат, фильтр выключают на промывку. Для этоrо пре
кращают подачу воды на фильтр и открывают задвижку на ли
нии сброса rрязной ПрОl\1ЫВНОЙ воды (внизу коническоrо дна
фильтра). Осветленная вода из водопроводной сети и от рабо
тающих параллельно фильтров движется через фильтрующие
элементы в направлении, обраТНОlVl ДВИ)l{ению воды при фильт
ровании, смывая слой фильтрующеrо порошка вместе с задер-
жаННЫl\III им заrрязнеНИЯl\IИ.
Фильтрующий порошок и заrрязнения, смытые с поверхности
фильтрующих элементов, падают в конус на дне фильтра и из
Hero удаляются вместе с ПрОl\1ЫВНОЙ водой В канализацию.
По окончании ПрОl\1ЫВКИ на поверхность фильтрующих эле
ментов снова наносят све)I{ИЙ слой фильтрующеrо порошка и
фильтр ВКЛIочаIОТ в работу.
В качестве фильтрующих порошков MorYT применяться клас
сифицированные диатомиты (фракции 20 40, 40 60, 60
80 мк) или фИ.ТIьтрпер..1ИТЫ, изrотовляемые отечественной про
мышленностью, а так}ке IIзые.пьченная целлюлоза или дpeBec
ная мука l\Iарки 180.
267
При создании фильтрующеrо слоя в начале фильтроцикла
на поверхность фильтрующих элементов наносят слой ФИ,,1ЬТ
рующеrо порошка толщиной 1 2 ММ. ДЛЯ этоrо требуется BBO
дить в фильтр 200 600 2 фильтрующеrо порошка на 1 м 2 фи.1ЬТ
рующей поверхности.
Процесс образования слоя ФИЛЬ1:.рующеrо порошка на по
верхности фильтрующих элементов заканчивается в течение 3
5 МИН. Скорость фильтрования
суспензии фильтрующеrо по
рошка при этом обычно выби
рают в пределах 3 5 м/ч.
Концентрацию фильтрующеrо
порошка в суспензии во время
образования фильтрующеrо
слоя принимают около 2000
3000 .kl2/Л. Доза фильтрующеrо
порошка, вводимая в воду при
ее осветлении, зависит от co
держания в ней взвешенных
веществ и их свойств. Обычно
она колеблется в пределах
2 5 Аt2/Л.
Скорость фильтрования в
намывных фильтрах принима
ют в зависимости от мутности
осветляемой воды в пределах
1 5 мjч на 1 м 2 поверхности
фильтрующих элементов. С
увеличением скорости фильт
рования уменьшается продол
жительность фильтроцикла
(рис. VIII.41).
При конструировании Ha
MbIBHoro фильтра фильтрующие
элементы располаrаются в фильтре таким образом, чтобы CKO
рость дви)кения воды в пространстве между ними была в преде
лах 20 25 мjч.
Стоимость осветления воды намывными фильтрами несколь
ко выше, чем зернистыми, перед последними они имеют преиму
щество компактности скорость фильтрования на них, OTHeceH
ная к площади основания, равна 25 50 мjч вместо 7 12 м/ч.
для зернистых фильтров.
Особенно компактны рамочные фильтрпрессные Hal\1bIBHbIe
фильтры, разработанные фирмой «Миура»- (Япония). Эти
фильтры состоят из стандартных полипропиленовых рамок
(рис. VIII.42), между которыми при сборке фильтрпресса за
кладываются листы полиэтиленовой фильтрующей ткани, под
держиваемой ребрами рамок. Распределение воды по парал
2.0
Q:
с:::
'" 1,6
12
<) .
€j.
с::)
Ц8
0,4
о
5 10 15 20
ВреИR с I/Q'IОЛО фильтроцикло 6 "
Рис. VIII.41. Зависимость потери Ha
пора в намывном фильтре от продол.
жите.ттьности фильтроцикла и CKOpO
сти фильтрования
268
лельно работающим фильтру
ющим элеl\1ентам, равно как и
отвод осветленной воды, ocy
ществляется по каналам, об
разуемым отвеРСТИЯl\IИ в ниж
ней и верхней части рамок.
Степень осветления воды
фильтрованием в намывных
фильтрах зависит от дисперс
ности взвеси в осветляемой
воде и размера частиц приме
няемоrо фильтровальноrо по
рошка. При применении филь
тровальных порошков с pa3Me
ром частиц 20 40 мк удается
удалить из речной воды 90
VSO/ o взвешенных веществ, сни
зить цветность на 50 70 О/о .
При фильтровании KOHдeHca
тов HaMblBae1VIbIe фильтры за
держивают 80 95 О/о содержа
щеrося в конденсате железа.
Характеристики фильтрую
щих порошков, применяемых
в водообработке, приведены
в табл. VIII.9.
Рис. VI II .42. Рамки фильтрпрессноrо
H3MbIBHOI'0 Фll.1ьтра площадью 0,15 /vt 2
фирмы «Л/\иура» (Япония)
Характеристики фильтрующих порошков
Таблица VIII.9
Наименование
Размер
частиц в МК
Удельный
вес
Сопротивле-
Насыпной ние фильтру-
вес в Кё/ м 3 ющеrо слоя 1
в кТ;см. 2
Диатомит кировоrрад-
ский . 3 75 2,2 465 0,9
Филырперлит 5 100 1 ,69 73 0,08
Диатомит марки «Це-
лит-595» (США) 5 60 2,9 220 0,085
1 Скорость фильтрования 3 м/ч.
22. УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОй ФИЛЬТРОВ
Управление работой фильтра сводится к поддержанию за-
данной скорости фильтрования и периодической ПрОl'vIывке филь-
трующеrо слоя. Заданная скорость фильтрования поддержива-
ется реrУЛЯТОРОl'vI скорости фильтрования.
269
Промывка фильтра осуществляется путем проведения сле
дующих операций: 1) закрытием задвижки, клапана или шибе
ра на линии подачи осветляемой БОДЫ; 2) выдерживанием Bpe
мени, необходимоrо для сработки воды в фильтре от BepXHero
уровня до кромки ПрО1\lЫВНЫХ :tкелобов; 3) закрытием задвиж
ки на линии фильтрата; 4) открытием задви)кки на линии сбро
са п канализацию rрязной промывной воды; 5) открытие1\! за
движки на линии по
дачи промывной воды
(если промывка про
изводится из бака) или
ПУСКОl\1 промывноrо
насоса с последующим
открытием указанной
задвижки; 6) Bыдep
живанием заданноrо
времени промывки;
7) закрытием задвиж
ки на линии подачи
промывной воды; 8) за
крытием задвижки на
линии сброса rрязной
промывной воды; 9) OT
крытиеlV1 заДВИ)ККII на
линии подачи осветля
емой воды; 10) OTKpЫ
тиеl\I задIЗИ)ККИ на ли
нии фильтрата.
Для проведения
этих операций все TPy
60ПРОВОДЫ, подводящие и отводящие воду от фильтра, оборуду
IОТСЯ задвижками с rидравличеСКИl\I, пневматическим или элект
рическим ПрИВОДОl\I или клапанами (например, МИК 1, рис.
VIII.43) [12].
.i\1е1\lбраНIIЫЙ исполнительный клаIIан МИI\. 1, разработан
ный BTl'I, состоит из корпуса 1, за)катой между корпусом 1 и
крышкой 2 резиновой мембраны 3, к которой снизу прикреплена
резиновая l\lеl\1бранная подушка, закрывающая проходное OT
верстие клапана. Закрытие клапана может осуществляться по
дачей в надмембра[IНОС пространство по штуцеру 4 сжатоrо воз
духа или воды либо воздействием соленоидноrо привода 5 на
шток мембраны.
'''правление открытием и закрытиеl\1 всех задвижек или кла
панов фронта управления фильтром может осуществляться
комаНДНЫl\1 электрическим прибором КЭП 12У, выпускаемым
заВО,1.О1\l «Калуrаприбор», или автоматом восстановления
фИL1ЬТрОВ АВФ 2, выпускаемым КраСНОТУРЬИНСКИl\lИ энерrоре
l\10НТНЫМИ 1\1астерскими Уралэнерrо.
.
l
Рис. VIII.43. Схема мембранноrо исполни
тельноrо клапана МИК l конструкции BT ,I
270
Командный электрический прибор КЭП 12У, (рис. VIII.44)
состоит из синхронноrо электродвиrателя д, приводящеrо че
рез редуктор Р во вращение вал РВ. В кольцевых выточках Ba
ла закрепляется 12 эксцентриков Kl K12 иоТIИ поводков, KOTO
рые при вращении вала сбрасывают II взводят заще.1КИ
быстродействующих выключателей маrнитных пускателей Э.lек
троприводов задвижек [12]. -
1278
"-'
K f2 К" К3
Рис. VII 1.44. Схема командноrо э.1ектрическоrо
прибора КЭП 12У
При установке на фильтре задвижек или клапанов с rидро
или пневмоприводом для их управления может быть использо
ван прибор КЭП 12У с пневмоклапанами.
Импульс на включение КЭПа для начала промывки может
поступать от контакта на реrуляторе скорости фильтрования
при ero полном открытии, от KOHTaKTHoro дифманомеrра, изме
ряющеrо потерю напора в фильтре, или от общеrо КЭПа, вклю
чающеrо последовательно по определенной проrрамме на про
мывку все фильтры станции.
ПроrраlVIМНЫЙ автомат восстановления фильтров АВФ 2
применяется для дистанционноrо управления задвижка lI1
с rидроприводаl\IИ. Автомат АВФ 2 (рис. VIII.45) состоит IlЗ
корпусноrо шкафа 1, в котором установлено от 6 до 1 О ЗО.l0Т
никовых клапанов 2, управляющих подачей воды на rидропри
воды задвижек. Открытие и закрытие этих клапанов происхо
дит под наЖИМОl\1 кулачков эксцентриков 3, которые распо.l0
жены на валу 4, приводимом во вращение цепной передачеЙ 5
от электродвиrателя б с редуктором.
На крышке шкафа 1 установлен задатчик вреl\lени 7 (мотор
ДC 4 с редуктором). На выходном валике редуктора YCTaHOB
лен ползунок, скользящий по плите задатчика, в которой имеет
271
ся 50 rнезд для штекеров. Число штекеров, устанавливаемых
в эти rнезда, равно числу золотниковых клапанов в шкафу aB
томата.
После Включения автомата в работу от импульса ползунок
зздатчика начинает перемещаться по окружности до первоrо
штекера. При контакте с по
следним включается импульс
вый механизм, который OCTa
навливает двиrатель б на вре-
мя, необходимое для поворота
кулачковоrо вала 4 на l/п обо
рота (rде п число З0ЛОТНИ
ковых клапанов в автомате).
Следующее включение двиrа
теля б и перемещение кулач
KOBoro валика на очередную
l/п оборота произойдет при
достижении ползунком следу-
ющеrо штекера. Это время оп
ределяется расстоянием меж
ду соседними штекерами и
lVlожет быть JrerKO изменяемо.
Редуктор задатчика BpeMe
ни 7 автомата по требованию
заказчика выполняется в oд
ном из четырех вариантов
один оборот выходноrо валика
за 75 мин для кварцевых филь
тров, один оборот за 200 мин
для реrенерации катионитовых
фильтров, один оборот за 360 или 480 мин для реrенерации ани
снитовых фильтров.
В схему управления фильтрами вводится система блокиро
вания, не допускающая включения на промывку фильтра в пе
риод промывки друrоrо фильтра или при недостаточном коли
честве воды в промывном баке.
3
2
. ---
'(
о о
i
i
сс,.:..оо
о с
, о
.) с
--'.
с' I
'.) ;::.")С О (' 11
.) ') (.. с () (, о с (' 11
/
7
[ J
б
Рис. VIII.45. Схема автомата восста-
новления фильтров АВФ-2
ЛИТЕРАТУРА
1. АКХ РСФСР им.. К. Д. Памфилова. Технические указания на проекти-
рование, монтаж и эксплуатацию микрофи.1ЬТРОВ, 1967.
2. Б а б а е в И. С. Распределительные системы без поддерживающих
С.)Iоев для контактных освеТ.1ителей и двухпоточных фильтров. В сб.: «Научные
труды АКХ РСФСР», т. XXII, 1963.
3. Б ы к а Д о р о в М. Ф., К у л ж и н с к и й В. И., Л1 I1 хай л о в В. А.
i'Iсследование работы пористых дренажей фильтров АКХ. В сб.: «Научные
труды АКХ РСФСР», т. XXII, 1963.
4. Б а с с r. 1\'1" в л а Д ы ч е н к о r. П., 3 а в о л о к а Н. п. Подбор круп-
Horo заполнителя дренажа из пористоrо бетона Д.1Я фильтров. «Водоснабжение
11 санитарная техника», 1967, .N2 9.
272
5. В ей Ц ерЮ. И., П а с к у Ц к а я Л. Н. Влияние п чности осадка на
процесс осветления суспензии фильтрованием через зернистую заrрузку. В сб.:
«Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
6. ВНИИ водrЕО (К л я ч к о В. А., А п t Л Ь Ц и н И. Э.). Подrотовка
воды Д,lЯ ПРОМЫШ.1енноrо и rородскоrо водоснабжения. rосстройиздат, 1962.
7. r а р м а ш А. Е., Л и п к и н Е. В., О с и п о в а И. Н. Работа KOHTaKT
ных осветлителей на rлавной водопроводной станции Ленинrрада. «Водоснаб
жение и санитарная техника», 1965, .N2 2.
8. К У 3 Н е Ц о в В. А. Определение оптимальноrо технолоrическоrо режи
ма работы фильтровальных сооружений. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР""
т. ХХХ, 1964.
9. К и с е л е в а З. К. Автоматическая сверхскоростная фильтровальная
С1 анция. «Водоснабжение и санитарная техника», 1961, .NQ 3.
10. К л я ч к о В. А., r о р о Д н и ч е в а В. П. Контактное окисление opra
ннческих веществ х.10рОМ. В сб.: «Научные сообщения», .N2 2. Изд. ВНИI1
водrЕО, 1960.
11. К л я ч к о В. А., Р у к а в и ш н и к о в r. А. Увеличение rрязеемкости
-скорых фильтров. «Водоснабжение и санитарная техника», 1968, .N2 4.
. 12. К л у ш и н Ю. А. Автоматизация водоподrотовки. «Библиотека тепло
техника», вып. 13. «Энерrия», 1965.
13. Лебедева Н. С., Боrданова С. И,, rуrинишвили r. А.,
к о з л о в а Н. С., С о р о чих и н А. Н. Безrравийный дренаж осветлитель
IIЫХ фильтров. «Водоснабжение и санитарная техника», 1965, .N2 3.
14. М и н Ц д. М. Применение метода технолоrическоrо моделирования
к расчету потери напора при фи.1ьтровании суспензии. В сб.: «Научные ТРУДЫ
АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
15. М и н Ц д. М. Контактные осветлители для очистки воды. Изд во МКХ
РСФСР, 1955.
16. М и н Ц д. М. Теоретические основы технолоrии очистки воды. Строй
изда т, 1964.
17. М о r и л е в с к и й А. Ш. Проточные фильтры системы О. М. Айрапе
това. «Водоснабжение и санитарная техника», 1961, .NQ 4.
18. Н и к о л а е в Н. В. О дренаже малоrо сопротивления. «Водоснабже
н ие и санитарная техника», 1964, .N2 1.
19. О D о Д О В В. С. Автоматический медленный фильтр для сельскохозяй-
с rBeIIHoro водоснаб)кения. Сельхозrиз, 1963.
20. П а в л о в r. Д. Автоматическая фильтровальная установка. «Boдo
снабжение и санитарная техника», 1963, .N2 3.
21. Р у д е н к о r. r. Очистка высокоцветной воды большими дозами
хлора. В сб.: «Научные труды КИСИ», вып. 21. Киев, 1962.
22. С и л и н Е. А. Исследование работы и усовершенствование конструк-
ции r-.lед.пенноrо фильтра для очистки воды. В кн.: «Обводнение и сельскохо-
зяйственное водоснабiкение». rlаучные труды внииrиМ, т. XXXIII. Сель
ХОЗПIЗ, 1961. \
23. С о к о л о в В. Ф., Х а.п е 3 о в а О. А., П Р а х о в а М. И. Микро-
фильтрование воды. «Водоснабжение и санитарная техника», 1962, .N2 1.
24. С о к о л о в В. Ф., П Р а х о в а М. И. Исследования по микрофильт-
рации воды на полупроизводственной установке. В сб.: «Научные труды АКХ
РСФСР», т. ХХХ, 1964.
25. С о л о в ь е в а Е. А. О работе контактных осветлителей. «Водоснаб-
жение и санитарная техника», 1964, .N2 12.
26. С ы с о е в М. Н., К а 3 а к о в а Л. П., Б о r Д а н о в а С. И., К р у [
л о в Л. с. Работа ФИЛЬТРУЮЩIIХ сооружений с переменной скоростью. «Bo
доснаб)кение и санитарная TexHIIKa», 1968, .N2 2.
27. Ш у б е р т С. А., r о р о Д и Щ е р З. Я., К р и ш т у л В. П., Пер л и
н а А. М., О с и п о в а И. Н. Опыт применения метода KOHTaKTHoro освет.пе
ния воды и пути ero усовершенствования. В сб.: «Научные труды АКХ
РС ФСР», т. 53, 1968.
28. В r о w J. Experienses Vv.ith diatomite filtration. Journ. Ne\v Engl. WW А,
1 967. 81, N2 3.
18 745
273
29. G r е е n 1 е а f J. Ореп gravity fiIters. U. S. Pat. k1. 210 264,
oI Q 3134735, 26.05.1964.
30. Н а m а n n С. L., McKinney R. Upflo\v filtration process. J.\ W'J/A. 1968,
60, N2 9.
31. L а w r е n с е С. California plant uses diatomite and carb)!1 filters. \\;a
ter and Wastes Engng, 1968, 5, j\Ъ 1.
.'32, J е i s е О., Р i t m а n R" \У е 11 s G. The use of filter conditioners in
\l,'(]tcr treatment. JA WWA, 1967,59, N2 10. ,
зз. s е g о 11 В., О k u n D. Effect of filtration rate 011 filtrate quality.
JA \VWA, 1967,58, N2 з.
34. S t а n 1 е у D. R. Sand fiItration studied with radiotracers. Proc. :-\mer.
Soc Civil Engrs, Journ. San. Епgпg Diy., 1955,81.
35. S t r е i с h е r L. Filter back\vash gcts special trеаtrпепt. AIlleric. Cit),
1 967, 87, NQ 11.
36. Р i t m а n R., \V е 11 s О. Acti\'ated silica as а filter conditioner
JAWWA, 1968,60, NQ 10.
,
FJIABA /Х
ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ВОДОСБОРНЫЕ
УСТРОйСТВА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИй
1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ И СБОРНЫХ УСТРОйСТВ
Распределение воды по парал.ле.льно работающим сооруже
НIIЯЫ (Kal'vlepaM хлопьеобр-азования, отстойникам, фильтрам и
т. п.) осуществляется делитеЛЬНЫl\1И водосливами (рис. IX. 1)
I1.1И дроссе"lирующей арматуроЙ (задви)кки, шиберы и т. п.) С BO
ДО\Iерными устройствами.
По сечению или площади отдельных сооружений вода pac
I!реде"lяется с ПО:УI0ЩЫО водосливов, конических или пирами
.J.альных ДНИIЦ или воронок, дырчатых И,,1И щелевых переrо
родок, днищ, труб или каналов, желобов или лотков.
Степень совершенства распределительноrо устройства xapaK
теризуеlСЯ показателями равномерности распределения воды т,
раВНЫl\IИ отношению l\IIИНИlVlальноrо расхода воды Qмин через Ka
КОЙ НIIбудь эле:\lен'[ или участок соору)кения к максимаЛЬНОlVIУ
расходу воды QЧ<lКС через такой же элемент в друrой части
соору}кения:
т == Q\IИН
QMaKc .
( IX. 1 )
Иноrда равномерность распределения или сбора воды xa
рактеризуется отношениеl\1 минимальноrо напора Н ШН воды пе
ред отверстием распределительной или сборной системы к ыaK
СИЫЗ"lЬJIОI\IУ напору IЗ систеI\Iе H ,aKc:
m н == HM!1H/H laKC. (IX.2)
I1оказатель равномерности распреде ения воды по расходу
связаII с показателем раВНОlVlер ности по напорам соотношение!\l
т == Q"ии == 1!,IИИ <t) V 2g Н'IИИ == I!мии V m
н ,
Q laKC 11. (о V 2 gH t faKc
rMaKC макс
(IX.3)
{'де llЧllН II !J. 13KC коэффиuпеНТLI расхода соответственно через
отвер стия с :УIИНИ:\1 a"lbIIbI 1 и :\1 акси 1\1 альны \1
раСХОДОl\l воды;
ct) площадь этих отверстий
18*
275
До сих пор не прове
дено достаточно полных
исследований влияния
равномерности распреде
ления воды на работу
очистных сооружений, что
" не позволяет предложить
обоснованных HOpl\1 для
выбора необходимой CTe
пени равномерности pac
пределения воды по раз
личным ооружениям.
Обычйо в практике
проектирования показа
тель равномерности pac
пределения воды между
параллельно работающи
l\IИ ,сооружениями прини
мают не менее 0,95. По
казатель равномерности
распределения воды (по
площади) для различных
сооружений принимают
при расчете:
распределительных дренажных систем фильтров .. О, 9 O, 95
» систем осветлителей . . . . . . о , 75 O, 85
сборных систем осветлителей и отстойников . . .. О, 6 O, 7
систем для отвода осадка из осадкоуплотнителей ос-
ветлителей . . . . . . . . . . . .'. . . . .. О, 7 o, 8
то же, из отстойников .. . . . . . . . . . . . О, 6 O ,8
Неравномерность распределения или сбора воды по площа-
ди, длине или ширине сооружения обусловлена тем, что при
движении воды по распределителю или по сборнику часть энер-
I'ИИ потока расходуется на преодоление rидродинамических co
противлений. При изменении скорости движения воды по pac
пределителю вследствие изменения ее l\IaCCbl (раздача в пути
части воды или ее сбор) или площади поперечноrо сечения рас-
пределителя либо сборника происходит переход кинетической
энерrии потока в потенциальную, в результате чеrо давление в
потоке изменяется, рроисходит так называемое восстановление
CKOpocTHoro напора.
В длинных распределительных трубах и каналах потери на
трение больше величины восстановленноrо CKOpocTHoro напора:
пьезометрическая линия идет с УКЛОНОl\I в напр авлении движе-
ния потока; напор в конце трубы l\1еньше, чеl\l в начале
(рис. IX. 2). В очень коротких дырчатых трубах потери напора
на трение l\lеньше величины восстановленноrо напора; пьезо-
метрическая линия идет с уклоном к началу трубопровода; Ha
пор в конце дырчатой трубы будет больше, чем в начале.
а)
I I
6)
I I
План
,1
0000
Рис, IX.l. Делительные водосливы
а круrовой; б прямой
276
При сборе воды затопленной дырчатой трубо или лотком
уклон пьезометрической линии направлен всеrда в направлении
движения потока, так как скорость ero движения возрастает
по направлению к устью.
В результате изменения величины пьеЗОl\lетnичеСКОI'О напо
ра по длине распределительной или сборной трубы изменяется
а) j
1t\j
I I
I
I
б ) i j
....1! ,
I , 1
j 1 ffii
:t:: I '
I!
...r::::.'<
:z:::.>C
I
I
I
I
I
j
I
о'
::t::1
I
i
::z:::..>C
V 1'tO If(
V MOKC
8)
Рис. IX.2. Изменение пьезомет-
рическоrо напора по длине
сборных и распределительных
труб и лотков
I (.J1
::r:::
" !
r
I :t::: --.lj t
I
:t::
I 'J:::..
I
<::;)
а короткая дырчатая распредели-
тельная труба; б длинная дырча-
тая распределительная труба;
в сборная дырчатая труба
.,
'./
. "1'
.......... .
v
'1KC
и расход воды через отверстия в стенках этих труб. Расход BO
дЫ через отверстие, расположенное в начале длинной распре
делительной трубы, оказывается большим, чем через равное по
площади отверстие, расположенное в конце той же трубы. При
распределении воды короткими трубами расход воды через OTBep
стие, расположенное в начале трубы, будет меньше, чем через
такое же отверСТИ,е, расположенное в конце трубы. Этим обус
ловливается неравномерность распределения воды дырчатыми
трубами или лотками.
Уменьшить неравномерность распределения или сбора воды
дырчатыми трубами или лоткаl\tIИ можно путем: 1) уменьшения
скорости движения воды в трубах или лотках с тем, чтобы ИЗl\lе
нение напора по длине трубы вследствие трения и восстановле
ния CKOpocTHoro напора было малым по сравнению с напором в
трубопроводе; 2) применения распределительных каналов пе
peMeHHoro по длине сечения с тем, чтобы обеспечить малое
уменьшение скорости движения воды по длине распределителя
или сборника, при KOTOpOl\1 восстановление CKOpocTHoro напора
будет paBHbll\t1 потеРЯ 1 напора на трение, а пьезометрическое
давление по длине трубопровода и, следовательно, расход BO
277
ды через отверстия в стенках трубы будут постоянными по всей
длине дырчатоrо распределителя; 3) расположения отверстий
не равномерно по длине распределительной трубы (с большим
расстояние:\I lVlе)кду отверстиями там, [де I3ыше пьезометриче
скиЙ напор) с тем, чтобы Иl\lеть одинаковый удельный расход
воды на единицу длины трубы; 4)" увеличения сопротивления
ОТI3ерстиЙ в стенках трубы с тем, чтобы оно было существенно
больше возможноrо изменения пьезо етрическоrо напора в pe
зультате потерь на трение и восстановления CKOpocTHoro напора
при изменении скорости Д13и)кения воды в труоопроводе.
Распределительные и сборные системы, в которых paBHO
мерность распределения или сбора воды достиrается одним из
первых трех способов, называются систе лами l\lалоrо сопротив
ления; систеrvlЫ, в которых равномерность достиrается четвертым
способом, называются системами большоrо сопротивления.
В практике водоподrотовки применяются преимущественно
распределительные системы оольшоrо сопротивления, так как
онн l\leHee чувствительны к изменению rидравлическоrо сопро
ТИ13ления среды (песок фильтров, взвешенный осадок осветлите
.пей), в которую поступает распределяемая системой вода.
Исследования, проведенные во внии водrЕО канд. техн.
наук И. М. МИРКИСОlVl, показали, что длина дырчатой трубы, в
которой m н == 1 (напор в конце дырчатой трубы равен напору
в начале, т. е. потери на трение равны величине восстановления
CKOpocTHoro напора), равна:
L д == 185d 1 ,25,
rде L д длина дырчатоrо участка 'l'рубы; d диаметр трубы.
В трубах меньшей длины давление в конце их выше, чеl\1 в
начале, а в трубах большей длины давление в конце их ниже,
{leM в начале.
,в табл. IX. 1 ПРИ13едены предельные длины труб, в которых
показа тель {п н == 1.
Из данных табл. IX.l видно, что, как правило, распредели
тельные систеl\1Ы очистных сооружений работают как «короткие»
трубы, давление в конце которых Выше, чем в начале.
Таблица УХ,}
Предельные ДЛИНЫ труб при т н == 1
Услов
ныЙ диа
метр
трубы 25 32
в MAl 50 80 100 150 200 250 300 400 500 600
Предель.
ная
длина
трубы 4,65 36,5 42,5 60
в м 1 ,95 2,75 7,9 11 17 25 79.5 100
278
2. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ,
Большоrо СОПРОТИВЛЕНИЯ
Неравномерность распределения БОДЫ по площади или по
сечению сооружения может быть обусловлена неодинаКОВЫ1\IИ
формой и размерОl\1 отверстий в распределительной систе:\lС,
расстояниями l\lежду ними, напором воды перед раЗЛИЧНЫ:\llI
отвеРСТИЯ IИ и сопротивлением среды, в котоrую происходит ис
течение распределяемой воды.
,
I1Hs
If
t1Hs
.....................
.. .
.. ," .. .. ..
, .
ДН 4
Песок
. !JH
.' .
," .. ."
о
. .
о ':"' G .O o . . c
о (рабиu О\)
ДH о о о о О О () о v v
1 1. l' l'
о о
o!JH; Q
с с' О
IA
,
ДН з
о о
о о
t
"
(jHz о
1
П
H;'
Q
О О
Q
{) о о ()
о () о О
Q О
О 'о о
о Q
Рис. IX.3. Схема движения воды через дырчатую pac
пределитеЛЬНУIО систему фильтра
Рассмотрим распределение воды дыIчатойй трубой, отверстия
в стенке которой расположены на равном расстоянии одно от
друrоrо, а такв{е имеют одинаковую форму и раЗl'леры.
Пусть эта труба уложена по дну фильтра (рис. IX.3) и струЙ
ка воды I проходит через первое отверстие в стенке трубы, а
струйка J J через последнее. Давление в подводящем трубопро
воде одинаково для обеих струек. Для Toro чтобы через первое
отверстие протекал расход воды Ql, необходимо, чтобы даВ/lе
ние в сечении А А было равно Н 1 по уравнению
Ql f-tl ro V2gH 1 ,
( IX .4)
rде
Н 1 == дн; + дн; + ДH + ДH --1 дн; .
279
Здесь H; потеря напора в отверстии CTeH
ки дырчатой трубы;
H изменение напора по пути от сече
ния А А до первоrо отверстия в
стенке трубы;
I1Н;, I1H и ДH потеря !lапора при движении воды
через rравий, песок и слой воды
над ним.
Для Toro чтобы через последнее отверстие протекал расход
воды Q2, необходимо, чтобы давление в сечении A A было paB
но Н 2 :
Q2 == /.!2Ю V2gH 2 == /.!2Ю V 2g( H;+ H;+ H + H + H;). (IX.5)
в общеlVl случае 1-11 =1= 1-12 И I1H' =1= I1H" , следовательно,
Ql /' Q2.
Показатель равномерности распределения воды дырчатой TPy
бой будет равен:
Q! 111..... I H'
т== Q2 == v ДH".
(IX .6)
ИЗ теории чисел известно, что отношение двух неравных Be
личин можно сделать сколь уrодно близким к единице, если
к числителю и знаменателю отношения прибавлять достаточно
большие равные числа.
Входящие в числитель и знаменатель правой части отноше
ния (IX.6) величины 1-1, 8. Нз, 11 Н4 И 11 Н. изменять нельзя,
так как коэффициент расхода "., и сопротивление проходу воды
слоя rравия, песка и водяной подушки определяются независя
щими от нас факторами. Величина I1Н 1 входит в величину
ДH со знаком минус (восстановление CKOpocTHoro напора), ее
увеличение не увеличивает, а уменьшает величину ДH. Be
личина I1Н 2 rидравлическое сопротивление отверстий в CTeH
ке трубы может быть увеличена в любых пределах уменьше
нием диаметра отверстия. Следовательно, уменьшая площадь
отверстий в стенке трубы, можно сделать отношение расходов
через любые отверстия сколь уrодно близким к единице.
Величина I1H ........изМене ие напора на участке от сечения
А А до первоrо отверстия в стенке трубы близка к нулю,
восстановления CкopocTHoro напора на этом участке нет, так
как нет раздачи воды, потеря напора на трение мала из за Ma
лой длины участка,
2
А Н " Vнач
Ll 1 == а
2g ,
rде а коэффициент, равный разности между коэффициентом
u u k 2L u
кинетическои энерrии и величинои d' учитывающеи
(IX.7)
280
,
потери напора на трение и вихревые сопротивления по
длине трубопровода от сечения А А до последнеrо OT
верстия; без большой поrрешности а 1\IОЖНО принять
раВНЫl\Л 1.
Допустив, что д.Н з + д.н 4 +д.Н 5 мало по сравнеНИIО с д.н 2 , по
ЛУЧИl\l:
m== == е
Q2 Р2
или, обозначив H2 через Н,
vщ
V V2
ДH,>
.. 2g
(IX .8)
Н==-
т 2 v 2 v 2
. ==A .
т 2 к 2 2g 2g
J..t.
(IX .9)
Входящая в уравнение (IX.9) величина Н потеря напора
в отверстиях, необходимая для обеспечения заданной paBHO
Iерi-tости, является функ
цией их числа и диаметра,
величина v 2 /2g при задан
но м расходе воды функ
цией площади поперечноrо
сечения трубы. Следователь
но, показатель paBHOMepHO
сти распределения воды т
является функцией отноше
ния площади всех отверстий
в стенке дырчатой трубы к
площади ее поперечноrо ce
чения. Это отношение при
нято называть конструктив
ным отношением дырчатоrо
распределителя Кroе
На рис. IX.4 представле
ны результаты проведенных
во внии водrЕО иссле
дований зависимости пока
зателя равномерности pac
пределения воды по напо
рам от конструктивноrо OT
ношения дырчатой трубы.
Коэффициенты расхода
через отверстия, располо
женные в начале и в конце дырчатой трубы, как показаll1II IIC
следования, проведенные во ВНуIИ водrЕО канд. техн. наук
А. и. EropoBbIM, не равны между собой; величина коэффицпентз
расхода возрастает от начала дырчатой трубы к ее концу.
1,0
r
::;:,
Q.)
0,9
IU
cl.
с:
&.
" ':::::З
0,8
,
'
С;)I::::>
0,7
Q.
CU
E
Cjt;::)
0,6
о
с:::
1 1!
, I
I ,1
I : I
, ,1
I l'
, j ;
I :
I I
: I
I
I I
I L '
1
I !
I I
I I
I i
I
0,5 О
0,8
7,0
4 Z f<. (.J
a,
Q6
az
Рис. IX.4. Зависимость показателя
равномерности распреде.1еПIIЯ воды
дырчатой трубой от ее КОI-IСТРУКТИR
Horo отношения Кш
Опыты, поставленные во внии водrЕО, показали, что OT
ношение коэффициентов расхода через одинаковые отверстия в
начале и конце дырчатой распределительной трубы, характери
зуе:\10Й конструктивным отношением К ro == О, 1 + 2,2, прибли)кен
но описывается формулой
fl\tИН K == 1 О 35К
J.! ' со'
fJ.\laKC
(IX.IO)
а показатель равномерности распределения воды дырчатой TPY
бои фОрl\lУЛОЙ
т == (1 о,35К ы ) V! O,36K 8 . ОХ.!!)
Подставив это значение т в уравнение (IX. 9), ПОЛУЧИl\1 Be
личину коэффициента А для определения неоБХОДИl\iоrо для за
данной равномерности распределения воды сопротивления
в отверстиях дырчатой распрел,елите.пьноЙ системы.
Таблица IX,2
Значения коэффициента А в формуле (IX.9) при различных показателях
равномерности распределения воды lп дырчатой трубой
т 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,6 0,5
А 12 10 6 5 3 2 1 ,5
Вычислив по формуле (IX.9) необходимое для заданной
равномерности распределения воды сопротивление Н, l'vl0ЖНО
определить суммарную площадь отверстий в стенке распредели
тельной трубы
fOTB== Q м 2 , (IX.12)
Ilcp V 2gH
I'ilC Q расход воды в распределительной трубе в мЗ/сек
f-1cp средниЙ по длине трубы коэффициент расхода, при
нимаемый по табл. IX.3 в зависимости от отноше
ния диаметра отверстия d OTB к толщине стенки TPy
бы бет;
g ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек 2 ;
Н потеря напора в отверстиях дырчатой трубы, обес
печивающая заданную степень равномерности pac
пределения воды трубой в м вод. СТ.
При распределении воды дырчатой трубой или каналом веЛII
чина Н вычисляется по формуле (IX. 9).
При распределении воды дырчатоЙ системой по площади
прямоуrольноrо в плане сооружения (фильтр, отстойник и т. п.)
282
а б л и ц а IX.3
Значения среднеrо коэффициента расхода J.!cp при различных
отношениях d отв/ дСТ
dOTB/fJCT
1 ,5
2
2,5
3
4
cp
0,7
0,68
0,65
0,63
0,6
0,58
систеl\lа обычно представляет собой КОv1лектор, раСПОЛО:lкеННЫ{1
по длинной оси сооружения; в обе стороны от коллектора OTXO
дят равные по длине и диаметру дырчатые распределительные
трубы или каналы. Площадь отверстий дырчатых труб в ЭТО I
случае должна приниматься по формуле (IX.12), а потеря напо
ра в отверстиях труб по формуле
v 2 v 2
Н == 4 + 1 25A ( IX.13 )
2g , 2g'
rде.: А коэффициент, принимаеIYIЫЙ по табл. IX.2;
V кол и V OTB скорость движения воды в начале коллектора
и в начале каждой из дырчатых труб в H/ceK.
При распределении воды по площади круrлоrо в плане co
ОРУ:lкения коллектором с дырчатыми трубами неравной Д.,1ины,
расположенными перпендикулярно ero оси с обеих сторон, поте
ря напора в отверстиях труб для распределения воды с заданной
степенью раВНО1'vlерности должно вычисляться по формуле
2 и2 2
Н == 0,5А V КОЛ +2А OTB'Д A VOTB,K (IX.14)
2g 2g 2g
rде V OTi !. д И V отп . К скорость движения воды в начале caMoro
длинноrо и caMoro KopoTKoro ответвления.
При конструировании дырчатых распределительных систеi\l
скорость движения воды в начале дырчатых распределительных
труб или каналов осветлителей и отстойников принимается в
пределах 0,4 O,6 м/сек, скорость движения воды в начале
коллектора для распределения промывной поды по площади
фильтра в пределах 1,5 2 .At/ceK, в начале дырчатых распреде
лительных труб 1 1,5 м/сек.
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СБОР ВОДЫ И ОСАДКА
ЧЕРЕЗ КОНИЧЕСКИЕ И ПИРАМИДАЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА
При истечении из отверстия в воду струя образует кони
ческиЙ факел с уrЛО:\1 конусности около 280. Расстояния l\Iежду
отверстиями распределительных систем должны выбираться Ta
КИl\I образом, чтобы в плоскости, в которой требуется paBHO:\lep
ное распределение, факелы слинались.
283
При отводе воды из сооружения через отверстия в стенке
лотка или трубы факел подсоса воды к отверстию И!\fеет в чи
стой воде уrол конусности около 53°.
В случае движения к приеМНЫl\1 отвеРСТИЯl\l не воды, а ocaд
ка теоретическое определение конуса формирования ero струи
связано с большими трудностями. Осадок, образующийся I3
водоочистных соору)кениях, представляет собой систеi\IУ из
осевших хлопьев, связанных друr с друrом силами сцепления в
сплошную пространственную структуру. В начальный момент
I3ыпуска осадка из сооружения в ero м ассе над прие IНЫl\I OT
верстием образуется воронка.
Размеры воронки характеризуются так называеl\IЫМ уrлом
скольжения осадка, под которым понимается уrол наклона He
подвижной поверхности воронки к rоризонтальной плоскости.
Уrол скольжения oc зависит от природы осадка, интенсив
ности сил сцепления между ero частицами и интенсивности дви
жения осадка в пределах воронки. На основе эксперименталь
ных исследований, проведенных во ВНИИ водrЕО, получены
следующие эмпирические формулы для определения уrла
скольжения осадка:
для осадков, образующихся при обработке цветных мало"'
мутных вод при содержании в них твердой фазы С == 15
45 сjл и скорости движения осаДКа в отверстии и ос ==2 +
+ 4 м/сек,
oc == (18 + 2С) V ос О'ЗЗ; (IX.15)
дЛЯ осадков, образующихся при обработке мутных вод с
rлинистой взвесью при С==45 + 200 с/л и v oe == 1,5+3,5 м/сек
Рос == 20 + 0,35С 6,2и ос . (IX.16)
При проектировании коническоrо или пирамидальноrо
устройства для сбора и удаления осадка уrол ero конусности
Ре должен выбираться из условия
c 180 2Рос. (IX.17)
При продолжительности уплотнения осадка более трех cy
ток уrол ero скольжения оказывается не менее 60°; тоrда, очевид
но, уrол конусности сборноrо устройства также не должен пре
вышать 60°.
4. ЛОТКИ И КАНАЛЫ ДЛЯ СБОРА ВОДЫ
В сборные лотки желоба или каналы вода !\10жет поступать,
переливаясь через верхнюю кромку, или пильчатый водослив,
или через отверстия в стенке желоба.
Площадь сечения TaKoro лотка или желоба при свободном
изливе воды из ero устья может быть вычислена по формуле
Д. М. Минца:
3
fft:. == 0,85 V BQ2 м 2 ,
(IX.18)
rде В ширина лотка или канала в м; ,
Q pacxoд воды через устье лотка в м 3 / сек.
На рис. IX.5 дан rрафик для определения размеров сборных
лотков по формуле (IX. 18). При расчете сборных каналов и
карманов фильтров их rлубину следует принимать такой, чтобы
вода из желобов свободно слива.тIась в канал. r лубина сборных
каналов ПРЯl\лоуrольноrо сечения :\10жет быть вычислена по фор
муле .
3
I Q2
Н==О,80 ) ,' +O,15M.
;' !j
(IX, 1 9 )
joM
15
25
20
10
О
50 100 /5 О 200
Расход ВоВы через оВин жеl100 8 I1/сек
250
Рис. IX,5. [рафик Д.,lЯ определения размеров сборных же-
лобов
Ширину канала В следует принимать не менее O,6 O,7 Лl для
возможности ero ручной очистки. При поступлении воды в сбор
ные лотки через отверстия в их стенках под уровень воды в лотке
для обеспечения достаточной равномерности сбора воды площадь
отверстий в стенке лотка должна быть не более 2/3 площади сече
ния сборноrо лотка.
При поступлении воды в лоток через отверстия, расположен
ные выше уровня воды в лотке (излив в атмосферу), площадь
отверстий в стенке лотка определяется располаrаемым напором
воды над осью отверстия.
При расчете дырчатых систеlVI для распределения воздуха
по плошади сооружения, заполненноrо водой (фильтр, барбо
та)кный удалитель уrлекислоты), скорость движения воздуха в
начале дырчатой трубы принимается 15 20 м/сек. Площадь
отверстий в стенках воздухораспределительных труб принима
ется равной 1/4 1/з площади сечения трубы, диаl\1етр отверстия
1 2 мм.
5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
ДЫРЧАТЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Пример IX.1. Рассчитать дырчатую трубу, распределяющую воду по ко-
рН,.1,орному освеr.1ите:rrю. Д.1IIна коридора L==20 м и ширина В==3,5 At; pac
четная скорость восходящеrо потока воды и р== 3 м,jч; показатель paBHOMep
ности распределения воды по длине дырчатоЙ трубы т==0,8.
Решение. Расход воды по распределите.1ЬНОЙ дырчатой трубе равен:
Q == LBv p 1000== 20.3,5.3 1000==58 j
3600 3600 л сек.
ПрIIIIИмаем стальную трубу диаметром 357 Mhf' (по [ОСТ 8732 58) с ТО.1Щll
IIОЙ стенки 10 ММ. Скорость движения воды в начале трубы будет 0,58 ./yt/ceIC
Потерю напора, необходиыую для обеспечения раВНО:\.1ерности распределе
ЕНЯ воды с In===0,8, вычислим по уравнению (IX.9), приняв А ==5 по таб.1. IX.2
дЛЯ т ==0,8:
v 2 0,582
Н==А ==5 ==0,087 М.
2g 19,62
Принимасм диаметр отверстий I3 стенке 25 I1tM, тоrда при dотв/б ==2,5 (по
таб.l.IХ.3) Ilcp==0,63.
Площадь отверстий в стенке трубы будет равна:
Q 0,058
'ОТВ == == 0,071 м 2 == 710 см 2 .
Ilcp V'2gH 0,63 V 19,62:0,087
П.rlощадь одноrо отверстия диаметром 25 .ММ равна 4,9 см 2 . Сv1едова
те.1ЬНО, в стенке дырчатой трубы нужно просверлить 710: 4,9 == 145 отверстиЙ
Шаr отверстий будет 20 000 : 145== 138 Mht.
Пример IX.2. Рассчитать дырчатую распределительную систему для про
мывной воды фильтра, имеющеrо в плане размер 6х6 Jlt и промываемоrо
с интенсивностью 15 л/м 2 . сек; показатель равномерности распределения про.
мывной воды т == 0,95.
Решение. Расход промывной воды через систему будет 6 Х 6 Х 15 == 540 л/ ceK
Приняв расстояние между осями дырчатых распределительных труб 300 M.At
получим по 6000: 300==20 дырчатых труб с каждой стороны коллектора. Pac
ход воды через каждую дырчатую трубу будет: 540: 40== 13,5 л/сек.
Принимаем коллектор из стальных труб диаметром d == 600 ММ с толщиноЙ
стенки В=== 10 ММ (V== 1,85 м/сек), распределители из стальных дырчатых труб
d == 100 ММ С б == 7 ММ (v == 1,56 м/сек) .
Сопротивление в отверстиях дырчатых труб, неоБХОДIIыое для раСПРС:LС
ления В,оды с т ==0,95, по формуле (IX.13) будет:
1 852 1 562
Н == 12 ' + 1 ,25. 12 ' == .з, 97 М вод. сп? ,
19,62 19,62
f"де А == 12 (по табл. IX.2).
Диаметр отверстий в стенке трубы ПРИНIIмаем 10 .М.М. Тоrда при d OTB : ==
== 1 О : 7 == 1,4 величина Ilcp по табл. IX.3 равна 0,68.
П.10щадь всех отвер тий в стенках дырчатых труб по форму.1е (IX.12)
рзвнп:
f 0,54
ОТВ == 0,09 .м 2 , или 900 с.м 2 .
0,68 V 19,62.3,97
П.10щадь одноrо отверстия диаметром 1 О AtJlt равна 0.785 СЛt 2 . Следава
те.1ЬНО, в стенках дырчатых труб нужно просверлить 900: 0,785 == 1140 OTBep
стий, ила 1140: (20.2) ==28 отверстий на ка}кдой трубе. При длине трубы
2600 мл,t и расположении отверстий в два ряда под уrлом 450 к вертика.111
28
вниз расстояние между отверстиями будет: 2600: 2 == 186 .,н.Н.
286
ЛИТЕРАТУРА
,
1. Б а б а е в :И. с. о коэффициенте расхода при истечении воды через
насадки в зернистый слой. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ,
1964.
2. Е r о р о в А. И. fидравлический расчет трубчатых систем для распре-
Д .lеIIJIЯ воды в водопроводных очистных сооружениях. rосстройиздат, 1960.
3. Е r о р о в А. И. О расчете сборных дырчатых систем малоrо сопро
ТIlвления. В сб.: «Исследования по водоподrотовке». rосстройиздат, 1956.
4. К о н о в а .1 о в И. М. Дви)кение жидкости с переменным расходом.
Труды ЛИИВТ, вып. 8, 1937.
5. М а к к а в е е в В. М., К о н о в а л о в И. М. fидравлика. Речиз-
дат, 1940.
6. М и н ц Д. М,, Ш у б е р т с. А. Фильтры АКХ и расчеты промывки
скорых фильтров. Изд во МКХ РСФСР, 1951.
7. Н е н ь К О я. Т. О движении жидкости с перемеНIIОЙ вдоль потока
массоЙ. ОНТИ, Харьков, 1938.
8. Е n g е r М. L., L е v у М. 1. Pressures in manifoId pipes. JAWWA, 1929,
21, NQ 5.
..
rЛАВА х
ОБЕ33А1>АЖИВАНИЕ ВОДЬ1
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Обеззараживание или дезинфекция воды применяется для
устранения из нее болезнетворных и иных микроорrаНИЗl\IОВ 11
вирусов, из за наличия которых вода становится неприrодной
для питья, хозяйственных нужд или промышленных целей.
Контроль за процессом обеззараживания воды осуществля
ют путем определения общеrо числа бактерий, остаВlllИХСЯ в 1 Al.-1
воды, И количества бактерий Escherichia соН в 1 л воды (ко.пи
Ylндекс) после ее обеззараживания.
Бактерия Esch. соН, так называемая кишечная палочка, Bcer
да присутствует в кишечнике человека и теплокровных живот
ных; ее наличие в воде свидетельствует о заrрязнении воды фе
кальными стоками.
Сама по себе кишечная палочка безвредна, она является
лишь индикаторным орrанизмом, характеРИЗУЮЩИ!\1 бактериаль
ную заrрязненность воды. Хлор, озон и друrие обеззараживаю
щие средства убивают кишечную палочку труднее, чем HeKOTO
рые патоrенные микроорrанизмы, вызывающие желудочно ки
шечные заболевания. Поэтому она является ХОрОШИ::\1 контроль
ным орrаНИЗlYlОМ при оценке эффективности процесса обеззара
живания воды. Кроме Toro, присутствие кишечной палочки в
воде может быть определено значительно проще, чем присутст
вие друrих l\1икроорrанизмов кишечной rруппы.
В то же время следует иметь в виду, что целый ряд l'vlИКрО
орrанизмов и вирусов значительно более резистентен в OTHollle
нии хлора и друrих обеззараживающих средств, чеl\1 кишечная
паtllочка. Поэтому в случае подозрения на возможность зара
жения воды такими бактериями, как бактерии сибирской язвы
туляреl\IИИ, вирусами инфекционноrо rепатита, ПОЛИОl\lиеJlита,
следует проверить достаточность применяемых средств обезза
ра)киваНIIЯ воды в отношении этих бактерий и вирусов.
2. МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
Обеззараживание воды для КОМl'vrунальных и ПрОl\Iышленных
1'"
водопроводов может оыть достиrнуто неСКОЛЬКIIl\III l\1етода:\IИ,
ОПIIсываеМЫl\III кратко ни)ке.
288
Тепловой способ. Кипячение воды в течени'е 12 20 мин
убивает все неспорообразующие микроорrанизмы. Для уничто"
жения спор применяют HarpeB воды до 1200 С под давлением
или дробную стерилизацию воды ее кипятят в течение 15 мин,
охлаждают до 350 С, выдерживают при этой температуре 2 ч
для прорастания спор и снова наrревают до кипения.
Действие ультрафиолетовоrо излучения. Вода, длительное
время находящаяся на солнечном свету, освобождается от па..
ToreHHbIX :\Iикроорrанизмов. Облучение воды ультрафиолетовы"
ми лучами хорошо обеззараживает воду, свободную от взвешен-
ных и КОЛЛОIIДНЫХ примесей (подробнее см. стр. 328).
Действие ионизирующеrо излучения. По литературным дан-
ным, облучение воды рентrеновскими лучами, у..и ..излучате-
лями обеззараживает воду. Эти методы обеззараживания воды
пока не нашли практическоrо применения.
Обеззараживание воды окислителями. Сильные окислители,
окисляя ЭНЗИl\IЫ бактериальных клеток, убивают бактерии. Для
обеззараживания воды можно применять хлор, брОl\1, йод, дву-
окись. хлора, соли хлорноватой и хлорноватистой кислот, озон,
перманrанат калия, перекись водорода (подробнее см. ниже).
Действие ультразвуковых колебаний убивает большинство
l\tIикроорr аНИЗ:\10В. Интенсивность ультразвуковоrо излучения
должна быть не менее 2 BTjCM 2 при продолжительности озвучива-
ния не l\'leHee 5 мин.
Обеззараживание воды фильтрованием. Большинство пато..
reHHbIx l\1икроорrанизмов (за исключением вирусов) имеет размер
более 1 2 .AtK. Поэтому фильтрованием воды через фильтры с
размера II пор менее 1 м.к можно освободить ее от микроорrа-
низмов. l\1.етод этот приrоден только для обеззараживания
подзеl\/IНЫХ или хорошо осветленных вод с содержанием взве..
шенных веществ менее 2 Мсjл, так как при большем содержа..
нии взвеси последняя быстро закупоривает поры фильтра, что
приводит К резкому снижению ero пропускной способности.
В качестве обеззараживающих используют так называемые
ультрафи ьтры из микропористой керамики или фарфора
(фильтры Беркефельда, Шамберлена и др.), фильтры с асбес-
тоцеЛЛЮ.,10ЗНЫ:VIИ фильтрующими пластинами (фильтры Зей-
ца), ме=Vlбранные ультрафильтры и др.
HII/! e раСС:\1атриваются методы обеззараживания, получив-
шие наиБО.}lьшее распространение в практике очистки воды,
3. РЕ3ИСТЕНТНОСТЬ микроорrАНИЗМ"ОВ И КИНЕТИКА
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ СИЛЬНЫМИ ОКИСЛИТЕЛЯМИ
Проuесс обеззараживания воды сильными окислителями
проходит две ступени сначала обеззараживающиЙ areHT диф-
фундирует через оболочку внутрь клетки микроорrанизма, а за..
Tel\1 вступает в реакцию с ЭНЗИl\lаl\IИ внутри клетки.
19 745
289
Опыты, поставленные Файером и rайером [1 ], с обез ара
живаниеl\l хлором и хлораминами чистых культур бактерии KO
ли (рис. Х.l) показали, что величина п == 0,8 ---7-- 1,4; при значении
рН БОДЫ, близком к 7, п== 1,3.
Величина константы К зависит от соотношения форм coe
динений хлора, которые содержатся в воде при данном значе
нии рН. ЕС"iJИ в воде отсутствуют соли аммония, константа pe
10,0
5,0
\....
:::::JQo
..., Z,D
tj
10
,
>'(
cu
0,5
<::)'U
02
C:: ,
0;:Qc)
5- 0,1
CjQo
C:::>
0,05
CUc::s
ОЩ
jJ 5L .
: , р н = 7 j " j
I " I
Р Н=1а7 '" . .II
, i I I
' 8 "1 I
I
i
I
I
Ц . .
п=ZJ
'-...,
f
I
,+
п =1,3
0,01 О 2 * 6 8 10 za 40 50 700 200 WO 500 1О0с.
Время, неоалОQuмое для снuжеНUR числа ойктеpuй коли
на 95 %, 8 мин
Рис. X.l. Зависимость необходимоrо времени контакта для обезза
раживания воды, зараженной бактериями коли, от концентроации
в воде свободноrо хлора или хлораминов при температуре 10 С
хлор; хлорамины
зистентности бактерий коли Б отношении СБободноrо хлора при
снижении содержания бактерий на 950/0 составляет 0,15 при
рН==7; 0,45 при рН==8,5 и 4 при рН==9,8.
При на,,1ИЧИИ в Боде аммонийных солей, коrДа активный
хлор в воде представлен MOHO и дихлораминами, константа pe
зистентности бактерий коли в отношении хлора хлораминов из
меняется от 3,5 при рН == 7 до 400 при рН == 9,5.
Резистентность различных 11икроорrаНИЗ1\10В и вирусов
в отнопrении свободноrо хлора при различных величинах рН
и температурах исследована рЯДОl\I авторов [18, 19 и 20]. В этих
опытах (рис. Х.2) константа резистентности бактерий коли при
РН===7 и теl\lпературе 0 50 С оказалась равной 0,6 при снижении
числ а l\IIIкроорrаНИЗ:\10В Х,,10рированием на 99,6 100 о/о. в тех
же УС,,10ВИЯХ при рН ==8,5 константа резистентности бактерий KO
ли оказалась б"lИЗКОЙ к 1,4. Константа резистентности Е. typho.
19*
291
sa при рН==9,8 была равна 4, вируса коксаки и ПОЛИ01lиелита
30 35, Е. histolytica 400, В. anthracis 6000.
Влияние значений рН на скорость процесса обеззаражива..
ния воды хлором ясно из табл. X.l, в которой приведено зна..
200
ph'=7
100 ,
рН ='7 pH= 5
:t: 50
::j
20
70
t:j
Е:
5
t:)
о.: I
2
I
Q..
Q:)
1 ЦО7 Ц02 0,05 0,1 0,2 45 40 2 J 10 20 50 100
Концентрация с8050ОНОёО хлора 8 иr / л
Рис. Х.2. Зависимость необходимоrо времени контакта от
дозы хлора для обеззараживания воды, зараженной раз
личными бактериями и вирусами
1 Esch. coIi; 2 РоНо, type 1; 3 Е. typhosa; 4 Coxsackie А-2;
5 Е. histolytica; 6 В. anthracis
чение константы резистентности вируса коксаки (температура
воды 100 С, обеззараживание на 99,6 100 о/о) .
т а б л и ц а Х.l
Влияние значений рН на кинетику процесса обеззараживания воды {15]
рН
7 7 ,5
7 , 5 8
8 8 , 5
8 , 5 9
Константа резнстентнос-
rrи К
8
15
20
22
Повышение темп ратуры воды несколько Уl\lеньшает время,
неоБХОДИlYlое для достижения заданноrо процента обеззаражи..
вания воды при одной и той же концентрации в неЙ хлора.
Так, для сни)кения коли"индекса на 99,60/0 в воде, содержащеЙ
0,05 JИс/Л свободноrо хлора, требовалось при рН==7 и те:\Iпера..
туре 50 С около 4 мин, а при температуре 200 С около 2,5 МИН.
Повышение те1Iпературы влияет, ПО"ВИДИ:\10ivlУ, rлаВНЫl\l об..
раЗОi\1 на скорость процесса диффузии обеззара}кивающеrо
areHTa внутрь бактериальной клетки. Поэтому оно БО"lее за..
lVleTHo при низких начальных те11пературах воды (около 00),
292
,
коrда небольшое изменение температуры обусловливает значи-
тельное изменение ее вязкости. Изменение температуры силь-
нее сказывается на скорость процесса обеззараживания
хлораминами, чем хлором.
Влияние теl\lпературы на скорость процесса обеззара)кива-
ния воды l\tl0)KeT быть выражено уравнениеl'Л
19 == E(T2 Tl) , (Х.3)
t 2 RTl Т 2
[де t 1 и=t 2 вре:VIЯ, неоБХОДИlVl0е для сни)кения содер}кания
в воде бактерий на заданный процент при темпе-
ратуре соответственно Т 1 и Т 2 В ОК;
Е энерrия активации;
R rазовая постоянная, равная 1,99 кал/ОК.
4. ХИМИЗМ ХЛОРИРОВАНИЯ
При введении в воду хлор rидролизуется, образуя хлорно..
ва'!'чстую и соляную кислоты:
С1 2 + Н 2 О НОС! + НС].
в кислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, и
в воде присутствует атомарный хлор. При значениях рН>4
атомарный хлор в воде практически отсутствует.
Константа rидролиза хлора в воде при температуре 25°С
равна.
[ НОС 1 J r н+] [с 1 ] == 4 05 . 1 О 4
[СI 2 ] , ·
Образовавшаяся в результате
rидролиза хлора хлорноватистая
кислота диссоциирует на rипохло-
ритный ион OCl и ион BOДOpO
да Н+.
Величина константы диссоциа
ции хлорноватистой кислоты ИЗl\lе-
няется от 1,5 · 1 0 8 при 0° С до
2. 10 8 при 10° С и 2,7. 10 8 при
25° С.
Соотношение l\Iежду неДИССОЦII
ированной хлорноватистой кис о
той HOCI II rИПОХЛОРИТНЫ:\1 ИОНО I
OCI в воде при раЗиlИЧIIЫХ веЛИЧII
нах рН, рассчитанные по указаННЫ\I
выше константа:\1 ДIIССОЦIIаЦИII.
предстаВ"lено па рис. Х.3.
ИСС,,lедования показали, что бак
(Х.4)
60
::t:
Рис. Х.3. ИзменеII!Iе KOIIцeHTpa
циЙ HOCl и OCl в воде ПрII
изменении ве.1IIЧИНЫ рН
293
терицидность хлора в воде снижается с повышением значений
рН воды (рис. Х.4). Время, необходимое для снижения количе
ства )кивых бактерий коли в воде на 990/0 при дозе свободноrо
хлора 0,1 JVl2jл, возрастает с 6 до 180 мин при изменении вели
чины рН воды с 6 до 11, т. е. в 30 раз. Если сопоставить (рис. Х.5)
количество убитых в заданное время бактерий при неИЗl\lенной
180
o:
1БО
(:1<::::>
140 +--. 1
(..)
o:
Q,) 120
Q.) 1'0') ::::,
::) CIQ 100
g- ...
с)::
80
cu о') ,.....
с:::> c::::t
tj 50
:X:
c:::>cu
40
t::) CIQ
'->
Qo
О/О
]00
80
60
"'. 20
o...)
(:)
о
5 Б 7 8 9 10 11
Р Н 8оаы
2
40
10
Рис. Х.4. Зависимость бактерицидно.
сти свободноrо хлора от величины prI
о
2 Ц. Б 8 10 12
рН Bodbl
Рис. Х.5. Изменение форм хло
ра и ero бактерицидности с из
менением значений рН воды
1 содержание недиссоциированпой
HOCl; 2 количество убитых бак
терий коли за 30 MU1i
дозе хлора, но при различном значении рН воды, с ИЗl\1енением
количества недиссоциированной хлорноватистой кислоты, то
можно ОТl\Iетить очень хорошую корреляцию между этими вели
чинаl\III. Это показывает, что недиссоциированная хлорноватис
тая кислота является rлаВНЫl\1 бактеРИЦИДНЫl\1 соединеНуI( l\I Х.,10.
ра в воде при величинах рН, обычных в практике водообработки.
ПОЭТОl\IУ обеззараживание воды ХЛОрО 1 желате.}lЬНО ПРОIIЗВОДИТЬ
при ВОЗlVIОЖНО более низких значениях рН, до введения R воду
извести или друrих peareHToB щелочноrо характера.
rипох.]ориты кальция И,,1И натрия, а так)ке Х,,10рна51 ИЗВССТL
обраЗУIОТ в Боде хлорноватистуrо КИС,,10ТУ II rИПОХ,10ритньriI ИОН
в СООТIlОillСIlIIЯХ, определяс rых pI1: водьr:
Ca(OCl)2 Ca2+ + 20Cl ;
20Cl + 2Н+ 2HOCl.
[lРII llапИЧIIII I3 IЗ0де al\Ii\IlIaKa, а I IОНIiЙIILIХ СО"lей lI"lН opra.
НIIчеСЕIIХ I3сщестI3. содер)каULIiХ аl\IИIIоr руппы. хлор, X,,10pHOBa
29
,
тистая кислота и rипохлориты вступают с НИ?\IИ в реакцию, об
разуя MOHO и дихлорамины, а также треххлористыIй азот:
НОСl + NН з NH 2 Cl + Н 2 О;
НОСl + NH 2 Cl NHC1 2 + Н 2 О;
НОС} + l\I ICI2 NСl з + Н 2 О.
Для связывания 1 М2 CBO
бодноrо хлора в монохлор
амин требуется около 0,2 М2
аммиака. Соотношение Me)K
ду MOHO идихлораминами
в воде при введении в нее
хлора в присутствии аммиа
ка определяется величиной
рН воды (рис. х. 6). Чеl\1 BЫ 05
Ше.13еЛИчина рН воды, тем
меньше хлора связывается в Рис. Х.6. Соотношения МОНОХ.10раминов
дихлорамины и тем больше 1 идихлораминов 1/ при различных зна
ero остается в виде MOHO чениях рН воды и температуре 20 С
хлораl\IИНОВ, которые в 3
5 раз менее бактерицидны,
чем дихлорамины (рис. Х.7),
которые в свою очередь в
20 25 раз менее бактери
цидны, чем свободный хлор.
Следует отметить, что
бактерицидность хлорами
нов, образованных свобод
ным хлором С1 2 , HOCl, OCl
и неорrаническими аммиа
ком NH 4 0H или aMMO
нийными СОЛЯl\IИ NH 4 Cl,
(NH 4 ) 2S04, значительно (в
8 10 раз) выше, чеl\I бакте
рицидность хлорпроизвод
ных орrанических аминов и
Иl\IИНОВ. ЭТО объясняется, 1 B)1C\I}! КОIIТОКТ<1 15 ,ниll; 2 то :>ке, 30 .«Ш-l
ПО ВИДИlVIОl\IУ, Tel\I, что пер
вые в воде rИДРОcJ1ИЗУIОТСЯ быстрее, че:\1 вторые, выде lЯЯ в :\IeHb
Ший ПрО:\Iежуток вреl\Iени rИПОХ,,10РИТНЫЙ иоп.
Хлор, связанный в Х 10ра:\IИНЫ, называется связз НIIЫ:\I x.тIO
PO:\I. CYM:\Ia свободноrо Хиl0ра С1 2 , HOCl, OC1 II связаНlIоrо R
Х.,10ра::\IИНЫ хлора называется aKTIIBHbII\I ХЛОрО:\I.
Учитывая раЗЛИЧНУIО бактернцидность свободноrо II связан
Horo Х,,10ра, Д"lЯ наДС)l{ноrо обеззаР[l)кивания ноды c" le .J.yeT под
80
'-.)
:t::
<
l:lJ I
::, 40
П
20
)о(
+ --+ -+ -+--
....... +-------
6
7
8
р н 80ды
700
80
CIO
::3
БО
c::> 17
CIQ : ,
Е >:::J 40L ,
l.>:::J I I ' ,
: I!
:::JE: 1: I
2: 1 ! I H
5 7
рН 80rJbJ
9
71
Рис. Х.7. Изменение бактерицидности
хлора IIfIIОВ с изменением ве.1IIЧИНЫ рI-1
воды ПрII дозах C1 2 0,8 ;Нс/Л и NН з
0,2 Мс/Л
293
держивать различными их остаточные концентрации. PeKolVleH-
дуемые для надежноrо обеззараживания воды остаТОЧНЫе кон-
центрации свободноrо и связанноrо хлора приведены на рис. х. 8.
При обеззараживании воды источников, недостаточно надеж-
ных в санитарном отношении (возможность случайноrо,
.. эпизодическоrо или постоян-
Horo фекальноrо заrрязне-
ния), хлорирование воды
необходимо вести таКИ1\1 об-
раЗОl'vr, чтобы в воде через
30 мин после введения хло-
ра было бы не менее
0,3 М2/Л свободноrо хлора
(помимо хлора, связанноrо
в хлорамины) . Дозу хлора,
которую нужно ввести в
воду для получения задан-
ной величины остаточноrо
хлора через 30 JVtИН контак-
та, определяют проБНЫl\1
!Слорированием, на основании
результатов KOToporo строят
кривую хлоропоr.1l0щаемости
10 воды. При пробном хлориро-
вании воды пять-шесть ее
проб объемом 1 л помеща-
ют в стеклянные сосуды и
вводят в них различные ко-
личества хлорной воды с из
вестным содержанием CBO
1 свободный хлор в воде через 10 мин; бодноrо хлора. Содержимое
2 хлор хлораминов через 60 мин после BBe
дения хлора в воду сосудов перемешивают и oc
тавляют на 30 мин в темно-
те. ЗатеlYI определяют в каждой из проб концентрацию свободно-
ro и связанноrо хлора, а по результатам определений строят
rрафик хлоропоrлощаемости воды.
При отсутствии в хлорируемой воде аммиака, аммонийных
солей или аминов хлоропоrлощаемость БОДЫ приобретает вид
rрафика, приведенноrо на рис. Х.9. Проведя на Hel\1 линию,
параллельную оси абсцисс с ординатой 0,3 М2! л остаточноrо
хлора, до пересечения с кривой хлоропоrлощаеl\10СТИ и снеся
точку пересечения на ось абсцисс, получаIОТ дозу хлора, кото-
рую нужно вводить Б данную воду, чтобы ПОиlУЧИТЬ через
30 мин в неЙ 0,3 М2! л остаточноrо свободноrо хлора (в примере
на rрафике 0,75 М2jл). При наличии в воде ИL1И при введении
BI\IeCTe с Х,,10рО:\1 аl\lмиака или аI\10НИЙНЫХ СО,lеЙ, пли аI\IИНОВ
кривая х.поропоrлощаеl\10СТИ воды Иl\lеет вид, предстаВLlенный
на рис. Х.I0.
2,0
f
I I
1.8
Z
<\)
f,б
1,4
:t:
g 1,2
Е:
:::,
1,0
'l::;)
08
.
б
>:::,
:Q
4
с:,
s Ц2
L I ·
, 2 I : ! l
i : I
. . I i 1
т
, i ' I
I I I
I +
I I I
I .
I I
I
I '
I I
t
о
6
7
8
рН ВоВы
9
Рис. Х.8. Рекомендуемые для надежноrо
обеззараiкивания воды концентрации ос-
таточноrо свободноrо хлора и хлорами-
нов при различных значениях рН воды
296
Вводимый в воду хлор будет связывать в\ хлорамины co
держащиеся в ней аммонийные соли. При МОЛЯРНОl\1 отноше
нии С1 2 : NHt< 1,1 будут образовываться MOHO идихлораминЫ,
соотношение между концентрациями которых будет опреде
ляться величиной рН воды. Весь остаточный хлор, определяемый
через 30 мин, окажется связанным в хлорамины (участок кривой
до точки А).
Дальнейшее увеличение дозы хлора приведет к тому, что
l\10лярное отношение введенноrо в воду хлора к содержаще
1)0
\.:.
)..;
':::' 05
...... ,
1::
6 0,3
Е:
с:;,
Е:
О q5 1,0 1,5
Доза 88еоеННО20 хлора 8 мr/л
...
Рис. Х.9. Хлоропоr лощаемость
воды при отсутствии в ней aM
монийных солей
10
J
Qo
с:::::
':::' 0,5
t
б 0,3
Е
(j
Е:
'->
«:::>
I
....
I
!
I
I
а 5 Ц75 D 1,5
Доза 88еаеННО20 хлора 8 ЛJТ/;7
.......:.
Рис. Х.I0. Хлоропоr лощаемость
воды при наличии в ней aMMO
нийных солей
[ моно- идихлорамины;
[[ свободный XJ10p
муся в воде иону NHt окажется больше единицы. При этом
начнется окисление MOHO и дихлораминов хлорноватистой кис
.потой, образовавшейся в результате rидролиза хлора:
NH 2 Cl + NHC1 2 + НОСl N 2 0 + 4HCl;
NHC1 2 + НОСl NСl з + Н 2 О;
NHC1 2 + Н 2 О NH (ОН) Сl + НС1;
NH (ОН) Cl + 2НОСl НNО з + 3HCl.
Содержание в воде остаточноrо связанноrо в хлораыиныI
хлора начнет снижаться по мере увеличения количества BBeдeH
Horo в воду хлора, окисляющеrо все большую часть находя
щихся в воде хлораминов. При доведении молярноrо отноше
ния введенноrо в воду хлора к содержащимся в ней а:\П"10НИЙ
ным СОЛЯl\1 ДО 2 (10 M С1 2 на 1 At2 N в виде NHt) все хлор
а:rvlИНЫ оказываются окислеННЫl\IИ, со.держание остаточноrо х.по
ра в воде снижается почти до нуля (точка Б называется точкоЙ
перелома) .
Дальнейшее увеличение дозы хлора приведет к повышению
концентрации остаточноrо хлора, причем уже весь остаточныЙ
хлор будет высокобактерицидным свободным ХЛОРО I. Поэтоыу
для повышения надежности обеззара)кивание воды ХЛОрIIрова
иие следует вести таКИl\1 образом, чтобы в воде и:,лелось не !\lC-
297
нес 0,3 мz/л свободноrо хлора за точкой перелома на кривой
хлоропоrлощаеl\10СТИ (точка В на рис. Х. 10).
Ес,,1'JИ доза xcll0pa при ЭТОl\1 получается С.п:ИШКОl\1 большой
из за большоrо содержания 13 воде аМ 10НИЙIIЫХ солей, l\10)KHO
вести хлорирование в соответствии с кривой 2 (ClVl. рис. Х. 8),
т. е. принять дозу, обеспечивающую концентрацию активноrо
связанноrо в хлорамины хлора через 60 мин контакта, не 1Ie
нее 1 "нz/tл при рН==6, 1,5 мz/л при рН==7 и 1,8 М /Л при
рН == 8.
5. ХЛОР И Ero СВОИСТВА
Хлор желтоватый rаз с неПРИЯТНЫl\'l резким запаХО:\l, в
СБоБОДНОl\I состоянии образует молекулы С1 2 с l\10леКУ"lЯРНЫМ
BeCOl\l 70,914.
Хлор получают элеКТРОЛИЗОlVl насыщенноrо раствора пова
ренной соли. С понижениеl\1 температуры и повышениеl\I давле
ния хлор переходит из rазообразноrо состояния 13 жидкое, а
при да.пьнейшем понижении температуры в твердое. Точка
плавления твердоrо хлора 101,50C. При теl\lпературе 15 0 С
rазообразный хлор сжижается при даВlllении 5,75 ат.
Жидкий хлор подвижная маслянистая жидкость )келто
зеленоrо цвета, имеет точку кипения при нормаЛЬНОl\l давле
нии 34,60 С, удельный вес 1,43 КZ/Л, теплоемкость 0,2262
ккал/к . zpaa, коэффициент динамической вязкости при теlVlпе
ратуре 380 С 0,005 nЗ.
Соrласно требованиям rOCT 6718 68 в хлоре, выпускаеlVI0М
ПрОl\lышленностью, должно содержаться не менее 99,5010 С1 2
(по объеl\lУ), влаrи не более 0,06010 по весу.
Хлор ядовит, вдыхание ero вызывает отравление, признака
lVIИ KOToporo являются кашель, удушье, rоловная боль, боли
в rруди и животе. В воздухе помещений, [де хранится или
дозируется хлор и находится обслуживающий персонал, дo
пускается содержание не более 0,001 htZ хлора в 1 .л воздуха.
Таблица Х.2
Растворимость хлора в воде при различных температурах и давлении
Давление Содержание хлора в е/л при температуре БОДЫ Б ос
В .мм рт.
ст. О 10 20 30 40 50 90
200 4,8 3,3 2,7 2,3 2, 1 1 ,8 1 ,4
500 6,9 5,3 4,3 3,6 3, 1 2,2
750 О 9265 7,3 5,8 4,8 4 2,8
C\I
1000 ::r:: о 9 7,3 5,9 5 3,3
2000 сх) :r: 17 13 10,2 8,4 5,2
.
C'I сх)
........
u .
C'I
U
298
РаСТВОрИl\IОСТЬ хлора 13 воде зависит от Te:VfiIepaTYPbI и дaB
.пения (табл. Х. 2). При аТl\Iосферном даВ"lении и теыпературе
10 0 С 13 1 л воды растворяется около 3 л rазообразноrо хлора
(9,65 с). При снижении теl'лпературы насыщенноЙ л.1ОрОl\l BO
АЫ из нее выпадают криста"lЛЫ rидратов хлора С1 2 . 8Н 2 О.
Растворение хлора в воде идет с выде"lениеlVl теПJlа при
растворении 1 :\IО.,lЯ хлора выде"lяется 7,6 ккал тепла при Te:\I
пературе 60 с.
Перед I3ведениеl\l в воду )кидкий хлор превр ащают в rаз пу
тем ero испарения. Удельная скрытая теплота парообразования
хлора составляет около 62 ккал/кс. Теплоемкость )кидкоrо хло
ра при ПОСТОЯННО:VI давлении равна 0,1241 ккал/ Кс · срад.
Кроме жидкоrо и rазообразноrо хлора для обеззараживания
воды применяют соли хлорноватистой КИСЛОТЫ rипохлориты,
двуокись хлора и др.
rипохлорит кальция Са (ОС1) 2 получают наСЫlцением из
BecTKoBoro МО"lока rазообразным хлором и послеДУЮЩИl'vl OT
деление:\f Са (ОС1) 2 от избытка извести и продуктов реакции:
2Са(ОН)2 + 2C12 Са(ОС1)2 + СаС1 2 + 2Н 2 О.
Теоретически 1 Кс чистоrо rипохлорита кальция содержит
49,6010 С1 2 , в товарном rипохлорите кальция содержится от 30
до 45010 С1 2 . rипохлорит кальция не rиrроскопичен и lVl0жет, не
теряя активности, долrо храниться в сухом темном прохладном
ПО;\lещении.
Хлорную известь на заводах получают в результате реакции
хлора с rашеной известью. В ней содержится 40 450/0 rипохло
рита кальция. При хранении, особенно в сыром помеlпении,
хлорная известь распадается, выделяя rазообразный хлор.
Для обеззараЖИI3ания небольших количеств воды применя
ют таблетки хлораминов.
В практике обеззараживания воды плавательных бассейнов
находят применение различные хлорпроизводные орrанических
веществ, например хлорпроизводные циануровой кислоты, ами
досульфоновой кислоты и т. п. Эти соединения в воде l\IедлеНIIО
rидролизуются, образуя хлорноватистую кислоту и орrаниче
ский радикал.
6. ХЛОРАТОРЫ
Хлор вводят в воду в виде rаза или хлорноЙ воды, ПОиlучае
мой путем растворения в воде хлорrаза.
В виде rаза хлор вводят n воду на передвижных X.lopaTop
ных установках. На стационарных установках хлор обычно дo
баВЛЯIОТ в ВИде хлорной воды, что УJ\Iеньшает коррозионное дей
ствие хлора на трубопровод вблизи l\leCTa ero введения. Для дo
зирования хлора Сиlу)кат специа"lьные rазодозаторы, называе
Мые хлоратораl\IИ.
299
На стационарных установках примеНЯIОТ хлораторы непре-
pbIBHoro действия. Они подразделяются на хлораторы: а) посто-
янноrо расхода, которые сохраняют постоянное количество по-
даваемоrо в воду хлорrаза, установленное степенью открытия
реrулирующеrо вентиля; б) пропорциональноrо расхода, KOTO
рые автоматически измеНЯIОТ количество подаваемоrо хлорrаза
пропорционально расходу воды или автоматически поддержива-
ют заданную концентрацию остаточноrо хлора в воде, выходя-
щей из очистных сооружений.
X/f"f) еаз
воаа
fO
Рис. X.ll. Схема BaKYYMHoro хлоратора постоянноrо расхода
Оба типа хлораторов MorYT быть как напорными, в которых
хлорrаз находится под некоторым избыточным давлением, так
и вакуумными, в которых давление ниже атмосферноrо.
Наибольшее распространение получили вакуумные хлорато-
ры, так как применение напорных хлораторов нежелательно
из..за возможности поступления хлора в помещение хлораторной
при неплотностях в соединениях хлоратора или трубопроводов.
Вакуумный хлоратор постоянноrо расхода (рис. Х.l1) со-
стоит из промежуточноrо баллона 1, в который поступает хлор..
rаз из баллонов, бочек или испарителей. В промеЖУТОЧНОfvI бал-
лоне осаждаются капли жидкости, пыль и т. п. Из промежуточ-
Horo баллона через реrулировочный вентиль 2 хлорrаз поступает
в фильтр 3, rде очищается от неосевшей в промежуточном бал-
лоне пыли. Очищенный хлор проходит в редуктор 4, понижаю-
щий давление хлорrаза перед измерителем расхода 5. Давление
rаза перед редуктором и после Hero измеряется манометрами б
и 7, давление к которым передается через меl\Iбранные коробки,
исключаlощие попадание аrрессивноrо хлора в манометры.
В качестве измерителей расхода хлора применяют стеклян-
ные pOTal\leTpbI, диафраrмы либо друrие дроссельные opraHbI
с жидкостными дифманометрами или пружинными манометра-
ми. В хлораторах, снабженных самописцаrvIИ расхода хлора, ис-
300
пользуются индукционные ротаметры или дифм ометры со BTO
ричными указывающими и записывающими приборами.
Хлорrаз, прошедший через измеритель расхода, поступает
в предохранительный клапан 8, предупреждающий попадание
воды в rазовую часть хлоратора, и далее в смеситель 9, rде сме..
шивается с водой. Хлорная вода засасывается водоструйным
эжектором 10. Выходящая из эжектора хлорная вода по резино..
вому шланrу или трубопроводу из хлоростойкоrо материала на..
правляется к месту ее введения в основной поток воды.
В вакуумных хлораторах (рис. Х.12), выпускаемых заводом
«Светотехника», реrулирующий вентиль установлен после редук"
тора, а предохранительный клапан заменен смесителем..предо..
хранителем. Эжектор вынесен с шасси хлоратора и установлен
на трубопроводе подачи хлора в воду. Постоянство давления
в смесителе..предохранителе и расхода поступающей в Hero во..
ды обеспечивается бачком постоянноrо уровня, смонтированным
на шасси хлоратора.
Характеристики вакуумных хлораторов приведены в табл. Х.3.
Таблица Х.3
Характеристики вакуумных хлораторов
п роизво- Диаметр rабаритные размеры
патрубка, в мм
дитеJIЬ подводя- Вес 3авод-изrото-
Тип ность по щеrо во- в ка витеJIЬ
ХЛОРУ ДУ к BЫCO шири rJIY
в к.е/ч эжектору, та на бина
в .мм
ЛОНИИ 100 0,08 2,O5 25 830 650 160 41 )
(с ротаметром «Светотех -
PC 3) ника»
ЛОНИИ-I00 1 ,28 20 50 830 650 160 41
(с ротзметром
РС - 5) } ЦРММ Дон..
ЛК 10м O,04 0,8 50 630 230 160 12,5
ЛК-I0б 2 20 50 800 370 250 45 бассвод-
треста
Хлораторы ЛОНИИ-I00 выпускаются с измерителями расхо..
да хлора ротаметрами РС-3 и РС-Б, имеющими по три типа..
размера ка)I{ДЫЙ. Ротаметры РС..3 предназначены для измере..
иия расходов хлора O,08 O,72; O,21 1,28 и О,4 2,ОБ КZ/Ч, а ро..
таметры РС..5 для измерения расходов хлора 1,28 8,1; 2,05
12,8 и 3,28 20,Б КZ/Ч.
При заказе хлоратора следует указывать тип и пределы из..
мерений ротаметра, которым должен быть укомплектован хло..
ратор.
Расходы воды и необходимое давление в трубопроводе перед
эжектором при свободном изливе воды после Hero для хлора-
тора ЛQНИИ..I00 приведены ниже.
зо!
I
. I
-302
/
/
'< '\ '\ ' " , '" "'-., ',,, ,'" "'-. " " ' "'-. ", " " " ,,', " , " " " '"
I
I
q2L
.
!-'С:::>
Dнаш)
О[!
f
ff = == ==:;
--=-- .::..."'=- . .. .......:.=-----:-
о::>
со
.
....:J-
C'J
C"J
, '\ , '\ "<\
.. )
:t
с:;
с"
:::::
/Q::
'-, ::::r.
..::::..
с::
Е.
с)
.
Q)I')
0..'
'
t.()
ф
('1')
cu
::::.. I
::::
10..
I :r:
t'-.
= ё3
oe.
0..""'-'
Ie
о
с; .
:::
3 . ;:
....C\lO
tI:: \О t;
C\I ;;.. О
:r: о.. t::
:r:r-<
C\I
0..t1::0
О \О с\3 ::r
;:s:r:C\3
Q)..Q \О
I ;:s 1
:s: I
:s: <:'I:) .
::с о:
о E--<ot:1
..Quo
I
.g.. 0\ U
I н C\I
M
:s:
. .. Е--< о..
..Q:r:O
1:jQ)1:j
......
@ ::;.:: ..Q
:=r::'
::fa>
,::;.:: g
.... ;;.. u
о.. Q)
o.:=
Or:-:U
t:: ;;.. I
C\I
('1") o..
I I
OO .
. ...\0
;;.. ;;..
:=o.
O:I:E--<
\О ::;.::
u О t1::
З l 3
..... I:j
1!1 I..C Q)
I
. ::r:
\O :=
H:::t:1
:=C\I
и
с.. I
'=
(.)a
З3
....:=
1!1:::r
I
о...
о
Е--<
c\j
о...
о
r::
><
с'1
><
Расход хлора в К /Ч . . 0,5 1
» воды В М 3 /Ч . 2 2
Напор перед эжекто
po ! в KF/CM 2 . " 2,5 2,5 2,5 3 3,5
Хлоратор ЛК lО системы проф. Л. А. Кульскоrо представлен
на рис. X.13.
/'1
2
2
5 10
4 , 3' 8
J
j
I
1
lr,
I
I
I
61
i
Рис. Х.13. Хлоратор ЛК.IО системы проф. Л. А. Куль.
CKoro
а вид спереди; б вид сбоку; 1 щит; 2 ротамет13; 3 сое-
динительная труба; 4 и 5 клапаны; б эжектор; 7 реrули-
рующий вентиль; 8 хомут для креП.1ения баллона с хлором
Схема BaKYYMHoro хлоратора фирмы «Уоллес и Тирнан»
(США) показана на рис. X.14.
Этот хлоратор состоит из стеклянноrо колокола 1, который
установлен открытой стороной вниз в ванне 2, наполненной во-
дой. Уровень воды в ванне поддерживается постоянным с Помо
щью переливноЙ трубы 3. Через дно ванны в колокол проходит
вертика,;lьная трубка 4, по котороЙ хлорrаз из колокола может
зоз
Qтсасываться эжектором 5 через смеситель б. Трубка 4 находит
ея внутри стеклянной трубки 7; в верхнем конце последней име
ется капиллярное отверстие 8, а внизу отверстие 9, через KO
торые внутрь трубки может поступать вода из ванны. Хлорrаз
через фильтр проходит под колокол, rде ПОстоянство давления
хлорrаза поддерживается редукционным клапаном 10 с поплав
t
Вооа
8
I j
J
.
\
'--....воаа
,
в стон
Рис. X.14. Схема BaKYYMHoro хлоратора фирмы «Уоллес
и Тирнап» (США)
ком. При падении давления под колоколом из за прекращения
подачи хлора клапан 11 открывает доступ под колокол aTMO
сферному воздуху.
При пуске хлоратора в работу эжектор высасывает из под
колокола воздух, создавая вакуум. Вода из ванны проходит под
колокол и Поднимается на высоту h выше уровня воды в ванне;
шаровой поплавок клапана 10 всплывает и открывает доступ
хлорrазу под колокол. Хлор заполняет весь объеl\I колокола;
над водой в колоколе давление хлора на величину h l\Iеньше aT
мосферноrо. Эжектор отсасывает хлор через капилляр 8 и в ви
304
де ХJIОрНОЙ воды подает ero в трубопровод обра(5атываеrvl0Й BO
ды. При этом вода в кольцевом пространстсве между трубками 4
и 7 поднимается на величину потери напора в капилляре, пока
зывая расход через Hero хлора.
/2
3
1'"
2/
I
Рис. Х.15. Схема хлоратора пропорциональноrо расхода фир
мы «Уоллес и Тирнан» (США)
На рис. Х.15 представлена схема хлоратора той же фирмы
с дополнительным устройством, которое обеспечивает подачу
хлора в воду в количестве, пропорциональном ее расходу.
Хлор через трубку 1 и редукционный клапан 2 поступает под
стеклянный колокол 3, помещенный в ванну с водой 4. Уровень
БОДЫ в ней контролируется поплаВКОВЫl\1 клапаНОi\I 5. Хлорrаз
из под колокола проходит через измерительный капилляр б, TPy
бу 7 и реrулирующий вентиль 8 в камеру 9, соединенную с Bca
20 745
305
СЫВаlОЩИМ патруБКО1\1 эжектора. В этой камере хлорrаз смеши
пается с водой, поступающей из вакуумной колоколообразной
камеры 10 по трубопроводу 11. Расход хлора указывает MaHO
метр 12.
C1\IeCb воды с ХЛОрО1\1 из камеры 9 засасывается эжеКТОРО1\1
13, в котором разбавляется напорной водой, поступающей по
Напорная вооа
'"
,!
13
иСток
15
1
!
Рис. Х.16. Схема хлоратора с rидравлическим реле
трубопроводу 14. Хлорная вода из эжектора отводится по TPy
бопроводу 15 К месту смешивания с обрабатываемой водой.
Добавочная вода поступает в хлоратор по трубопроводу 16
через редуктор 17 и реrулировочный вентиль 18; часть БОДЫ по
трубке 19 через шаровой клапан поступает в камеру 10. Разница
давлений в трубе Вентури 20 на трубопроводе обрабатываемой
воды воспринимается ртутным дифманометром 21, которыЙ с по
мощыо рычаrа с rРУЗО1\1 управляет давлением в ка1\lере 10 и pe
rулирует расход добавочной воды в Kal\lepe 9, т. е. уменьшает
или уве lIIЧIIвает расход хлора пропорционально расходу обра
батываС 10il воды.
Cxe la хлоратора пропорциональной дозы с rидравлическим
реле показана на рис. Х.16.
306
ХJlорrаз из испарителя 1 поступает через ФИJ\bТР 2 и peДYK
тор 3 в измеритель расхода 4. Расход хлорrаза реrулируется
V образным краном 5. Кран имеет пружинно мембранный cepBO
привод 6. Хлор, прошедший через реrулирующий кран, засасы
вается эжектором 7, rде хлорrаз смешивается с водой; образо
вавшаяся хлорная вода по трубопроводу 8 подается Б трубопро
вод обрабатываемой воды.
LLоза хлора устанавливается
перемещением плунжера V образ
Horo крана относительно диаф
parMbI.
При ИЗl\Iенении расхода воды,
поступающей на обработку, изме
няется соотношение давлений в
широкой и суженной частях тру..
бы Вентури 9, установленной на
трубопроводе обрабатываемой
воды. Колокол дифманометра 10
перемещается и через тяrу 11 B03
действует на рычаr 12, который
открывает или закрывает проход
воды через золотник 13 в сток.
Если расход обрабатываемой во..
ды У величился, колокол дифма Рис. Х.17. Схема V образноrо Kpa
на реrУJ1ятора расхода х.10ра
HOl\leTp а 10 опустится и рычаr 12
закроет ЗОЛО'fНИКОВЫЙ кран 13.
Тоrда давление из трубопровода обрабатываемой воды по труб
ке 14 передается в l\lеl\lбранный сервопривод V образноrо крана
хлоратора и кран начнет открываться.
rидроавтоматическая система имеет обратную связь. При
изменении расхода хлора будет меняться вакуум в x opaTope.
Это изменение давления будет передаваться по трубе 15 в диф
манометр 16, колокол KOToporo связан с рычаrом 12.
Схема V образноrо крана показана на рис. Х.17.
Дальнейшим развитием автоматизации дозирования хлора в
воду является созданиr- хлораторов, автоJ\tIатически поддержива
ющих заданную концентрацию хлора в воде, прошедшеЙ очист"
ные сооружения.
11мпульсами для таких хлораторов MorYT служить: а) окис
лительный потенuиал воды после ее хлорирования; б) разность
электропроводности хлорированной воды и той же воды, про
шедшей фильтр дехлоратор; в) показания фотоэлектрическоrо
КОЛОРИl\lетра или аl\1перометрическоrо ТИТрОl\Iетра, с ПО:\10ЩЬЮ
которых контролируется содержание активноrо хлора в воде;
r) деполяризующая способность свободноrо хлора.
Схема хлоратора фИрl\IЫ «Бран и Люббе» (ФРr) Д"lЯ aBTO
l\Iатическоrо поддержания остаточноrо Х,,10ра в воде по ее
окислите"lЬНОМУ потенциалу представлена на рис. Х.18. Х.тrориро
20*
307
ванная вода по трубопроводу 1 поступает в камеру электродов 2
и из нее СЛИВается в сток. Разность потенциалов улавливается
контактным указывающим потенциометром 3. Стрелка 4 потен
циометра, ОТК,,10НЯЯСЬ за назначенные пределы величин остаточ"
Horo Х,,10ра, ВК"lючает через промежуточные реле с прерывателя
ми реверсивный маrнитный пускатель 5. Этот пускатель управ
ляет двиrате.пеl\1 электрокрана 6, реrулирующеrо расход хлора
через хлоратор 7. Хлорная вода поступает в промежуточный
[ o ]
@
t
8
.
Рис. Х.18. Схема автоматическоrо хлоратора фирмы «Бран и Люббе»
(Фрr)
бак 8 и из HerO HaCOCOJ\tI 9 подается в трубопровод обрабатывае
мой воды 10.
Автоматический хлоратор фирмы «Хлоратор» (Фрr) состоит
из блока управления А и дозатора хлора Б с реrулирующим Kpa
но м, И:УlеIОЩИl'vI электропривод (рис. Х.19). Блок управления co
стоит из двух электролитических ячеек 1, через одну из которых
протекает 200 л/ч хлорированной воды, а через вторую
100 л/ч той )ке воды, прошедшей через заполненный активным
yr лем фильтр дехлоратор 2. Разность электропроводностей
в двух ячейках улавливается реохордным мостом 3, который уп
равляет через систему реле и маrнитный реверсивный пуска
те"lЬ 5 краНО:\1 4, реrУЛИРУЮIЦИМ подачу хлора. Постоянство дaB
ления воды в хлораторе 6 обеспечивается вентилем 7 с соленоид
ным ПрИВОДОl\I, а постоянство давления хлора редуктором 8.
Отдозированный хлор отсасывается эжектором 9 и подается им
в трубопровод обрабатываемой воды 10.
CXel\-lа хлоратора с фотоколориметрическим определениеl\1
концентрации остаточноrо хлора в воде показана на рис. Х.20.
308
б
\
А
3 1
. "
' JI
/ ВВВ I
0000 '. 2
<о
t + t
. f
Рис. X.l9. Схема автоматическоrо хлоратора фирмы «Хлоратор»
(ФРr)
7
21
23
'" /27 6
---
Напорная 60 a
I
б
2
!
/8
/5
.....
Рис. Х.20. Схема хлоратора с фотоколориметрическим анализатором КОН-
uентрацип остаточноrо хлора в воде
Хлорrаз из баллона 1 через фильтр 2, редуктор 3, ротаметр 4
и реrулирующий расход хлора V образный кран 5 поступает в
эжеКТОD 6.
Хло ированная вода после определенноrо времени контакта
с хлором поступает по трубке 7 в качающийся дозатор 8. Сюда
же из сосудов Мариотта 9 дозируются реактивы, дающие с х.по
ром окраску, по интенсивности ПРОllорциональную концентрации
хлора в воде. Порции воды, смешанной с реактиваl\IИ, поступают
периодически в кювету 10 фотоколориметра.
Лучи источника света 11 отражаются от зеркал 12; один из
них проходит через кювету 10 и поступает на фотоэлемент 13,
второй через оптический клин или диафраrму 14 и далее че
рез цветное стекло диска 15 поступает на фотоэлеJ\tlент 1 б. ТОКИ,
возникающие в фотоэлементах, усиливаются усилитеЛЯl\1И 17 и
18 и воздействуют на поляризованное реле 19.
Цветные стекла в диске фОТОКОЛОРИl\1етра подобраны так, что
их цвет и оптическая плотность cooTBeTcTBYIOT цвету и оптиче
ской плотности столба воды с реактиваl'vlИ в кювете при coдep
жании хлора в воде 0,2; 0,3; 0,4 М2/Л и т. д.
Установив в диске 15 цветное стекло, соотвеТСТВУlощее жела
еl\iОЙ дозе остаточноrо хлора в воде, включаIОТ хлоратор в рабо
ту. Если он подает нужную дозу хлора, то ток, возникающий
в фотоэлементах 13 и 16, будет одинаков, и поляризованное pe
ле 19 останется в нейтральном положении. Если концентрация
остаточноrо хлора в воде станет меньшей, чем это задано YCTa
новкой диска, окраска воды в кювете будет менее интенсивной,
чеl\1 окраска цветноrо стекла в диске, и ток, возникающий под
действиеl\1 луча света в фотоэлементе 13, будет БОtllьше, чеl'Л в
фотоэлементе 16. Поляризованное реле 19 замкнет контакты
«на открытие» и через реле врем:ени 20, работающее синхронно
с качающимся дозатором, даст импульс l\'lаrНИТНОl\lУ пускателю
21 на открытие V образноrо крана 5. Через определенное время
прерыватель реле разорвет цепь и остановит электропривод 22
крана. Если за вреl\IЯ паузы, вызываеl\IОЙ наПО.Т1нениеl\I доза
тора (это время l\10ЖНО реrулировать краном 23), KOHцeHTpa
ция остаточноrо х.-10ра в воде не станет равной задаНIIОЙ, фото
КОЛОРИl\1етр повторит импульс на открытие реrУtilIIРУЮlцеrо
aHa.
В хлораторе «.Д.нахлор» фирмы «Фишер и Портер» (СШ.А.)
определение концентрации остаточноrо x opa в воде после хло
рирования производится путем измерения силы тока в rальва
нической па ре с l\'Iедным и ЗОЛОТЫl\l электродаl\lИ, :ые}кду KOTO
РЫl\IИ протекает хлорированная вода. СИ.,1ьные ОКИСЛIIте lII, в TOl\l
числе II хлор, деполяризуют золотой электрод. Степень деполя
ризации электрода пропорциональна концентрации в воде CBO
бодноrо Х,,10ра. Для Toro чтобы ИСКЛЮЧIIТЬ деПО"lЯРИЗУlощее
влияние протока воды вдоль электрода, :\Iедный Эtllектрод BЫ
ПО.тIнен R виде труБКII, по которой протекает хлорированная BO
310
да, а золотой электрод вращается коаксиаль
НО ВНУТРИ едноrо со скоростью 1200 об/АtИН.
7. ТАРА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ И ХРАНЕНИЯ
жидкоrо ХЛОРА
в настоящее вреl\IЯ промышленность выпу
скает ба ll]ОНЫ для rазов емкостью от 20 до
50 л на условное испытательное давление
Ру == 200 кТ/см 2 по [ОСТ 949 57 и емкостью
от 80 ,до 500 л на Ру == 250 кТ/см 3 по [ОСТ
9731 61.
Баллон E 35 еl\1КОСТЬЮ 35 л показан на рис.
Х.21. Основные данные по баллонаl\1 для хло
ра приведены в табл. Х.4. Такие баллоны при
l'vIеняются на станциях с раСХОДОl\I хлора не
более 1 т/сутки. На станциях с расходом хло
ра БО"lее 1 т/сутки Bl\IeCTO баллонов для xpa
нения x"lopa ПРИl\1еняются бочки или цистер
ны, чертежи которых разработаны ПКБ АКХ
И:\1. К. д. Паl\1филова (рис. Х.22). Они рассчи
таны на давление: рабочее 15 кТ/см 2 и испы
тательное 22,5 кТ/см 2 (абсолютное давление
паров хлора при температуре 50°С составля
ет 14,6 кF/СJи 2 ). На станции большой произво
дительности хлор доставляется в железнодо
рожных цистернах еl\1КОСТЬЮ 48 т, ПОЭТОl\1У eM
кость цистерн для приема хлора на станции
. должна быть кратна этой величине.
Цистерны И бочки устанавливаются на OT
KpbITOl\1 воздухе и окрашиваIОТСЯ для Yl\1eHb
.
4
....
jJ
I
I
I
--...j290 '
JOОD
I 2750
I
,
I
..1
5500
I
I
{ . i
! I
! i !
I I
i
I
I
I ,
4
з
2
219
1,
ФfЗ
I
,
I
I
I
'
'сс)
I
I
!
I
I
I
I
I
Рис. Х.21. Баллон
для хлора
1 баллон; 2 си
фонная трубка; 3
кольцо rорловины;
4 запорный вентиль;
5 колпак
«
/
I
Т
I
ТOOO !
.,
Рис. Х.22. Цистерна для iкидкоrо х.10ра е:\lКОСТЬЮ 5 т
/ корп)с; 2 днище; 3 люк; 4 колпак предохраНJпе.1ЫIOrо К.lапана;
5 ВСНТII.1И; 6 MaHo:\reTp; 7 сифонная трубка; 8 :ЖIIДЮlii Х.тroр; 9 воз
дух; 10 rазообразный хлор
311
шения HarpeBa солнцем в белый или серебристый цвет. Для ox
лаждения бочек и цистерн в жаркую поrоду над ниыи устраи
ваются душирующие установки, рассчитанные на полив поверх
ности указанных емкостей с интенсивностью 0,01 Л/Аt 2 . сек.
т а б л и ц а Х.4
Основные данные по баллонам для rазов
Емкость бал-
лона в А
"1 Наружный диа-
MeTp цилиндри-
ческой части
L баллона в .мм
Длина корпуса
баллона в .мм
Вес сжиженноrо
хлора в баллоне
в ке
Вес пустоrо
баллона в K
20
25
30
35
40
45
50
55
8О
100
130
160
200
250
320
400
500
219
219
219
219
219
219
219
219
325
325.
325
325
325
377
426
465
465
740
890
1010
1220
1340
1490
1640
1790
1320
1590
1990
2390
2930
2780
2800
2970
3620
25
32,5
37,5
45
50
55
62
68,3
100
125
162
200
250
312
400
500
625
24,5
29,5
34
40
43,5
48
53
58
90
105
130
155
190
235
315
415
505
8. ХЛОРА ТОРНЫЕ УСТАНОВКИ
Хлораторы и расходные баллоны хлора устанавливают в спе
циальных помещениях, называеl'vlЫХ хлораторными.
Помещение хлораторной должно иметь запасный выход На
улицу. Хлораторные производительностью более 250 /\,2 хлора
в сутки должны быть разделены rлухой стеной на две половины
с ВЫХОДОl\1 на улицу из каждой половины.
Помещения хлораторных должны быть оборудованы вытя)к
ной вентиляцией с забором воздуха у пола в месте, противопо
ложном запасному выходу. Вентиляция должна обеспечивать
12 кратный воздухообмен в хлораторной с ВЫПУСКОl\1 воздуха
в вентиляционную трубу, верхний конец которой устанавливают
на 2 А! выше конька крыши caMoro BbIcoKoro здания в радиусе
50 hl.
Хлораторную отделяют от остальных помещений фильтро
Бальной станции тамбуром, Б котором раЗl\lещают шкафы Д"lЯ
спецодежды и ПРОТИБоrазов. В этом же таl\lбуре находятся YCT
ройства для включения освещения в хлораторной и для пуска
вентилятора. В rерметизированно двери, отделяющеЙ помеще
312
нне хлораторной от таI\1бура, ДОЛЖНО иметься осте\:.пснное CMOT
ровое окно.
Количество хлораторов, устанавливаемых в хлораторной,
должно быть не менее двух. Количество резервных хлораторов
должно составлять 500/0 числа работающих.
Для контроля За расходом хлора расходные баллоны или
бочки, из которых хлор поступает в хлораторы, устанавливают
на платформенных весах.
Если для хранения и доставки хлора при меняют баллоны и
используют в сутки более трех баллонов, то в хлораторной пре
дусматривают помещение для хранения двух трехсуточноrо
запаса хлора. Это помещение не должно непосредственно сооб
щаться с хлораторной На станциях с постоянным расходом бо
лее 350 ка хлора в сутки рекомендуется 'устраивать пункты пе
релива хлора из железнодорожных цистерн в стационарные ци
стерны или в бочки.
Расходные и базисные склады для хлора и аммиака проек
тируют с учетом требований, изложенных во «Временных сани
тарных правилах проектирования оборудования и содержан я
складов Д,,1Я хранения сильнодействующих ядовитых веществ».
При наличии вблизи очистной стаНЦИR пункта перелива или
склада хлора, последний можно подавать в расходные бочки
хлораторной по хлоропроводу из бесшовных толстостенных труб,
повышая давление в цистерне хлора на складе закачкой в нее
компрессором осушенноrо воздуха.
При расчете хлоропровода для жидкоrо хлора исходят из yc
ловия, чтобы перепад давления в нем не превышал 1,5 2 кТ/см 2 ,
а скорость течения жидкоrо хлора по трубам была в пределах
0,5 1 м/сек.
Потеря Hanapa в хлоропроводе может определяться по фор
l\1уле М. М. Андрияшева:
р О , 133Q2. 1 O 12
L 'VD 5 ,3
r де L ДЛИна трубопровода в М;
D внутренний диаметр трубопровода в мм;
Q расход хлора в ка/ч;
у объемный вес хлора в ка/м 3 .
В хлораторной, rде применяется хлор в баллонах, ,Цолжен
Иl\lеться ФУТ,,1ЯР дЛЯ поврежденных баллонов (рис. Х.23), позво
ЛЯIОЩИЙ использовать хлор из них для хлорирования воды.
Кроме Toro, желательно в хлораторной или на складе хлора
устраивать Д&l1Я деrазации последнеrо яму с беТОННЫl\IИ стенками
и ДНОlVl, а такл(е с выпуском в канализацию. Объем Яl\IЫ рассчи
тывают из условия связывания Bcero хлора баллона раствором
тиосу"rтьфата натрия N а2S20з, подщелоченным содой или еДКИl\1
HaTpOl\'I. Д"lЯ неЙтра.1изации 1 ка хлора требуется 1 ка TOBapHoro
313
пятиводноrо тиосульфата натрия и 2 К2 ка"1ьцинированнои соды.
Для приrотовления деrазационноrо раствора в 1 м 3 воды paCTBO
ряют 40 К2 тиосульфата натрия и 80 1<2 соды; 1 м 3 TaKoro paCTBO
ра связывает 40 K хлора.
поскольку хлораторЫ дозируют в воду rазообразнЫi'I хлор,
а на станцию поступает жидкиЙ хл..ор, ero до подачи в Х.10ратор
нужно испарить в баллонах, бочках или специальнЫХ испарите
лях. Количество хлора, испаряющеrося в баллонах и бочках без
специальноrо подоrрева, зависит от температуры воздуха в хло
раторной. При температуре 150 С с одноrо баллона диаi\1еТрОi\l
)/75
;/]15
:Jтcoc I лоро
I
I
i\
.r
.:)
')
""
Jl 1
': l
I
1ЗЗО
I
, i
?25
Рис. Х.23. Футляр для поврежденных ба.1.101I0В с x.10pO 1
219 )\.IM можно получить 0,5 0,6 1\,2 хлора в 1 ч; каждая бочка
с хлором в этих условиях испаряет 3 1<2 хлора в 1 ч с 1 м 2 боко
вой ее поверхности. Процесс испарения хлора в баллонах может
быть ускорен их обоrревом. Съем хлора с одноrо обоrреваемоrо
rорячей водой или воздухом баллона может быть доведен до
3 K I ч.
Съем хлора с необоrреваемых бочек зависит от их объема и
площади испарения. ПО даннЫМ И. Б. MOHacTbIpCKoro и З. н. [o
лубевой, возможный съем rаза с бочки объемом 550 л составляет
10 11 /\,2/Ч. при температуре 30 С и 25 /\,2/Ч при температуре
150 С. По данным АКХ, съем rаза с бочки емкостью 2560 л дo
стиrает 30 35 /\,2 при температуре 30 С и 50 55 /\,2 при те 1Пе
ратуре 15° с.
возможность увеличения съема хлора с бочек по сравнению
со съемоМ хлора с баллонов используют иноrда в практике.
В хлоратоРНОЙ на весах стационарно устанавливают бочкИ, а
хлор доставляют в баллонах, которые присоединяют к коллек
тору, питающе lУ бочку.
Обоrрев балЛОНОВ или использование спецпа.'1ЬНЫХ испарите
леи Х"'10ра применяют на станциях с круr.'10СУТОЧНЫi\1 раСХОДО:\l
хлора более 10 1<2/Ч и в Х.10раторных периодическоrо ,:r,еi'Iствия.
Испаритель хлора баллонноrо типа (рис. Х.24) состоит !!з
314
баллона E 25, специальноrо ДВОЙ
Horo венти,пЯ и футляра для водя
ной рубашки. Производительность
TaKoro испарителя 1 О К2/Ч хлора
при подаче в ero рубашку 6 м 3 /ч
воды с те Iпературой 80 с. Уве.пи
чивая КО.]ичество подаваеl\IОЙ воды
или повышая ее теl\Iпературу, l\10Ж
но довести съем хлора с ОДIIоrо
баЛЛОНIIоrо испарителя до 12
14 К2/ ч.
На станциях, потребляющих бо
лее 20 кz/ч хлора, вместо баллон
ных испарителей выrоднее приме
нять трубчатые испарители хлора,
устроенные по принципу теплооб
l\fенников «труба в трубе». Труб
чатый испаритель хлора ИХ l, раз
работанный rпи rипрокоммунво
доканал, имеет производительность
по хлору около 40 кс/ч при подаче
в Hero 12 14 м 3 /ч воды с темпера
турой 70 с. Производительность испарителя по хлору м:ол(ет
БыIьь доведена до 50 К2/Ч, если подавать в Hero 15 м 3 /ч воды с
температурой 15 16° с.
}
I !
/1) (J() tr иOI'(OtO
,.(ЛО
8хoiJ
8
O T.=Н
l
Выход
F'Oih I
Рис. Х.24. Испарител т ) хло
ра бап онноrо типа
9. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ХЛОРНОй ИЗВЕСТЬЮ
И rипохлоРитом КАЛЬЦИЯ
ХЛОРНУIО известь или rипохлорит кальция применяют для
обеззараживания воды на установках, потребляющих менее
10 К2 хлора в сутки.
ХЛОРНУIО известь или rипохлорит дозируют в воду в виде OT
стоенных 1 2 О/о HЫX растворов обычными дозаторами. Особен
но целесообразно применять для этой цели диафраrмовые Ha
сосы; ЧIIС"lО качаний насосов в 1 мин реrулируется водомером
или раСХОДО:\lером на трубопроводе обеззарал(иваеl\10Й воды.
Хлорную известь растворяют в баках с мешалками. Баки
реКОl\Iендуется изrотовлять из дерева с обручами из кислотостой
ких J\tlатериаtl0В.
ElVIKOCTb pacTBopHoro бака 1f! р для хлорной извести или rипо
Х.lорита I{(l.lЬЦIIЯ определяют по фОРl\lуле
W P QпДх (Х.5)
1 ООЬ С '
r:le Q расход оосзззrа)киваеl\10Й воды в .11[3/[[:
".,
п ЧИС,lО часо13 рзооты, на которое заrотовляется раствор;
ПРИНIIыаеrся paBHbIl\I 12 24 ч;
315
Дх расчетная доза активноrо хлора в 21м3;
Ь концентрация раствора хлорной извести или rипохло
рита кальция в О/о;
с содержание активноrо хлора в хлорной извести, при
нимаемое 25 30 О/о по весу, или в rипохлорите кальция,
приним аемое 35 40 О/о.
10. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ rипохлоРитом НАТРИЯ,
ПОЛУЧАЕМЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСТВОРА
ПОВАРЕННОй СОЛИ
Впервые в СССР установка для получения rипохлорита HaT
рия электролизом раствора поваренной соли для обеззаражива
ния питьевой воды была построена в 1916 r. на Петроrрадской
водопроводной станции. В 1942 r. л. А. Кульским С сотрудниками
была создана серия таких установок Kr 12, Kr 13 и Kr 14
с пластинчатыми rрафитовыми электродами. В 1961 r. Н. А. Mac
ленниковым была разработана конструкция электролизеров для
получения растворов rипохлорита натрия с электродами из дроб
леноrо маrнетита или rрафита.
При электролизе раствора поваренной соли в электролизере
без диафраrмы на аноде происходит разряд ионрв хлора, на Ka
тоде выделяется водород и образуется щелочь, диФФундирую
щая к аноду и обраЗУlощая с хлором rипохлорит натрия:
C1 2 + 20H Cl + OCl + Н 2 О.
rипохлоритный ион способен к дальнейшему анодному окис
лению до хлората СIОз эти процессы являются в производст
ве rипохлорита непроизводительными. Для уменьшения расхода
энерrии на окисление rипохлорита желательно осуществлять
процесс электролиза в короткое время при больших скоростях
течения электролита относительно анода, а также при неболь
шой степени разложения поваренной соли.
Как показали выполненные в АКХ им. К. д. Паl\Iфилова
r. Л. Медришем и о. д. Минц исследования, ОПТИl\Iальная CTe
пень разложения поваренной соли лежит в пределах 15 20 0/r'J,
напряжение на ванне 5 7 в на одну пару электродов. При
ЭТО1\1 расход электроэнерrии на получение 1 К2 аКТИВIIоrо хлора
в виде водноrо раствора rипохлорита натрия составляет
5 9 квт. Ч, расход поваренной соли 6 8 К2 на 1 f\:2 Х,,10ра.
Для получения rипохлорита натрия электролизом раствора
поваренной соли l\10rYT быть ИСПО,,1ьзованы ПРОl\IЫШ,,1енные BaH
ны типа Бrк или ванны, разработанные ПКБ АКХ Иl\I. К. д. Паl'vl
филова.
Из за высокоЙ Стоимости получаеlVlоrо ЭТИ1V1 меТОДОl\l актив
Horo хлора ero 1\10)КНО ПРИ1\1енять ТО,,1ЬКО на установках 1\1 алой
.316
производительности, или в районах, расположеннtIХ да.rrеко от
заводов по производству хлора. В ближайшее вре:rvlЯ нет осно.
ваний ожидать существенноrо снижения стоимости rИПОХ.lорита
натрия, получаемоrо электролизом пова ренной соли н а !vlecTe,
так как и в оптимальных условиях заводскоrо производства rи
похлорита натрия расход электроэнерrии на получение 1 кс
NaOCl достаточно высок и составляет 6,5 7 квт. ч.
11. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ДВУОКИСЬЮ ХЛОРА
Двуокись хлора CI0 2 является СИЛЬНЫlVl окислителе!\l, KOTO
рый не образует с фенолами соединений, придающих воде при
вкусы и запах. Поэтому двуокись хлора целесообразно приме
нять вместо хлора для обеззараживания вод, заrрязненных фе
нолами.
Двуокись хлора представляет собой желтовато зеленый rаз,
растворимый в воде, не стойкий на свету. РаСТВОРИIvIОСТЬ в воде
при температуре 18° С и аТlVl0сферном давлении 3 с/л.
Двуокись хлора приrотовляется на месте использо ания пу
тем барботирования хлора через подкисленный раствор хлорита
натрия NaCI0 2 или кальция Са (CI0 2 ) 2:
2NaCI0 2 + C12 2CI02 + 2NaCl,
либо воздействием на хлорит натрия соляной кислоты:
5NaCI0 2 + 4HCl 4Cl02 + 5NaCl + 2Н 2 О,
либо введением при наrревании в подкисленный серноЙ кислотой
раствор хлората натрия или б ртолетовой соли восстановителей
(метанола, уrольной пыли).
При ба ботировании хлором в высоких деревянных баках
подкисленноrо до рН 2 + 3,5 раствора хлорита натрия или
кальция получается раствор двуокиси хлора с содер)канием
CI0 2 в пересчете на C1 2 , равным 250 500 с/.м 3 . Из 1 кс хлорита
натрия и 400 с rазообразноrо хлора образуется около 750 с ДBY
окиси х.пора в виде нестойкоrо водноrо раствора. Стабилизация
этоrо раствора, делающая возможным длительное ero хранение,
достиrается введением в раствор карбоната перекиси натрия.
При насыщении раствора карбоната перекиси натрия rазооб
разной CI0 2 удается получить раствор 5 О/о ной концентрации по
CI0 2 .
Бактерицидность CI0 2 при рН :=; 7 практически не ОТ.lичзется
от бактерицидности хлора. При рН> 7,5 двуокись хлорJ. IE\leeT
более высокую бактерицидность, чем хлор. Особенно эффектив
на' двуокись хлора при обеззараживании вод с ВЫСОКIIЫ coдep
жанием орrанических веществ и аl\Il\10НИЙНЫХ солей. ПОЭТО:\IУ
она ПРИl\'lеняется Д,,1Я обеззара)кивания бытовых сточных вод по
сле их биолоrическоЙ очистки.
317
в связи с высокой СТОИl\10СТЬЮ двуокиси хлора целесообразно
ее COBl\IeCTHOe применение с хлором; хлор вводится в воду на Ha
сосноЙ станции или перед отстойниками в дозе, равной хлороеl\l
кости воды. Двуокись хлора вводится в осветленную воду в дозе
0,5 1 ;Не/Л СI0 2 дЛЯ rлубокоrо обеззараживания воды, а также
для снижения привкусов, запахов и цветности воды.
12. ДЕХЛОРИРОВАНИЕ ВОДЫ
Дехлорирование БОДЫ удаление из нее избытка свободноrо
хлора l\Iол:<:ет быть осуществлено: а) химическими методами
восстановлением хлора в хлориды каким нибудь восстановите
лем; б) физическими методами сорбцией хлора активным yr
лем или удалением хлора аэрацией.
Обычно дехлорирование воды химическими методами дости
rается введением в воду сернистоrо rаза S02, а также сульфита,
бисульфита или тиосульфата натрия:
С1 2 + S02 + 2Н 2 О 2HCl + H 2 S0 4 o
Образующиеся в результате реакции серная и соляная кисло
ТЫ неЙтрализуются естественной щелочностью воды. Теоретиче
ски на восстановление 1 Ме С1 2 расходуется 0,9 .Ме S02.
При введении в воду вместо сернистоrо rаза сульфита HaT
рия
С1 2 + Nа2SОЗ + H20 2HCl + Na2S04
образуются сульфат натрия и соляная кислота. На восстановле
ние 1 Ме хлора расходуется 3,05 Ме кристаллическоrо сульфита
натрия.
При дехлорировании воды тиосульфатом натрия
4С1 2 + Nа2S20з 5H20 2NaCl + 6НСl + 2H 2 S0 4
образуются поваренная соль, серная и соляная кислоты. На BOC
становление 1 Ме хлора расходуется 0,9 Ме TOBapHoro кристалли
ческоrо пятиводноrо тиосульфата натрия.
При ФИ,,1ьтровании воды, содержащей свободный хлор или
хлора!\IИНЫ, через слой rранулированноrо активноrо уrля пос
ледний сорбирует HOCl, NHC1 2 и NH 2 Cl. Сорбированные соеди
нения X 10pa, окисляя уrоль дО С0 2 , восстанавливаются до хло
ридов:
2HOCl + С 2НСl + С0 2 .
Как показали производственные опыты Донбассводтреста,
хлор из БОJ,Ы хорошо поrлощается береЗОВЫl\'I, ТОрфЯIIЫl\1, косточ
KOBbI:\I И антр аЦИТОВЫl\1И уrЛЯl\lИ, выпускаеl\IЫl\1И отечественной
ПРОl\1ышленностью. Сорбционная способность этих уrлеЙ по хло
ру при CI{OPOCTII фИ/IыроваНIIЯ .\ lОрIIрованноЙ ВОДЫ около
50 .1t/ t t J,OCTIIraCT 70 /o по весу уr.пя.
318
Соrласно указанным опытам, для снижения концентрации
хлора с 3,5 до 0,1 мс/л требовалась высота слоя rранулирован
Horo уrля около 2 м при размере ero зерен около 2 AtJt. При дe
хлорировании воды фильтрованием через слой активноrо уrля
он вместе с хлором сорбирует из воды и орrанические пещества.
Продукты неполноrо окисления хлором этих орrанических Be
ществ блокируют поверхность активноrо уrля, снижая ero спо
собность сорбировать и восстанавливать хлор.
LLля восстановления сорбционной способности активноrо yr
ля ero приходится периодически реrенерировать ПРО1IЫВКОЙ [o
рячим раствором щелочи и rипохлорита кальция.
Частота реrенерации уrля'определяется степенью предвари
тельной очистки дехлорируемой воды от взвешенных, кол.поид
ных и растворенных орrанических веществ. Поэтому с целью
снижения расходов на реrенерацию активноrо уrля вода до по
дачи на уrольные фильтры должна быть хорошо очищена от
орrанических заrрязнений и взвешенных веществ.
е помощью аэрации воды удается удалить из нее лишь He
большую часть хлора, так как rипохлориты не летучи.
Хлор и хлорамины хорошо удаляются аэрацией только при
величине рН воды l\1eHee 5.
13. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ йодом
йод J 2 при обычном давлении и температуре предстаВtl1яет co
бой. твердое кристаллическое вещество, малораСТВОРИl\10е в BO
де. Растворимость йода в воде равна 100 .мс/л при 1 о с, 300/Vlс/Л
при 200 е и 750 мс/л при 500 с.
LLля обеззараживания используется насыщенныЙ водный
раствор йода, получаемый пропуском части воды через caTypa
тор, напоминающий по конструкции проточный солераствори
тель Nа катионитовых водоумяrчительных установок. При CKO
рости пропуска воды через 600 M.м слой кристаллов йода при
температуре 200 С получается раствор с содер)канием
300 Мс/Л J 2 .
йод rидролизуется в воде rораздо меньше хлора; константа
rидролиза йода в воде при 250 С равна:
J 2 + Н 2 О HJO + Н+ + J ; HJO Н+ + JO
[ша] [н+] [J ] == 3.10 13. [н+] [JO l == 4 5.10 13
[J ] , [HJO] , ·
Соотношение концентраций йода и продуктов ero rIIДРО.-1иза
и их диссоциации в воде при различных значениях рН приведе
но в табл. Х.5.
При значениях рН<7 доза йода, неоБХОДИl\Iая для обеззара
живания воды обычных водоисточников, не преВОСХОДIIТ 0,3
1 .1нz/л. Запах йода в воде обнаруживается при ero содер)кании
319
Т а б л и ц а Х.5
Соотношение концентраций йода и продуктов
ero rидролиза в воде при различных значениях рН [14]
Содержание в воде в %
рН
J 2 HJO JO
5 99 1 О
6 90 10 О
7 52 48 О
8 12 87,95 0,005
более 1,5 ,/Vl2/Л. Наличие в ВОДе орrанических веществ, аммиака
или аl\1l\10НИЙНЫХ солей мало снижает бактерициДность йода,
так как последний не образует йодаминов и очень медленно реа-
rирует с орrаническими веществами природных БОД.
Наличие в воде монохлораминов консервирует йод в воде и
позволяет на 24 30 ч продлить действие йода, что очень важно
при дезинфекции воды плавательных бассейнов.
Йод как дезинфектант ПРИl\1еняется также в виде неионо
reHHbIx орrанических соединений йодофоров.
14. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ
ИОНАМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Очень небольшие концентрации ионов тяжелых металлов BЫ
зывают rибель находящихся в воде микроорrанизмов, водорос-
лей и rидробионтов. В табл. Х.6 приводятся данные о летальных
концентрациях в воде серебра, меди и друrих металлов в отно-
шении rидробионтов.
Таблица Х.6
Летальные концентрации тяжелых металлов в воде в МZ/Л [21]
Бактерии Рачки Водоросли
Металл Escherichia Daphnia Scenedesmus
СоН Magna Quadr i canda
Серебро . 0,04 0)03 0,05
Медь , 0,08 0,1 0,15
Кадмий . 0,15 О, 1 0,1
Хром четырехвалентныЙ 0,7 0,7 0,7
Цинк 1 ,4 1,8 1 ,4
Бактерицидность серебра, ПО-ВИДИМОl\IУ, в небольшой степени
зависит от формы ero введения в воду.
В опытах по обеззараживанию БОДЫ аЗОТНОКИСЛЫl\1 сереБРО I,
а также KOHTaKTOl\l воды с посеребреННЫl\1 пеСКОfvl и анодным рас-
ТБорениеl\-1 серебра одинаковые ero концентрации в воде снижа
320
L IИ ЧИСLlО бактерий в ней на равный процент за одно и то )ке
время контакта. Обеззараживание воды тяжелыrvlИ металлаl'vlИ
требует значительноrо времени контакта (табл. Х.7).
Повышение концентрации обеззараживаlощеrо areHTa IIевоз
"
ыо)кно, та к ка к LleTaLlbHa я CI O концентрация J,L'I я оа КТСрИli О.lИЗ
ка к преде ьно допустимой для человека.
т а б .1 И цаХ. 7
БаКlерицидность серебра относительно бактерий коли
Температ) р:з
J1 се
рН
Время снижения числа бактерий на 99,9% в мин при
концентрации серебра в ме/ А
.)
0,01 O,();j 0,09 0,27
6,3 1010 837 156 53
7,5 466 214 81 34
8,7 268 109 58 18
6,3 831 .344 144 32
7,5 316 177 63 21
8,7 216 100 38 13
1,:)
Присутствие в воде 10 15 .!vtz/л хлоридов, переводящих ce
ребро в нерастворимое состояние, увеличивает необходимое вре..
l\tlЯ контакт а на 25 О/о, а 100 At2/ л хлоридов на 70 О/о.
15. ОБРАБОТКА воды озоном
Озон АЗ является СИЛЬНЫlYl окислителем (нормальный окисли
теL1ЬНЫЙ потенциал Ба == +2,07 8, в щелочной среде Ео == + 1,24 в).
При введении озона в В0ДУ достиrается окисление ферментов
бактери альных клеток, - а также друrих орrанических веществ,
в частности веществ, обусловливающих цветность, привкусы и
запахи воды.
Озон б.lедно фиолетовый rаз, удельный вес KOToporo при
НОрI\1С1ЛЫIО\I ,.1аВ"lении равен 2,14 2/Л. При температуре 1120 С
озон превраuхается в жидкость, которая замерзает при темпера
туре 192,5° С. Озон малораСТВОРИl\1 в воде: в 1 л воды paCTB0
ряется 1,42 2 озона при 00, 1,04 2 при 100 С и 0,45 2 при 300 С и
давлении 1 01
Озон ТОКСIIчен, пора)I(ает opraHbI дыхания и центра,,'1ЬНУЮ
HepBHYIO CHCTel\lY. Предельно ДОПУСТИl\'Iое содеР)I(ание озона в воз
духе ПО:\Iещений, [де находятся люди, составляет 0,0001 ЛL2! л.
в воде озон быстро распадается на молекулу и атом кисло
рода, Скорость распада возрастает с увеличениеl\l солесодержа
ния, значеннЙ рН и теl\lпературы воды: при повышении теl\Iпе
21 4 }
32}
ратуры с 1 до 200 С скорость распада озона возрастает в 22 раза,
а при повышении pI1 воды с 7,6 до 9,2 в 15 раз.
Озон обладает высокой бактерицидностью (рис. Х.25), окис
.пяет фенолы дО С0 2 и ПОЭТОl\IУ является очень эффективным pea
reHTOl\1 для обеззаражив ния заrрязненных фенолаl\IИ вод, KO
торые не MorYT обрабатываться хлором из за опасности появле
ния х.порфеНОIJ1ЬНЫХ за
пахов. Расход озона на
окисление 1 .Лtс фенолов
колеблется от 2,3 Мс Оз
при рН==7 до 2,7 Мс ОЗ
при рН == 10.
Озон хорошо снижает
цветность воды. Расход
озона на сни)кение ЦBeT
ности воды зависит от
характера веществ, обу
словливающих цветность.
Он колеблется от 0,1 Мс/ л
на 1 срад цветности, обу
словленной истинно pac
творенными фу.пьвокис
лот ами, до 0,5 !ttc/ л на
1 срад цветности, обу
словленной коллоидны
ми rуматами. Повыше
ние рН воды Уl\lеньшает
расход озона на ее обес
цвечивание, по видимо
му, в результате перево
да веществ, обусловли
вающих цветность воды,
в ионодисперсное состояние. Так, при обесцвечивании подкислен
ной до рН==3,5 воды Клязьминскоrо водохранилища расход озо
на на снижение ее цветности на 1 2рад составлял около 2 Jvtс/Л;
расход озона на обесцвечивание той же воды при pli == 7 COCTaB
лял 0,7 1vtс/Л, а при p}I==8,5 0,4 мс/л на 1 срад цветности.
В опытах Рублевской станции Мосводопровода расход озона
на снижение цветности воды на 1 срад колебался от 0,15 до
0,35 Мс/ л'- в опытах Восточной станции от 0,05 до 0,15 Мс/ л,
а в опытах Северной станции от 0,1 до 0,5 .Jvtс/Л.
По сравнеНИIО с хлором озон имеет ряд преимущестI3: ero по
лучают непосредственно на станции из кислорода воздуха, а BO
да, обработанная ОЗОНО:УI, не Иl\lеет привкусов II запахоI3. Однако
стоимость обработки воды ОЗОНОl\1 дЛЯ ее обеззараживания зна
чительно выше СТОИl\IОСТИ обработки воды хлором, так как по.]у
чение и введение в воду 1 кс озона обходится 80 90 коп., а 1 кс
хлора 10 12 коп.
100
::, 75
g
50
C;:)
2
I
!
I I I I
I l ! !
I I I
I I
I I
I I
t
QQ
Е:
u
::s
25
о 10 20 ЗА 40
Время контакта воаы с озоном 8 мин
Рис. Х.25. Бактерицидность озона при
ве.1ичине рН водопроводпой воды 7,1
1 0,1 .М(! Оз/л; 2 0,05 .Ме Оз/л
322
50
Озон получают непосредственно на фильтровальных CTaH
циях путеl\1 тихоrо (KopoHHoro) электрическоrо разряда в воздухе.
Тихии разряд образуется в узком rазовом пространстве Me {дy
ДВУl\IЯ Э"lектродами, к которым подведен ток BbIcoKoro напря)ке
ния (5 25 Tы.. в). Во избежание образования l\lежду электро
дами ИСКрОБоrо или дуrовоrо разряда электроды помимо rазовои
ПрОС"lОЙКИ ДОЛЖНЫ быть разделены слоеlYl диэлектрика с возмож
НО Болыiиl\II значениеl\1 удельноrо поверхностноrо сопротивления
и ДИЭ"lектрической постоянной. В промышленных reHepaTopax
озона озонаторах применяют трубчатые или пластинчатые
электродыI из стекла.
Чаще Bcero озонаторы выполняют в виде цилиндрических co
судов типа трубчатых теплообменников. При этом в одном аппа
рате располаrают 30 и более отдельных параллельно работаю
щих трубчатых озонирующих элементов, которые состоят из двух
концентрически расположенных трубчатых электродов, разде
ленных llИЛИНДРОМ из диэлектрика (обычно стекла). Концы на-
ружных трубчатых электродов каждоrо озонирующеrо элемента
завальцовываются в трубные доски озонатора.
Воздух движется вдоль оси озонирующих элементов в коль
ueBOl\1 пространстве l\1ежду наРУЖНЫl\l и внутренним электро
дами. Нару)кный электрод охлаждается водой, циркулирующей
в межтрубном пространстве.
Ток BbICOKoro напряжения подводят к внутренним электродаl\I
озонирующих элементов. Корпус озонатора и наружные электро
ды озонирующих элементов заземляют.
Озон и ero водные растворы чрезвычайно коррозионны. Они
разрушаIОТ сталь, чуrун, медь, резину, эбонит. Поэтому все эле
менты озонаторных установок и трубопроводы, контактирующие
с ОЗОНО I И"lИ С ero водными растворами, должны изrотовляться
из устойчивых протиI3 коррозии l\1атериалов нержавеющей
стали или а"lЮlVIИНИЯ. При ЭТОl\1 следует иметь I3 виду, что срок
службы правильно подобранной нержавеющей стали в этих усло
виях не превышает 10 15 лет, а алюминия 5 7 лет.
В заВИСИl\lОСТИ от условий работы озонаторы питаIОТ TOKOl\I
напряжениеl\1 5 25 тыс. в через трансформаторы либо непосред
ственно от сети с частотоЙ 50 2Ц, либо через повышающие пре
образователи частоты.
Il0вышение напря {ения электрическоrо тока увеличивает
производительность озонатора, но одновременно увеличивает
расход Э"lектроэнерrии на получение озона. Озонатор ПО 2 при
наПрЯЖении 5000 в дает 80 2/Ч озона с раСХОДОl\1 электроэнерrии
11,6 вт. Ч!2, при напря {ении 10000 в 250 2/Ч озона с раСХОДОl\I
электроэнерrии 14,7 вт. Ч/2.
Повышение Частоты тока увеличивает производительность
озонатора, несколько сни)кая ero ЭКОНОl\lИЧНОСТЬ.
Производительность озонатора и расход э ектроэнерrии на
получение 1 К2 озона из кислорода воздуха в очень сильной CTe
21*
32:1
пени зависят от влаrосодержания поступающеrо в озонатор воз
духа, ero температуры, содержания кислорода, а так){{е от KOH
струкции озонатора. .
На расход электроэнерrии при получении озона аз I30здуха
существенное влияние оказывают ero влаrосодер)I(анне, теl\lпе
ратура и давление (рис. Х.26). Поэтому на COBpel\leHHЫX YCTa
u
нопках I30ЗДУХ, подаваемыи 13 озонаторы, ооычно КОl\1преl\IИРУ
120[
I
100
i
I I
, I
80 +
i
60 и<
I
<'r) I I
40
2o i !
с::1 I ! I
Q о' I i
r I t
(t) I I
К '
20f ..
I
40 L . J
а 4 8 п ffi
Выхоо озона В О/О от соdеРЖQНUЯ
в ВОЗОljхе
I
I
I
I
I
i
I
I
о
20 24
!<.uслороrJа
800
600
<4..
400 CIO
c::j
"'"
200
:I::
cu
с::::;:
t:1
':t
Рис. Х.2(), B.1IJ51HIJe температуры и даВ.1ения воздуха
на IЗыход озона
:стся И осушается охлаждениеl\1 до точки росы и абсорбциеЙ с тем,
чтобы снизить ero I3лажность с 10 12 дО O,03 O,1 2/.-4[3,
Схема совреl\Iепной озонаторной установки с rлубоким ocy
Luением воздуха охлаждением, вымор аживаниеl\1 и поr.тIОIl ениеl\1
оставшейся I3лаrи абсорбентаl'ЛИ показана на рис. Х.27.
Воздух забирается через жаЛIОЗИЙНУIО решетку и проходит
через кассетныЙ поздушныЙ фильтр 1. Очищенный от ПЫЛII воз
дух сжимается КО lпреССОрО 1 2 II напраВvlяется во I3тороЙ Kac
се rlIЫЙ фильтр 3, I3 которо:'.! очищается от l\fельчаi'Iwих IС1пелек
t,I3СЛ а, попадаIОIIIИХ 13 воздух В КО Iпрессорс. По 13ы o e НЗ cl)II<]b
тра часть воздуха направляется 13 Сl\lеситеL1Ь 4 ФII,'IЬТl'ОВ :IЬНОЙ
ст аНU!IИ ДL1Я интенснфик аПIIИ C"\IellI III33II1IЯ 030H(l с I30 IO (1: ()ста.ль
ноЙ RОЗДУХ идет на осушку.
ПеrпьrЙ этап осушки воздуха ПРОIIСХОДIIТ в ОрОСЕте.1ЬНО:\I xo
лоди.т1ьнике 5 ВСLrrедствие KOH,J.eIIcCllLIIII В,] arII. I\о:\lпреl\1ироIJ3IIныIй
I30ЗДУХ НЗ КОl\1прессора I!l\IeeT ТС Iпературу 40 50:) С. П pII cro
раСШIIр НIIИ и ОХ,lа)кдении в ОрОСIIтеЛЬНО:\I ХО,lОДИЛЫIIIКС выIе
124
ляется часть влаrи. Вода, орошаIощая трубки холодильника, по
KOTOpbIl\1 дви)кется воздух, отводит выделившееся тепло.
ОХ"lа)кдеllIIЫЙ возд /х ноступает I3 кожухотруБныIй ХОЛОДИ"lЬ
НИК 6,13 КОТОрО:\I воздух IIдет 110 труба:\I, ОХ"lа)кдае:\lLIЛI I<IIrIЯIЦИ:\I
фреОНО:\l. ПОС"lедниЙ IIоступает от спепиалыIйй устаНОВКII 7. B"la
[а из воздуха оса)кдается 13 ВIIде инея на поверхности труа и yдa
ляется при остановке II отоrреваНИII ХОЛО,J.и.пьников. Затеl\1 воз
дух пропускается через абсорбер 8, rде остатки влаrи сорбиру
/'.
/
Воз JljX
воаа на ОХ/1аlКJение
(.... ....,. ф
Фреон пар f
r "" "'..J
I
I
4 !
I !
1
"v 5 20 тыс IJ
?" [k
! L....j
реон
;НgiO)
всзау
"\..,/"
CтO'f
t
Pr
./ /
Сток
в реЗfРВljар
чистоu доdы
Рис. Х 27, Схема CJЗОIIаторноi"'1 установки
I-GТСЯ СИJ1икаI'еL1е I или а ктивноЙ окисью аЛIОl\IИНИЯ. ,Для
пр дотв ращения HarpeBa за счет тепла, выIе,,lяIоlцеrосяя при
сорбции БОДЫ, сорбент в абсорберах ОХ"lа)I(,],ается водоЙ, IIpOTe
каЮlцей по Зl\lеевику, которыЙ располо)кен в слое сорбента.
РеrенераЦПIО сорбента осущеСТI3 lЯЮТ продувкоЙ cro rОрЯЧII:\I
ВО3ДУХОl\I (200 2600 С), I10даI3аеl\IЫl\I от электрокалорифера 9.
О б е с пыл и в 3 II И е о с у ш е II II О ro поз Д уха 11 о (\1 е ад со р б с Р о в Д о с т и
rается с поl\IоIцыIo тканевых фильтров 10, ero ОКОIlЧЯТС,lьное
O ""' I """() тт. ' Сl)) 11 '."\' L I '" "\'(\---;,'11" l T,'1' 11 ,'I")T, / 1 ОС \: 1 Т 1 '\Т< "";'1
.,\" Cl/!\,..J.,\..-lILI\:" 13 , t С t t JJ11 ):.\ ').I.JLJ.\",,\.i'.J,t,. \.ил .1., J 1 \..-JlIl;.,11 II
ох ,,1 а )1(Д е II н Ы i'I I3 () 3,.1, У Х 11 О С Т \. П а с т в о 3 О Il а т 01) ы 12, r Д е ч а с т J) Е II С, I О
J.
рода I30ЗДУХ<1 ПО.!. I3,,"JИЯIIJIС1\1 TII.:\oro Э:1РЕ1'[Нlчсскоrо ззр да пре
вращается в 030 I. ИЗ ОЗОIIаторов C leCb воздуха с 030II )Ч IlОСТУ
пает 13 c:\IecIITC"lb j ;("lЯ с rСIIIиваIIIIЯ с оuрабатыrзаСl\IОi'r БОДОЙ.
Расход Э"ТIСКТрОЭlIСр1'IIII на ПО"lУЧСJТТIС 1 !\ озона I13 Т' IIС,10РО
дп хорошо ОСУШСIII10 О SOJ,.T;,Y:\J ЕО"lсбtlется ,.],.lЯ озона TOP()i 1'[1 l
"lIIЧIILIХ Типов В преДС,,'1ClХ ОТ 13 до 29 !{ВТ · tl. а ПрII ;1зботе п;} IIe
ОСУИlеIIIIО:\1 воздухе пт 1:3 :[п Б7 !{ПТ · Ч. PJc\o.l, Э,lС'I;ТРОЭIIСРПТП
"')
,} .:)
на КОJ\lпреl\IИРОI3ание и rлубокое осушение воздуха перед пода
чей ero в озонаторы составляет около 6 10 квт. ч на 1 К2 по
лучае1\10rо озона.
:rla устаНОIЗках небольшой производитеЛЬНОСТII осушение воз
духа ,J,остиrается без ero охла:lкдения абсорбцией пароI3 воды
аL1Ю:\IоrС"lе:.\1 или силикаrеле:\l. При ЭТОl\I расход энерrии на ocy
шеНIIе бывает больше, чеl\I при осушении воздуха охлаждениеl\l,
так как на заl\10раживание 1 К2 воды расходуется 80 ккал, на
выпаривание Toro же количества воды из абсорбснта при ero
реrенерации 539 ккаЛ/К2. Поrлощающая способность СИ,,1ика
rеля по воде 8 1 О О/о веса силикаrеля, аЛЮl\10rеля 2 4 О/о.
В Сl\Iесителе не происходит полноrо использования озона для
окислеНIIЯ содержащихся в воде веществ, способных окислять
ся ОЗОНО:.\I, часть озона выделяется из воды. Повышение эконо
мичности озонаторных установок lVlожет быть достиrнуто peKY
перациеЙ озона из воздуха, выделяющеrося из водь! в Сl\1есите
ле станции озонирования.
Как показал опыт эксплуатации станции CeH Mop, снаб
:lкающеЙ питьевоЙ водоЙ ПаРИ:lК, использование для подачи в
озонаторы осушенноrо воздуха из смесителя станции озониро
вания снизило на 1 О О/о расход электроэнерrии на получение
озона.
Для экономичности работы озонаторных установок большое
значеНIIе Иl\1еет полнота Сl\лешивания содержащеrо озон возду
ха с обеззараживаемоЙ водоЙ.
Введение озона в обрабатываемую воду l\10жет осуществлять
ся следующими способаrvrи: 1) барботированиеlYl содержащеrо
озон воздуха через слой воды; распределение воздуха происхо
дит через фильтросы; 2) противоточной абсорбцией озона BO
дай в абсорберах с насадкой из колец Рашиrа или с хордовой IIа
саДКОI'"'r; 3) смешиванием воды с озонированным ВОЗДУХОlYl
в эжекторах или в специальных роторных lVlеханических CMeCII
телях.
Барботирование озонированноrо воздуха через воду ocy
ществлено на очистной станции в Филадельфии. rлубина воды
в барботерах принята 5,3 J1t; озонированный воздух предвари
TCLlbIIO С:\Iешивается с ДВОЙНЫl\I количеСТВОl\1 обеспылеНlIоrо воз
духа, не прошедшеrо озонаторы.
Ia станции Кеницберr, снаб)I(аIощей водоЙ Берн (ШвеЙца
рия). испытаны два типа устроЙств Д,,1Я ВВС;Lения озона в воду.
ПерI30е устроЙство представляет собой три параллел:ьно рабо
таЮIЦИХ э)кектора, через которые проходит от 15 до 50 О/о Bcero
количества обрабатываеl\IОЙ воды. Вода в Э)I(екторы поступает
под даВLlение:\I 1.2 ат и засасывает в э)кектор С:\IССЬ озона с I30З
ДУХОl\I. Образовавшаяся ВОДОI30ЗДУШIIая Эl\IУL1ЬСIIН С:\Iешивается
по ПРIIПЦИПУ противотока с oCTaLlbHoi'r обрабатывае:\IОЙ водоЙ в
специаL1ЫIЫХ Ka:\Iepax peaKUIIII, раССЧIIтаНlIЫХ НЗ 1 O :\IIIHYTHbII'"'I
контакт IЗ0ДЫ с ОЗОНО:\J.
32()
Второе испыIанноеe на этоЙ станции устроЙство Д"ТIЯ Сl\Iеши
вания воды с озонированным воздухом представляет собоЙ ыe
ханический роторный Сl\Iесите.аь, поrру)кенныi'r в Ka:\ICpy peaK
ции. Ротором смеситеIJ1Я является дырчатый полыЙ ЦИ"lIIНДР, Bpa
щаIОЩИЙСЯ BOKpyr вертика"ттьной оси (около 3000 об/ЛlU1-l).
Внутри цилиндра создается ваКУУ:\l и в Hero через введенную в
цилиндр трубу поступает IIЗ озонатора озонированныЙ воздух,
который образует в воде Kal\IepbI реакции ТОНКОДIIСПСРСНУIО
ЭlVlУЛЬСИЮ.
Распыление озоновоздушноЙ Сl\Iеси в воде трубаЫII IIЗ пори
стоЙ керамики осуществлено на установке СеверноЙ водопро
водной станции [4]. Эти трубы диамеТРОrr1 160 Х 20 М-,Н С раЗl\1ером
пор 100 МК обеспечивали распыление озона с 85 90 О/о HЫЫ ero
использованиеl\l. Потери напора в порах труб составляли
90 ММ вод. СТ. при расходе озоновоздушной смеси 30 Лl 3 /ЛlU1-l 11
300 Л1JИ вод. СТ. при расходе воздуха 100 hl 3 /htU1-l на 1 ,,1[2 поверх
ности трубы.
Расход электроэнерrии на смешивание озона с водой и по
тери озона во время этоrо процесса приведены в табл. Х.8.
Iадежное обеззараживание воды озоном достиrается при
содержании в воде остаточноrо озона 0,1 0,2 hlс/Л через 20 МИ1-l
после введения ero в воду.
т а б л и ц а Х,8
Расход электроэнерrии на смешивание озона с водой
и потери озона во время смешивания
Тип устройства для смешивания воды с озоном
Расход электро
энерrии на CMe
шивание с водой
1 кс озона в
квm.ч
Потеря
озона в %
Смеситель с подачей озона через филыросы
(высота слоя воды 5.м) . . . . . .
Противоточный скруббер . . . .. ...
Эжекторный смеситель. , . . . . . . .
Турбосмеситель. . . . . . . . . .
Напорный смеситель с даплениеl\'I 2 ат .
26 28
11 15
20 25
8,5 13
80 1 00
20 40
7,5 35
14 16
15 27
O l
Расход озона на обеззара)кивание профпльтрованной воды
на различных очистных станциях составлял: на Петроrрад
ской 2,75 ЛlС/Л, в Сено.Мор (раЙон Парижа) 0,6 1,5 !llс/Л,
в Кеницберrе 0,3 0,75 !llс/Л п в Филадельфии 0,6 4 !liс/Л.
продол)ките"lыIстьь контакта воды с ОЗОНО:\l обычно ПрИНII
?\Iают в пределах 5 20 ЛIU1-l (ыеIIьшая ПРОДО.ТТ)КIIте"lЫIОСТЬ OTHO
сится К артеЗIIаIIСКИ:\I IЗ0да:\1, БС).,lьшая к JЗ0да:\I поверхностных
IIСТОЧНИКОВ) .
Вода, подаваеl\Iая I3 водопроводную сеть, НС ;:r.o.l)KIIa co;:r.eJ1
)кать озон во IIзuе)каIIIIе повышенной КОJ1РОЗIIII CT3.1bIIbIX П Ч\'
327
rYHIlblX труб. rIОЭТОl\1У ПОС"lе введеIIliЯ 13 поду озона нужно обес
пеЧlfТЬ достаточно Д.]итеЛЬНУIG выIер)ккуy воды в резервуаре.
Характеристиктr и rабаритные раЗl\lеры выпускае:\IЫХ в
СССР озонаторов приведены в табл. Х.9 и Х.10.
БО.,lес подробные сведеllИЯ об обр аботкс ВОДLI ОЗОIIО:\! IIрИВО
ДЯТС51 J3 \10ноrрафиях [3 и 5].
т а б л и ц а Х.9
Характеристики озонаторов ПО при работе на воздухе с давлением 1.6 кr/с.ч 2
и напряжении электрическоrо тока 1 О 000 (3
расходl I
KOHцeH
трация I(аж у щая РdСХОД Расхо:х
Марка озона в Сила l\10ШIlОСТЬ ся мощ возду Выход ЭJIектро охлаж:да
озона I ОЗОНОIЗоз тока разряда. IIOCTb В ха в 0З0на энерrии в ющсii BO
тора I душнои В а I3 квт квПl м:jч В 2jч кв т . ч н а ДЫ в At /
i смеси в 1 К2 Оз
J.f 2 j Л
ПО 2 20 1 5 10 20 250 14,7 1
ПО 3 20 1 ,4 7 14 24 470 14,7 1
I1O 5 20 2,5 14 20 50 1000 14 , 1 2,.)
т а б .1 1 [ 1 L а X,lO
Размеры и вес озонаторов ПО
.Марка Размеры I3 М.М Колич ССТIЮ
озонатора трубок н шт, Вес R КС:
D L Н
ПО 2 606 1600 866 85 620
по з 706 1585 885 121 740
ПО 5 1006 1825 1260 241 933
16. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ
С ПОМОЩЬЮ БАКТЕрицидноrо ИЗJIУЧЕНИЯ
Специфичность биолоrическоrо действия различных по ,.1.'1 II
Не ВО,,1IIЫ участков спектра "lучистоii энерrИII БЫ"lCl YCTaHoB"leII3
А. М. Маклаковым в 1889 [. Да"lЫlеЙШИЫII IIсс.пеДОU3НИЯi\IИ Oы
ло ПОI<азано, что высокой бактерицидностыо об"lадает И3"lуче
с'
ние с длиной волны от 2200 до 2800 А. Этот участок У"lьтраФIIО
летовоrо спектра называется баКТСРИЦИДНЫl\I. f I аIIБО"lее 6а KTe
РИЦIIДНО из.аучение с Д"lИНОЙ BO"lHbI ОКО,,10 2600 .:\: ИЗ"lУЧСНИС с
J
Длинаl\III волн 2000 и 3100 А об,, Iадает бактеРIIЦIIJJfОСТ!)Ю, уже в
100 раз l\lеньшей.
ОтечественноЙ ПРОl\1ЫШ"lенностыо ВЫПУСКсlIОТСЯ PTYTHO KBap
цевые бактерицидные .лаl\IПЫ BbIcoKoro даВ"lеНIIЯ (ТIIпа ПР К 11
РКС) И бактерицидные aproHo pTYTHbIe "lаl\1ПЫ низкоrо ;ICl.В.lеIlИ51
328
т l () ,1 ] 1 Il аХ. 11
Ха рак rеристики некоторых бактерицидных ламп
ТИП лампы
НО:\1ИнаvlLная
:'-ЮЩIIОСТЬ .ттампы
в вт
Рас!! еТIIЫII бак
терицидныЙ ПО
'10К В вт
Длина :Iа:-.шы
в .М,Н
t l,иа:.tстр трубl{И
лампы в AUd
БУВ 60П
rlPK 7
PKC 2, 5
60
1000
2500
3,9
35
60
910
380
1200
2
n р J! \I С II () 1111 е. 11:0:\1ина,'IЫlое 1!(}IIРЯiкеНIIе вести :220 в
(типа БУЕ), которые ис
пользуются для обезза
ра)кивания воды в прак
тике ВОДОСIIа б)кения.
Характеристики наи
БО.,1се l\IOIlLHbIX бактери
ЦИДIIЫХ лаl\IП, выпускае
:\IbIX в СССР, прнведены
в табл. X.l1.
Во время работы Tel\I
пература повеРХНОСТII
РТУТIIо кварцевых ламrr
BblcoKoro давления
(400 800 ЛlJt рт. СТ.) дo
стиrает 250 3000 С, по
ЭТОI\IУ они должны раз
мещаТLСЯ в чехлах из
кварцевоrо стекла. Таки
ми чехлаМII оБыIноo слу
жат кварцевыс трубки
ДиамеТрОl\1 46 50 М.М.
выпускаемые ПрОl\IЫIlr
ленностью. Стенки KBap
"
цевых труоок ПРОIIуска
ЮТ ОКО..10 800/0 бактери
цидноrо излучения pT:YT
HO ква рцевых 1/1 а:\IП.
Обезза рал(пвание BO
дЫ бактерициднылr IIЗI/1У
чеIiием rожет произво
Диться только тоrда. Kor
да подле)кащая обезза
ра}КIIванию вода 06.1 ада
ет lV13ЛОЙ цветностыо и не
содержит КОLl,,10IIДIIЫХ II
;.
, ,
. )
j
::J
t
,)/6
р ре. Х .28. С:\е:\[ а оактер IIЦIIДНОЙ уст (l Il О ПI\ j 1
OB 1 п
h.0pII L' )С1ановки; 2 бактерицидная .1(}\![!i1;
3 кварцевыЙ чеХО.1
('129
взвешенных веществ, поrлощаIОЩИХ и рассеиваIОIЦИХ ультра
ФИО"lетовые лучи.
В установках лотковоrо типа бактеРИЦIIдные .пампы распо
лаrаются над поверхностью воды, протекающеЙ ТОНКИl\1 слое I
по дну лотка; в установках с поrружеННЫ1\IИ лампами обеззара
)кивае:\Iая вода обтекает бактерицидную лаl\IПУ, находящуюся
в потоке воды.
На рис. Х.28 представлена cxel\la бактерицидноЙ напорноЙ
установки типа ОВ I П с одноЙ ла1\IПОИ, разработанноЙ АКХ
И1\I. К. Д. Памфилова.
Установка, оборудо
ванная одноЙ бакте
РИЦИДIIОИ лампой
БУВ 60П, рассчитана
на обеззараживание
расхода воды 3 .lJtt 3 jч
при максимальном
давлении 5 KFjCM 2 .
Схема одноЙ ceK
ции установки для
обезза р аживания BO
дЫ OB AKX 1 приведе
на на рис. Х.29. В этоЙ
установке вода обтека
ет ртутно кварцевую
лампу ПРК 7. Произ
водительность YCTa
новки из пяти после
довательно соединен
ных таких камер
150 .Iн 3 jч, потеря напора в каждоЙ камере около 0,5 .М вод. СТ.
ДЛЯ обеззараживания больших количеств воды АКХ разра
ботаны самотечные кассетные установки типа ОВ ПК РКС с
ртутно кварцеВЫ1\rи лампами BbIcoKoro давления PKC 2,5 произ
ВОДIIте"lЬНОСТЬЮ 3000 Jvt 3 jч. Обеззара}киваемая вода протекает
по каналу длиноЙ около 7 м, r лубиной около 1,05 J1l и шириноЙ
1,35 Jl, в KOTOpOl\1 установлено на 10 вертикальных стеллажах
кассетах 72 рабочих и 8 резервных ламп PKC 2,5 в кварцевыIx
чехлах. Наружная поверхность кварцевоrо чехла непрерывно
очищается щеткой, вращаеl\10Й дви}кущеЙся водоЙ.
Расчет установок для обеззараiкивания воды бактеРИЦIIД
ныы I1З"lучениеl\I сводится к определению числа .ламп, которые
неоБХОДII:.\IЫ ДЛЯ создания потока бактерицидноrо ИЗ"lучеНIIЯ,
достаточноrо для обеззараiКIIвания данной воды.
Требуе1\Iое количество "lаl\lП (Kal\1ep) п в установке опреде
1J1ЯIОТ по фор ЫУиlе
.
1::з-
Рис. Х.29. Схема одной секции бактерицид.
ной установки OB AKX l
п == F -- j F
о ."1,
330
(Х.6 )
[де F б необходимый для обеззара)кивания бактерицидныЙ по
ток в вт;
F л расчетный бактерицидный поток, соз;r,аваеl\IЫЙ одноЙ
бактерицидной лампоЙ после 4000 5000 ч работы,
в вт.
Необходимый для обеззара)кивания воды бактерицидныЙ по-
ток F б выIис.1яIотT по фОРl\lуле
Qak 19 ( )
F б == Р о , (Х.7)
1563, 41 1n 1 1o
здесь Q расчетный ра'Сход воды в JvlЗjч;
a коэффициеIIТ поr"lощеIIИЯ об.]) чае:\IОЙ воды 13 C H l,
равныЙ: для бесцветных подземных вод, ПО,,1учае
I\IJJIX из rиlубоких ПОД3Сl\IIIЫХ rОРИЗОIIТОВ, О, 1 c.Vl l;
для родiIиковой, rрунтовой, подрусловой и IIНфИЛЬ
трационнои вод-ыI 0,15 CM l; для обработанноЙ воды
поверхностных источников водоснабжения 0,2
О 3 CM I.
, ,
k коэффициент сопротивляемости облучаеl\IЫХ бакте
риЙ в JvlK вт. сек/ с.м 2 , ПрИНИl\lаеl\lЫЙ р aBIIbIl\I 2500;
РО коли индекс воды в единицах на 1 л до облучения;
р то же, после облучения, принимаемый соrласно
rOCT 2874 54 не более 3;
l1п коэффициент использования бактеРИЦИДIIоrо пото
ка, ПРИНИl\lаемый в зависимости от типа устаНОВКII
(для установок OB AKX l можно ПРИIlИl\lать OKO
ло 0,9) ;
f)o коэффициент использования бактеРИЦIIдноrо облу
чения, ПрИНИl\lаемый равным 0,9.
Опыт эксплуатации бактерицидных установок показа"l, что
расход электроэнерrии на обеззараживание 1 JН З воды колеб
лется от 10 вт. ч для чистых артезианских вод до 120 вт. ч для
речных вод после их очистки на обычной ФИ,,1ьтроваЛЫIОЙ
стаНЦIIИ.
17. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ УЛЬТРАЗВУКОМ
r"lьтразвуковые волны (звуковые ВQЛНЫ с l\lалоЙ Д"lIIIIОЙ
ВО"lНЫ и С частотоЙ БО,,1ьше 20 000 ц) ускоряют ОКИСЛIIТС"lьные
процессы и вызывают коаrУЛЯЦIIЮ белков, в результате чеrо
МIIкроорrаНИЗl\IЫ, поДверrающиеся воздействию ультраЗВУI ОВЫХ
колебаний, rибнут.
Бактерицидное действие У"lьтразвуковых КОtJlебаниЙ возра
стает с увеличение:\I интенсивности У"lьтразвуковоrо ПО,lЯ II про
ДО"lЖIIтельности воздействия ero на обеззарал(иваеl\lУIО воду.
Н а рис. х.зо прпве;r,ены да нные опытов по обезза р а)КIIваПIIIО
331
артезианскоЙ lЗ0ДЫ, I3 KOTOpYIO были IIредварительно в13едсны
кишечные па.,10ЧКИ. 1'0"lщина С,,10Я воды, протекавшеЙ над пье
30кварцевоЙ из.лучаlощеЙ плаСТ1IНКОЙ, 10 см; время воздеЙствия
ультразвуковых колебаниЙ
3 нип; частота 722 К2Ц.
При неизменноЙ ИIIтеIIСИВ
ности ультразвуковоrо поля и
заданной продо,,1жителыIстии
ero воздеЙствия эффект обез
зараживания зависит от час
тоты ультраз13уковых колеба
пиЙ. ПО ВИДИ1\10lVIУ, l\lакси
мальноЙ бактерицидностыо
обладаIОТ колебания с часто
тоЙ 500 1000 К2Ц. Такие KO
.,1ебания MorYT создавать как
пьезок13арцевые излучатели,
т ак и 1\1 аrнитострикционIIыIe
вибраторы.
Несl'ЛОТРЯ на высокую дей
Рис. Х.зо. Зависимость обеззараiКII ственность 3Toro метода обез
ваНIIЯ ВОДЫ ультраЗВУКОВЫl\1I1 ко.тrсба
ПИЯМII от их интенсивности зараживания ВОДЫ в отноше
нии спорообразующих l\IИКрО
орrанизмов он не нашел широ
Koro приыенения из за трудностей в создании достаточно l\10Щ
ных [енераторов ультразвуковых колебаниЙ.
(ОО
.о
t::
(..)
с::::>
40
<
cu
Е:1-
<""':>
т
<:i
<:::J
00;:
80
<:(::)
::::,
1")
60
<:::J
20
О 0,5 f,O ',5 2,0 2,5 3, О
Интенсиdность ультразВука d dт/CMZ
18. ИНАКТИВАЦИЯ ВИРУСОВ В ВОДЕ
При попадании бытовых сточных вод в воду источника BOДO
снаб)l{ения она может стать переНОСЧИКОl\I ВИРУСО13 ПО"1ИО:\lИС,,lИ
та, инфекционноrо rепатита, КОКСCiки и др.
По 13идимому, осно13ная часть вирусов в воде источника BO
ДОСIIаб)кения содержится в абсорбиропаIIНОl\I на поверхности
частиц взвеси и бактериЙ состоянии. Об ЭТО1\1 свидетельствует
резкое снижение частоты заболеваниЙ ВИРУСНЫl\1И инфекциями,
IIсредавае:ЧЫl\IИ водоЙ, при снижении l\IУТНОСТИ и содержания
в Heii бактерий (рис. Х.31).
СвязанныЙ в ХJ10раl\ПIНЫ хлор IIрактически не инактивирует
вII!J)тыI 13 воде. СвободныЙ хлор в концентрации 0,3 0,5 Лl2/Л
IIнаКТIIвирует вирусы ПО"lIIОl\lие"lIIта, коксаки и инфекционноrо
rспаТlIта IIPII Д"lIIтельной экспозиции. Величина константы pe
зистентности К [см. уравнение (Х.2)] дЛЯ вируса инфекционноrо
rепаТIIта равна 1 o 12, Д.,lЯ ПОЛИО1\lиелита 30 35, в то вреl\fЯ
как константа реЗIIстеНТНОСТII Д..1Я веrетаТИВIIЫХ фОрl\1 :\IИКрООр
I аНIIЗ \10В наХОДIIТСЯ в пределах 3 6.
КоаrУ"lИРОВ3НIIС взвешенных и КО"l"lоида"lЬНЫХ заrрязнениi'r
реЧlIоi'1 БодыI II IIХ уда,1еНIIе отстаIIваниеl\I и фильтрованиеl\I сни
332
)кает общее содержание вирусов в воде на 97 98 О/о при сни)ке
нии l\IУТНОСТИ воды ниже 0,5 Аt2/Л и содержании в ней бактерий
до 2 1 О в 1 JtЛ.
· 60
б. 40
"o
(:)
20
c::s
IO
&
.Q
:t:: Ц
о 5 Ю
Скорость сри.льтро8анuя 8 м /ч
4IXJ
200
tj
t:::
'>
)::::J 100
;::,
C).
:::s
(;:)
>::,
10
8
'1
'о
(..)
::::::s
::J-
2
о 2 (],Б 1,0
МутtIOCть ({XI.l1bmpaтa 8 Mr/11
Р!1с. Х.31. Корре.1ЯЦИЯ ЧИС:lа заБО,lсrза r;IIi'I ВИРУСIIЫ:\I rепаТИТО:\l
с мутностью водопроводной воды
Весьма полно инактивация вирусов полиомиелита достиrает
ся в процессе peareHTHoro умяrчения воды [19].
ЛИТЕРАТУРА
1. Б а r о Ц к и й Ю. Б. Смешение ОЗОНОВОЗДУШI-IОЙ смеси с водоЙ. «Boдo
СllаОЖ(-'НI1С JI санитарная техника», 1966, .NQ 10.
2. Б и I<i: К е н II Н И. Х. Методы измерения концентрации озона. В сб.:
«Научные труды АКХ РСФСР», Т. XXII, 1963.
3. В а х л е р Б. Л. Озонирование воды капала Северный Донец Дон-
UciCC Д.1Я питьевых це.1ей, Стройиздат, 1965.
4. Д \1 II I' Р II е в а Т. А., К У д р я ш о в r. П., Б а r о Ц к и й Ю. Б. О пы r
ОЗОНIIроваНllН поды па Северной станции. «rородское хозяйство Москвы»:
1962, ЛI9 8,
5. К о ;'l\ ;! II () В В. Ф. Установки Д.1Я 030IНlрования воды. Стройиз
дат. 196Н.
б. К Р () т к () Б а Б. И. Применение амидосульФоповой KlIC lOTbI при дe
ЗIlнфеКЦИII X.:IOpO:\1 воды плавате.1ЫIЫХ бассеЙнов. В сб.: «Научные труды АКХ
РСФСР», с\2 30, 1 64.
7. К У н II JI () Л. А. Обеззараживание питьевой воды при элеКТРО.1изе.
В со.: «IIаучныС' труды .АКХ РСФСР», т. XXII. 1963.
8. П II С К У 1I О В П. 1/1., С о к о .1 О В а Н. В. ОЗОlIироваНIIе воды реки Око.
80,lro В ятекое КIl IIЖlIое IIЗД во, 1966.
9. С о к о "1 О 13 В, Ф., 1\1 о н а с т ы р с к а я И. 1'1. Обеззараживание ПlIтье
воЙ воды б i!\r рIIЦIIДIIЫ\1II ,1учаl\lII. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР»,
Т. f>З. 1968
33
10. Ч е р к и н с к и й с. Н., т р а х т м а н Н. Н. Обеззараiкнвание питье.
ВОЙ воды. Медrиз, 1962.
11. Ш а л а ш о В а Е. С. Применение езона Д.1Я очистки воды. (<-Жилищ.
но коммунальное ХОЗЯЙСТВО», 1960, .N2 5,
12. Ш и 1\1 К О В И Ч В. В. Автоматические дозаторы хлора. «Водоснабже
вне и санитарная техника», 1969, N2 2.
13. В а u т а n Е. R., L u d w i g D. D. Free зуаilаЫе chlorine residuals for
sтall water supplies. JA WWA, 1962,54, N2 11.
14. В 1 а с k А. Р., К i n т а n W. с. et аl. Use of iodine for disinfection.
JA \V\VA, 1965,57, N2 11.
15. F а i r G., G е у е r J. Elements of \vater supply and waste \\'ater dispo
sal. Wiley, 1958.
16. F r а n k о v а У., S у т о n К., С е r v е n k а R. Pricpe\,ek keshidin moz
nosti odstranenie yirove koagulaci vody. Sb. Vysoke skoly chemicko techn"
1964, 8, N2 1.
17. Н а 11 u t а J. Das Ozon in der \Vasserchemie. «Gas, \Vasser, Warme»,
1969, 18, N22.
18. R о Ь е с k G., С 1 а r k е N., D о s t а 1 К. Effectiveness of \\,'ater treat
ment processes in \7irus removal. JA WW А, 1962, 54, N2 10.
19. Т h а у е r S. Е., S Р r о u 1 О. J. Virus inactivation in \vater softening
pr'ecipitation processes. JA WWA, 1966, 58, N2 8.
20. W е n t w о r t h D. Р., Т h о r u р R. Т., S р r о u 1 О. J. PolioyirLlS inac
tivation in water softening precipitatiol1 processes. JA \VW А, 1968, 60, N2 8.
21. W о о d w а r d R. Reyie\v of the bactericidal effectivness of sil\/er.
JAWWA, 1963,55, N2 7.
r л А В А ХI
PEArEHTHbIE МЕТОДЫ умяrЧЕНИЯ ВОДЫ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В практике водоподrотовки применяется ряд методов обра
ботки воды реаrентаl\IИ с целью связывания содержащихся в
воде катионов жесткости кальция и маrния в малораство
римые соединения, выделяемые затеlVl из воды осаждением и
фильтрованием.
PeareHTHoe умяrчение воды производят как без подоrрева
воды, так и с ее подоrревом.
Применение различных вариантов peareHTHbIx методов умяr
чения воды обусловливается качеством исходной воды и необ
ходимым эффектом _умяrчения. В отдельных случаях умяrчение
воды сочетают с устранением друrих компонентов, например
железа, креl\1НИЯ, сульфатов и др.
Выбор peareHTHoro l\1етода умяrчения воды в каЖДОl\;1 KOHK
ретном случае должен базироваться на технико экономическом
ero сопоставлении с друrими возможными в данном случае спо
собами и особенно с ионитовыми методами умяrчения.
2. УСТРАНЕНИЕ КАРБОНАТНОй ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ
ИЗВЕСТКОВАНИЕМ (ДЕКАРБОНИЗАЦИЯ ВОДЫ)
Декарбонизация воды известкованием может применяться
в тех случаях, коrда требуется одновременное снижение жест
кости и щелочности воды, при этом во мноrих случаях rлавной
задачей является устранение щелочности воды. В частности,
этот метод находит применение в сочетании с последующим
N а катионированием воды для получения rлубоко Уl\1яrченной
воды с небо.,1ЬШОЙ щелочностью.
Сущность метода заключается в обработке воды известью
Са (ОН) 2.
При добавлении к воде rидрата окиси кальция в виде извест
KOBoro раствора илп известковоrо молока прежде Bcero происхо
дит связывание растворенной в воде уrлекис.поты с образовани
e I бикарбонатных ионов:
,
СО 2 + OH НСО з .
335
Дальнейшее добавление извеСТIj приводит к переI30ДУ би
карбонатных ионов в карбонатные:
НСОЗ- + OH CO + Н 2 О.
Карбонатные ионы реаrИРУIОТ с ПРИСУТСТВУЮЩИЫII В paCTBO
ре катионаl\IИ кальция, и если при этом окажется fIревзойден
ным произведение растворимости СаСО з , то из раствора Bыдe
ляется осадок карбоната кальция:
Ca2 + CO СаСО з .
t
Для устранения l\lаrниевой жесткости количество добавляе
мой извести должно обеспечивать получение малорастворимой
rид р 00 ки си l\tl а [н и я:
Mg2+ + 20H Mg(OH) 2.
t
Для выяснения побочных соединений, образующихся тз при
веденных реакциях, их целесообразно представить 13 !\lолеку.пяр
ной фОрl\lе:
а) связывание растворенной в поде уrлекислоты
2С0 2 + Са(ОН)2 Са(НСОЗ)2;
б) устранение кальциевой ка рбонаТIIОЙ )кесткости
Са(НСО З )2 + Са(ОН)2 2СаСОз + 2Н 2 О;
I
у
в) устранение маrниевой карбонатной жесткости
Мg(НСО З )2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2СаСО з + 2Н 2 О.
t
в случае наличия в воде бикарбоната натрия при обработке
БОДЫ известыо происходит образование осадка СаСО з и OДHO
временно образуется карбонат натрия:
2NаНСО з + Са(ОН)2 СаСОз + Nа2СОЗ + 2Н 2 О,
При обработке воды известью происходит таКп(е перевод
l\rl а [н и ев ы х сол ей н ек а р б о н а т н ой )К е с т к о сти В 1\'1 а л о р а с т в о р и :\/1 УЕО
rидроокись маrния с образованиеl\/1 эквивалеНТIIоrо количества
кальциевых солей сильных кислот:
MgS0 4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaS04
I
У
MgC1 2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + СаСI 2 .
у
ТеоретичеСКIIЙ преде.,1 Уl\IяrчеНIIЯ воды известковаНIIе:\1 без
е е п о Д о [р е в а оп р е Д е л я ет с я р а ст в О р II 1\1 О С Т ыо к а р о о н а т а к а ,,1 ь Ц II Я
II rИДРООКIIСИ l\lаrния. РаСТВОРИ:\10СТЬ карбоната ка.1ЬUИЯ в :\10
336
IIорастворе при ТСl\lпературе 00 С равна 0,15 Jl2 экв/л, а IIPII Te:\I
пературе 800 С 0,03 .Лt2 экв/л, для rидроокиси l\lаrНIIЯ COOT
встственно 0,4 и 0,2 Н2 экв/л.
Следовательно, теоретический предел У:\IЯI'ЧСIIIIЯ IIplIpO 1IIUIX
вод указанныI\Iии ыетодаl\IИ без избытков ионов CO II Or1 при
00 С составляет 0,55, а при 800 С 0,23 )И2 экв/л. ФаКТIIЧССКИ в
природных водах раСТВОРИl\IОСТЬ этих соединениЙ заВIIСИТ от
ионноrо состава воды и изБI)Iтка IIОIIОВ CO и OH .
Как СаСО з , так и I\1g(OI I)2 об"lадают способностыо обра
зовывать пересыIенныыe pacTBopbI, которые "lIIllllJ ПССЬ:\Iа :\Iед
.пенно приб.ли}каются к равновесному СОСТОЯНИIО да ;КС при КОII
такте с твердой фазой образующеrося осадка. На практике He
целесообразно длительно выдерживать воду n сооружениях до
наступления paBHoBecIIoro состояния. Поэтому вода, Уl\IнrчеlI
ная известкованием (если жесткость вся ка рбонатная) I1,,1II IIЗ
BeCTKOBO COДOBЫM l\1еТОДОl\I, обычно имеет остаточную }KeCT
кость не менее 0,5 1 jИ2 экв!л.
Необходи:мо учитывать, что для ускорения пропесса Лlяr
чения воды ПРIlХОДIlТСЯ В130ДИТЬ известь в воду с некоторыI\ff из
БЫТКОI\I, вследствие чсrо в ум яrчеIIIIОЙ воде мо}кет содср }каться
некоторое количество Са (OI I) 2. Чрезмерный избыток извести
повышает остаточную жесткость воды и одновременно обуслов
.}Iивает увеличение ее rидраТIIОИ щелочности.
Результат обработки воды при осаждении в виде l\I(l,,10paC
ТВОрИl\IЫХ соединений карбоната кальция и rИДРООКИСIi маrпия
зависит от УС,,10ВIIИ paBHoBecHoro насыщения воды ЭТII:\II' соеди
неIIНЯМИ в конце процесса.
Одним из возможпых l\1етодов контроля праВII,,1ЬНОСТll IIpO
цесса обработки воды (дозирования peareHTOB) ЯВ,,1яется IIа
блюдение за величиной pI I после введения в воду pearCHToB.
Для осуществления контроля за IIроцессами оБРсl(10ТКИ BO
дЫ по значеНИЯlVI ВС"lИЧИНЫ рН неоБХОДИl\10 знать ту ее веЛIIЧИ
ну, при которой раССl\1атриваемые процессы протекаIОТ с ДOCTa
точной интенсивностью и полнотой. Эта веЛIIЧИIIа заВИСIIТ п пер
BYIO очередь от значения рН paBIIOBeCIIoro IIаСI)IIцеНIIЯ водь!
соответственно карбонаТОl\1 кальция или rидроокисыо I\Iаrпия
(pHs), поскольку именно веvlичина pHs определяет l\IIIIIII;\Iа"lЬ
ПУIО концентраЦИIО ионов OH , обеспечивающую неоБХОДII!\IУIО
r,,1убину протекания реакции. Однако эта l\IIIНИl\та"lьная В(:\lIIЧII
на р11 l\IO}KeT обеспечить дости}кение треБУЮlцейся 1(ОН<:ЧНО(l KOH
центрации v1IIШЬ после наступления состояния paBHoBeCIIoI'O IIа
сыщения воды карбонатом каЛЬЦIIЯ IIvlИ rИДРООКIIСЫО :\1(iI НIIЯ.
3 Д,,1Я этоrо трсбустся зпаЧIIтельное вреыя. Д lЯ Toro }I C, чтоБыI
обеспечить дости}кеНIIе этоЙ: конечной концентрации в течение
практически I1pIIe:\I.le:\loro ПРОI\1е}кутка вреыеНII, НУХСНО оБССIIе
чить некоторый избыток IIОНОВ OI1 , определяеl\IЫЙ IIзбl>Iточноi!
ве"lIIЧIIНОЙ i1pH.
22 7..t5
3.37
ТаКИl\I обраЗОl\I, искомая велич-ина рН, достаточная для про
текания реакции с нужной скоростью (рНн), определяется CYM
1\10Й двух величин:
pHH==pHs+ pH. (XI.l)
Значения pHs l'vlorYT быть установлены для определенных,
встречающихся на практике случаев в зависим:ости от темпера
туры воды, ожидаеl\10Й конечной концентрации удаляемоrо Ka
ТИОIIа, общеrо солесодержания воды и друrих факторов Teope
тичеСКИl\I расчетом.
В частности, для определения рН paBHoBecHoro насыщения
воды карбонатом кальция к концу процесса умяrчения воды
l\10)KIIO воспользоваться rрафиком, приведеННЫl\I на рис. 1.8.
Зная те lпературу и общее солесодержание воды и задаваясь
треБУIОЩИl\1ИСЯ конечными величинами содержания в Боде
Е:альция II общей щелочности воды, можно определить величи
ну pHs, при которой наступит состояние paBHoBecHoro Hacы
Iцения.
Для Toro чтобы ускорить получение требующейся степени
умяrчеНIIЯ воды, нужен некоторый избыток ионов OH , который
должен быть те:м больше, чем ниже температура воды и чеl\1 BЫ
ше содер)кание в воде орrанических веществ, мешающих про
цессу Уl\lяrчения воды.
Пример XI.l. Определить ве.пичину рН, которую НУ)КНО создать при обра
ботке ВОДЫ, II:\lеlощей температуру 70 С, если после обработки, заключающейся
тз УД<1.1еНJIН IIЗ раствора катионов Са 2+ , вода должна иметь слеДУIОЩИС пока
')1
затели: Ca 1 16 М2/Л; щелочность воды 0,8 .М2 экв/л; общее солесодержание
170 1I12/Л.
PelueNue. Пользуясь rрафиком, приведеНIIЫl\I на рис. 1.8, определяем:
pHs == 2,43 1,21 0,9 + 8,76 9,1.
НеоБХОДIЕ\1ая веЛИЧIIна рНн для умяrчения воды в соответствии с фор
му.10Й (XI.l), если принять дрН == 0,5, равна:
рНн == 9,1 + 0,5 == 9,6.
Для опреде.}lения величины рН, необходимой для YCTpaHe
ния оса:tкдепиеl\I маrниевой жесткости воды, необходимо BЫBe
сти фОрl\IУЛУ для определения рН paBHoBecHoro насыщения BO
дЫ rидроокисью маrния [1].
Состояние paBHoBecHoro насыщения воды rидроокисью l\Iаrния
наступает тоrда, коrда концентрации ионов M g 2+ и OH COOT
I3еrствуют произведению растворимости Mg(OH) 2:
tMg [Mg2+] tbH [OH ]2 == ПРмg(ОН)?, (XI.2):
[де t.\ig II t OH коэффициенты активности ионов COOTBeTCTBeH
но Mg2+ и OH ;
[Mg J и [OH j концентрации в растворе соответственно ионов
Mg2+ и OI1 в l\IOl\IeHT наСТУПL1ения paBHOBec
Horo состояния в 2 UОН/Л;
338
ПРмg(ОН)2 произведепие раСТВОРИl\IОСТИ Mg(OH)2 при даIl
ной температуре воды.
Из уравнеНIIЯ ИОIIноrо произведения воды ПОЛУЧИl\I:
fII[ I+]{OH[OIi ] == Kv;, (XI.3)
(откуда следует
fOH [OH ] === ш +] (XI.4)
t H н
Подставляя значение f OH[OH ] из уравнения (XI.4) в ypaB
нение (XI.2), получим:
2
t [м 2+ ] Кш ПР (ХI 5)
Mg g 2 [ + ] 2 Mg(OH)2° .
t H Н
Лоrарифмируя уравнение (XI.5), получим следующее Bыpa
жение:
19 tMg + 19 [Mg2+] + 21g Кш 21g (tH[H+]) == 19 ПР Мg (ОН)2. (XI.6)
Иl\Iея в виду, что lgKw==pKw, lg(fH[H+])==pH,
а lg ПРмg(ОН)2==рПРмg(ОН)2' и выражая в соотвеТСТВЧIIсфОРl\IУ
лой (1.4) 19 f 1 \1g через ионную силу раствора II (lg f Mg ==
== O,5 22 V II == O,5. 22 V II == 2 V II (rде 2 rза,,1ентность
Mg2 ), получим окончательно фОрl\lIУЛУ для определения рН paB
HOBecHoro насыщения раствора rидроокисью маrния:
pH === РКШ рП Р Мg(ОН). + 19 [Mg2+] + / !-t , (XI.7)
rде Кш и п р 1g(OH)2 термодинамические константы, ЧIIсленные
значения которых зависят от температуры воды; значения РК Ш
приведены в табл. 1.4, а значения рП Р 1\1g(OH)2 В табл. XI.l.
т а б .1 II Ц а XI.l
Значения РПРМg (ОН)!
Темпера
rrypa IЗ0ДЫ О 10 20 25 30 40 50 60 70 80
в ос
рПJ> /v1g(OH)2 10,61 10,64 10,67 10,71 10,75 10,84 10,96 11,08 11,22 11,36
Если выразить концентрацию l\lаrния в )I,tс/Л, как это приня
ТО В практике водоподrотовки, то формула (XI.7) ПрИ:\Iет ВИД:
рН: == рКш + рПРмg(ОН). + 19 [Mg 2 +] + !-t + 2,19. (XI.8)
22*
339
Символически последняя форrvrула мо)кет быть представле
на следующим обраЗОl\I:
pH == 11 (t) + f2 (1\1g 2 +) + fз (Р), (XI.9)
rде fl (t) == РКШ + рПРмg(ОН)2 '!Лен, зависящиЙ ОТ темпера
туры воды;
12 (Mg 2 +) == 19 Mg 2 + + 2, 19 член, заВIIСЯЩИЙ от KOHцeHTpa
2
ции в растворе катионов Mg2+
в rvloM HT наступления paBIIO
BeCHoro состояния;
Iз(Р)== vil член, зависящий от общеrо солесо
держания воды.
Для облеrчения расчетов по формуле (XI.9) составлен [pa
фик (рис. XI.l), состоящий из трех шкал, на каждой из которых
слева нанесены соответственно температура воды t, KOHцeHTpa
10
80
70
60
Q
с:(:)
-.. 50
t:3 40
f::
t:J
30
t::.
CQ
20
10
500 0.85 700 004
65 ,
, 400 0,9
Б,Б 300
6.7 1,0 БОО
68 200
,
6.3 1.1
7,0 t::, 500
7,1 100 1.,2 ""-
<\1
2
7,3 З 40 003
t\J 6 ,
7 1 ,О t:l 1
7.5 40 1 !
-+-
IБ '" ЗО 15 зоо
'7.7
Z8 f (t) 20 f2 ( Mg 2 +) fз (Р)
79 .2........ tt 16
)
8.0 !
81 с:;, 1.71 200
8'2 '
:t О,О2
8 t.)
85 :::,
:t Б
Б [) cu
8.1 4 1,9
88 t;:::)
З 3 100
3.О 2,0
9,1 2
9,2 2,1
93
Э:4
9.5 2,2 50 0,01
о
Рис. .\1.1. [рафик Д.'IЯ опреде,lениЙ значениЙ pI I
paBHOBCCIIoro н(lсыlенияя воды rIlдраТОl\1 ОКIIСИ
маrНIIЯ
340
ция катионов Mg + и общее солесодержание Р, а справа
функции этих величин.
Определив по соотвеТСТВУЮЩИl\l шкалам их численные зна
чения, по ФОР!\IУ,,1е (XI.9) можно вычислить величину p I (рН
paBHObeCI-'IОrО насыщения воды rидроокисыо l\lаrния).
Пример XI.2. Опреде:IIIТЬ весlИЧИНУ рН paBIIoBecHoro насыщения воды
1 J:,J,POOKlICblO маrния, при которой в процессе умяrчения воды может быть
') I
достиrну ra остаточная концентрация ,L\1g I , равная 4 м /л. Температура воды
350 С. общее солесодеРiкапие 70 At 1 л.
По rрафику, приведеНIIОМУ на рас. XI.l, находи!\!:
pH == 11 (t) t-- 12 (Mg2 ) + f з (Р) == 8,29 + 1,89 + 0,01 10,2.
,L1,ля обеспечения нужной для практики скорости протекаНIIЯ реаКЦИII yдa
,rСIIIIЯ IIЗ БОДЫ маПIIIЯ в виде Mg (ОН) 2 НУ)Еен избыток Б растворе ионов
OH . ПрИНII:\1аем ДрН':== 0,7 [см. формулу (XI.1)].
I
Соответственно ве.1IIчина рН}{ к концу процесса уда.rlения из воды l\lаI'НИЯ
R ус.10ВИЯХ paccMoTpeHHoro выше примера должна равняться:
, I ,
рНн == pHs + д рН == 1 0,2 + О, 7 == 1 0,9.
в приведенныIx выше
IIрИl\Iерах определения
величин рН, при KbTO
рых происходит YCTpaHe
ние из воды кальция в
виде СаСО з и маrния в
виде 2\11g (ОН) 2 MeToдa
:\IИ осаждения, paCCMOT
рены условия, часто
I3стречаI-ощиеся на прак
тике. Полvченная ДЛЯ
.;
удалени я из воды каль
I"'(ИЯ ве,,1ичина p I == 9,6 и
Д"IЯ удаления маrния величина рН == 10,9 являются обычными,
треБУЮЩИ lИСЯ для практическоrо решения поставленной задачи.
Для интенсификации осаждения образующихся при обра
ботке воды известыо осадков карбоната кальция и rидроокиси
l\J аrния в воду вводят коаrулянт. В связи с Tel\l что процесс Уl\1яr
чения происходит при значениях рН>9, соли алюминия в Ka
честве I<оаrулянта ПрИl\lенять нельзя, так как они будут в этих
условиях обраЗОI3ывать раСТВОРИl\lые аЛЮl\lинаты. В качестве
коаrУЛЯlIТ3 при меняют соли же,,1еза.
Дозы IIзrзеСТII для декарБОlIизаЦИII IЗ0ДЫ зависят от COOTIIO
шения в воде концентрациЙ ка"IЬЦИЯ, маrния и бикарбонаТIIЫХ
ИОНОI3 (выраженных в .klс экв/л). Если концентрация в воде Ka
таонов кальция больше концентрации 6икар60натных ионов
(рис. XI.2, а), то неоБХОДИJ\Iая доза извести :может быть опреде
1""
LleHa ИСХОДЯ IIЗ Toro. что для дека роонизаЦIlII воды НУЖIIО пере
BeCTII бикарбонатные ионыI в карбонатные, которые затеы про
а)
I
Са 2 +
НСО]
sof2+
б)
Са С +
НСО;
Рис. XI.2. Диаrраммы rипотетически'\
COCTanOB СО.lеЙ в раЗс1И 1 IIIЫХ водах
341
реаrируют с иыеЮЩИl\1ИСЯ в избытке в воде катиона1\IИ ка"lЬЦИЯ с
образованиеl\1 выдеЛЯIощеrося из воды осадка СаСО з . В ЭТО:\1
случае преДУС1Vlатривать известь для перевода в осадок l\lаrНIIЯ
не требуется, известь будет расходоваться TO ЬKO IIa IlepeBo,.],
С0 2 и НСО з в CO .
Формула для определения неоБХОДИl\IОЙ в даННОl\1 случае
( Са2+ HCO )
дозы извести при > 3 В Мс'л Иl\lеет следующий вид:
20 61 I
Д == 28 [ (С02) r (НСО з ) + Дк + 0 5 ] 100 ( XI.IO )
II 22 т 61 е ' Си'
[де ди доза технической извести в J1lС/Л;
(СО 2 ) содержание в исходной воде свободной уrлеКИСtll0
ты в ALc/ л;
(НСО з ) концентрация в исходной Боде бикарбонаТIIЫХ ионов
в мс/л;
Дк доза коаrулянта (FеСl з или FeS04) в пересчете на
безводное вещество в мс/л;
е эквивалентный вес активноrо вещества коаrулян
та (ДЛ я FеСl з 54 J1lс/)'vlс экв, для Fe:S04
76 hlc/ мс экв) ;
с 11 содер}кание СаО в ПРИl\Iеняеl\IОЙ извести в О!С).
В связи с Tel\1 что процесс выделения осадка СаСО з проис
ходит при величине рН порядка 9,5, достаточен небольшой из
быток извести (около 0,5 мс экв/л).
В том случае, если концентрация в воде катионов кальция
.Аtеньше концентрации 6икар60натных ионов (в мс экв/л), то дe
карбонизация воды произойдет, во первых, за счет оса)кдения
СаСО з и, BO BTOpЫX, вследствие осаждения части содер)кащеrо
ся в воде маrния, эквивалентной rипотетическому содержаНИIО
в воде Мg(НСО з ) 2.
В соответствии с диаrраМl\10Й rипотетическоrо состава со ей
(рис. XI.2, 6) концентрация Мg(НСО З )2 при
Са 2 + НСО з ( Са2+ Mg 2 + )
< < + Р авна:
20 61 20 12
( НС0 1 Са2+ )
. мс экв 'л.
61 20 I
В ЭТО:\I С"lучае расчетная фОРI\Iула Д"lЯ определения дозы из
вссти Иl\Iсет С"lеДУЮЩIIИ вид:
[ HCO С ,) : ]
Д == 28 С0 2 + 2 3 . a 1 r Дк + 1 100 IXI.Il )
11 22 61 20 т е Сп' \
.) ,
[де Ca T концентрация в IIСХОДIIОИ воде катионов ка.1Ы(ИЯ
в JHc/ л.
342
Остальные обозначения приведены в пояснении к формуле
(XI.I0).
В раСС Iатривае IОl\1 С,,1учае неоБХОДИl\l большиЙ избыток из
вести (около 1 .J1i2 экв/л) в связи с Tel\l, что частично переводит
ся в осадок lаrний в виде rидроокиси, а для этоrо требуется бо
"lес высокое значение рН, чеl\l в предыдущеl\1 случае.
Доза коаrулянта FеСl з или FeS04, неоБХОДИl\lая для улучше
ния процесса осаждения получающихся при декарбонизации
осадков СаСО з и Mg(OH)2, может быть определена по следую
щей Эl\Iпирической фОРl\lуле:
Зr
Дк == Зу М , (XI.12)
rде ДJ( доза коаrулянта в пересчете на безводное вещество
FеСl з или FeS04 в Jvl2/Л;
М содержание в умяrченной воде взвеси в Jvl2/Л.
Количество взвеси, образующейся при декарбонизации BO
ДЫ, на которое приходится рассчитывать дозу коаrулянта, мо}кет
быть определено по слеДУIОЩИl\1 формулам:
Са 2 + НСОЗ- [ .. .. Ф " (ХI 1 О) ]
при '> С"lучаи, предусмотреННLIИ ОРМУ,,10И .
20 -- 61
С0 2 НСО з 100 С ,
M==MIIcx+50 +IOO +ДIl М2,Л; (ХI.IЗ)
22 61 1 00
Са 2 + HCO ( Са2+ Mg 2 + ) .., ..,
при < 3 < + [случаи, предусмотренныи
20 61 20 12
формулоЙ
(XI.ll)]
HCO
М == М, + 50 С0 2 + 100 3 +
I.CX 22 61
( НСОЗ Са 2 + ) 100 С
+ 29 61 20 + ДIl 100 ·
(XI.14)
Здесь M 11cx содержание взвешенных веществ в исходной BO
де до обработки известью в Jvl2/Л;
С0 2 и НСОЗ- содержание уrлекислоты и бикарбонаТIIЫХ
ионов в исходной воде в Jvl2/Л;
ДII Доза технической извести, подсчитанная по фор
l\IY"lC (XI.l О) или (XI.ll), в Мс/ л;
с содер}кание СаО в извести в О/о.
3. умяrЧЕНИЕ ВОДЫ ИЗВЕСТЬЮ И СОДОй
Известково содовыЙ l\lетод приrоден Д"lЯ Уl\IяrчеIIИЯ воды с
.пlобы 1\1 ионным СОСТ aBOl\I.
ДобаВL1ение к воде извести IIРIIВОДИТ к CHII/KeHlIIO }KeCTI{OCTII
.)f,):
ПОДl.>I за счет IIереводCl 13 осад.ок кальция и I\I3I'IIИЯ В КО.1Ilчестве,
ЭКl3I1валеНТlIОl\1 содер)каIIIIЮ 8 воде бика рБоIIатныIx ИОIlОВ.
ДобаВ"lение к воде извес rи I10C"le перевада всех БIIКCi Р()ОII а T
ных ионов В карбонатныIc и оса)кдения их в виде СаСО з , хотя 11
вызывает осаждение l\lаrния в виде Mg(OH)2, однако )кеСТКОСJЬ
воды при ЭТОЛl не Уl\Iеньшается, а происходит "lИШЬ за leIIa :\13 [
I1исвоi'I :/кссткости ка.1 ЬUИЕво(r в соотвеТСТВII II с ур а в IIeII IIC \1
j\/lgC1 2 + Са (ОН) 2 iYlg(OI1) 2 + СаСI 2 .
t
Д"lЯ УI\1яrЧСНIIЯ водь! в тех С"lУТIаях, KOrJJ каJ1ЬLLиi'l 11 :\lаrнин
содер)катся в ВОДе в сочетании с анионаl\IИ СИ.JJJНЫХ кислот, В
БОДУ KpOl\ie извести необходимо I3водить peareHT, содер/кащиtI
анионы CO , дЛЯ перевода в осадок кальция. Обычно на пrак
тике ДЛЯ этоrо ИСrIО.пьзуют СОДУ N а 2 СО з о
При ЭТОi\l кальаиЙ IIереводится I3 осадок R соответствии с
уравнеIIIIЯ1\IИ:
CaS04 + Nа2СОЗ СаСО з + Na2S04;
{
CaC1 2 + Nа2СОЗ СаСО з 2NaCl.
у
Маrний переводится в осадок добаВ"lеIIиеl\I извести
2VlgS0 4 + Ca(OH)2 iYlg(OH)2 + СЗS04;
iYlgC1 2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + (аСI 2 ,
3. uстаIОЩИЙСЯ после добавления изпссти в IIос.педних двух
реакциях в растворе кальций переводится в осадок содой.
В соответ твии с аписаННЫl\IИ реаКЦИЯl\IИ дозы извести и co
ды при извеСТКОВО СОДОВО l leToдe уы ЯI'tIСНII5I BO 1Ы :\ror т
быть рассчит авы по с.пСДУIОЩИ1\Т фор ыул а 1\1:
['де
( HCO Ma2 )
Д -= 28 С0 2 + ;з + ь f ДI О 5 100 .
\! 22 61 12 т е ' С II '
( 'J--+--' .) )
Ca I Ma I HCO Д 100
Де == 53 + ::3 + !5 + 1 , (XI. J б)
\ 20 12 ь 1 р Се
Де доза технической соды В /vlc/ л;
Се содер/канне N з СОз В техническоЙ соде в О/о.
оста,,1ьныe обозначения.. приняты cor,,1acIIo фОР!\Iулач
(\1.10) II (XI.ll).
(XI.15)
II:\Iея в виду, что
.'"' ,
С ./
a I
,)
Mg I
L Ж
J О
12
()/i 4 () 061Ц Я }KCL 1
20
(\ость воды), а концентраЦIIЯ
HCO, 1'"
эквива.lеIIтна I\apOOHaTIIOll
61
lKecTKocTII, фОр:\IУЛУ (XI.16) l\IОЖНО представить в с,]едующе:\I
ВИ.JС:
:3-i
Де == 53 ( Ж нк + ДК + 1 ') 100 , (XI.16a)
е I Се
r.1t /fi"HE некарбонатная )кесткость воды в Аt2 экв/л.
4. ТЕхнолоrия умяrЧЕНИЯ ВОДЫ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗВЕСТИ И СОДЫ
Процесс образования осадка при уrvlяrчеIIИИ воды pearCIIT
НI)I:\lИ Iстода:\IИ проходит две фазы. Первая фаза заключается
l> собственно ХИl\Iической реакции взаИl\Iодействия ионов, обра
ЗУIОIЦИХ лrЗ,,10раСТВОРИl'лые соединения СаСО з и Л/lg (ОН) 2; эта
фdЗ3 протекает практически 1rHOBeHHO. Вторая фаза ЯВv1яетсп
ПрОILСССОi\I КРИСТС1"lЛИЗ3ЦИИ вещества образующеrося осадка и ar
,,10l\lерации вещества осадка в хлопья. Общая СКОрОС1 ь У IЯI
чсния опреде"lяется интенсивностью процессов второй фазы, и
IIОЭlОЫ)' Д"lЯ ускорения умяrчения воды надлежит интенсифи
цировать образование осадка для последующеrо ero выделе
I!IIЯ в отстойниках или в осветлителях и на фильтрах.
Основные технические приемы для дости)кения более rлу
(jOI\OI'O У:\Iяrчения воды и ускорения процесса Уl\Iяrчения зак
/flочаIОТСЯ в подоrреве воды, добавлении избытка peareHTa oca
:ОIТСЛЯ II создании контакт а Уl\1яrчае:\10i'I воды с ранее обр азо
паВШИi\IСЯ осаДКО I.
В/IИ5!ние ПОДОI'рсва умяrчаемой воды обусловлено YMeHЬ
Illсние I раСТВОРИl\10СТИ карбоната кальция и rидроокиси Mar
НIiЯ j (l так)ке УСКОРСIIиеl\1 и более ПО.Т"JНЫl\1 завершение 1 реакций
\. .\IЯI'чения.
. На рис. XI.3 показано влияние подоrрева водь! на Yl\leHb
Iuение остаточной )кесткости по данным одноrо из экспери
rCIITOB У:\Iяrчения БОДЫ извеСТКОПО СОДОВЫI\I l\IСТОДОМ. ИЗ [pa
qHIKa слсдует, что остаточная жесткость, б.lизка51 к теоретич('
'У 1""
СКИ ВОЗ:\10ЖНОИ, М0}кет оыть ПО"l /чена только при BbICOKOl\I по
J:orpeBe воды.
За Iетноrо улучшения эффекта Уl\Iяrчения воды l\IОЖIIО добlIТЬ
С51 при ее подоrреве до теl\1пературы 35 40C С, даЛЫlеЙший подо
т'рев оказыIастсяя менее эффеКТИННЫ I; еС"lИ трсбустся rлубо
I\ое У \IЯI ЧСIlие ноды. то процесс ПрОI30,.JЯТ при те Iпературс
(\() lce 100C С.
КОlIСЧIII>Iii эффект при обработке воды одноЙ только ИЗВС
С 1 LЮ (декарбонизации) зависит от соотношения :\IСЖДУ оБLI еЙ
}кесткостыо воды II ее ще,,10ЧНОСТЫО. ЕС"lИ общая жесткость
()ДЬ! БО.lьше ее Iце.l0ЧНОСТИ, то остаточная )кесткость обрабо
таНIIОЙ воды будет на 1 1,5 .1lс<9кв/л БО lьше раЗНОСТIl :\Ie}KJY
ООULСЙ )I\ССТКОСТЬЮ II щеЛОЧIIОСТЬЮ. При ще,,10ЧНОСТII воды
[тревышаlощеi'r общую жесткость, остаточная )кесткость IIО"lуча
ется неско.'ттЬКО больше раСТВОрИ:\IОСТИ СаСО з и :\1g (OI I) 2 и зави
сит от те:\Iпературы воды. избытка извести II т. д.
3 !5
На рис. XI.4 показан характер заВИСИ:\10СТИ оста l'ОЧIIОЙ )Ke
сткости воды от дозы извести. Кривая на rрафике ИlYlеет l\lИНИМУl\I
при оптимальной дозе извести. Дальнейшее ее уве,,1IIчение BЫ
зывает повышение остаточной )кесткости из за остающейся в
поде непрореаrировавшей извести или при наличии в воде
маrниевой некарбонатной жесткости ВСvlедствие ее перехода в
кальциевую жесткость [MgS04+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaS04]'
I/Iзбыток извести в связи с ЭТИl\1 не реКО:\lендуется ПРИНII:\lать бо
лее 0,5 мс экв/л.
со)
I
i
CQ
.о
1,
'>
01;
о
10 20 30 If{} 50 60 70 80
Температура 800ы 8 ос
Рис. XI.3. Влияние температуры воды
на эффект умяrчения известково со
ДО В bIl\'l методом
:::5
;)
c::s Оптut10ЛЬffШ;' ООЗО L/зrJести Доза Ca(Ofl;?
.... ... ... I
Рис. XI.4. Зависимость остаточноЙ
жесткости воды ОТ дозы IIзвести
При известково содовом lVlетоде так)ке не реКОl\Iендуется
ПРИl\lенять большие избытки извести, хотя в данном случае они
не вызывают увеличения остаточной жесткости, так как снима
ются содой [Са(ОН)2+Nа2СОз---+СаСОз+2NаОН]. Однако
избыточные дозы извести приводят к нерационаЛЬНОl\IУ пере
расходованию соды и увеличению rидратной щелочности воды.
Эксплуатационный контроль процесса умяrчения воды цe
лесообразно осуществлять путем поддер)кания определенной
величины рН умяrченноЙ воды, которая должна быть подобрана
из условия обеспечения МИНИl\lальной )кесткости Уl\151rченноi'I
воды.
При отсутствии возможности контролировать процесс по
величине рН l\10ЖНО осуществлять контроль, хотя и l\ICHee ТОЧ
но, по величине rидратной щелочности, рассчитываеl'vIОЙ на oc
нове титрования проб воды соляной КИС,,10ТОЙ В присутствии
индикаторов фенолфталеина и l\lеТIIлоран)ка.
При декарбонизации воды с осаждение 1 только СаСО з
Са'2+ HCO )
(при < 3 rидраТНУIО ще,,10ЧIIОСТЬ C"le;.:r:yeT ПО,J,
20 61
дер)кивать в предслах О, 1 0,2 Jt2 Эf{в/л, а при известковании II
извеСТКОВО СОДОВО:\l У:\Iяrчении с осаждение\! как СаСО з , так II
Nlg (ОН) 2 В прсде,,1ах 0,3 0,5 Нс Эf{вlл.
34G
Существенное влияние на r лубину Уl\Iяrчения, ускорение
процесса и стабилизацию воды оказывает ее контакт с ранее
образоваВШИl\IСЯ осаДКО:\I. Частицы осадка способствуют YCKO
рению кристаллизации и аrломерации в крупные х опья обра
зующихся при Уl\Iяrчении воды карбоната кальция и rидрооки
си маrния. Лучший эффект достиrается при пропуске воды че
рез слой взвешенноrо осадка в осветлитеиlЯХ.
Блаrодаря контакту с осаДКОl\I )кесткость обработанноЙ
IЗ0ДЫ получается на 0,3 0,5 М2 эквlл ниже, чем при проведе
нии процесса без контакта с осаДКОl\I.
УдоБНЫl\1 эксплуатаЦИОННЫl\I показателеl\I правильности
I'!'
подоора доз peareHToB и завершения процесса Уl\lяrчения в
отстойниках или в осветлителях является степень стабильно
сти воды, выходящей из этих сооружений.
Стабильность воды lVIОЖНО оценивать по изменению ее ще
лочности при прохождении после отстоЙников по трубопроводам
и через фильтры. Показатель нестабильности м:ожет быть оп
ределеп по фОРlVIуле
д.Щ == Щ1 Щ2,
rде !1Щ снижение щелочности воды в результате отло)ке
ния СаСО з в трубах и на зернах фильтрующеrо
материала в Jvl2 экв/л;
lДl щелочность воды, выходящей из отстойников
или осветлителей, в Аi2 эквlл (щелочность опре
деляется в пробах воды, отфильтрованных через
бумажные фильтры);
Щ2 щелочность !зоды, выходящей из фильтров, в
М2 эквl л.
При эксплуатации реКОl\1ендуется выдерживать величину
!1Щ: при теl\lпературе воды ни}ке 100 С не более
0,25 /Jlt2 экв/л, при температуре 10 200 С не более
0,15 Лl2 экв/л и при температуре 30 400 С не БО,,1ее
О, 1 Аl2 экв / л.
При Уl\Iяrчении вод, содержащих орrанические заrрязнения,
процесс кристаллизации карбоната кальция и аrломерации
Х 10пьев крайне затрудняется. Мноrие орrанические коллоиды
деЙстп)'ют как защитные в отношении зародышевых кристал
ЛОВ карбоната кальция и коллоидных частиц rидроокиси Mac
ния. НаПРИ:\Iер, при окисляемости воды 75 100 М2 02/Л Bыдe
"Т"Iсние осадка СаСО з и Mg(OH)2 практически прекращается, а
)кесткость поды при извеСТКОВО СОДОВОl\I Уl\lяrчении сни)кается
Bcero лишь на 15 200/0. в подобных случаях перед обработ
кой воды известью и содой ее необходимо очистить от орrани
ческих заrрязнениЙ, для чеrо в основном ПРИl\Iеняются предва
РIIтельные Х,,10рирование и обработка коаrУЛЯНТОl\I. При предва
рIIтелыIйй обработке воды коаrУЛЯНТО:\1 следует учитывать,
что эквивалентно дозе коаrулянта карбонатная жесткость воды
347
переходит в некарбонаТНУIО и в связи с ЭТИ:\I lIЗ;\IСIIяется COOT
ношение между дозаlVlИ извести и соды при ПОС"lеДУЮЩСl\I У:\I51rче
нии воды.
При неБОЛЬШОЛI содержании в 130ДС орrаJlических rзеLцеств
иноrда удается ИСК.-1IОЧИТЬ их вредное влияние J,обаrзление:'.I
повышенных доз коаrулянта В:\lесте с изrзестью и содой. OДHa
ко следует Иl\Iеть в виду, что проведение коаrу.]51ЦИИ Д lЯ ОЧlI
стки БОДЫ от орrанических веществ при выIоI(ихx значениях рН,
как прзпило, ЯВ lяется l\IeHee эффеКТИIЗНЫ:\I, чем при НIIЗКИХ.
Возможность совместноЙ с изве
стью и содой обработки водьr Koary
lЯНТОl\I для удаления орrаIIических
заrрязнений или неоБХОДИI\IОСТЬ двух-
ступенчатой обработки дол/ква pe
Illаться в каЖДОl\1 КОIIкретноы случае
11 р ед в а р и т ел ь н ы lVl И Т е х н о 'I О r и ч е с к и :\ 1 II
исследоваIIИЯl\IИ.
Наиболее компаКТНЫl\I аппараТО:'.I
для У:\Iяrчения воды известковаIIие I
или извеСТКОВО СОДОВЫl\1 lVlетодоы яв
ляется вихревой реактор (в зарубеж
ноЙ практике называемыЙ спиракто
ром ИvlИ вирбосоы, рис. XI.5) ,
Бода поступает в НИ)КНIОЮ, CY)KeH
IIYIO часть вихревоrо реактора через
патрубок, приваренныЙ по KaCdTe"lb
ноЙ к корпусу. Блаrодаря этому в
вихреВОl\1 реакторе получается ВИНТО
'воЙ восходящий поток жидкости.
Рис. XI.5. Вихревой реакто;) В вихревоЙ реактор заrру)каIОТ KOH
тактную l\Iaccy дробленый мрамор
или песок с крупностыо зерен 0,2
0,3 JlЛi из расчета около 10 '{2 па 1 Jvl 3
объе lа реактора. КОIIтаКТII(lЯ масса
взвеШlIпастся I3 ВОСХОДЯlце:\I потокr
воды, отделыIее пеСЧИНКII ста.пкипа
IОТСЯ н трутся друr о друrа, блаrода
ря ЧС:\IУ на IIХ поверхности происходит интеПСIII3ная кристалли
зация карбоната кальция. Постепенно BOKpyr кал\доi'r песчинки,
ЯВ lЯIощеЙся центром кристаллизации, paBHOl\IepHO нарастает
., "'"
c..-тIoa Еа!){)оната I а lЬЦИЯ, а отдельные пеСЧПIIКИ IIрспра[Ц2IОТСЯ
в шар II К II II Р (} в II 1 Ы 1 ой фор Л'l ыI .
I,urда диаыетр шариков уве lИЧИI3ается до 1 , ) 2 .1l.1i J Kp '!I
II\ IO нзпБОlСС ТЯ)КС?Л\7Ю KO!ITaKTHYIO ыассу I3LIП'."СIС110Т НЗ IlП)КIIе(r
.J , .,,; ..;....
Ч а СТII реа ктор (} И В IIcro доrру/ка 10Т спс/ку 10 1 (JIIT (} KTIIYIO :\1 а ссу.
Вихревые p (lI\TOpbl практически не заJ,ер)ЕЕП IО: ссадок rIIДро
OKIIClI :чаrНИJI, llОЭТО:\IУ их СЛСJ,ует ПрII:\IСIIЯТЬ в СОlIСIаНПII с уста-
НОВ:ТСНlII::IЛIИ за IIТТ'.III фИ lьтра:\III TO lЬKO в 'IC'X (','lУ1I:1ЯХ, ССсlI1 KOtllI
J
5
\
8
1 подача умяrчае оЙ воды:
2 ввод peaI'eHToB; 3 отвод
умяrчеНIIОИ воды; 4 I{OIITaKT
ная масса; 5 ввод свежеЙ KOH
тактной массы с ПОi\10ЩЬЮ Э.жек
тора; б сброс II3v,ИШЮl KOH
тактноН ыассы; 7 штуцера Дv"IЯ
отбора IIроб; 8 . штуцер Дv1Я
ОПОрО/I\.неНИ5I; 9 ВОЗДУШНlIК
348
...
чество образующеrося осадка I'ИДрООКИСИ l\Iаrния соответствует
rрязеемкости фильтров.
При обычной для песчаных фильтров rрязсе IКОСТИ, равной
1 1,5 Кс/ .А1,2, и ПрОl\Iывке фильтров через 6 ч допусти:чос коли
чество rидроокиси маrния составляет 25 35 2/.;И 3 , или содержа
ние l\Iаrния в обрабатываеl\/IОЙ IЗ0де не ДО.])кно преl3ыIатьь
1 o 15 2/ м 3 .
. Вихревые реакторы :\IОЖНО TaK)I{e ПРИ;\Iенять и при БОLlьше I
содержании I3 исходной воде l\1аrния, но при ЭТО1\1 после них
(до фильтров) целесообразно устаIIаВ.]ивать осветлители ДjIЯ
выделения rидроокиси lV1аrния.
Назначение вихревых реакторов в ЭТО I с.]учае ПЬiДС"lенис
на контактной массе кристаллическоrо карбоната кальция HC
большой влажности в фОрlVlе, удобной для об)I{иrа и получсния
чистой извести.
Скорость движения воды в нижнеЙ узкоЙ части пихрсво['о
реактора равна O,8 1 Jrl/ceK; уrол конусности 15 200; скорость
восходящеrо потока в верхней части на уровне ВОДООТВОДЯЩИХ
устройств 4 6 MJvl/ceK. Вихревые реакторы lVIОЖНО выIолнятьь
как напорными, так и ОТКРЫТЫl\IИ.
Конструкции осветлителеЙ, ПрПl\Iеняеl\lЫХ при Уl\1яrчении BO
дЫ, И l\Iетод их расчета описаны в rлаве VI. Осветлители сле
дует считать ОСНОВНЫlVIИ сооружениями для выделения осадка
при peareHTHOl\I умяrчении воды.
В состав станций peareHTHoro У:\IяrЧСIIИЯ водыI с пихреl1ыI\Iии
реакторами входят следующие соорул{ения и устроЙства:
склад peareHToB; устройства для приrотовления изпеСТКОl10rо
раствора или известковоrо молока, раствора соды (ССЛII он
ну)кен); водоподоrреватели (если УlVlяrчсние производится с по
доrревом); дозаторы pearCHToB; вихревые реакторы; фильтры"
заrруженные ПССКОl\I, антраЦИТО:УI или дроБЛСНЫl\1 MpaMOpOl'vI;
резервуар умяrченной водь! и устройства дЛЯ ПРОЫIJIВКИ q)ильт
ров (насосы, бак.,LL
Аналоrичные устроЙства входят в состав станций с осветли
теЛЯl\IИ с той лишь разницеЙ, что в общей CXel\Ie l\lCl:TO ВIIХрС
БЫХ реакторов заIIИl\Iаrот освеТЛIIтели, а перед НИМII ДОLliКНЫ
иметься Сl\IССIIтели, лучше Bcero вертик3vlьныIe (I3ихреВl>Iе). в по
слеДIIеi1 CXCl\IC следует отдаrзать предпочтеIIIIС освеl'ЛИТС\1Я!\I в
u ,..,
связи с TeJ\'I, что они по сравнеНИIО с ОТСТОИlIика III ооеСllСЧIfI3ают
ПОСТУПtlсние на фП.тIЬТрhI более стаUНtlЫIОЙ ВОДI)I с ОО<lСС ЗdI3ер
IlleHIILE\l ПРОЦСССО:\I УI\Iяrчения.
Осветлители I30ДОУl\IяrчитеЛЫILIХ установок XOPOU10 1).1001'a
ют только при поступлении 13 НIIХ ВОДЫ С постоянной '[c\rIIepa
туроЙ. Резкос IIЗ:\IеНСIIие те:\Iпсратуры водыI ,J,ail(e на 1 2 BЫ
зыrзает ПОЯ8"iснпе коIIпскпиоIIIIыIx токов, I3З:\IУЧИВС1 Jll (' С,, IОЯ
В3GешеIIIIОI'О осадка II 13ьтнос ПОСLlедпеrо па фIIсlЬТРLI. fIС'ЭТО:\IУ
подоrресате"lИ :lI(CL1aT(\lbHO устаIIClВ.lивать с (lВl"О:\I ТТl1!еСI IС\IП
тер:\l ар с ['y"l J1TOp а:\1 И, О бсеп е ч Р3 а IОIЦИ:\I и Псl (1 ВII ОС Р erYtl:1 Р (1) (1 н не
349
температурыI с изменением ее в течение 1 ч не более чеl\I на 1 О.
Фильтры установок peareHTHoro Уl\1яrчения воды, как указа
но, l\IO)KHO заrружать кварцевым пеСКОlVl, антраЦИТО:\I или
дроблеНЫ 1 мраМОРО1\I. При проведении процесса с подоrревом
при высоких значениях рН кварцевый песок является нежела
Te"lbHbIl\I :\IатериаЛОl\1 в связи с тем, что он может обоrащать
роду соединениями кремниевой кислоты. Хорошим Фильтрую
111Иl\I l\IатериаЛО1\1 в этих условиях является дробленый a T
р ацит.
. В связи с нестабильностью воды, обработанной известы{)'
11.]И известью и содой, на фильтрующей заrрузке, особенно в Bepx
не1\1 слое, от.паrается карбонат кальция, который способен в изве
стной мере цементировать верхний слой. Во избежание этоrо
срильтры водоумяrчительных установок рекомендуется оборудо
вать устройствами для верхней промывки (С1\I. rлаву VIII).
1VleTo;x декарБОIIизации воды, в соответствии со СНиП
1 1 [. 3 62, 1\'1 о жет при 1\1 е н я ть С Я дл я у lVl Я rч е н и я в о Д ы, и сп ол ьз у е м о й
для питьевых целей [6]. Это делают в тех относительно редких
случаях, коrда используется открытый источник водоснабже
пия (река, озеро) и жесткость воды превыш ает допускаемую
стандаРТО1\I на качество питьевой воды. В 31'01\1 случае с помо
IЦЬЮ ОДНИХ И тех )ке сооружений (осветлителей, фильтров и т. д.)
решаются одновреl\1енно задачи очистки воды от взвешенных
веществ и ее умяrчепия.
Как правило, через умяrчительную установку пропускают
только часть воды, остальную воду направляют на блок coopy
жений ДtllЯ осветления. После смешения умяrченной и OCBeT
ленной воды должна получиться вода с жесткостью, отвечаю
щей [ОСТ на питьевую воду. При такой схеме подrотовки
воды дол)кен быть paCCl\tIOTpeH вопрос о ее стабилизационноЙ
обработке с целью предотвращения зарастания труб карбона
ТО1\1 кальция.
5. ТЕРМОХИМИЧЕСКИй МЕТОД умяrЧЕНИЯ ВОДЫ
ТеР:\IОХII:\Iическое Уl\Iяrчение воды осуществляют обычно при
телrпературе ее более 1000 с; при этом процессы У1\lяrчения
воды протекают интенсивней, чем без подоrрева. Осадок, обра
ЗУIОЩИЙСЯ при Уl\lяrчении с высоким подоrреВОl\tI, имеет более
крупные II тяжелые хлопья, а вследствие Toro, что вязкость
воды при наrревании сни)кается, он осаждается значительно
быстрее. ПОЭТОl\IУ некоторые авторы считают ВОЗl\10ЖНЫ1\I при
высокоте:\IпераТУРНО 1 умяrчении не применять коаrулянта..
Отличие:\I эrоrо метода является также то, что отпадает надоб z
ность в извести для связывания свободной уrлекислоты, так
как ПОС"lедняя уда"lяется при подоrреве до введения в воду pea
[ентов.
Высокоте1\lпературное умяrчение ПРИlYlеняется почти исклю
350
чительно при подrотовке воды для питания паровых KOT.,lOB в
связи С тем, что Иl\1енно в ЭТОl\1 случае наиболее раЦIIона.ПЬНО
используется тепло, затраченное па подоrрев воды. ПОЭТОМУ такоЙ
метод используют в OCHOBHOl\I дЛЯ практически полноrо У Iяrче
ния воды в отличие от низкотемпературноrо процесса, который
ПРИlVlеняют в различных вариантах для частичноrо У:\Iяrчения.
основныllии реаrентами для теРlVIОХИ:\lическоrо У:\Iяrчения
являются известь и сода или реже едкий натр и сода. 11звест
"., 1'":'
J(ОВО СОДОВУЮ оораоотку при теРl\'lОХИl'.IичеСКОl\I У:\IяrчеНIIII часто
0;5
а4
I
1.7,3
.....
а2
цт
о
Ц2 а4 0,6 Ц8 1,0 1,2
#зЬыток сооь/ /J Н2 3I(Ь/Л
Рис. XI.6. В"lИЯНlIе избытка соды на
остаточную кальциевую :ж:есткость BO
ДЫ при термохимическом умяrчепии
4
:s. 1. О
1,5
1,0
0,5
о
Ц7 а2 З Ц4 5 аб Ц7 8
ОстатОЦНйl1 жесткость !JotJo, d Nе ЭI(Л/Л
Рис. XI.7. Влияние избытка соды на
ос I'аточную общую жесткость воды
при терl\II0химичеСКО:\1 У\lяrчении
сочетают с фосфатным доумяrчением или маrнезrrа.,1ЬНЫlVI
обескремниванием.
Установки для термохимическоrо Уl\Iяrчения воды обычно
более компактны, чем при умяrчении воды без подоrрева. Они
состоят из следующих основных элеlVlентов: дозаторов peareH
тов, подоrревателей, отстойников или осветлителей и фильтров.
Применение едкоrо натра взамен извести неСКО,,1ЬКО упро
щает установки для приrотовления и дозирования pcareHToB,
однако экономически такая замена не оправдана в свнзи с BЫ
СОКОИ стоимостью едкоrо натра.
При высокотемпературном УlVlяrчении соду добаВЛЯIОТ к BO
де с HeKOTOpbIl\1 избытком для обеспечеIIИЯ удаления некарбо
натнои жесткости воды.
При избытке соды около 0,8 hlс эквlл кальциевая )кесткость
l\Iожет быть снижена до 0,2 ис экв/л. При увеличении избытка
соды остаточная ка,,1ьциевая жесткость Iожет быть еlЦС более
Уl\Iеньшена (рис. XI.6).
Содержание в воде lVlаrния l\IO)KeT быть сни)кено ДО 0,05
О, 1 Аtс эквlл при избытке извести (rидратной ще lОЧIIОСТII) IЗ
пределах дО О, 1 Аtс Эf{в/"I.
Н а рИС. XI. 7 приведеII [р афпк ИЗl\Iенения )КССТКОСТII подыI,
У Iяrчснноi'I тер:\IОХIl:\IIIЧССКII I 1\IeTO;XO I, в заВИСИ IОСТII от IiзБLIТ
351
Ка соды по данным rlорде.лла [12]. I IУIlКТИРНОЙ линиеЙ показа
на степень У IяrЧСIIИН, которую автор СЧIIтает I'арантированноЙ,
СII,,10IlIНОй "lинией степень )'Лlяrчения, которой :'ло)кно дo
биться на практи {е.
fa рис. XI.8 показана разработанная ВсеСОЮ3НЫ I теП,,10
тех IIIIЧССКII \1 ИНСТИТУТОl\I И?\I. Ф. Э. ДзеР/I\I1I1скоrо (В ТИ) cxe I а
3fJ
20
{9
17
74
78
25
26
РIIС. Х 1.8. Схема установки для известкования и обескремнивания воды IIP 1:
температуре 1200 С
1 llсходная вода; 2 и 22 rреющиЙ пар II ero конденсат; 3 поверхностныЙ по;I.О
rpeB<1Te.lb; 4 осветлите"lЬ; 5 выпуск 13 атмосферу; 6 шламоуплотнитель; 7 IIO
BPPXIIOCTIILIif охладитель; 8 непрерывная продувка; 9 периодическая ПРОДУВI<а;
10 ДРСШJЖ; 11 разбрызrивающее устройство; 12 промежуточный насос; 13 aH
1 раЦIIТОВЫй фИvlЬТР; 14 и 15 бак II насос для промывки фильтров; 16 отсек для
I30звраIа ПрО:\IIJIВНОЙ воды; 17 обработанная вода (к потребителю); 18 и 19 Na
ка1ПОII!lТовые фильтры 1 и 11 сту!!еНII; 20 подоrретыi'I раствор поваренноЙ соли;
21 II('ходная вода; 23 .10вушка сорбента; 24 B теплосеть; 25 и 26 мешалка
11 l[<lСОI.>.10З3 J ор II1веСТКОIЮ :J,О.10МИТОR()]'О молока; 27 обратныЙ клапан; 28 и 29 pac
ХОД]IO 33 пюрны ii бак и Hacoc дозатор рас'! вора коаrулянта; 30 авариЙныЙ слив воды
\'CTClHOBI<II для известковаНIIЯ и обескреl\tIнивания воды при
С Iпсратуре 1200 С (4].
I10 этоЙ cxe Ie вода обрабатывается изrзестково ДОЛОЛIИТО
BЫ I :\IOcl()l\O I И осветляется в наПОРНО I освеТ"lите.ле, после чеrо
проходит через напорные антрацитовые II N а катионитовые
фИ"lЫРЫ 1 И 11 ступени. По результата I лабораторных ИСС"lе
дованиi'I В TI/I, ще,,10ЧНОСТЬ воды, обр а бот а IIНОЙ известью ИЛИ
JIзrзестью II СО,.10Й (без избытка), l\10ЖСТ быть сни)кена до
352
0,3 М2 экв/л при остаточной концентрации кальция [Са]ост==
== 1,5 Аt2 экв/л и до 0,5 М2 экв/л при [Са]ост ==0,4 М2 экв/л.
Для получения миним альной щелочности воды нужно под
держивать rидратную щелочность в пределах 0,05
О, 15 jИ2 экв/ л.
При проектировании осветлителей высота зоны осветления
должна быть не 1VleHee 1,5 Al. Скорость восходящеrо движения
воды в осветлителе при обескреl\lнивании должна быть не бо
лее 1,7 мм/сек, при известковании не более 2 мм/сек. Общая
длительность пребывания воды в осветлителе для снижения
щелочности реКОl\lендуется 0,75 1 ч, а для обескремнивания
1 1,5 ч. На основе исследований ВТИ рекомендуется преду
Сl\Iатривать добавление коаrулянта солеЙ трехвалеНТIIоrо
)келеза в количестве 0,4 М2 эквlл.
6. ФОСФАТНЫй И БАРИЕВЫй МЕТОДЫ умяrЧЕНИЯ ВОДЫ
в связи с Te:VI что известково содовый метод УI\Iяrчения BO
ды дает сравнительно большую остаточную жесткость, ero ча
сто дополняют фосфатным ДОУl\lяrчениеl\I.
В качестве peareHToB при ЭТОI\1 методе ПрИl\lеНЯIОТ тринат
рийфосфат или динатрийфосфат. \
При добавлении этих peareHToB к воде протекают реакции
образования малорастворимых фосфорнокислых солей каль
ция и I\Iаrния:
3Са 2 + + 2Pol ? Саз (РО4)2;
I
у
С)+ ' ( )
3Mg ! 2РО-! > Мg з РО4 2
t
у 1 ЛИ В 1\1 олеКУ,,1 ярной фор :\Ie:
3Са (НСО з ) 2 + 2N аз РО 4 Саз (РО4) 2 + 6N аНСО з ;
t
31\1g(НСО З )2 + 2NазРО4 1\lgз(РО4)2 + 6NаНСО з ;
t
3СаС1 2 + 2N азРО4 Саз (РО4) 2 + 6N аС1;
.j.
3lVlgS0 4 + 2NаЗРО4 Л'gз (РО4) 2 + 3Na2S04.
t
Процесс фосфатноrо У Iяrчения воды в целях получения
l\IалоЙ остаточноЙ )кесткости обычно проводят при те:\Iпературе
воды выше 1000 С. При ЭТО I ве.,тIИЧИНУ остаточноЙ )кесткости
ВОДЫ I\IОЖНО получить ОКО,,10 0,04 0,05 Аl2 экв/л.
В связи с высокоЙ стоимостью фосфаТНLIХ pearCHToB У:\lяrче...
ние воды с ПОМОЩЬЮ одних ТО,,1ЬКО фосфатов обычно не произ..
водят. Фосфаты ПРИl\Iеняют для ДОУl\1яrчения воды ПОС,,1е предва-
23 745 353
рительноrо Уl\1яrчения ее друrИl\IИ, более дешевыми реаrентаrvlИ
(например, известью и содой).
Для устранения сульфатной )кесткости воды возможна ее
обработка уrлекислым бариеl\l ВаСО з , rидроокисью бария
Ва (ОН) 2 или алюминатом бария Ва (AI0 2 ) 2.
При этом реакции умяrчения протекаIОТ слеДУЮЩИl\'l об
разом:
CaS04 + ВаСО з BaS04 + СаСО з ;
t t
lVlgS0 4 + ВаСО з BaS04 + МgСО з ;
I
у
МgСО з + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + СаСО з ;
t t
CaS04 +. В а (ОН) 2'-+ BaS0 4 + Са (ОН) 2;
t
Са (ОН) 2 + Са (НСО З ) 2'-+ 2СаСО з + 2Н 2 О;
t
lVlgS0 4 + Ba(OH)2 BaS04 + Mg(OH)2 .
t
в связи с высокоЙ СТОИIVIОСТЬЮ бариевых peareHToB этот Me
тод может применяться лишь тз исключительных случаях; для
подrотовки питьевоЙ воды (из за токсических свойств соедине
ниЙ бария) он неприrоден.
Из перечисленных бариевых peareHToB наиболее доступным
является карбонат бария. Однако вследствие малой растворимо
сти ero приходится применять со значительными избытками. Дози-
ровать ero нужно в виде суспензии, желательно возможно более
измельченной. Частицы суспензии при добавлении к воде, co
держащей сульфаты, покрываются продуктами реакции и
вследствие этоrо в значительной степени утрачивают свою pe
акционную способность.
Уrлекислый барии дает тя)келую быстроосаждающуюся
суспензию, поэтому при использовании уrлекислоrо бария
следует применять камеры хлопьеобразования с механичеСКИl\J1
пер е м еш и в а н и е lYI .
Получающийся при бариевой обработке воды осадок сульфа
та бария осаждается весьма медленно, что требует отстойни
ков больших размеров.
Клейн [11] рекомендует бариевое УlVlяrчение осуществлять
по двухступенчатой схеме: сначала обрабатывать воду уrлекис
лым барием для выделения сульфатов и лишь после осветления
БОДЫ обрабатывать ее для дальнеишеrо умяrчения известью и
содой.
.354
ЛИТЕРАТУРА
1. А п е .1 ь П II Н И. Э. Опрсде.1еIIIIС условий оса)кдеlIlIЯ \1<1,10растворимы\
соединеНIIi'r, обраЗУIОIЦИХСЯ при Уl\1яrчении и обезж:елезиваНlllI воды. «)Курна и l
прикладной ХИI\IИИ», .N2 1, т. XXIII. Изд. АН СССР, 1950.
2. Б с л а п Ф. l-1. Водоподrотовка. I"'осэнерrоиздат, 1958.
3. М е щ е р с к и й Н. А. Эксплуатация водоподrОТОВIIте.1ЫIЫХ YCTaHoBOI\
9о11ектростанций Rысокоrо даВ.1ения. «Энерrия», 1965.
4. Обработка воды на теП.10ВЫХ электростанциях. Под ред. rо.1убцо-
на В. А. «Энерrия», 1966.
5. СtlиП II r.3 62. «Водоснабжение. Нормы проектироваНIIЯ». rосстрой-
издат, 1963.
6. СпраВОЧIIIIК ХIIЫIIкп энсрrетика, т. I и 1 I. rосэнерrОlIздат, 1958 и 1960.
7. Ш а п к JI II И. Ф. ВодоподrОТОl3ка па теП.10ВЫХ Э.1ектростанциях. roc
энерrоиздат, 1954.
8. Ш к Р о б Л1. С., В и х р е в В. Ф. Водоподrотовка. «3нерr'ия», 1 966,
9. Ш к Р о б .Nl. С., Про хор о в Ф. [. Водоподrотовка 1[ водный реiКИМ
пар отурбинных электростанций. r осэнер [о IIзда т, 1961.
10. Ш п л и т т r е р б ерА. Водоподrотовка на СТаЦlIонарных паросило-
БЫХ установках. rосэнерrоиздат, 1957.
11. К 1 е i 11 R. Die Aufbereitung der Industrie und Gebrauchs Wasser. Vul..
kan Verlag, 1948.
12. N о r d е 11 Е. Water trea tme11t for i11dustrial a11d oihcl' uses. Reinhold
Pl1bl. Corp., 1961.
J Э. Р о \V е 1 1 S. Т. \V а t с r с о n d i t i оп i n g f о r i 11 d u s i r у. л 1 с G r а \\Т 1 1 i 11, 1 9 5 l
23*
rЛАВА Х//
умяrЧЕНИЕ ВОДЫ КАТИОНИТАМИ
1. КАТИОНИТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Катионитовый lVlетод умяrчения воды основан на способности
некоторых практически нерастворимых в воде материалов
катионитов вступать в ионный обмен с растворенными в BO
де солями, сорбируя из воды их катионы и отдавая в раствор эк
вивалентное количество катионов, которыми катионит периоди
чески насыщается при реrенерации.
Катиониты по составу разделяют на минеральные и орrани
ческие. Оба типа катионитов MorYT быть eCTecTBeHHoro проис
хождения или приrотовлены искусственно.
К природным минераЛЬНЫl\1 катионитам относятся rлауко"
нит, волконскоит и друrие аЛIОlVI0силикаты натрия, кальция,
l\lаrния, железа и хрома. К ПрИрОДНЫl\'1 орrаническим катиони
там относятся [умусовые и бурые уrли, торф и друrие вещества
природноrо происхождения, содержащие малорастворимые opra
нические кислоты и их соли.
Относительно малая обменная способность и недостаточная
стойкость природных катионитов привели к постепеННОl\1У вы..
теснению их искусственными катионитами.
Из катионитов eCTecTBeHHoro происхождения в практике
Уl\Iяrчения воды ИIIоrда еще применяют rлауконитовый песок и
[умусовые уrли.
Минеральные а,,110мосиликаТIIые искусственные катиониты
приrОТОВ"т:IЯIОТ путеlН смешения раствора сернокислоrо алюми
ния с раствораl\IИ соды и жидкоrо стекла. Выпадающий в oca
док аЛIОl\10силикаrель Na20. А1 2 О з . п Si0 2 . тН 2 О обезвожива
ют на фильтрпрессе с последующим просушиванием отжатоrо
rеля TOKOI\1 rорячеrо воздуха. Высушенный rель дробят в круп
КУ, из которой отсеивают [одные для заrрузки фильтров
фраКllИИ O,5 1,5 MAt.
Iаиболее дешеВI)1l\1 орrаничеСКИJ\1 искусственныl11 ка тиони
том является сульфированный уrоль. или сульфоуrоль. Сульфо
уrоль прсдстаВ"lяет собой полифУНКЦИОIIальный катионит, в ero
составе содеР)I{атся способные к обмену катионов сульфо
rруппы SОзН, карбоксильные rруппы СООН и фено.пьные rид
роксилы ОН. Поскольку большая часть об Iенной способности
СУ"lьфоуrlllЯ оБУС"lОВ"lИI3астся об:\IСНОl\1 на СII.1J)НОДИССОЦИИРО
356
ванных сульфоrруппах, сульфоуrоль относится к сильнокислот
IIbIl\1 катионитам.
Катиониты на основе искусственных смол (пластических
масс, высокополимеров) MorYT изrотовляться путем полимери
зации или поликонденсации мономерных соединений, содержа
щих активные ионоrенные rруппы, или введениеl'vl активных,
способных к ионному обмену rрупп в [отовые полимеры.
Продуктом конденсации фенолсульфокислот с формальде
I'ИДОМ является выпускаемый нашей ПРОМЫllltllенностью катио
нит Ky 1, продуктами сульфирования rOToBbIx СОПОЛИl\1еров
стирола с дивинил бензолом являются отечественный катионит
Ky 2 и американский катионит Эl'vlберлайт IR 120.
По степени диссоциации активных, способных к обмену
rрупп искусственные катиониты разделяют на сильнокислот
ные и слабокислотные.
В практике умяrчения воды применяются сильнокислотные
катиониты, содержащие активные сульфоrруппы SОзН (катио
ниты Ky l, Ky 2, сульфоуrоль, эмберлайт IR 100 и IR 120,
вофатит П и др.), реже применяются слабокислотные катиони
ты, содержащие активные карбоксильные rруппы СООН
(катиониты КБ 4, Cr l, КБ 2, эмберлайт IRC 50 и др.).
Сильнокислотные катиониты мало изменяют обменную спо
собность С понижением значения рН среды ни)ке 7; их обl\1ен
ная способность остается достаточно высокой при величине
рН:> 1,5.
Слабокислотные катиониты практически способны к обl'vlену
катионов только при рН> 7. При снижении рН<6 диссоциация
I a р бокси.пьных актиI3НЫХ rрупп подавляется и обменная спо
собность катионита резко снижается. Например, обменная спQ
собность карбоксильноrо катионита КБ 4 снижается с
4,3 Jvl(; экв/ (; при рН 7 до 1 ,08 м(; экв/(; при рН 5 и
0,15 м(; экв/(; при рН==3.
Характеристики наиболее распространенных из числа BЫ
пускае IЫХ в СССР и США катионитов приведены в табл XII.I.
При фильтровании воды через слой зернистоrо катионита
активные rруппы ero вступают в реакцию обмена с катиона
ми растворенных в воде солей.
Если катионит был предварительно переведен в Nа фОрlVIУ
путе:.\1 реrенерации ero раствором поваренной соли, то при
фильтровании IЗ0ДЫ через слой TaKoro катионита будут проис
\одить следующие реакции об:\Iена катионов:
2[KaT]Na + Са(НСО З )2 [КаТ]2Са + 2NаНСО з ;
2[KaT]Na + Мg(НСО З )2 [KaT]2Mg + 2NаНСО з ;
2[KaT]Na + CaC1 2 [КаТ]2Са + 2NaCl;
2[KaT]Na + CaS04 [КаТ)2Са + Na2S04;
2[KaT]Na + MgS0 4 [KaT]2 M g + Na2S04.
357
Технолоrические характеристики катионитов
ТаБЛllца XII.l
Катионит
Насыпной вес в т / м 3
Активная
rруппа
воздушно-
cyxoro
разбух -
шеrо
в воде
Размер
зерен в
мм
Полная об
менная спо-
собность в
с<кв/м! в ра-
бочем состо-
янии
Сульфоуrоль крупный,
1 сорт
Ky 1
Ку-2 . .
Эмбер.пайт IR 100
» 1 R 120
КБ-4П 2
Эмберлайт IRC 50.
SОз Н
SОзН
SОз Н
SОз Н
SОз Н
СООН
СООН
0,55
0,6
0,7
0,6
0,75
0,5
0,5
0,42
0,47
0,65
0,5
0,68
0,4
0,42
0,4 1 ,8
0,3 2
О , 3 1 , 2
0,3 1
0,3 1
0,3 1
О 3 1
,
570
650
1700
800
2000
2800
2800
Символом [Кат] обозначена нерастворимая матрица полиме
ра катионита, УСЛОВНQ считаемая одноосновной нерастворимой в
воде кислотой. По мере фильтрования воды через слой катиони
та в фильтре все большая часть ero активных rрупп будет заме.
щаться кальцием и маrнием из воды. t-Iаконец, обменная спо
собность катионита будет полностью исчерпана, все ero актив
ные rруппы будут замещены ионаl\IИ кальция и l\1аrния.
Поскольку, как и всякая химическая реакция, реакция ионноrо
u
оомена подчиняется закону деиствия масс, реrенерация катиони
та (обратное замещение ero активных rрупп натрием) может
быть достиrнута промывкой катионита paCTBOpOl\l с высокой KOH
центрацией натрия, наПРИl\1ер paCTBOpOl\l поваренной соли:
[КаТ]2Са + 2NaCl 2[I(aT]Na + CaC1 2 .
Так как при пропуске раствора поваренной соли через слоЙ
истощенноrо катионита в фильтре в Hero все время будут посту
пать новые порции раствора с высокой концентрацией натрия и
rvlа.пой концентрацией кальция, равновесие в последнеl\I ypaBHe
нии будет все время сдвиrаться вправо. В результате этоrо каль
циЙ в катионите будет замещаться натрием, а вытесненныЙ из
катионита кальциЙ будет током раствора выноситься за пределы
фильтра. Реrенерацию производят до тех пор, пока большая
часть активных rрупп катионита не будет З3l\Iещена натриеl\l.
Тоrда катионитовыЙ фильтр снова JVl0жет быть использован для
у l\/Iяrчения воды.
В процессе У1\1яrчения воды Nа-катионированием содержание
кальция и lVlаrния в воде может быть снижено до BeCbl\la l\la.тIbI
величин. Общая щелочность воды при ЭТОlVI не ИЗlVlеняется, сухой
остаток несколько возрастает в результате замещения в растворе
358
одноrо иона кальция, имеющеrо атомный вес 40,08, на два иона
натрия (атомный вес 2 · 22,99 == 45)98).
При реrенерации катионита раствором кислоты активные
(способные к обме у) катионы катионита замещаются Н ИОНОl\l
кислоты
[КаТ]2Са + H 2 S0 4 + 2[Кат]Н + CaS04
и катионит переводится в Н фОрlVIУ.
Если через такой катионит фильтровать умяrчаемую воду, то
все катионы растворенных в воде солей будут поrлощаться Ka
ТI10НИТОМ; в воду будет переходить эквивалентное количество
Н ионов; растворенные в воде соли будут превращаться в COOT
ветствующие кислоты:
2[Кат]Н +Са (НСО З )2 [КаТ]2Са + 2Н 2 СО з ;
2 [Кат] Н + СаС1 2 [КаТ]2Са + 2НС1;
2 [Кат] Н + MgS0 4 [KaT]2Mg + H 2 S0 4 ;
[Кат] Н + NaCl [Кат] Na + HCl;
2[Кат]Н + Na 2 S04 2[KaT]Na + H 2 S0 4 .
КИС,,10ТНОСТЬ воды, прошедшей через Н катионитовый фильтр,
который заrружен СИЛЬНОКИСЛОТНЫJ\1 каТИОНИТОlVI, будет равна
сумме концентраций в исходной воде солей сильных кислот.
При реrенерации Н катионитовых фильтров кислотой в коли
честве, недостаточном для полноrо вытеснения из катионита дpy
rих катионов, катионит в фильтре будет находиться в двух фор
мах: в верхней части в Н форме, в нижней в Ca и Мg фор
мах. При фильтровании через такой фильтр воды в верхней
части фильтра все растворенные соли в результате обмена катио
нов на Н ион будут превращаться в соответствующие кислоты:
2[Кат]Н + CaC1 2 [КаТ]2Са + HCl;
2[Кат]Н + Са(НСО З )2 [КаТ]2Са + Н 2 СО з .
При этом уrольная кислота будет распадаться с образовани
ем Н 2 О и С0 2 И уходить из сферы реакции. В нижних слоях
фильтра будет иметь место реакция обмена между Ca Mg Ka
тионитом и кислотой:
[КаТ]2Са + 2HCl 2 [Кат] Н + СаСI 2 ,
в результате чеrо все некарбонатные соли будут оставаться в
воде, а карбонатные удаляться из нее.
Реrенерация Н катионитовых фильтров кислотой в количе
стве, недостаточном для полноrо удаления из катионита катио
нов жесткости, называется «rолодной» реrенерацией. ФИЛЬТРJ
работающий в режиме «rолодной» реrенерации, удаляет из BO
339
ды только соли карбонатной жесткости, снижая щелочность BO
дЫ дО O,4 O,5 М2 экв/л, но не снижая некарбонатной жесткости
БОДЫ.
Выбор метода катионирования воды определяется требовани
ями, предъявляемыми к обработанной воде, \I составом солеЙ,
растворенных в исходной воде. В тех случаях, коrда лимитирует
ся только жесткость умяrченной воды, наиболее дешевым сп осо
бом ее умяrчения является Nа катионирование.
При высокой щелочности или маrнeЗllаЛЬНОЙ жесткости ис
ходной воды или при высоком содер)кании в ней железа бывает
целесообразно применять комбинированный способ умяrчения
воДы известкованием с последующим Nа катионированием. Этот
)I{e метод целесообразно применять для умяrчения воды поверх
ностных водоисточников, если щелочность воды выше 3 Л1,2 эквlл.
В тех случаях коrда недопустимо присутствие в умяrченной воде
бикарбоната натрия, образующеrося при Nа катионировании co
лей карбонатной жесткости (т. е. коrда ЛИl\1итирована щелоч
насть УlVlяrченной воды), ПРИlVlеняют параллелыIеe или последо
вательное Н N.а катионирование воды или умяrчение воды из
весткованием с последующим Nа катионированием.
При параллельном Н Nа катионировании часть воды про
пускают через Н катионитовый фильтр, остаток ее через Na
катионитовый. Фильтрат первоrо фильтра содержит свободные
кислоты в концентрации, равной содержанию в исходной воде
солей сильных кислот; фильтрат BToporo фильтра бикарбонат
натрия в концентрации, эквивалентной щелочности исходной BO
ды. При смешивании фильтратов H и Nа катионитовых фильт
ров кислотность первоrо нейтрализуется щелочностью BToporo:
смесь Иl\lеет малую жесткость и близкую к нулевой щелочность.
Аналоrичные результаты MorYT быть получены последова
теЛЬНЫlVl Н Nа катионированием. При пропуске через Н кати
онитовый фильтр все имеющиеся в воде соли превратятся в co
отвеТСТВУlощие кислоты, уrольная кислота распадается на СО 2
и Н 2 О. Фильтрат Н катионитовоrо фильтра будет представлять
собой раствор соляной и серной кислот. При пропуске этоrо pac
ТЕора через N а катионитовый фильтр кислоты превратятся в
соответствующие натриевые соли и фильтрат Nа фильтра бу
дет Иl\Iеть l\1алую щелочность и l\lалую жесткость. С ЦС.}1ЬЮ эко
НОl\IИИ кислоты Н катионитовый фильтр l\10ЖНО эксплуатировать
в ре)КИ:\IС «rолодной» реrенерации.
Если в У:\lяrченной Боде не допускается наличия карбонатов
натрия или калия, но в неЙ допустимо присутствие ионов alVll\10
ния (наПрИ IСр, в воде, используе1\IОЙ для питания котлов, пар
которых не соприкасается с l\lедью и латунью), вместо H и Na
катионирования воды lVIO)KHO ПРИ lенять а1\II\IОНИЙ натрий кати
онирование воды.
При реrенерации катионита раСТВОРО:\I аl\Il\10НИЙНОЙ соли ero
обыенные катионы замещаются ИОНОl\I аМl'vl0НИЯ:
360
Таблица XII.2
Технолоrические показатели различных схем катионитовых
умяrчительных установок
ТсхнолоrИIlеская схема
Качество фильтрата
об щая
жесткость
в мс-экв! л
общая щелоч-
насть в мс экв/ л
Показатели н: ПрИМСIIСНИЮ
Одноступенчатое Na СМ. рис. Равна щелоч-
катионирование ХН. 6 ности исходной
воды
LLвухступенчатое Na 0,01 То же
катионирование
То же, с промежуточ
ным подкислением и уда
лением С0 2
Н катионирование с
декарбонизацией и под
щелачиванием
Паралле.пьное H N a
катионирование с буфер
ным Nа катионитовым
фильтром 11 ступени
Последовательное H
N а катионирование с бу-
ферным N а катионито
вым фильтром 1 1 ступе
ни
Совместное H Na Ka-
тионирование с буфер-
ным N а катионитовым
фильтром 11 ступени
Последовательное Н
N а-катионирование с «ro
лодной» реrенерацией H
катионитовых фильтров
Известкование Na-
катионирование
NH 4 Nа катиониро-
ванне
0,01
См. рис.
ХН. 6
0,01
0,01
0,01
О, 1
0,1
0,1
0,35
0,35
0,35
0,7
1 l ,5
0,7 1,5
1 1,5 без по-
доrрева; 0,3
с подоrревом
до 80 900 С
Равна щеJlОЧ-
ности исходной
Воды
LLля неrлубокоrо У:\-1яr
чения воды, Kor да не тре-
буется снижения ее ще
ЛОЧНОСТII
LLля rлубокоrо умяrче-
ния воды, для умяrчения
воды жесткостью выше
6 М2 экв/л
LLля умяrчения воды
с содержанием до
1 М2 экв/л Cl +SO
LLля rлубокоrо умяrче-
ния воды, содержащей
не более 3 5 М2 экв/л
Cl +SO и не более
2 М2-экв/л N а+
LLля умяrчения воды
жесткостью более
6 М2 экв/л с общим со-
лесодержанием более
700 М2/Л и карбонатной
жесткостью менее 50 О/О
общей жесткости
LLля умяrчения воды с
общей жесткостью до
6 М2 экв/л и карбонат-
ной жесткостью более
50 О/О общей жесткости
LLля умяrчения воды с
карбонатной жесткостью
более -1 М2 экв/ л и об-
щим солесодержанием до
1500 М2/Л
LLля умяrчения поверх-
ностных вод и воды с
высокой ще.10ЧНОСТЬЮ
Если в фильтрате до-
пустимо наличие ионов
NH t
361
[КаТ]2Са + (NH 4 )2S04 2[KaT]NH 4 + CaS04.
При фильтровании через аммоний катионит воды, coдcp)Ka
щей соли жесткости, кальций и -Iаrний поrлощаются катиони
том, вытесняя в воду эквивалентное количество ионов аl\ll\IОНIIЯ:
2[KaT]NH 4 + Са(НСО З )2 [КаТ]2Са + 2NН 4 НСО з ;
2[KaT]NH 4 + MgC1 2 [KaT]2Mg + 2NH 4 Cl.
При наrревании и кипении аМlVI0ний катионированноЙ воды
соли аЫl\IОНИЯ разлаrаются, аlVlмиак и уrлекислота УlJlетучивают
ся с паром:
;
t t
NН 4 НСО з NН з + С0 2 + Н 2 О;
t
NH 4 Cl---+ NН з + HCl.
Кислоты, образовавшиеся при разложении аммонийных солей
сильных кислот, подкисляют воду в ко ле.
Во избежание этоrо вместе с N'Н4 катионированием следует
применять Nа катионирование части воды с тем, чтобы образу
ЮIЦИЙСЯ при термическом распаде бикарбоната натрия едкий
натр нейтрализовывал кислоты, которые получаются при Tep
l\lическом распаде сульфата и хлорида аммония.
Аммоний натрий катионирование, так же как и H Na Ka
тионирование, можно осуществлять в одном фильтре. Для этоrо
катионированный фильтр реrенерируют либо раствором, coдep
)кащим хлористый аммоний и поваренную соль (N'Н4 Nа кати
онирование), либо подкисленным серной кислотой paCTBOpOl\1 по
варенной соли (совместное Н Nа катионирование). Вместо pe
rенерации фильтра смесью растворов удобнее реrенерацию
фильтра для cOBMecTHoro NH4 N.a или Н Nа катионирования
осуществлять последовательным пропуском через фильтр снача
ла раствора соли, а затем раствора аl\IМОНИЙНОЙ соли или ки
слоты.
Технолоrические показатели различных схем УlVIяrчения воды
катионированием приведены в табл. XII.2.
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КАтионноrо ОБМЕНА
КаТIIОНИТЫ представляют собой rранулированные ПОЛИ Iер
ные нерастворимые в воде орrанические сульфо или карбок
СИLlьные кислоты. Если катионит поместить в раствор каКОЙ ЛIIбо
соли, то способные к обl\lену Н ионы активных rрупп катионита
вступают в реакцию обмена с катионаl\IИ растворенных солей; в
результате этоrо часть Н ионов активных rрупп замещается Ka
тионами растворенных в воде солеЙ.
Если раствор соли, в которой ПО lещен катионит, периодиче
ски за:\lенять, то процент замещения Н ионов катионаl\IИ cOLlei l
362
будет увеличиваться с каждой новой порцией раствора; в резуль
тате MHoroKpaTHbIx Cl\1eH раствора все Н ионы каТИОlIита будут
замещены катионами раствора. Этот процесс называется pereHe
рацией катионита.
Пусть в результате реrенерации мы имеем Nа катионит, KO
торый используется для умяrчения воды, содержащей только co
с,ТIи кальция и натрия. Тоrда при равновесии в соответствии с за
коном деЙствия масс
Б Са
УСа V
Са == К аСа (XII.I)
( Е N а ) 2 a a '
YNa V
Na
rде ЕСа и E Na концентрация кальция и натрия в катионите
в мс эквjл;
'УСа и Y Na коэффициенты реакционной способности
кальция и натрия вкатионите;
V Са И V Na удельные объемы катионита, насыщенноrо
кальцием и натрием, в млjс;
аСа и a Na активные концентрации кальция и натрия в
умяrчаемой воде в мс эквjл;
К коэффициент распределения (или константа
ионноrо обмена), зависящий от отношения
CajN а.
Но сумма обменной способности катионита по всем сорбиро
ванным им катионам равна полноЙ обменной способности этоrо
каТИQнита. Следовательно,
E Na == Е по : ш ЕСа' (XII.2)
и уравнение (XII.l) может принять вид:
1'Са
2
1'Na
V a
. '
VCa
ЕСа == к аСа .
( Е Е ) 2 2
поли Са a Na
(XII.3)
Величина YCa/Y a зависит от природы катионита и ero об
l\Iенной способности. Можно считать, что отношение коэффициен
тов реакционной способности кальция, маrния и натрия в силь
нокислотных катионитах мо}кет быть принято равным отноше
пию коэффициентов активности этих катионов в растворах солеЙ
такой же. ионной силы, как и катионит, который следует paCCl\1a-
тривать как неидеальный твердый раствор.
Величина отношения V a/V Са для катионита Ky 1 оказалась
равной 1,725, для сульфоуrля 1,27, для катионита Ky 2 1,75.
Величина коэффициента распределения К при обl\lене натрий-
катионита на кальций и rvlаrний У1\lяrчаеl\IОЙ воды находится в
363
пределах от 1 ,96 (Ky 2) до 2,23 (сульфоуrоль). Подставив в
уравнение (XII.3) средние значения величин К, YCa/Y a' V a/VCa
и решив ero относительно ЕСа ' получим осредненную ФОРl\IУЛУ
дЛЯ вычисления обменной способности катионита по кальцию
при различном соотношении концентраций кальция и натрия в
Уl\lяrчаеl\IОЙ воде:
Ес == Е [ 1 + 0,5 a a ( 1 y 2a a + 1 ) ] == ЕПО.1fi'
а ПО.1Н а Са
a Na
0.8
:::::)
0,7
:::).
('r)
[де
==о 1 + 0,5 : a ( 1 / 2 ca + 1 ) .
Са G Na
Значения для различ
ных соотношений KOHцeH
траций натрия и общей )Ke
сткости даны на рис. XII.l.
При умяrчении БОДЫ в
катионитовом фильтре фак
тическая обменная способ
ность катионита по каль
цию будет меньше, чеlVl BЫ
численная по фОрl\1улам
(XII.4) и (XII.5), так как
при реrенерации катионита
в фильтре не весь кальций
будет удаляться из катио
нита и часть обменной спо
собности последнеrо будет
бесполезно теряться при pe
[енер ации и OTlVIbIBKe ero He
умяrченной водой. С учеТО:\I
этоrо рабочая обменная спо
собность катиона l\IO)KeT
быть вычислена по ypaBHe
пию
Еt б === а э Еполн rpЖОТ\1 q,
(XII.6)
,
7.0 r - '! ' 'I--- I '- - r -> I
- ) i- I--- + ;--
о. 9 1 t 1
I I I
t .... +-
( - -; - - --- l I
I _; __о t . . ..]
I i I
I
I
: 1
I ; ;
I f i
- - ---1 _ : _ _ ; J
I I
i I
I
0,6
i
t +
I
I I
I
I !
i I
t t
t- - t - -- -
I I
а5
I 2 3
Отношение концентроции нотрия !} !}оое tJ
t1с злtJ/л л ее оt5щt'U жеrткаr"jl/
Рас. XII.1. Зависимость коэффициеII
та В от отношения концентраций в BO
де натрия к общей жесткости
(XII.4)
(ХII.5)
rде Е б рабочая об1\1енная способность катионита в 2 Эl\'в/Jl3;
Е полн полная динаl\Iическая обменная способность KaTII
онита, определяемая экспериментально по rOC1"'
1 0895 64 или ПрИНИl\1ае:\lая по паСПОРТНЫl\l дaH
HbIl\I (Cl\l. табл. XII.l);
а э коэффициент эффективности реrенерации, завися
щий от продолжительности реrенерации, удеЛЬНОI'О
364
расхода, теl\lпературы и концентрации реrенераци
oHHoro раствора; при расчетах а э ПрИНИl\Iают по
rрафикам (подробнее Cl\1. стр. 373 377);
коэффициент, учитывающий снижение обменной
способности катионита по кальцию и маrнию
вследствие сорбции ИlVl натрия;
ЖОТ I жесткость ОТl\fЫВОЧНОЙ воды в с экв/ м 3 ;
q удельный расход отмывочной воды в ht 3 на 1 м 3 Ka
тионита, принимаеl\1ЫЙ обычно равным 4 5 м 3 на
1 м 3 катионита;
ер коэффициент неполноты умяrчения ОТlVIЫВОЧНОЙ BO
дЫ при Nа катионировании, принимаемый обычно
равным 0,5.
При 11 катионировании воды, содержащей помимо солей же
сткости также натриевые соли} рабочая обменная способность
катионита будет такой же, как при Nа катионировании той же
воды, так как в первый период работы фильтра после pereHepa
пии катионит в нем будет сорбировать из воды не только кальций
и маrний, но и натрий, которыЙ в последующем будет вытеснять
ся кальцием.
ТаКИl\I обраЗО1I, при наличии в воде натрия при ее Н катиони-
ровании будет в такой же lVlepe снижаться обменная способность
катионита по кальцию, как и при N.а-катионировании этой воды.
3. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ МЕЖРЕrЕНЕРАционноrо ПЕРИОДА
РАБОТЫ Nа КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ
После реI'енерации и отмывки катионита в фильтре ero зерна
покрыты пленкой умяrченной воды. ПОЭТОl\1У дЛЯ Toro, чтобы Ka
тионы солей жесткости, растворенных в умяrчаемой воде, моrли
вступить в реакцию с обмеННЫlVlИ катионами катионита, должны
завершиться следующие процессы: а) диффузия солей жестко-
сти через пленку воды на поверхности зерен катионита; б) диф
фузия солеЙ жесткости внутрь зеРНа каТИОIIита; в) обl\Iен про-
диффундировавших ионов на обменные катионы катионита;
r) диффузия продуктов обмена из зерна катионита к ero поверх
ности и затем через пленку воды в поток умяrчаеlVIОЙ воды, дви
жущейся через слой катионита в фильтре.
Скорость этих процессов и вреl\IЯ, неоБХОДИl\10е для их завер
шения, зависит от концентрации солей )кесткости в УlVlяrчаеМО{1
воде, коэффициента диффузии этих солей в пленке воды на по
верхности зерен катионита и в саl\IИХ зернах, скорости диффузии
продуктов обl\Iена из зерна катионита.
Чеl\1 больше жесткость Уl\lяrчаеlVIОЙ воды II че:\I 1\1еньше коэф
фициент диффузии солеЙ жесткости в воде и зерне катионита,
Tel\1 больше потребуется вреl\lени для завершения процесса У:\lяr
чения дви)кущеЙся через каlИОНИТОВЫЙ фильтр воды, те:\I бс5.пь
.1f)
шую толщину слоя катионита успеет за это время пройти в
фильтре уrvlяrчаеl\1ая вода (рис. ХI 1.2) .
Толщина слоя катионита, при прохождении через которую
жесткость воды СIIII)кается от исходноЙ до заданноЙ называется
u '
толщинои защитноrо слоя катионита.
Толщину защитноrо слоя катионита в фильтре Н защ можно
определять по фОр IУ.ТIе
Н защ == O,04vd 2 1n Ж о , (XII.7)
rде v скорость фильтрования в Jvljч;
d диаметр зерен катионита в A1At;
Ж О жесткость УlVlяrчаеl\Iоii воды в м эквjл.
о
,
2
Жесткость дООbl tJ f1С Зl(tJ/л
3 4 5)0 7 2
ЗО
I
+++
I I
I
I
1
I
з 4 5 6 7
I I
I I I
i I
I,T
I I ,
: I
t
t:;)
::::)
:k:
*0
50
Q;) 60
(;:)
70
80
Рис. XI 1.2. ИЗl\IенеВIIЯ iКССТКОСТИ BO;J,LI ПрII филЬ1 pOB3I111Il ее через катио
нитовыЙ фильтр
По мере работы фильтра верхние слои катионита в нем бу
дут насыщаться катионами растворенных в воде солеЙ до paB
HOBecHoro состояния, а защитный слой будет перемещаться вниз
в более rлубокие слои катионита. Коrда низ защитноrо слоя пе
реместится до нижней rраницы катионита, начнется увеличение
жесткости фильтрата.
На рис. XII.3 приведены rрафики степени использования раВ1
новесной обменной способности катионита в фильтре в момент
проскока солей жесткости в фильтрат, т. е. в l'vIOlVleHT, коrда Ha
чинается постепенное возрастание жесткости фильтрата. Как
видно из этих rрафиков, верхние слои катионита в фильтре в MO
f\лент проскока солей )кесткости в фи.1ьтрат насыщены катионами
366
растворенных в воде солей почти до paBHoBecHOI'U состояния,
Равновесная обменная способность катионита здесь использо
вана почти полностью. В НИ)I{нем заЩИТНОl\I слое катионита ero
равновесная способность использована лишь частично, Bcero на
50 60 О/о .
Так как толщина защитноrо слоя возрастает с увеличение I
скорости фильтрования и жесткости Уl\lяrчаеl\10Й БОДЫ, то степень
использования емкости поrлощения катионита в фильтре yыeHЬ
о)
t
<:с::
20
:::;
t..J 50
@
t..J
с::
t:: lO О
с:::
:::з
t..J
Т4D
[;
25
СтеПеНЬ иСПОЛlJзotюни сЮменнои спосotJности катионита tJ %
50 75 lDO ) О
I I
+
I
I
I
I
i
, I
, i
I
, V = 12 N/Ч I
I ""
+
I
, I I
iV=!On/4 I :
I I
,1
IZZZZZJ CZZZZ2! lZZZZZ1 r:ZZZZZJ R2Z:ZZ] CZZZZ2I cr:!
ДjJ{!НDЖНОfl систепо i
)
+--
I I
I I I
o:zzn rzz:z:z::21 rzzz::z:пs cz:z::zп CZZZZ2I [ZЦZ2!
Дренажной систепо i
Рис. XII.3. СтепеIIЬ использования обменной способности катионитз
в фильтре в момент проскока катионов жесткости в фильтрат
а жесткость исходной БОДЫ 5,2 J1,с ЭК8/Л; б то же, 7 Аlс ЭК8/Л; 1 зона
IIолноrо использования равновесноЙ обменной способности; 11 защитный слоЙ
шается с Уl\Iсньшениеl\'l общей толщины слоя катионита и увели
чением )кесткости умяrчаемой БОДЫ, а также скорости ее фи.пь
трования.
ПОЭТОl\IУ Д"lЯ лучшеrо использования обменной способности
катионита в фильтре толщину слоя следует ПРИНИlVlать Tel\1 боль
UIей, чем больше жесткость Уl\lяrчаеl\IОЙ воды и чем больше ско.
рость фильтрования. При заданной (наПРИl\lер, высотой выпуска
емых катионитовыIx фильтров) высоте слоя катионита в фильтре
ПрИНИl\1аеl\Iая скорость фильтрования должна быть Tel\l l\Iеньше,
чем выше )кесткость Уl\Iяrчаеl\lСЙ ВОДЫ.
ОпредеЛИЛI неоБХОДИl\lУЮ толщину слоя катионита в фильтре
д."lЯ обеспечения заданноЙ ПРОДОЛ)l{ительности ero работы между
р ere н ера Ц и я lVI и.
Количество с экв СО"lСЙ )l есткости W 1 , которые ФИ"lЬТР дол
36i
жен сорбирова ть из воды за один межреrенераЦИОIIНЫЙ период,
равно:
W 1 == Q (Ж О ЖФ) т == Ри (Ж О ЖФ) т, (XII.8)
rде Q расход умяrчае:\10Й воды в м 3 jч;
Ж О И Ж ф начальная и конечная жесткость Уl\lяrчаеl\tIОЙ BO
дЫ в с эквjм3;
т продолжительность межреrенерационноrо пери
ода работы фильтра в ч;
F площадь фильтра в м 2 ;
V скорость фильтрования в мjч.
I5.0личество солей жесткости W 2 , которое может сорбировать
катионитовыЙ фильтр за один межреrенерационный период,
равно:
W 2 == FНЕравн FНзащ8Еравн
или
w 2 =--:--: F Е РаВII ([1 БН защ) ,
(XII.9)
{'де Н общая толщина слоя катионита в фильтре в Лl;
НЗ(lЩ толщина защитноrо слоя катионита, в котороЙ ero
равновесная обменная способность используется
частично, в м;
Е рани равновесная обl\1енная способность катионита в
с эквj м 3 ;
б коэффициент, учитывающий неполноту использо
вания равновесной обмен ой способности катиони
та в защитном слое.
В момент проскока солей жесткости в фильтрат (окончание
l\tJежреrенерационноrо периода) W 1 == \\72, тоrда
Ри (Ж О )!(Ф) т == F Е равн (Н БН защ ). (XII.I0)
Приняв с небольшиl\tI запасом б ==0,5 и обозначив (Жо Жф)
через Ж, реШИl\I уравнение (XII.I0) относительно Т ИСКОNIОЙ
продол)кительности межреrенерационноrо периода работы кати
онитовоrо фильтра:
т == Е равн Н 0,5 Е рани Н защ . (XII.ll)
vЖ vЖ
ПодстаВИl\tl в это уравtIение значение НЗ(lIД из фОрl\tIУЛЫ (XII.7),
тоrда:
т == Е равн Н 0,02 Е равн d 2 1n Ж .
vЖ Ж
Решив уравнение (XII.12) относите,,1ЬНО Н II и, ПОЛУЧИl\I фор
!\IУЛЫ дЛЯ вычисления необходимоЙ толщины слоя катионита в
фильтре 1I скорости фильтрования по задаНIIЫl\I Т, Е рани и Ж:
(XII.12)
Э68
v == Е равн Н
ТЖ + 0,02 Е равн d 2 lп Ж '
Н == vТЖ + 0,02 Е равн d 2 V In Ж .
Е равн
(XII.13)
(XII.14)
4. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ МЕЖРЕrЕНЕРАционноrо ПЕРИОДА
РАБОТЫ Н КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ
При реrенерации rI катионитовоrо фильтра раствором кисло
ты большая часть активных rрупп катионита замещается H
ионами. При фильтровании через такой катионит сверху вниз BO
дЫ, содержащей кальции, l\lаrнии и натрий, Н ионы верхних сло
ев катионита замещаются ЭТИlVIИ катионами.
Так как кальций и маrний имеют большую, чем натрий, энер
rию вхождения в катионит, то по мере работы фильтра кальций
и маrний будут замещать натрий, ранее поrлощенный верхними
СЛОЯl\lИ катионита. Двиrаясь вместе с умяrчаемой водой вниз,
натрий будет поrлощаться раСПОЛОЖСIIlIЫlVlИ ниже СЛОЯl\IИ H Ka
тионита, к которым еще не доходят кальций и маrний, задер
)киваеl\lые верхними слоями.
Постепенно фронт поrлощения кальция и маrния пере1\1еща
ется вниз, одновременно вниз перемещается и фронт поrлощения
натрия.
Таким образом, через некоторое время после начала цикла
умяrчения воды в Н катионитовом фильтре образуется пять зон:
верхняя зона, катионит в которой равновесно насыщен кальцием
и маrниеl\1; под ней находится защитный слой по кальцию и Mar
нию, в котором происходит вытеснение кальцием и l\lаrние1\1 HaT
рия; ниже располаrается слой, равновесна насыщенный натрием;
под ним находится зона замещения 1-I иона ионом натрия (за
щитный слой по натрию), а еще ни)ке зона Н катионита, еще
не участвовавшеrо в процессе обlVlена иопов.
Верхний слой равновесно насыщенноrо кальцием и маrниеl\1
катионита будет все время увеличиваться, нижняя ero rраница
будет перемещаться вниз и одновреl\1енно будут перемещаться
и остальные зоны.
Через некоторый ПрОl\lе)l(УТОК вреl\lени защитный по натрию
слоЙ катионита сместится до нижней rраницы катионита в филь
тре и начнется проскок натрия в фильтрат; при ЭТОlVl кислотность
фильтрата Н катионитовоrо фильтра начнет снижаться. Если в
начале цикла кислотность фильтрата была близка к сумме KOH
llентраций в исходной воде хлоридов и сульфатов, то после Ha
чала проскока в фильтрат натрия она начнет уменьшаться на
величину, равную концентрации натрия в фильтрате в каждыЙ
данный l\10MeHT времени (рис. ХI 1.4).
Коrда нижняя rраница зоны paBHoBecHoro насыщения HaT
рие!\I достиrнет низа катионита в фильтре, все Н ионы из Hero
24 745
369
окажутся вытсснеННЫ1\1И и кислотность фильтрата станет равной
нулю. После этоrо в фильтрате появится щелочность, которая
постепенно достиrнет величины, равной щелочности исходной BO
ДЫ. ЗатеlVl до низа слоя катионита опустится защитная зона
кальция и начнется ПРОСКОК в фИL1ьтрат солей )KeCTKoCTII.
з
Кuслотность
Жесткость
3
2
t:
1
t::)
о
CIC::;)
J
i 2
ТСа
То
T Na
-4
КОНЦ ентрОЦUfl
нотрир
J
i I
' + I
I
I
I I
-т
I x
:
I i
I !
2 -4 б 8 JO 12 М Jб 18
8ре/'1Я от начала цш(ла ч
Рис. XII.4. Изменение КИС.10ТНОСТИ фильтрата I катионитовоrо
фильтра
Время работы фильтра до проскока натрия в фильтрат MO
)кет быть определено из урапнения баланса (см. п. XII.3)
E :BH н 0,025 d 2 ln (Ж + C Na )
т N == (XII.15)
а v(Ж+С Nа ) Ж+С Nа
rде E :BH == а э Е полн 0,5 q (Ж +C Na );
C Na концентрация натрия в Уl\1яrчаемой воде в 2 экв/м3;
а э коэффициент эффективности реrенерации фильтра.
Продолжительность работы :rI катионитовоrо фильтра до про
скока в фильтрат солей жесткости 1\10)1(НО определять по фОрlVIУ
,,1 С ( Х 1 1 . 12) .
Обычно Н катионитовые ФИ,,1ЬТРЫ при У1\1яrчении воды вклю
Ч(lЮТ пара"lлельно с Nа каТИОНИТОВЫl\1 фИЛЬТрОlVl 1 ступени и pa
370
ботают до определенноrо снижения кислотности фильтрата. Кис
.потность фильтрата Н катионитовоrо фильтра равна:
С Н == С С ! + C so . С ф ==ж + C Na Щ С ф , (ХII.16)
rде СС] и C S04 концентрация в Уl\lяrчаемой воде хлоридов и
сульфатов в с экв/м3;
Щ общая щелочность Уl\Iяrчаемой воды в с экв/ht3;
С ф концентрация катионов Са 2 +, Mg 2 +, Na+ и К+
в фильтрате Н катионитовоrо ФИ,,1ьтра в дaH
ный момент времени в 2 экв/м3.
Через T Na часов после начала цикла концентрация натрия
в фильтрате начнет повышаться в результате проскока в Hero
натрия. К моменту проскока в фильтрат солей кальция KOHцeHT
рация натрия в нем станет эквивалентной сумме концентраций в
исходной воде катионов )кесткости и натрия.
Время работы Н катионитовоrо фильтра до снижения кислот
ности ero фильтрата до нуля (То) l'vIO}KHO вычислить по фОРl\iу.пе
O,8TCaCH 1,2Т Nа Щ
т О == Ч, (XII.17)
Щ+С Н
rде Т Са продолжительность работы фильтра до проскока
в фильтрат кальция в ч.
Кислотность фильтрата Н катионитовоrо фильтра в любоЙ
l'vl01\lеит времени после нача.}lа проскока в фильтрат натрия l\IO}K
но определить по формуле
т 1 ,2 T Na
С Т С К ' 3
Н Н р с экв, м ,
т о 1 ,2 Т Na
rде т время с начала цикла в ч;
К р коэффициент размерности, численно равный 1.
(XII.18)
5. rЛУБИНА умяrЧЕНИЯ ВОДЫ КАТИОНИРОВАНИЕМ
Под rлубиной умяrчения воды катионированиеl\l ПОНИIVIается
величина остаточной жесткости фильтрата катионитовоrо филь
тра.
При толщине слоя катионита в Nа каТИОНИТОВО1\1 фильтре,
превышающей толщину защитноrо С,,10Я при данноЙ СКОрОСТII
фильтрования и данной }кесткости умяrчаемоЙ воды, BepXHIlC
слои катионита в фильтре работают в paBHoBecHblX условиях
катионит находится в состоянии paBHoBeclIoro насыщения СОtilЯ
ми жесткости и натриеl\l воды.
Равновесие при об Iене ИОIIОВ ОПIIсывается уравнеIIие l
(ХI 1.1), из KOToporo с учеТО\I Toro, что
Е a == а'J Е по."1П
(XII.19)
24:<
371
и
Еса == (1 а;)) Е полн ,
(XII.20)
следует:
v'2
УСа Na . 1 аз == К аСа
'2 '2 '2 ·
I'Na V Са а э a Na
(XII.21)
Отсюда общая }кесткость фильтрата катионитовоrо фильтра
будет равна:
,.
,
'2
V N а l' Са 1 1 а э ')
а == . a
Са V ') к ') Na ·
Са I'Na a
(XII.22)
Концентрация натрия I3 IЗ0де, поступающей в нижние слои
Nа катионитовоrо фильтра, практически равна СУ1\lме KOHцeHT
раций катионов всех растворенных I3 воде солей.
V'2 l'
В N а Са ""
еличина == CPNa ЯВ,,1яется ПОСТОЯННОIl веЛИЧИНОII для
Vca1' aK
данной марки катионита.
Тоrда уравнению (XII.22) :\10)кет быть придан вид:
)f {Na == 1 а э р2
Ф cri'\a -) ,
a
э
(ХII .23)
rде ж а жесткость фильтрата N а катионитовоrо фильтра
в JvLс экв/ л;
СХ Э коэффициент эффективности реrенерации нижних
слоев катионита в фильтре;
р общее солесодержание Уl\lяrчаемой воды в Аtс эквlл;
CPNa константа обмена, равная для сульфокатионитов (co
r л а с но опыт а 1\1 В. А. Кл я ч к о) о к 0,,1 О 0,00 125 при о б
мене с а '2+- и IVlg'2+ на Na .
При умяrчении воды жесткость фильтрата Н катионитовоrо
фильтра определяется уравнение:\l, аналоrИЧНЫ1\1 уравнению
(XII.23) :
ж н == 1 аэ А2
Ф СРН ') ,
a OJ
э
(XII.24 )
rде А cYl\Il\Ia концентр ациЙ СУ,,1ьФатов и хлоридов в У:\lяrчае
1\101"1 воде в .fI,tс экв I л;
СРН константа об1\lена, равная для сульфокатионитов около
0,0014.
Ia рис. XII.5 II XII.6 предстаВ,,1СНЫ rра(рИКII Д"lЯ опредсления
)кесткости ФИ,,1ырата H и Nа каТИОIIИТОВЫХ ФИ,,1ЫРОВ при У:\Iяr
чении вод с раЗ,,1ИЧНЫ!\1 солесодеРiканиеl\l.
372
'
оз
'
t:::1
0,2
::j
ЕЭ.
::::,
8.
-()t::)
01
J
c:,
H KamиoHupof}oHue
1
50 700 150 200 50 100 150 200 250 300 350
Уоельныu расхоа Ht50'i. {j c/c JK(j 'diJельныu расхоа NaCl (j Z/; JKO ПОеЛО'
послощенных KOmUOHOff жесткости щенных KaтиoHotJ жесткости
Рис. XII.5. Зависимости жесткости фильтрата H и Nа катионитовых
фИ lЬТрОВ от солесодержания исходной воды и удельноrо расхода
H 2 S0 4 и N aCl па реrенераЦИIО
Цифры на кривых солссодержание БОДЫ в .Jrtс эквlл
'50 r- I I K i '5д
I . I
I !
I I Ш,
с::::; ' I I
JZ5 1"'
I ; \ I [)
< Na KOrr7U'J'--<i/).."':;JО ,f..; J(:JfТ7uJнr...,!)обаhие
""
I ! IHuei I I I
l.....
JOD t I I
: I I I
CJ
I
tJ :O I
75 I 75
-() I I
I
::J !
G- I
.J:) 50 50
'-.1
с)
4(
25 25
t.)
<u
о 2 4 6 8 !о 12 14 16 О 2 4 6 8 !о 72 14 76
общее солесоi}ержанuе tJodbI Суммарной концентраций С l иJo,2
tJмr Jк8/л 6(jооебмr ЭК{j/Л ч
Рис. XII.6. Зависимости iкесткости фильтрата (в МК2 экв/л) N(l
и Н катионитовых фи.1ЬТРОВ от коэффициента эффективности perc
нерации
6. РЕrЕНЕРАЦИЯ КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ
Целью реrенерации каТИОIIитовоrо ФИ,,1ыра является BOCCTa
НОВ,,1ение ero обменной способности путеlVl вытеснения из катио-
нита поr,,10щенных ИI\I при УI\1яrчении воды ка lЬЦIIЯ и l\IarIIII
373
нонами натрия при Nа катионировании или кальuия, маrния и
натрия ионами водорода при Н катионировании.
В практике умяrчения воды обычно реrенерационный раствор
пропускают через слой катионита в фильтре.
Полнота реrенерации катионита характеризуется коэффици
CHTOl\1 эффективности реrенерации аэ, равным отношению KO
"lичества заl\iещенных реrенеРИРУIОЩИl\1 areHToM активных rрупп
катионита к ero полной обlVlенной способности:
E Na 5
а э ==. (XII.2 )
Е полн
Еdли реакция реrенерации Nа катионита идет по схеме
[КаТ]2Са + 2NaCl 2[KaT]Na + СаС1 2 ,
то уравнение изотермы ИОНIIоrо обмена в конце реrенерации
будет иметь вид:
Е E
ПJлН Na.
УСа V Е полн
Са
2 E a
YNa 2
V Na
к [ аса l
1 2 ·
a Na J ре!'
(XII.26)
2
УСа V Na
для отреrенерированноrо кати
Y a V СаК!
онита будет величиной постоянной, то уравнению (XII.26) lVI0Ж
но придать вид:
Е пали (Е пали E Na ) К [ аса ] ( XII . 27 )
Е 2 ре r 2 ·
Na a Na per
Так как величина
Подставляя значение E Na
Е олн (1 аэ)
2 Е 2
а э ПО.1Н
из уравнения (XII.25),
[ аСа ]
== K pzr
Na per
получим:
и
аз == 2К a [ 1 { 2К a : + 1 ] , (XII.28)
ре!' Са per Са .
[де a Na и аСа концентрация натрия и катионов }кесткости в
реrенераЦИОННОl\1 растворе в конце цикла pere
нер ации.
Таким обраЗОl\l, коэффициент эффективности реrенерации яв
.1яется функциеЙ отношения концентрации натрия к KOHцeHTpa
374
ции солей жесткости в реrенераЦИОННОl\f растворе в конце pere
нерации. Величина коэффициента а э мо)кет быть прибли)кена к
единице либо увеличением концентрации натрия в CBe)Kel\1 pere
нерационном растворе, либо снижениеl\l концентрации кальция
в последних порциях реrенерационноrо раствора, который KOH
тактирует с зерна1\1И катионита, находящимися вблизи патрубка
фильтрата катионитовоrо фильтра. Увеличение концентраUIIИ
натрия в свежеl\1 реrенераЦИОНIIО:М растворе обычно приводит к
увеличению удельноrо расхода поваренной соли на реrенераЦIIЮ.
Поэтому с целью повышения эффективности реrенерации прибе
rают к увеличению концентрации поваренной соли только в KOH
це реrенерации. В этом случае реrенерацию производят 1 ,5 2 О/о
HbIl\l раствором N aCl и лишь в конце ее на фильтр подают
7 80/0 НЫЙ раствор соли. ТакоЙ режим реrенерации удобно
осуществлять путем разбавления в 4 5 раз исходноrо 80/0 Horo
раствора соли умяrченной водой в начале реrенерации и подачи
неразбавленноrо раствора в конце ее.
При выборе реЖИl\1а реrенерации следует иметь в виду, что
для достаточно полноrо удаления из катионита кальция и Mar
ния при реrенерации холодным раствором поваренной соли Tpe
буется не менее чем трехкратная смена реrенерационноrо pac
твора в порах слоя катионита за период не менее 30 мин. Так
как пористость слоя катионита обычно составляет 45 470/0,
объем pereHep ационноrо раствор а должен быть не менее 1,5 м 3
на 1 М 3 объема катионита в фильтре. Повышение теl\lпературы
реrенерационноrо раствора до 35 400 С ускоряет диффузионные
процессы II позволяет повысить эффективность реrенерации.
При наличии на станции резервных фильтров для сокраще
ния расхода соли l\/IОЖНО ПРИiVlенять реrенерацию с выдерЖИIЗа
нием катионита в рассоле. Для этоrо после взрыхления К(lТИОНII
та ОТМЫВОЧНЫl\IИ солеными водами на фильтр подается 0,6 J1l 3
2 О/о Horo раствор а соли на ка)кдый куБО1\1етр объеl\1а катионита
в фильтре и после спуска первых порций отработанноrо perCHe
рационноrо раствора фильтр оставляется в покое на 30 50 .лtU1-i,
по истечении которых продолжается обычная реrенераUIIЯ
фильтр а.
Выбор количества поваренноЙ соли для реrенераuии фильтрз
при одноступенчаТОl\I Nа катионировании производят по rрафII
ку, приведенному на рис. XII.7, задаваясь предваритеvlЫIО KO
эффициеНТО1\1 а э в заВИСИ:\IОСТИ от требуемоЙ остаточной )KeCT
кости фИvlьтрата (см. рис. XII.6).
При двуступенчаТО:\I Nа катионировании фильтры 1 ступени
реrенеРИРУIОТ 2 3 О/о HbIl\/l раствором поваренной соли с удеL1Ь
HbIl\f раСХОДОi\I 125 150 (; NaCl, а фильтры 11 ступени 100/0
IIbIl\1 paCTBOpOl\I поваренной СОvlИ с удельным расходоы 300 400 (;
NaCI на 1 (; экв рабочеЙ об:\Iенной способности катионита (боль
шиЙ расход соли ПРИ lеняют при Уl\lяrчении вод с бо.1ее BbICOKI!:\I
СО"lесодер )I{a ниеl\I) .
375
Для реrенерации N а катионитовых фильтров, особенно филь
ТрОВ 11 ступени, нужно применять поваренную соль, не заrряз
ненную солями жесткости. Применение для реrенерации катио
нитовых фильтров растворов соли с высокой жесткостью не по
..... 10
с- )
08
,
Об
J
,
O
J
t\J
::::, 0,2
tj.
о
ц
I I
I I
I
100 200 300 40r.'
tJоельныи расхои NaCl или H2S0 О с/с "ЗКп оОменнои спосооности котионита
Рис. XII.7. Зависимости коэффициента эффективности pereHe
рации от удельноrо расхода поваренной соли 1 и серной кис-
лоты 2
l
'" I
. .
I I
,..... ........... I
.........
*
......
,,*..............
1,00
s:s
.... 0,90
; 0,80
I
;;r
0.70
0,60
20 40 60 80
Жестl(qcть 5%=11021JреZ8нероцtiОННОёО pacтtJopa NaCl t5 2 Эl<tjjм з
100
Рис. XII.8. ЗаВIIСИМОСТЬ коэффициента эффективности реrенерации
от {есткости реrенерационноrо раствора
зволяет получить достаточноrо эффекта реrенерации и,
следовательно, не обеспечивает нужной rлубины Уl\Iяrчения воды.
На рис. XII.8 приведены результаты опытов по реrенерации
ка тионитовоrо фильтр а 5 О/о HЫ 1\1 Р aCTBOpOl\l пова ренной соли с
376
различной жесткостью. Реrенерация фильтра во всех опытах Be
лась при удельном расходе соли 200 2 на 1 с экв рабочей обl\lен
ной способности катионита. Эти опыты показывают, что ПрИJ\1е
пение для реrенерации Nа катионитовых фильтров соли, coдep
)кащей более 1 20/0 солей кальция и маrния, нежелательно.
Растворы соли (в пересчете на 50/0 НЫЙ раствор NaCl), имеlощие
)кесткость выше 40 50 с экв/м3, необходимо умяrчать содой и
едким HaTpOl\I, отстаивать и фильтровать до подачи на Nа кати.
онитовые фильтры.
При Уl\lяrчении воды с высокой общей жесткостью (более
15 мс экв/л) или ВЫСОКИl\l солесодержанием (более 350
400 мс/л) для получения в одноступенчатоЙ схеме rлубоко умяr.
ченноrо фильтрата при не с.пИШКОlVl BbICOKOl\I удеЛЬНОl\1 расходе
поваренной соли или кислоты приходится применять противоточ.
ную реrенерацию фильтра. При работе фильтра с противоточноЙ
реrенерацией умяrчаемая вода, как обычно, фильтруется через
катионит сверху вниз, реrенерационный же раствор и ОТl\IЫВОЧ.
ную воду подают снизу вверх.
Во избежание взвешивания катионита в фильтре во время ре.
rенерации интенсивность подачи в фильтр реrенерационноrо рас.
твора и отl\tIЫВОЧНОЙ воды не должна превосходить 8 10 м/ч, что
увеличивает продолжительность реrенерации. Этот недостаток
противоточноЙ реrенерации компенсируется лучшим использова.
нием реrенерирующеrо вещества и более rлубокой реrенерацией
тех слоев катионита, которые послеДНИlVlИ контактируют с умяr
чаеl\10Й водой и, следовательно, опредеЛЯIОТ rлубину ее Уl\lяrче.
ния. Для сохранения rлубокой реrенерации этих слоев катионита
ero OTl\lbIBKY после реrенерации следует вести умяrченной водоЙ.
Реrенерацию Н катионитовых фильтров производят раство.
рами серной или соляной (не ИIIrибированной) кислот.
При применении для реrенерации Н.катионитовых фильтров
серной кислоты концентрация H 2 S0 4 в реrенерационном раство-
ре не должна превышать 1,5%. 11ри большей концентрации сер.
ной кислоты возможно выпадение на зернах катионита и в ще.
"lЯХ дренажа фильтра кристаллов rипса вследствие Toro, что при
ьытеснении из катионита кальция концентрация Са 2 + и SO
в реrенераЦИОННОl\l растворе l\Iожет превысить произведсние pac
ТВОрИl\IОСТИ Са50 4 , т. е.
[КаТ]2 Са + Н 2 50 4 2[Кат]Н + CaS0 4.
t
rипс
Во избежание выпадения rипса в фильтре желательно рас.
твор серной КИС.]оты пропускать через слой катионита быстро
и без остановок, а фильтр ПОС"lе реrенерации нужно НСl\lеДЛСНIIО
отмывать водой от продуктов реrенерации. При использовании
Д"lЯ реrенерации растворов серноЙ кислоты концентрацией БО"lес
1,50/0 предотвращение выпадения rипса на зернах катионита l\IO
377
жет быть также достиrнуто добавкой в реrенерационный раствор
250 300 с/М 3 rексаметафосфата натрия.
Реrенерация Н ка тионитовых фильтров 1,5 О/о HЫM раствором
серной кислоты происходит с хорошим, близким к теоретическо"
му использованием pereHepaTopa, однако малая концентрация
КИС,,10ТЫ в реrенерационном растворе не всеrда обеспечивает дo
статочно полную реrенерацию каТИОIIИТОВ, особенно BЫCOKO
еl\1КИХ.
При необходимости rлубокой реrенерации Н катионитовых
фильтров, заrруженных высокоемкими катионитами, приходится
ПрИl\iенять или соляную кислоту, более дороrую, чем серная, или
двухсtупенчатую реrенерацию сначала фильтр реrенериро
вать 1 О/о HЫM раствором H 2 S0 4 или раствором N aCl для удале
ния большей части кальция и маrния, а затем подавать 5 100/0
ный раствор H 2 S0 4 , не образующий с удаляемым из катионита
натрием нерастворимых соединений. Данные об эффективности
реrенерации катионитов типа Ky 2 1,50/0 HЫM раствором H 2 S0 4
приведены на рис. XII.7. Вместо раствора поваренной соли для
реrенерации Nа катионитовых фильтров MorYT использоваться
растворы друrих натриевых солей, в том числе морская вода,
рассолы, ,сбрасываемые ИЗ котлов и испарителей, питаемых У1\1яr
ченной морской водой, и Т. п.
Аммоний катионитовые фильтры реrенерируются 2 3 О/о HЫM
раствором сульфата или хлорида аммония. Удельный расход
сульфата аммония на реrенерацию а1\11\10ний катионитовых филь
трав при одноступенчатом аммоний катионировании принимают
200 с на 1 с экв обменной способности катионита. При ДBYXCTY
пенчаТОl\1 аммоний катионировании удельный расход сульфата
аl\1МОНИЯ принимают на фильтрах 1 ступени 140 с/с эквJ а на
фильтрах 11 ступени 250 300 с/2 экв.
Катионит в фильтре перед реrенерацией должен взрыхляться
дЛЯ ОТ1\1ЫВКИ от задержанной И1\1 взвеси и предотвращения ero
слеживания. Взрыхление катиопита производится отмывочными
водами от предыдущей реrенерации фильтра. Так как отмывоч
ные воды содержат реrенеРИРУlощее вещество, их применение
для взрыхления катионита сопровождается ero частичной pere
нерацией, что позволяет повысить степень использования pereHe
ратора. Взрыхление ведут в течение 15 мин с интенсивностью,
обеспечивающей взвешивание Bcero слоя катионита в фильтре.
Объеl\1 бака для сбора отмывочных вод должен быть не менее
5 м 3 на 1 м 2 площади катионитовоrо фильтра, что позволяет co
брать и использовать для взрыхления около 500/0 отмывочных
БОД.
7. РАСЧЕТ Nа КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ
Технолоrический расчет Nа катионитовых фильтров сводится
к определению общей ПJlощади и числа фильтров, необходимых
для Уl\1яrчения расчетноrо расхода воды данной жесткости.
378
СУl\1марную площадь рабочих Nа катионитовых фильтров
в установке определяют по формуле
F == Qпол.сут , (XII.29)
V расч [Т п (tнзр + t per -r tOT I) 1
rде Qпо.л.сут полезная производительность N а катионитовых
фильтров в м 3 /сутки;
V расч расчетная скорость фильтрования в м/ч;
т ЧИС,,10 часов работы установки в течение суток;
п число реrенераций в течение суток;
t нзр продолжительность взрыхления, обычно прини
IVl аемая равноЙ 0,25 ч;
tp r продолжительность реrенерации в ч;
t ОТ\I продолжительность отмыIкии катионита в ч.
Величину расчетной скорости фильтрования V расч определя
ют по уравнению
Ераб Н
V рзсч == ') м,'ч,
ТМ Ж О + 0,02 Е раб d so ln Ж О
[де Ж О общая жесткость Уl\lяrчаеl\10Й воды в с экв/Jvl3;
Т\l продолжительность межреrенерационноrо периода
работы ФЦfIьтра в ч, равная:
Т
т м == (t взр + t per + tOT.\J;
n
(XII.30)
н толщина слоя катионита в фильтре в м;
Е раб равновесная рабочая обменная способность кати
онита в с экв/м3;
d so 80 О/о ныЙ калибр зерен каТИОIIита в мм (для ка тио
нитов, обычно применяемых при умяrчении воды,
l\10ЖНО принимать d 80 == 0,8 1,2 мм).
Высоту с.поя катионита в напорных Nа катионитовых ФИ,,1Ь
трах 1 ступени принимают по данным табл. XII.3.
В друrих типах Nа катионитовых фильтров высоту слоя за
rрузки принимают: в противоточных фильтрах 4,7 м, в открытых
фильтрах 2,5 4 м и в напорных фильтрах 11 ступени 1,5 Att.
Рабочую обlVlенную способность катионита l\IОЖНО опреде"чять
по формуле (XII.6). Значения величин, входящих в эту формулу,
принимают: аэ по rрафику, приведенному на рис. XII.7; по
rрафику, приведенному на рис. XII.l; Еполн по таб,,1. XII.l;
q==5 м 3 воды на 1 м 3 катионита; <р==0,5.
Величина скорости фильтрования, вычисленная по фОРl\lуле
(XII.30), должна быть не ыенее 3 м/ч, но не более ве,,1ИЧИН, YKa
занных в табл. XII.4. rIOpl\Ia,,1bHbIl\1 считается ре)КИ:\I, коrда рабо
тают все фИ,,1ЬТрЫ установки, кроме резервных; фОрСIIрован
HbIl\1 во вреl\IЯ реrенерации одноrо или двух фильтров.
379
Таблица XII,3
Основные параметры катионитовых фильтров
3aBOД Высота Строи- Диаметр под-
Диаметр слоя за- тельная водящеrо Вес без ар- НаrрузочныЙ
изrото в мм rрузки высота трубопровода матуры в ка вес в т
вите JI ь В ММ В AtM В Mht
Nа катионитовые фильтры 1 ступени
БиКЗ 700 2000 3200 40 535 1 ,7
СЗТМ { 700 1800 3000 40 816 2,1
1000 2000 3600 50 1400 5,3
БиКЗ 1500 2000 3950 80 1700 10
.! 1 2000 2500 4870 125 2590 15
ТКЗ 2600 2500 5195 150 4310 27
3000 2500 5460 150 5260 36
3400 2500 5724 200 7460 47
Nа-катионитовые фильтры 11 ступени
БиКЗ { 1000 1500 2920 80 1070 3,5
1500 1500 3310 125 1815 7,5
f 2000 1500 3620 150 2116 13
ТКЗ 2600 1500 4000 200 3757 20
t 3000 1500 4370 250 4847 30
Н катионитовые фильтры 1 ступени
{ 1000 2000 3600 50 I 1050 5
БиКЗ 1500 2000 3950 80 1760 10
ТКЗ { 2000 2500 4870 125 2625 15
2600 2500 5200 150 4375 27
ТКЗ { 3000 2500 5500 150 5345 36
3400 2500 5750 200 7615 47
Н катионитовые фильтры 11 ступени
БиКЗ ( 1000 1500 2950 80 1050 3,5
l 1500 1500 3310 125 1780 7,5
f 2000 1500 3650 150 2115 13
ТКЗ 2600 1500 4000 200 3790 20
l 3000 1500 4400 250 4960 ЗО
Условные обозначения: БиКЗ Бийский котельный завод; СЗТМ Сара.
товский завод тяжелоrо машиностроения; ТКЗ Таrанроrский котельный
завод.
НеоБХОДИi\Iое количество Nа катионитовых фильтров 1 сту-
пени I1l вычисляют по фОРl\1уле
4Р
т == + " (XII.31)
лD2
rде F СУIYIмарная площаДь фильтров, определенная расчеТО I
по фОРl\1уле (XII.29), в м 2 ;
380
D внутренний диаметр фильтров в м 2 ;
r число резервных фильтров в установке, принимаеl\10е
paBHbIl\1: один резервный фильтр при общем числе pa
бочих фильтров менее шести и два резервных фильтра
при большем числе рабочих фильтров.
Таблица XII.4
Рекомендуемые скорости фильтрования на катионитовых фильтрах
Жесткость умяrчаемой
БОДЫ в м.а экв/ л
Скорость фильтрования в м./ч при режимах
нормальном
форсированном
O,5 1
1 3
3 6
6 lO
30 25
25 20
20 15
15 1 О
45 35
35 30
30 25
25 20
При выборе диаметра фильтра исходят из TOrO, чтобы общее
ЧИС.l0 фИvlЬТрОВ было МИНИl\1аЛЬНЫl\I, но число рабочих фильтров
БЫJlО бы не менее двух.
Если предполаrается применение открытых или HeCTaHдapT
ных напорных фильтров, то при их проектировании задаются
расчетной скоростью V расч (по табл. XII.4) и ЧИСЛОlVl реrенераций
в сутки или продолжительностью 1\lежреrенераЦИОIIноrо периода
фильтра T:vl. Необходимую тqлщину слоя катионита в фильтре в
ЭТОl\1 случае можно определять по формуле
Н == т м Vрасч Ж О + о 025 v d 2 lпЖ ( XII.32 )
Е __ ' расч 80 о.
Раа
Обозначения приняты те же, что и в уравнении (XII.30). Be
личину Н принимаIОТ не менее 2,5 ht.
Nа катионитовые фильтры 11 ступени рассчитывают на про
пуск Bcero полезноrо расхода воды, требующсrося потребителю.
Скорость фильтрования воды на N а катионитовых фильтрах
11 ступени V асч принимают в пределах 25 60 м/ч, толщину
слоя катионита 1,5 At. Продолжительность межреrеIIерацион
Horo периода работы фильтра 11 ступени Т 2 1\10ЖНО определять
по формуле
" "
Т 2 == ;аб Н 0,025 d o !П)f(ф. (ХII.33)
VpaCtl Ж Ф
Обозначения приняты те же, что и в формуле (XII.30). yIH
дек с 11 указывает, что данная ве lИЧIIна относится к фильтра\I
11 ступени.
Рабочая обl\1енная способность катионита N а каТIIонитовоrо
q)И lЫР а 11 ступени равна [C I. фор I\1УЛУ (XII.6)]:
Е" "А Е
раб СХ Э fJNa nO.1H.
(ХII.34)
381
При этом а; ПРИНИl\1ают по rрафику, приведенному на
рис. XII.7, дЛЯ удельноrо расхода соли 400 с на 1 с экв уда.пен
ных из воды солей жесткости; при определении же КОЭффI1циен
та Na (см. рис. XII.l) концснтраЦИIО натрия в умяrчаСl\IОЙ
Еоде ПРИНИl'лают равной cYl\llYle концентрациЙ в исходной воде
кальция, маrния, натрия и калия. OTl\lbIRKY катионита фильтров
11 ступени после их реrенерации осуществляют водой, УЛlяrчен
ной фильтрами 1 ступени,
поэтоыу потерей части об..
менной способности катио
нита ца Уl\1яrчение отмывоч-
ной воды можно пренебречь,
ч
f't;::)
........
' 3
t.,.)
t:J
t::
:t:'
C::J
t::I
I I
I I
B Щ
I
i
!
I
I
i
I
I
I
1
I
I
2
tt)
C::J
t.,.)
t::I
t:: ,
t..,
tt;
(u
с)
с:::
70 20 30
С I<орость qJильтро8ания В м / ч
Рис. XII.9. Зависимости потери напора
13 слое катионита от скорости филыро
вания
1 для сульфоуrля мелкоrо; 2 для Ky 2;
3 для сульфоуrля крупноrо
.J
I 1
4 .
r T
I !
r
12,
i
I
;
Q.j
:t:'
(u""
t: 3
=t
C);:
t::I
:t:
Q.) 2
t::)
t::)..Q
tt)<::t
1
r r M
I I
I I
I
О,Ч Об 08 10
d 80 KaтUOHur/,a (j ААМ .
1:1
r
'10
Рис. XII.I0. rрафик Д.1Я опреде
.1еIIИЯ расчетной интенсивности
взрыхления каТИОI- IIта
1 при /==50 с; 2 при {==20 0 С
Жесткость воды, посту ающеЙ на фильтр 11 ступеНII, Ж Ф
ПрИНИl\IаIОТ (из соображений запаса) равной двукратноЙ вели
чине жесткости фильтрата катионитовых фильтров 1 ступени.
ОстаТОЧНУIО )кесткость фильтрата Ж ) фильтров 11 ступени оп
ределяют по уравнеНИIО (XII.28) с подстановкоЙ в иеrо ПрIlНЯТО
"
1'0 выше значения сх э .
rидраВ"lический расчет N а катионитовых фильтров сводится
к определению диа:\lетров подводящих и отводящих трубопрово
дов И расчету дренажноЙ систеl\lЫ.
382
Потерю напора в слое катионита можно ПрИНИl\lать по rpa
фикам, приведенным на рис. XII.9.
Интенсивность взрыхления слоя катионита принимают такой,
чтобы весь катионит, ВКЛIочая нижние слои, состоящие из наи
более крупных ero зерен, взвешивались в восходящеl\l потоке
воды. Для этоrо необходимо чтобы наиболее крупнозернистые
нижние слои катионита расширялись бы на 5 10%
(р и с. Х 1 1. 1 О) .
Высоту расположения кромки водоотводной воронки или же
лобов над поверхностью кати.онита в фильтре принимают paB
ной половине толщины слоя катионита в фильтре. Скорость
движения воды в подводящих и отводящих трубопроводах при
нимают в пределах 1,5 2 м/сек. Расчет дренажа катионитовоrо
фильтра производят на 900/0 НУЮ равномерность распределения
БОДЫ п ри взрыхлении катионита (см. rлаву IX).
8. РАСЧЕТ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ Н- и Na-КАтионитовоrо
умяrЧЕНИЯ ВОДЫ
Как указывалось ранее, H и Nа катионирование при
меняется для умяrчения воды с одновременным снижением ее
щелочности. Ни}ке приводятся пределы применимости различ
ных CXel\1 H и Nа катионирования и расчет :rI и Nа катионито-
вых фильтров применительно к этим CXel\laM.
Совместное Н.. и N;J."катионирование с удалением уrлекисло
ты после Н- и Nа катионитовых фильтров, доумяrчением БОДЫ и
корректировкой ее рН на N а катионитовых фильтрах 11 ступени
позволяет снизить щелочность воды до 1 1,5 М2 экв/л и жест
кость до 0,01 М2-экв/л.
Необходимую площадь Н и N а катионитовых фильтров и
площадь Nа катионитовых фильтров 11 ступени l\10ЖНО опреде
лить по формуле (XII.29), а расчетную скорость фильтрования
Vрасч по формуле (XII.30).
Расчет Nа-катионитовых фильтров 11 ступени Б этих схемах
производят так же, как и для N а катионитовых установок.
Параллельное Н- и Nа-катионирование с удалением свобод
ной уrлекислоты из Сl\1еси H и Nа катионированной воды и дo
умяrчением и корректированием рН на N а катионитовых фильт
рах 11 ступени позволяет получить воду с остаточной жесткостью
не выше 0,01 М2 экв/л и щелочностью не выше 0,35 М2 экв/л.
Для получения нейтральной воды соотношение расходов BO
дЫ, подаваеl\tIОЙ на H и Nа катионитовые фильтры, должно BЫ
бираться таКИl\l, чтобы щелочность воды, прошедшеЙ Nd катио
нитовые фильтры, нейтрализовывали свободные сильные КИС<10
ты, содержащиеся в Н катионированной воде.
В соответствии с этим расход воды, подавае:\IОЙ на H KaTIIo
нитовые фильтры, составляет:
383
Щ а
Qн==QПQЛ Щ + L S04. C1 а ' (ХII.35)
а расход воды, подаваеl\IОИ на Nа катионитовые фИ.,1ьтры, опре
деляется по фОрl\lУv1е
QNa == Qпо.l QH' (XII.36)
rде Qпол полезный расчетныЙ расход умяrченной воды в
м 3 /ч;
Щ общая Iцеll10 1 IНОСТЬ умяrчаеl\10Й воды в М2 экв/л;
2:504 .С1 CY IMapHoe содержание в умяrчаемой воде солей
сильных кислот в Jl;t2 экв/л;
а желаеlVlая щелочность умяrченной
М2 экв/л.
,Ф ?
воды
в
Расчетную скорость фильтрования на Н катионитовых филь
трах v;;;сч (для определения необходимой площади фильтров)
принимают из расчета работы фильтра до снижения кислотности
ero фильтрата до нуля. В ряде случаев, например при BbICOKOl\l
содержании натрия в воде, при большем: числе фильтров на YCTa
новке Н катионитовыс фильтры MorYT работать и после сниже
ния кислотности фильтрата до проскока в Hero солеЙ жесткости.
Этот период в расчете не учитывае I, считая ero резеРВОl\1 YCTa
новки, т. е.
v H Е аб Н
рас'! ( ) 2 ( ) '
То Ж+С Nа +O,025d so ln Ж+СNа,исХ
[де
Е аб == а э Е полн 0,5 q ( ж + СNа)исх;
C Na концентрация натрия в воде в М2 экв/л;
Ж общая жесткость в Аt2 экв/л;
То продолжительность работы фильтра до снижения кис
лотности фильтрата до пуля в ч.
Индекс «исх» означает исходную воду.
Расчетную скорость фильтрования на Nа катионитовых фIIЛЬ
трах 1 ступени определяют по формуле (XII.30).
Число резервных фильтров на установке принимают таКИl\1
)ке, как и на установке для Уl\lяrчения воды Nа катионировани
сы. Все резервные фильтры заu ищают от коррозии с тем, чтобы
их l\10ЖНО было использовать как H , так и Nа катионитовые.
Nа катионитовые фильтры 11 ступени рассчитывают так )ке,
как и фильтры 11 ступени N а катионитовых ВОДОУl\1яrчительных
установок.
В процессе работы Н катионитовых фильтров происходит из
l\lенение кислотности их фильтрата, ПОЭТОl\'lУ дЛЯ поддерл(ания
неизменноЙ щелочности, У IяrченноЙ параллеЛЬНЫl\1 H и Na
384
катионированием воды, приходится изменять соотношение pac
ходов воды, подаваемой на H и N а катионитовые фильтры.
Для получения l\IИIIИl\Iальной щелочности умяrченной воды
целесообразно автоматизировать управление ее распределением
l\lежду этими фильтрами. Наиболее точные результаты дает
схема аВТОl\Iатизации, в которой датчиком служит при бор для
измерения щелочности умяrченной воды. Такой прибор представ-
ляет собой фотоэлектрический колориметр, ИЗl\lеряющий щелоч-
ность умяrченной воды путем сравнения интенсивности окраски
введеННоrо в эту воду специальноrо индикатора с окраской эта-
лона. Однако сложность TaKoro датчика и высокая стоимость ин-
дикатора не позволяют широко применять этот метод автомати-
зации H и Nа катионитовых умяrчительных установок.
Вместо прямоrо измерения щелочности умяrченной воды при-
беrают к измерению ее рН.
Связь между величиной p:rI, Уl\IIяrченной H и N а катиониро
ванием воды, и ее щелочностью можно выразить формулой
ф
рН == РК 1 19 ,
м
rде РК 1 отрицательный лоrаРИфlVI константы первой ступени
диссоциации уrольной кислоты;
Ф щелочность воды по фенолфталеину;
М то же, по метилоранжу.
Между рН воды и ее общей щелочностыо зависимость не од-
нозначная, так как РК 1 меняется с ИЗl\1енением температуры, а
1 GD u
величина g М зависит не только от интересующеи нас щелоч-
ности воды М, но и от содержания в ней СО 2 . Поэтому pH l\1eTp,
как датчик автоматической системы реrулирования распределе
ния воды между H и Nа-катионитовыми фильтраl\IИ, lVIO)KeT при-
меняться при условии относительноrо постоянства температуры
воды и концентрации в ней уrлекислоты. Последнее обстоятель-
ство вынуждает ставить датчик pI I l\IeTpa после деrазатора,
коrда содержание СО 2 в воде мало и более постоянно, однако
это увеличивает инерционность системы и приводит К запазды-
ванию реrулирования.
Последовательное Н.. и Nа-катионирование с удалениеl\I сво-
бодной уrлекислоты после Н катионитовых фильтров и пропу-
СКО1\I воды через две ступени Nа катионитовых фильтров приме
няется при Уl\Iяrчснии вод с повышеННЫl\1 солесодержаниеl\I (бо-
лее 700 1000 lIt2jл). Н-катионитовые фильтры выключают на ре-
rенерацию при повышении щелочности их фильтрата до O,5
0,7 М2-экв/л. Фильтры таких установок рассчитывают так }l{e, как
l[ для предыдущеЙ схеl\lЫ.
Последовательное Н.. и Nа-катионирование с «rолодной» ре..
I'енерацией Н-катионитовых фильтров отличается от обычноrо
25 745
385
ы:оследовательноrо H и N а катионирования только применением
при реrенерации Н катионитовых фильтров УlVlеньшенноrо удель
Horo расхода кислоты.
9. умяrЧЕНИЕ ВОДЫ Na и СI ИОНИРОВАНИЕМ
Умяrчение воды с одновременным снижением ее щелочности
:можно осуществлять фильтрованием воды либо 'через слой CMe
си катионита и анионита, либо последовательно через два филь
тра: первый, заrруженный катионитом, и второй, заrруженный
анионитом.
ЭТ}I фильтры реrенерируют paCTBOpOl\I поваренной соли, в
\'
результате чеrо катионит переводится в Nа форму, а анио
нит в Сl форму. При фильтровании через отреrенерированные
фильтры умяrчаемой воды Nа катионит будет обменивать на
натрий все катионы растворенных в воде солей; Сl анионит по
rлотит 50 и НСО з , отдав в воду эквивалентное количество
хлор иона.
Жесткость воды этим методом может быть снижена до
rIO,ОI мz экв/л при одновременном снижении щелочности воды дО
(),2 O,6 М2 экв/л.
Л.. с. Фашко, А. с. Лосевым и Ф. r. Прохоровым показано,
что применением для реrенерации фильтров подоrретоrо до
700 С раствора соли можно снизить остаточную щелочность
фильтрата до 0,2 вместо 0,6 мz экв/л при реrенерации фильтра
реrенерационным раствором с температурой 180 с.
В качестве катионита для заrрузки Na и Сl ионитовых филь
тров можно использовать любой сильнокислотный катионит
сульфоуrоль, Ky 1 или Ky 2. Анионитом MorYT служить как сла
боосновные, так и сильноосновные аниониты Ан 2ф, AB 17
И др.
Рабочую обменную способность катионита можно определять
так же, как для обычных Nа катионитовых фильтров.
Обменная способность анионита зависит от удельноrо pac
хода соли. При реrенерации анионитовоrо фильтра (заrруженно
ro анионитом Ан 2ф) 50/0 HЫM раствором NaCl с температурой
700 С и удельным расходом соли 150 2 на 1 Z ЭКв поrлощенных
анионов рабочая обменная способность анионита по сумме
НСО; и 50 близка к 1000 1100 2 экв/м3. При расчете на
НСОЗ- удельный расход N aCl возрастет до 500 600 z на
1 z экв, рабочая обменная способность анионита по НСОЗ- при
этом не превосходит 300 350 2 эквlм3.
По сравнению с I и Nа катионитовым методом умяrчения
БОДЫ рассмотренный метод имеет в некоторых случаях (умяr
чение воды для котлов низкоrо давления, испарителей и т. д.)
ряд преимуществ: отпадает необходимость в кислотном хозяй
стве и в защите от коррозии аппаратуры, упрощаются контроль
386
за работой и эксплуатация умяrчительной установки. HeДOCTaT
ка ми этоrо l\1етода умяrчения воды являются повышение coдep
жан ия в воде хлоридов (на величину, эквивалентную щелочно
сти умяrчаемой воды) и уrлекислоты.
10. КОНСТРУКЦИИ КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ
Катионитовые фильтры состоят из корпуса, дрена)кной си'"
стемы для отвода из фильтра умяrченной воды и подачи в Hero
воды для взрыхления слоя катионита, распределительной си
стемы для подачи в фильтр реrенерационноrо раствора и сбор
ной системы для отвода из фильтра воды при взрыхлении кати
онита и распределения по площади фильтра подле)кащей умяr
чению воды.
Катионитовые фильтры MorYT иметь напорные (вертикаль
ные или rоризонтальные) или открытые корпуса. Наиболее ши
рокое применение получили напорные катионитовые фильтры,
rлаВНЫl\1 образом вертикальные. Открытые катионитовые филь
тры применяют только на станциях с одноступенчатым ка ио
нированием и большой производительностью (более 500 Jvt 3 /ч).
Управление работой фильтров осуществляется открытием и
закрытием шести заДВИ:lкек или клапанов. Вместо задвижек и
клапанов для управления работой катионитовоrо фильтра MO
жет применяться шестиканальный мноrоходовой кран. CXel\la
Nа катионитовоrо вертикаль
Horo фильтра 1 ступени, BЫ
пускаеIVlоrо промышленностью,
представлена на рис. XII.ll,
схема Н катионитовоrо фильт
ра 11 ступени на рис. XII.] 2.
Размеры и веса этих фильтров
приведены в табл. XII.3.
Схема OTKpbIToro Nа катио
нитовоrо фильтра конст ции
rпи Союзводоканалпроект
представлена на рис. ХI 1.13.
Такие фильтры в количестве
12 шт. успешно эксплуатируют
ся на ВОДОУl\lяrчительной CTaH
ции Балаковскоrо комбината
IICKyccTBeHHoro волокна. Каж
дый фильтр имеет размер в
плане 4,8 Х 5,8 Jvt при высоте
слоя катионита 1,5 Jt. Эта YCTa
новка УlVlяrчает 82 500 м 3 /сутки
воды Волrи до остаточной же
сткостп 0,03 Jvt2 экв/л при pac
ходе соли 160 2/2"ЭК8.
Ji'
I
б
,
/5
_ I': t
. .
. .
2
/L
J
Рис. XII.11. Nа катионитовый
фильтр 1 ступени (ТКЗ) диамет
ром от 2000 до 3400 мм
1 подача исходной БОДЫ; 2 подача
реrенерационноrо раствора; 3 спуск
ОТМЫВОЧНОЙ БОДЫ; 4 ВЫХОД умяrчен
ной ВОДЫ; 5 лаз; 6 люк
387
Скорость фильтрования в
открытых фильтрах принима
ют в пределах 7 15 м/ч.
В катионитовых фильтрах
обычно поддер:zкиваIОЩИХ сло
ев не устраивают, применяя
щелевые дренажи колпачково
ro или желобчатоrо типа, не
требующие поддерживающих
слоев.
В практике умяrчения воды
начинают применять катиони
товые фильтры непрерывноrо
,действия (рис. ХI 1.14). Для
непрерывности протекания
процесса необходимо постоян
НО выводить из фильтра исто
щенный катионит и заменять
ero новым, а также иметь He
прерывными процессы pereHe
рации и отмывки.
Этот lVlетод был применен в
Японии фирмой «Асахи» для
Nа катионитовоrо умяrчения
воды.
Такая установка (С!\1. рис.
XII.14) состоит из трех KO
лонн 1, 2 и 3, в каждой из
1 подача ИСХОДНОЙ воды; 2 подача которых последовательно про
реrенерационноrо раствора; 3 выход исходят процессы умяrчения,
умяrченноЙ воды
реrенерации и ОТiVIЫВКИ катио
нита. Две первые колонны
имеют компактный слой, третья псевдоожиженный.
Исходная вода насосом 4 подается в нижнюю часть фильт
ра 1, движется через слой катионита снизу вверх и отводится
через верхний дренаж 5. f
В фильтре 1 должно установиться давление, достаточное для
подачи катионита с водой в бункер б. Весь катионит, который
в начале цикла умяrчения находится между вводом исходной
БОДЫ И дном конуса, транспортируется с водой в бункер б.
Одновреl'rfенно под действием падения давления, возникаю
щеrо при разrрузке, катионит из бункера 7 перепускается в KO
понну 1, компенсируя количество удаленноrо катионита. На пе
риод перемещения катионита подача исходной воды прекра
щается , а после завершения перемещения исходная вода вновь
подается.
Реrенерация осуществляется в колонне 2, куда снизу Haco
сом 8 подается раствор соли. Циркуляция катионита осуществ
!
j
I
!
t
!
.
\
I
, 1"
1
i
i
I
1
1
Рис. XII.12. Н катионитовый фильтр
11 ступени (БиКЗ) диаметром 1000
и 1500 мм
388
r
I
t
C
rФ
f?o
о
о
8
'О<1:' ,i,
".<1 < ? "
I
I
,1
! ,
I
I
I
. о . ", .
-с:\ 4'
: \') .0' .'
. '<:J' '<;J .'
.,.
.' <1 4
. А. '..'
lJ.i. .
'\ v-. ei
'" 1' ' M
. .l3# J: :::r l :t
;) )\;"0 ..J I b.:
'?'
. 1-- 2
""" i:'J ( I \ li .. ; "
; , r Q J I
....t:+ . u.. ......,./ \lo-' !:.:
00 е=& "" $= s
е j ,
" Jj/" i
'\xt1
)'-Ц.rt
I
1I
@
(). @
." .
:.1"<1 .
. о () \J'
, ,/I
'СУ
i
;
[
r I
I
I
-
I
I
t::::;)
, .
. .<1' .
'0 О. .
(). "()"
'. v
. .1
() ()
'у
r: :J
I
I
........
J
tr;)
1;:) VI"
/
I
'\
.......
I
I
I
1
I
I /
--
I
11 I
.f
i /
/ / /
/
i 1 1 I I
,,1
I
I
I
II
r---r--- _____1'---)
I
1[
l
c"j
о..
Е--<
..д
S
......
.-&
C'j;"
О r" ,
O»
f--oСО,...,
Of--o........
I U С---
tr) I
'":::0.........
:....
og
t::::";"t;:
:>:!: с< ;:;::
0C'..j .....
C';jX
C\i:::r:::;
E:
t;::00
::Et::CO
I :::
::Е
00 С---
О
.
OC'jX
с:f--o::з
:=:: .....
1 ..........
(3:r:
:=::C';j
f--o f--
HC'j
C'j
0t;::E'
И:=::О
ro::::
o..CJ:::{
O O
со ><: r::q
f--o;:Qf--
U р... О
I
о
о
ОФ::;
Е--< 3 c\i
:s:: :r:U'.
10 f--
:r:: о t:: О
О 0"=
:s:: C'..j..... :=::
Е--< ...q ><:-&
w t;:: .....
O t;::
CO::S:=::
о о.. .: О
"'О СО.....
О CO::3::::;
Е--< ;;Ь::Е8
:а С) f--o,...,
о.. ",Ic o
Ф :=::с:
Е--< о.. :=::0
О I. :r:t;::
"':=::t::'
w C':)
:;s н:r:ф
(]) :=::0:=::0
х: :=::....r
U Of--o:::J о
U 20..
"'....."'::::
o..t;::
O:=::
t:O:r: U
tJQ)
c'j r::q
0.. 1
О 0..С)
'--'С"'.........
Or::q
:r:
, :=::
('-.. 8
;:Q",
r:;: o..
OO
со со
о.. f--o
C'j",U
:::rC'j
r::q",o..
O
(")0,--,
Q)t:: o
0..17
II.C
. ::3ro
f-- :::r
:=::0C'j
:r:r::q
о О
C:
",0 1
:r:
, :r:
",Ф
Z :::r ..
'--'::s::
1 0:::1:;:
::?:О
......... И
(у)
><
u
:=.:
о...
389
ляется таким же образом, как в фильтре 1. Отреrенерирован
ный катионит поступает в бункер 9, из Hero попадает в колонну
промывки 3, в которую насосом 10 непрерывно подается вода.
ПРОI\Iывная вода отводится через клапан 11, тоrда как кати
онит по трубопроводу попадает в бункер 7.
I<.атионит
I б
t:
Е:
с)
t 2 ;:::,
r:::,
,
,.#
j
1:
t
"с:)
t
I
o
Рис. XII.14. Схема фильтра с непрерывной реrенерацией KaTIIO
вита
в настоящее время такие установки приl\tlеняются для обес
соливания воды, при этом ОНИ состоят из двух описанных BЫ
ше arperaToB Н катионитовоrо и анионитовоrо.
11. вспомоrАТЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА
КАТИОНИТОВЫХ водоумяrЧИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Катионитовые водоумяrчительные установки ПОl\IИl\IО фильт
ров должны иметь вспомоrательные устройства для pereHepa
ции и ОТl\IЫВКИ фильтров В процессе их эксплуатации.
При суточном расходе поваренной соли менее 500 Кс ее xpa
нят в сухом виде в неотапливаемых складах и растворяют в про
точных солерастворителях непосредственно перед реrенерацией
Nа катионитовоrо фильтра.
Проточный напорный солерастворитель (рис. XII.15) пред..
ставляет собой стальной цилиндрический сосуд с rорловиной для
заrрузки соли и rерметической крышкой, раСПО,,10женной
в центре BepxHero сферическоrо днища. В нижней части соле
390
растворителя Иl\lеется дренажная систетvtа, на которой у.ло)кен
200 M.M слой rравия с размеРОl\I зерен 5 10 JJtJJt, затем 100 JJtлt
слоЙ песка с разыеРОl\I зерен 2,5 5 ММ и поверх 200 JJtAt слоЙ
песка с размером зерен 1 2,5 ММ. Этот песок служит для OCBeT
<::::::>
I.r)
I
I
: I . J '
ЗО5 4ЗО
t
I
!f
........
l
I
Рис. XII.15. Напорный солерас
творитель емкостью 0,4 .м 3
1 подача воды для растворения
соли; 2 выход раствора С0ЛИ;
3 сброс ПрО:\1ЫВОЧНОЙ воды;
4 спуск в канализацию
ления раствора соли, которая для растворения заrружается в
сьлерастворитель через верхнюю rорловину.
Характеристики выпускаемых в СССР напорных солераство
рителей, рассчитанных на давление 6 КТ/СА1,2, приведены в
табл. XII.5. /
Так как концентрация соли в выходящем из солерастворите
ля растворе изменяется от близкой к 200/0 в начале растворения
до 0,5 О/о в конце ero, до использования рассола для реrенерации
Nа каТIIОНИТОВЫХ фильтров желательно усреднить ero KOHцeHT
рацию. Для этоrо рассол из солерастворителя собирают в про
l\lежуточныЙ бак и из Hero подают на реrенерируемыЙ фильтр
самотеКО:\I или с помощью насоса. Объеl\I ПРОl\Iежуточноrо бака
дол)кен быть равен объеыу катионита в реrенерируеl\10l\1 ФИ"l ь
трс.
391
Т а б л II цаХ 1 1.5
Характеристики напорных солерастворителей
Объем в At 3
0,2
0,4
0,9
Диаметр в мм
450
600
1000
Полезная емкость в Кс
100
200
450
..
з
у р растбора
/2
,}б
Рис. XII.16. Схема бака для MOKporo хранеНIIЯ поварен-
ной соли
1 всасывающий трубопровод насоса; 2 напорный трубопро
вод; 3 дырчатые трубы; 4 дренаж; 5 rравийный фильтр;
6 rалерея
При суточном расходе поваренной соли более 500 2 peKO
мендуется ее хранение в рассоле (так называеlYIое l\IOKpOe xpa
нение соли) .
Баки для Т\10кроrо хранения поваренной соли (рис. XII.16)
располаrаются вне здания или в неотапливаеl\/IЫХ складах. Объ
ем баков должен позволять принимать соль из автоса:\Iосвалов
или BaroHoB и быть кратным объему соли, доставляе IОЙ этим:и
видаыи транспорта. На 1 т храНИl\IОЙ соли требуется OKO L 10 1 м 3
объеi\1 а бака.
Перед подачей на катионитовые фильтры раствор со и дол
жен быть профильтрован через 600 .Jl-,H слоЙ песка с раЗ:\Iером
зерен 0,8 1 AlAl со скоростью 5 7 лt/il. ФИЛЬТРОВClнныЙ рассол
разбавляется до подачи на фильтр до )келаС:\IОЙ концентрации
исходноЙ водоЙ.
РаЗl\Iеры солерастворителя, баКОВ :\IеРНIIКОВ для насыщенноrо
раствора соли при l\10KpOl\I ее хранении, баков для р азбавленно
392
ro раствора соли и друrоrо оборудования принимают из расче
та на одну реrенерацию одноrо фильтра 1 ступени. Расход по.
варенноЙ соли P NaC1 на реrенерацию Nа катионитовоrо фильт
ра ВЫЧIIС.1ЯЮТ по фОРl\Iуле
Р F Na НЕ :б I'NaCl
К2
NaCl 1000 '
(XII.37)
P a площадь Nа каТИОIIитовоrо фильтра в At 2 ;
Н толщина с.лоя катионита в фильтре в Al;
Е б равновесная обменная способность Nа катионита
в фильтре в с экв/hlЗ;
'V NaC1 удельный расход поваренной соли на реrенерацию
в 2/2 экв.
Серная КИСvlота доставляется на
станции Уl\1яrчения воды железно
ДОРО)I{НЫМИ цистернами или aBTO
цистернаl\1И, а хранится в стацио
нарных цистернах станции. OTe
чественной промышленностью BЫ
пускаются цистерны для хранения
кислоты еIVIКОСТЬЮ 15 м з (28 т
H 2 S0 4 ). Цистерна Иl\1еет диаметр
2000 Л1М И длину 5764 мм (вес Me
талла 4 т, наrрузочный вес 32 т).
На рис. XII.17 представлена
CXel\1a кислотноrо хозяйства CTaH
ции умяrчения воды Н катиониро
ваниеl\'I. Кислота из железнодорож
нои цистерны 1 сифоном сливается
в стационаРНУIО цистерну 2, вакуум
в которой создается BaKYYM Haco
СОМ, подсоединеННЫl\I к патрубку 3.
При приrотовлении реrенераuионно
[О раствора кислота из цистерны 2
[де
1
2
3
t
I
I
D 1000
<::::>
с:::>
\r.
.....:
1 '
Е 5
/
. /
L.,
7S0
Рис. XII.17. Схема КИС,lотноrо хозяi"'Iства
станции умяrчения воды Н и N а KaTIIO
нированием
Рис. XII.18. Cxe Ia вытеСНIIтеля
серной КИС.1ОТЫ объеМОl\I 1,5 A-t З
1 ПОДВОД сжатоrо воздуха; 2 за-
ЛИВ КИСЛОТЫ; 3 ОТВОД КИСЛОТЫ
391
передавливается в мерник кислоты 4, который предварительно
вакуумируется. Из мерника кислота засасывается кислотостой
ким эжектором 5, в KOTOpOl\l происходит ее разбавление дО KOH
центр ации 1 1,5 О/о. Р азбавлеНIIЫИ раствор по трубопроводу б
направляется на Н катионитовый фильтр. Количество разбавля
ющей воды устанавливается по показаНИЯ:vI расходомера 7.
В СССР выпускаются баки вытеснители объеl\10l\1 0,3; 0,5;
1,5 и 3,5 ht 3 . На рис. ХI 1 .18 приведена CXel\la бака вытеснителя
для концентрированной серной кислоты объеМОl\1 1,5 м 3 .
Под всеl\1И еl\1КОСТЯl\IИ с серной кислотой дол}кны быть YCT
роены поддоны, облицованные кислотостоЙким lVlатериаЛОl\I; объ
elVl П<Jддона должен быть не lVIeHee 75 О/о объеl\lа еl\IКОСТИ с кис
,,10ТОЙ.
Вместо передавливания кислоты воздухом и засасывания ее
эжектором для транспортирования кислоты и ее растворов MO
[ут применяться кислотостойкие насосы. Однако эта cxe Ia l\le
нее наде}кна, чем предыдущая.
Расход кислоты для реrенерации Н катионитовоrо фИvlьтра
при определении размеров баков вытеснителей, баков мерников
и баков для реrенерационных растворов l\IОЖНО подсчитать по
фОРlVlуле
р р н НЕi!aб ун
H 2 S0 4 1000 К2.
(XII.38)
Обозначения приняты те же, что и в формуле (XII.37), а Be
личину 1'н принимают по rрафику, приведенному на рис. XII.5.
В баках для приrотовления реrенерационных растворов пре
ДУСl'латривают устройства для барботирования раствора сжа
тым БОЗДУХОlVI. Интенсивность подачи воздуха дол:/кна быть не
lVleHee 6 л/м 2 . сек, а продолжительность барботирования
3 5 А1ИН.
Емкость баков с водой для взрыхления катионитовых фи.пь
тров 1V в, которая должна обеспечивать ВОЗl\IОЖНОСТЬ последова
тельноrо взрыхления двух фильтров, определяют по фОР Iуле
W == 2 wFt B .60 == О 12wFt м 3 ( ХII.39 )
в 1000 ' Н,
rде w интенсивность взрыхления катионита в Л/ht 2 . се!\' (см.
рис. XII.I0);
F площадь фильтра в 'лl2;
t 13 продолжительность взрыхления в НИН, ПРИНИ),Iаеl\Iая
обычно равной 12 15 AtU1-l.
Дно бака с водой для взрыхления дол:/кно быть располо)кено
на 4 Лl выше сборной воронки фильтра. Следует предусыатри
вать подвод в этот бак отмывочной воды катионитоI3ЫХ ФИ"lЫРОВ
и ПОС lедних ПОРЦIIIf реrенерационноrо раствора, отходящеrо IIЗ
фИLlыра при ero реrенерации.
394
Нейтрализацию кислых стоков, образующихся при pereHepa
ции Н катионитовых фильтров, можно производить известковым
МОЛОКОl\1, доломитовой или маrнезитовой крошкой.
При нейтрализации кислых стоков известковое l\10ЛОКО дози
руют В бак нейтрализатор с ПОNIОЩЬЮ дозатора, получающеrо
импульс от pH MeTpa, датчик KOToporo устанавливаIОТ в лотке,
отводящем воду из бака нейтрализатора.
Упрощение нейтрализационной установки Тvlожет быть дo
стиrнуто ПРИ:\lенениеl\tI вместо известковоrо молока доломитовой
или l\1аrнезитовой крошки. Такую крошку с размеРОl\:I зерен 0,5
2 МА! заrружают слоем толщиной не менее 0,7 м в бак нейтра
лизатор, на дне KOToporo расположена дрена)кная система из
щелевых винипластовых труб. Нейтрализуемая кислая вода по
ступает в дренажную систему, распределяется по площади бака
нейтрализатора и затем просачивается вверх через слой доломи
товой крошки В сборный лоток.
Во избе)кание выноса ДОЛОl\lИТОВОЙ крошки скорость BOCXO
дящеrо потока воды в баке над крошкой не должна превышать
20 м/ч. 3al\1eHa доломитовой крошки известняковой или l\lpa
IVIОрНОЙ неже,,1ательна из за быстроrо их заrипсовывания.
12. ЗАЩИТА Н-КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ ОТ КОРРОЗИИ
Для предотвращения коррозии внутреннюю поверхность
корпуса и все детали Н катионитовых фильтров, соприкасаI{)
щиеся с кислой водой, необходимо либо изrотовлять из матери
алов, стойких против коррозии в разбавленных кислотах, либо
наде)кно защищать специальными покрытиями.
В настоящее время ряд заводов изrотовляет корпуса Н кати
оиитовых фильтров из биметаллическоrо двухслойноrо стально.
ro листа, сторона KOToporo, обращенная внутрь корпуса, сдела
на из кислотоупорной стали.
При использовании для изrотовления корпусов Н катиони
товых фильтров обычной листовой стали внутреннюю поверх
ность корпуса фильтра при ero lVIонтаже неоБХОДИl\10 защищать
от коррозии rуммированием (оклейкой листовой невулкаНIIЗИРО
ванной резиной с последующей вулканизацией), оклейкой ви
lIипластовой фольrой или пластикатом, окраской перхлорвини
.,10ВЬС\I ИЛII бакелитовым лаКОl\I за несколько раз с ПРО:\lе)куточ
ной rорячей сушкой каждоrо слоя, во вреl\IЯ которой происходит
ПОЛИ lеризация бакелитовоrо лака.
Н катионитовые фильтры rУМl\IИРУЮТ резинаl\IИ или эБОНIIта
ми, которые выпускаются в виде листов шириной O,8 1 H, ТОЛ
щиной 1,5 З ММ и длиной по указанию заказчика. Практиче
ский теlVlпературный предел стойкости мяrкой резины пос"туе BY,,1
канизации от зо до + 700 с. Эбонит стоек при теl\1пературе до
600 с, но выдеживает KpaTKOBpel\leHHOe наrревание до 800 с.
rУ1\fмирование Н катионитовых фильтров следует произво
39-3
дить l'vfяrкой резиной NQ 1976 по подслою из эбонита J'{Q 1814.
Вместо резины Q 1976 l\10жет быть ПРИJ.Vlенена мяrкая резина
NQ 829, которая вулканизируется без давления в кипящей воде,
И.;1И l\Iяrкая резина J\Q 2566, которая вулканизируется в кипяще:\1
растворе хлористоrо кальция.
ПРИl\lеняемые для защиты от коррозии перхлорвиниловые
лаки и Э1\lа"lИ наносят пульверизаТОРОl\I или кистью по rpYHTY
XCr 26.
Перхлорвиниловые лаки, эмали и rpYHTbI (rOCT 7313 55)
представляют собой композиции перхлорвиниловых смол с ДPY
rими смолами и пластификаторами, растворенные в Сl\lеси opra
нических растворителей. Пленка перхлорвиниловоrо лака или
эмали не воспламеняется, морозостойка (до 400 С) и теплоус
тойчива (до + 600 С) .
Перед нанесениеl\1 rpYHTa XCr 26 поверхность стали должна
быть тщательно очищена до l\1еталлическоrо блеска. Очистка
может производиться пескоструйным аппаратом или травлени
е:м кислотой. В первом случае поверхность металла после очист
ки песком тщательно очищается от пыли ВОЛОСЯНЫ1\IИ щетка1\IIИ
и протирается чистой тряпкой, смоченной в бензоле, ацетоне или
бензине Б 70.
После травления металла кислотой ero поверхность ПрОl\'IЫ
вают rорячим раствором соды и зате1\I чистой rорячей водой.
После просыхания поверхность l'леталла протирают чистой ТРЯП
кой, Сl\10ченной бензолом, подсушивают и покрываIОТ rpYHTOl\1
XrC 26, предстаВЛЯЮЩИl\1 собой смесь 60 70 О/о перхлорвини.}IО
Boro лака с 30 40 О/о наполнителя диабазовой, андезитовой
или кварцевой муки, rрафита или каолина. Швы, раковины и т. п.
после просушки rpYHTa шпаклюют, для чеrо используется смесь
из 550/0 перхлорвиниловоrо лака ХСЛ с 350/0 диабазовой или aH
деЗI1ТОВОЙ муки и 100/0 асбестовоrо пуха. Шпаклевку ПОСt.llе про
сушки зачищают наждачной бумаrой и rрунтуют.
Поверхность металла rpYHTYI{)T пульверизаТОРОl\1 или кистью.
[рунт просушивают в течение 4 5 ч при температуре 20 250 С,
после чеrо на Hero таким же обраЗО1\I наносят последовательно
10 12 слоев перхлорвиниловых Эl\lалей ХСЭ 26 или ХСЭ 23 с
просушкой каждоrо слоя в течение 4 5 ч при те1\1пературе
20 250 С. Поверх этих слоев Э1\1али таким же спосоБОl\'l наносят
три пять слоев лака ХСЛ или ОrIИЛХ 3.
В случае применения Н катионитовых фильтров для опресне
ния солоноватых вод, предназначенных для питьевых целей, сле
дует наносить покрытия на основе Сl\10ЛЫ CBX 40 (rOCT
9355 60). Сначала по очищенной и обезжиренноЙ поверхности
наносят rpYHT XC 010, а затем Эl\1аль XC 710 и лак XC 7B. BMec
то rpYHTa XC 010 l\.10ЖНО применять rpYHT XC 04 (в три слоя) и
затеl\l в три слоя лак ПХЛ 4000.
Вместо перхлорвиниловых лаков для защитных покрытий
l\10:lKHO применять бакелитовые лаки, представляющие собой pac
396
твор обезвоженной резольной феноло формальдеrидной смолы в
этиловом спирте с наполнителем или без Hero. Для покрытий
корпусов Н катионитовых фильтров лучше Bcero применять ба
келитовый лак NQ 86, допустимо применение бакелитовых лаков
марок А, Б и ЭФ. Прочность сцепления бакелитовоrо лака с Me
таллом значительно увеличивается при введении в лак наполни-
теля rрафита, андезитовой муки или каолина в количестве до
40 О/о веса лака.
Перед нанес ием бакелитовоrо покрытия поверхность l\1e
талла подrотовляется так же, как и при нанесении покрытия из
перхлорвиниловоrо лака.
Хорошее качество покрытия достиrается нанесением не ме-
нее четырех слоев лака с сушкой и полимеризацией каждоrо
слоя перед нанесениеl\1 следующеrо. При полимеризации пер
Boro слоя лака температуру в фильтре повышают на 3 40 в 1 ч
в течение суток, к концу суток температуру доводят дО 95 0 С.
Затем поверхности дают медленно, в течение 8 Ч, остыть, а по
ТО1\1 наносят второй слой лака и за 24 ч доводят температуру до
1000 с. Третий слой ПОЛИl\1еризуют, доводя температуру до 1100 с,
а четвертый до 1300 с.
Создание нужной температуры полимеризации достиrается
с помощью электроrорелок, подвешиваемых внутри фильтра. На
время нанесения бакелитовоrо покрытия внешнюю поверхность
фильтра покрывают теплоизоляцией.
Хорошее, но неМОРО30стойкое покрытие Н-катионитовых
фильтров достиrается оклейкой внутренней поверхности корпу-
са листовым полихлорвиниловым пластиком внахлестку с про-
паикой швов электрическим паяльникатом. Для оклейки фильт-
ров применяют пластикат толщиной 0,5 1 ММ.
ЛИТЕРАТУРА
1. А в д е е в В. А., Б о r о с л о в с к и й П. Н. Опыт эксплуатации авто-
матизированной водоподrотовительной установки. Изд. Мосэнерrо, 1956.
2. А п е л ь ц и 11 и. Э., Кл я ч к о В. А., Л у р ь е Ю. Ю., с м и р-
н о в А. с. Иониты И их пр именение. Стандартrиз, 1949.
3. Б о r о с л о в с к и й п. Н. Работа винипластовых дренажей. «Электри-
ческие станции», 1952, Ng 12.
4. В а р н е л л о В. А. Усовершенствование подвода соли у катионитовых
фильтров. «Электрические станции», 1948, Ng 11.
5. r у р в и ч с. М. Автоматизация катионитовых фильтров, скоростное
ПРОТИВОТОЧIlое каТИОIlирование ВОДЫ. Труды цкти, кн. 25. Машrиз, 1957.
6. r у р в и ч с. М., К о н с т а II т и Н о в Б. А., С е м е н о в В. С. ABTQ
матизация управления осветлите.ттЬНЫl\IИ II ионитовыми фильтрами. «Электри.
ческие станции», 1954, NQ 9.
7. r у р в и ч с. М., к у н и II а Е. М., Ч и р к и н М. и. Работа противо
точноrо фильтра. «Электрические станции», 1951, Ng 7.
8. r у р в и ч с. М., с е l\I е н о в В. с. Автоматизация напорных фильт-
ров для обработки воды. «Теплоэнерrетика», 1958, NQ 1.
9. 3 и л ь б е р м а н Р. r. Опыт эксплуатации N а каТИОНIIТОВОЙ установки.
«Э.1ектр ические станции», 1950, .N'Q 8.
10. К а с т а л ь с к и й А. А., К.1 Я Ч К о В. А. Фильтры водоподrотови
тельных установок. rосэнерrоиздат, 1953.
397
11. К л я ч к о В. А. Анионитовый метод СНИiкения щелочности воды при
ее умяrчении. В сб.: «Исследования по водоподrотовке». rосстройиздат, 1955.
12. К л я ч к о В. А. rлауконитовый фильтр малоrо сопротивления. «Бюл
петень строительной техники», 1947, .Ng 15.
13. К л я ч к о В. А. rлубина умяrчения воды катионированием и режим
реrенерации. Исследования по водопод отовке. rосстройиздат, 1955.
14. К л я ч к о В. А. Домашний катионитовый водоумяrчитель. «Boдo
снабжение и санитарная техника», 1959, .Ng 6.
15. К л я ч к о В. А. О расчете ионитовоrо фильтра при умяrчении воды.
В сб.: «Внутрикотловые физико химические процессы». Изд. АН СССР, 1957.
16. К л я ч к о В. А. Указания по проектированию H и Nа катионитовых
:водоумяrчительных установок. Изд. ВНИИ ВОДrЕО, 1955.
17. К а л м о н с. Ионный обмен в процессах обработки БОДЫ. В кн.: «Ион
ный обмен». Под ред. Ф. Находа. ИЛ, 1951.
I.Б. К о с т р и к и н ю. М., Про хор о в Ф. [., f у р в и ч С. М. Перму
1'итовый способ очистки воды. fОНТИ, 1939.
19. К о с т р и к и н ю. М., Ф е Д о р о в а [. В. О факторах, определяю
п!их нарастание жесткости воды при катионировании. «Известия ВТИ»,
1960, .NQ 6.
20. К У н и н Р., lVl а е р С Р. Ионообменные смоль!. ИЛ., 1952.
21. Л а п о т ы ш к и н а Н. п. Обменная емкость TOBapHoro сульфоуrля.
«Известия В ТИ», 1953, .NQ 4.
22. М а н ь к и н а Н. Н. Контролирование щелочности Н катионирован.
ной воды по величине рН. «Известия ВТИ», 1950, .NQ 8.
23. М е е р з о н 3. И. Мокрое хранение соли. «Электрические станции»,
1947, .NQ 8.
24. М и хай л е н к о п. С. Эксплуатация H и Nа катионитовых BOДO
очисток. «Электрические станции», 1949, .NQ 7.
25. М о роз о в с. [., Про хор о в Ф. [. Дренажные щелевые колпачки
ВТИ 5 и ВТИ К. «Электрические станции», 1952, .NQ 6.
26. Н а с е Д к и н В. В. Использование воды непрерывной продувки KOT
ЛОВ для реrенерации катионитовых фильтров. «Электрические станции»,
1950, NQ 7.
27. Н а с е Д к и н В. В. Эксплуатация водоподrотовительной установки по
схеме cOBMeCTHoro H и Nа катионирования. «Электрические станции»,
1949, .NQ 3.
28. П а в л о в [. Д. Станция умяrчения воды с открытыми железобетон
ными фильтрами. «Водоснабжение и санитарная техника», 1966, NQ 9.
29. Про хор о в Ф. [. Н катионитовый способ обработки воды. «Тепло
вое хозяйство», 1939, NQ 4 и 5.
30. Про хор о в Ф. r., С у б б о т и н а Н. П. Повышение экономичности
работы H и N а катионитовых установок. «Теплоэнерrетика», 1955, NQ 3,
31. Про хор о в Ф. [., К о р н е е в а М. r. Характеристика основных
'J'ехнолоrических качеств орrанических катионитов. «Известия ВТИ», 1957, .NQ 6.
32. Про хор о в Ф. r., К у р с к а я r. А. Области применения различ
лых катионитов. «Теплоэнерrетика», 1960, N2 9.
33. Про хор о в Ф. r., к у р с к а я r. А. Оптимальные условия pere
нерации Н катионитовых фильтров. «Теплоэнерrетика», 1958, NQ 10.
34. Про хор о в Ф. 1"" Я н к о в с к и й К. А. Прdтивоточный способ
хатионирования воды. «Известия ВТИ», 1946, NQ 3.
35. Про хор о в Ф. r., Я н к о в с к и й К. А. Умяrчение морской воды
орrаническими катионитами. «Электрические станции», 1946, NQ 3.
36. Ф а ш к о J1. С., Л о с е в А. С., Про хор о в Ф. r. НатриЙ хлориони
рование воды. «Теплоэнерrетика», 1959, NQ 1.
37. Ш к Р о б М. С., Про хор о в Ф. r. Водоподrотовка и водный pe
жим паротурбинных электростанций. rосэнерrоиздат, 1961.
38. Ч е р н я в с к и Й В. М. Эксплуатация H и Nа катионитовых водоочис
ток. «Электрические станции», 1949, NQ 7.
39. Я н к о в с к и й К. А., И в а н о в а С. с. Опыт промышленноrQ при
менения морской воды для реrенерации N а катионитовых фильтров. «Известия
ВТИ», 1950, NQ 3.
rЛАВА XIII
ОБЕССОЛИВАНИЕ ВОДЫ
t. МЕТОДЫ ОБЕССОЛИВАНИЯ И ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
Снижение солесодержания воды до степени, делающей ее
приrодной для питья, называется опреснением воды; снижение
.
солесодержания воды до нескольких миллиrраммов или долен
миллиrрамма на 1 л называется обессоливанием воды.
Опреснение воды может быть достиrнуто ее дистилляцией,
u
замораживанием, электродиализом растворенных солеи, rипер..
фильтрацией, экстракцией, удалением растворенных солей ион..
ным обменом. Методы опреснения воды и конструкции опресни-
тельных установок описаны в [1] и в настоящей книrе не рас..
сматриваются.
Обессоливание воды может быть достиrнуто ее дистилляци-
ей в испарителях, ионным обменом и электродиализом в MHoro..
камерных аппаратах с камерами, заполненными ионитами.
Данные о солесодержании обессоленной этими методами воды
и ее удельном сопротивлении приведены в табл. XIII.I.
т а б л и ц а XIII.l
Солесодержание и удельное сопротивление воды
Характеристика
Солесодержание в М2! Jl
Удельное сопротив-
ление в ом. СМ
Теоретически чистая вода . . .
Вода, 28 раз переrнанная в KBapцe
вой посуде . . . . . . . . . .
Вода, обессоленная ионным обме-
ном на установках:
одноступенчатой .
двухступенчатой .
трехступенчатой .
Вода, дистиллированная в I1спари
те.ПЯХ . . . . . . . . . . . .
Вода, обессоленная электродиаЛII
ЗО I (с заполнением камер ИОНИТОМ)
Вода MOCKOBCKoro водопровода
0,0000
0,0001
26 . 106
23 · 108
2 10
О , 1 o , 3
0,05 O, 1
1 3
O,01 0,05
200 400
(О , 5 + О , 8) 1 06
( 1 + 5) 1 06
( 6 + 1 О) 1 06
(0,1 +0,5) 106
( 12 + 15) 1 06
(0,2+6)103
399
Выбор метода обессоливания воды обусловлен требования
ми к качеству обессоленной воды и экономическими соображе
НИЯlVIИ. При этом следует иметь в виду, что солесодержание дис
тиллята испарителей колеблется в пределах от 1/2000 до
1/10000 солесодержания концентрата воды в испарителе, которое
в заВИСИl\IОСТИ от процента продувки в 5 12 раз выше солесо
держания исходной воды. Поэтому при обессоливании дисти.,1
ляцией в испарителях вод с высоким солесодержанием для по
лучения rлубокообессоленной воды может потребоваться
умяrчение или частичное обессоливание питательной воды испа.
рителей или дообессоливание их конденсата ионным обмеНОl\I.
Gтоимость обессоливания воды ионным обменом сильно воз.
растает с увеличением солесодержания воды; одновременно сни
жается rлубина обессоливания воды. Поэтому обессоливание
ионным обменом предпочтительно для воды с солесодержанием
менее 800 1000 мс/л. Выбор метода обессоливания для воды
с солесодержанием более 1000 мс/л должен производиться пу
тем экономическоrо сравнения ионитовоrо и испарительноrо Me
тодов с учетом местных условиЙ (стоимость тепла, peareHToB)
ВОЗl\10ЖНОСТЬ сброса отработанных реrенераuионных растворов
и др.).
Химические методы опреснения и обессоливания воды (Ha
пример, осаждением хлоридов в виде хлорида серебра, сульфа
тов в виде сульфата бария с поrлощением натрия, кальция, Mar
ния и калия Н катионитом) нашли применение только в прак
тике полевоrо водоснабжения и для создания опреснительных
брикетов, которыми снабжаются самолеты морской авиации,
а также спасательные плоты и лодки морских судов.
2. ОБЕССОЛИВАНИЕ ВОДЫ ИОННЫМ ОБМЕНОМ
Обессоливание воды ионным обl\1еном достиrается путем
фильтрования ее через rранулированные Н катиониты'и анио
ниты, предстаВЛЯIощие собой полимерные нерастворимые в BO
де соответственно орrанические кислоты и основания.
При контакте воды с Н катионитом или при ее фильтровании
через слой rранулированноrо Н катионита в результате обмена
катионов растворенных в воде солей на Н ионы растворенные
в воде соли превращаются в соответствующие кислоты:
[Кат]Н + NaCl [KaT]Na + HCl;
2[Кат]Н + Na2S04 2[KaT]Na + H 2 S0 4 ;
t
2[Кат]Н + Ca(HC03)2 [КаТ]2Са + 2 СО 2 + 2Н 2 О.
При контакте или фильтровании через rранулированный
анионит (в частности, через ОН катионит) воды, прошедшей
через Н катионитовый фильтр, происходит сорбция сильных
400
кислот анионитом, уrлекислота предварительно удаляется из
воды аэрацией:
[Ан] ОН + НСl [Ан] Сl + Н 2 О;
2[Ан]ОН + H2S04 [AH]2S04 + 2Н 2 О.
Слабые кислоты (креl\Iниевая и уrольная) сорбируются толь
ко те:\IИ анионитами, которые Иl\lеют сильноосновные активные
rруппы. Но и на этих анионитах сорбция слабых кислот проис
ходит только при предварительном удалении сильных кислот.
Этот процесс осущеСТВЛЯIОТ на 1 ступени обессоливания: на
Н катионитовых фильтрах 1 ступени удаляют большую часть Ka
тионов, а на анионитовых фильтрах 1 ступени, заrруженных сла
БООСНОВНЫl\1 аНИОНИТОl\1, анионы сильных кислот. На катиони
товых и анионитовых фильтрах 11 ступени осуществляют дo
обессоливание воды. При ЭТОl\1 анионитовые фильтры 11 ступени
заrру)кают сильноосновным аНИОНИТОlVI, задерживающим анио
ны слабых кислот.
После истощения емкости поrлощения Н катионитовые
фильтры реrенерируют 1 1,50/0 HЫM раствором кислоты:
2[KaT]Na + H2S04 2[KaT]H + Na 2 S 0 4,
а анионитовые фильтры 2 4 О/о HЫM раствором щелочи или
каЛЬЦIIнированной соды:
[AH]2S04 + 2NaOH 2[AH]OH + Na2S04;
[AH]2S04 + Nа2СОЗ [АН]2СОз + Na2S04.
OTl\lbITbIe от продуктов реrенерации ионитовые фильтры
снова включают в работу для обессоливания следующих порций
воды.
В ионитовых обессоливающих установках применяют обыч
но сильнокис.ттотные орrанические катиониты.
Аниониты, применяемые при обессоливании воды, разделя
ют на слабоосновные и сильноосновные.
Слабоосновные аниониты способны к обмену ионов их актив
ных rрупп на анионы сильных кислот только в растворах кислот
и неспособны к обмену ОН ионов анионита на анионы солей,
а также на анионы слабых кислот (кремниевой, уrольной и др.).
Сильноосновные аниониты способны обменивать ОН ион CBO
ей активной rруппы на анионы растворенных в воде солей силь
ных кислот. Эти аниониты поrлощают из воды кремниевую,
уrольную и друrие слабые кислоты при отсутствии в воде силь
ных кислот И их солей.
В сильноосновных анионитах, получаемых обычно нитрова
нием стиролдивенилбензольных сополимеров с последующим
восстановлением нитроrрупп, ионоrенной или активной rруппой
является четвертичное аl'vlмониевое или сульфониевое основание.
В слабоосновных анионитах, получаеl\IЫХ обычно поликонден
26 745
401
сацией различных аминов с альдеrидами или эпихлорrидрином,
активные rруппы состоят из первичных, вторичных или третич
ных аминов.
Технолоrические характеристики различных марок катиони
тов приведеНLI в rлапе XII, а анионитов в табл. XIII.2.
Таблица XIII.2
Технолоrические характеристики некоторых марок анионитов
АIIИОНИТЫ
Объемный
Размер зерен вес в рабочем
в .ИМ состоянии
В KZ/ м 1
Обменная
способность
при ОН-ани-
онировании
O ')
по S .4
в Z ЭКВ/ м 1
Кремнеем..
кость по SiО з
до проскока
0,1 MZ/A
в 2-экв/ л
,.
Слабоосновные
АН 2Фr
АН 18
AH 31
Эмберлайт IR 4B
Сильно и cpeДHe
основные
ЭДЭ 10П
AB 16r
AB 17
AB 27
ЭмберлаЙт:
1 RA 40 1
1 RA 4 1 О
о , 3 1 , 6
О , 3 1 , 6
0,4 2
0,3 0)85
0,4
0,49
0,35
0,4
700
1000
1500
1500
о , 4 1 , 6 0,45 1100 50
0,4 1 6 0,25 250 200
0,2 0,85 0,39 800 400
O,4 l ,6 0,6 1000 350
0,3 O,85 0)71 800 400
0,3 0,85 0,76 1100 350
Схема одноступенчатой ионитовой установки для чаСТIIчноrо
обессоливания воды показана на рис. XIII.l. Она рассчитана на
удаление основной l\laCCbI растворенных солей из осветленной
воды поверхностных водоисточников или из воды подземноrо BO
дозабора.
Если Н каТИОIIИТОВЫЙ фильтр этой установки заrружен суль
фоуrJIеl\1, а аНИОIIИТОВЫЙ фильтр слаБООСНОВНЫl\1 анионитом,
одноступеIIчатая ионитовая обессоливающая установка СНIIжает
содержание солей в воде со lOO 300 до 2 lO М2jл, при этом
содер)кание растворенной кремниевой кислоты в воде практи
чески не снижается.
Обессоливание воды по описанной выше одноступенчатой
схеме неЭКОНОl\1ИЧНО из за необходимости отключения Н катио
нитовых фильтров на реrенерацию по проскоку натрия и боль
шоrо расхода воды на OTl\IbIBKY катионитовых и анионитовых
фИtJ1ЬТрОВ. Получение же BbIcoKoro эффекта обеССО.,1ивания воды
l\10жет быть достиrнуто на одноступенчатой установке лишь при
высоких удельных расходах кислоты и ще очи на реrенерацию
фильтров.
402
Более экономична установка для частичноrо обессоливания
воды с двухступенчатым Н катионированием ее (рис. XIII.2).
В установке этоrо типа фильтр 1 ступени выключают на pereHe
рацию при снижении кислотности фильтрата на 200/0 макси
мальной. Реrенерируют фильтр серной кислотой с расходом 70
75 еlz экв поrлощенных за цикл катионов. Н катионитовый фильтр
I
!
5
f;::::s
i
c::s
[)(JессолиСсеl10Я DOo
2
8
8 tJa!( ооессоленноu дооы
Рис. ХI 1 1.1. Схема одноступенчатой ионитовой установки для
частичноrо обессоливания воды
1 Н катионитовый фильтр; 2 удалитель СО 2 ; 3 сборный бак;
4 насос; 5 анионитовый фильтр; 6 вентилятор; 7 бак для pere-
нерационноrо раствора кислоты; 8 бак для реrенерационноrо раствора
соды; 9....... эжекторы
/
3
IF .....
ц
I I \)-
J I I
I I
I j 1/0
; !
5 9 9
I
8 ОOl( оля ОПfJеснен
,...t(}t fj()ijn;
/1
L
I !о
!
3
Рис. XIII.2. Схема установки для обессоливания воды ионн-
тами с двухступенчатым Н катионированием
J Н каТIIOНИТОБЫЙ фильтр 1 ступени; 2 то же, 11 ступени; 3 yдa
.1итель СО 2 ; 4 вентилятор; 5 сборныЙ бак; б насос; 7 аНИОНII-
товый фильтр; 8 баки для кислоты; 9 бак для Iце"10ЧИ; 10 эжек-
торы
11 ступени работает до проскока натрия в фильтрат и реrенери
руется с большим изБЫТКОlVI кислоты. Последние порции OTXO
дящеrо из фильтра реrенерационноrо раствора используют Bl\Ie
сте с ОТlVlЫВОЧНЫМИ водаl\1И для взрыхления Н катионитовоrо
фильтра 1 ступени, что позволяет на 15 200/0 Уl\lеньшить pac
ход КIIСЛОТЫ на ero реrенерацию.
При заrрузке анионитовоrо фильтра сильноосновным аниони
том эта установка может снижать общее солесодержание воды
26*
401
до 1 3 М2/Л, в TOl\1 числе содержание кремниевой I\ИСЛОТЫ дО
O,05 O,15 М2/Л SiO .
Более rлубокое обессоливание ВОДЫ 1\10жет быть дсстиrнуто
на двухступенчатой установке. При наличии на установке двух
ступеней Н катионирования, а также слабо и СИ.,1ьноосновноrо
анионитовых фильтров солесодер)кание ВОДЫ может быть сниже
но со lOO 400 дО O,1 O,2 М2/Л, в TOl\:1 числе содер)кание KpeM
ниевой КИСЛОТЫ дО O,02 O, 1 Al2/ л.
Полное обессоливание ВОДЫ мо)кет быть достиrнуто на Tpex
ступенчатой ионитовой установке (рис. XIII.3).
,.
J
2
з
8
.9
10
Рис. XIII.3. Схема установки ДJ1Я полноrо обессоливания БОДЫ
........
I Осветленная вода, поступающая на обессоливание, проходит
Н катионитовый фильтр 1 ступени 1 и поступает на анионито
вый фильтр 1 ступени 2, заrруженный слаБООСНОВНЫl\I анио
нитом.
Фильтрат анионитовоrо фильтра проходит Н катионитовый
фильтр 11 ступени 3 и поступает в удалитель уrлекислоты 4,
снабженный вентилятором 5. Вода, освобожденная от paCTBO
ренной уrлекислоты, собирается в бак б и из Hero Hacocorvl 7 по
дается на анионитовый фильтр 11 ступени 8, заrру)кенныЙ силь
ноосновным анионитом. Этот фильтр предназначен для удале
ния из частично обессоленной на 1 ступени воды растворенной
кремниевой кислоты:
[Ан] ОН + Н 2 SiО з [Ан] НSiО з + Н 2 О.
Сильноосновный анионит в фильтре 11 ступени реrенерируют
раствором едкоrо натра сначала 2 3 о/о HЫM, а затеl\1 O,2
0,3 О/о ны 1\1.
Реrенерационный раствор после пропуска через анионито
вый фильтр 11 ступени содержит ПОl\IИl\:IО едкоrо натра силикат
II карбонат натрия. Этот раствор используют для реrенерации
анионитовых фильтров 1 ступени, заrруженных С lаБООСНОВНЫl\:I
аНИОНИТО1\1, не поrлощаЮЩИl\1 кремниевую кислоту.
Фильтр 111 ступени Н катионирования 9 слу)кит для удале
ния из воды небольших количеств натрия, которыЙ может по
пасть в воду при недостаточно полноЙ отыывке СИ lьноосн6вноrо
анионита после реrенерацпи.
404
Наличие в схеме обессоливающей установки Н катионитовых
фильтров 111 ступени, помимо сни)кения остаточноrо солесодер
)кания обессоленной воды, позволяет УlVlеньшить расход этой BO
дЫ на отыывку анионитовоrо фильтра 11 ступени II те:\! ca:\IbIM
повысить ЭКОНОlVIИЧНОСТЬ работы всей установки. Н каТИОНIIТО
вый фильтр 111 ступени pereHe
рируют 1 2 О/о HbIl\I раСТВОРО:\I
серной кислоты.
Фильтр 111 ступени аниони
рования 10 предназначен для
удаления из воды продуктов pac
творения и разрушения катиони
тов, а также для повышения CTe
пени использования анионита
фильтров 11 ступени, которые
при наличии анионитовых филь
тров 111 ступени rvl0)KHO выклю
чать на реrенерацию не по про
скоку в фильтрат креl\Iниевой
кислоты, а позднее, после дости
жения ее концентрации в фильт
рате О, 1 0,2 Аt2jл.
Реrенерацию анионитовых
фильтров 111 ступени производят
водным раствором аМlVlиака (2
4 О/о), так как при реrенерации
их раствором едкоrо натра cy
ществует опасность попадания
натрия в обессоленную воду в
первый после реrенерации пери
од работы этих фильтров.
Трехступенчатая ионитовая
обессоливаI-Qщая установка поз
воляет снизить общее солесодер
)кание воды со 1 00 500 до 0,05
0,1 Лt2/Л, в том числе содержание
креl\1ниевой кислоты до 0,02
0,05 М2/Л. Вместо двух фильтров
(H и ОН фильтры) 111 ступени в установке для полноrо обессо
ливания IVIожет быть применен фильтр со Сl\Iешанной катиони-
тово анионитовой заrрузкоЙ (рис. XIII.4). Дополнение этим
фИЛЬТрОl\I OДHO или двухступенчатой установки ПОЗВОLlяет зна-
чительно увеличить rлубину обессоливания воды.
Приrvlеняемые при rлуБОКОl\I обессоливании воды сильноос
навные аниониты сорбируют из воды орrанические вещества,
в результате чеrо ervlKocTb поrлощения анионита по анионаrvl
растворенных в воде солей снижается. Сорбция эта носит прак
тичеСКII необраТИ1IЫЙ характер при реrенерации раствором
з
б
4
Рис. XIII.4. Схема фильтра со
смешанной катионитово анио-
нитовой заrрузкой
1 корпус фильтра; 2 распреде-
лительная система раствора ще.ТIO
чи; 3 трубопровод обессоливаемой
воды; 4 распределительная си-
стем а раствора кислоты; 5 pac
пределительная систем а сжатоrо
воздуха; б дренажная систеillа;
7 вантуз
405
щелочи ,,'1ишь небольшая часть сорбированных орrанических Be
ществ удаляется из анионита. Несколько больший процент op
rанических веществ удаляется из анионита при обработке ero
100/o HbIl\f раствором поваренной соли, подщелочеННЫl\I еДКИl\l
натром до рН == 1 О + 10,5.
Поэтому для защиты сильноосновных анионитов от заrрязне
ния орrаничеСКИlVIИ веществаl\IИ вода перед обессоливаниеl\l
дол)кна тщательно очищаться от них. Обычно это достиrается
коаrуляцией орrанических заrрязнений сеРНОКИСЛЫl\1 аu1Юl\IИ
ние I, отделением взвеси в отстойниках или осветлителях и на
фильтрах. Во мноrих случаях такая обработка воды не сни)ка
ет . одер)кания орrанических веществ в желаемых пределах,
окисляеl\10СТЬ воды остается высокой 5 10 вместо 2 3 МZ/Л
02, допустимой по УСЛОВИЯl\1 надежной работы сильноосновноrо
анионита.
Дальнейшее снижение содержания орrанических веществ
в воде i'ложет быть достиrнуто их каталитическим окислениеl\f
и сорбцией на фильтрах с активным уrлем или специаЛЬНЫl\1
сорбентом.
Из отечественных марок rранулированных активных уrлеЙ
наиболее эффе тивны для удаления из воды орrанических Be
ществ уrли Ar H и Ar 5. Их сорбционная емкость до pereHepa
ции составляет около 2500 z орrанических веществ на 1 At 3 В пе
ресчете на снижение окисляемости воды.
Реrенерация истощенных активных уrлей достиrается про
мывкой их rОРЯЧИl\1 1 О/о HЫM paCTBOpOl\1 щелочи или слаБЫl\l
(0,01 О/о) раствором rипохлорита натрия. Эта реrенерация BOC
станавливает сорбционную емкость активноrо уrля лишь ча
стично. После нескольких реrенераций приходится либо заl\Iе
нять уrоль, либо подверrать ero реактивации прока,,1Jивание I
(СМ. стр. 555).
Перехлорирование БОДЫ перед ее подачей на фильтры с aK
тивным уrлем приводит к окислению хлором сорбированных yr
лем орrанических веществ и значительно увеличивает l\1ежреrе
нерационный период работы активноrо уrля. Вместо активноrо
уrля для сорбции из воды орrанических веществ MorYT ПрИ Iе
няться специальные полимерные сорбенты (ИА 1 П, выпускае
1VIЫЙ в СССР, вофатиты EW и ES, выпускаеIVIые в r ДР). ЭТИ
сорбенты реrенерируются подщеLl0чеННЫl\I 1 О О/о HbIl\1 paCTBOpo !
поваренной соли.
В последнее вреl\IЯ промышленностью начат выпуск l\IaKpO
ПОрIIСТЫХ и ИЗ0ПОРИСТЫХ ионитов, способных как к ИОННОIVIУ об
мену, так и к обратимоЙ сорбции орrанических веществ. К таКИl\I
ионитам, не нул(даЮЩИl\1СЯ в защите от заrрязнения орrаниче
СКИl\lИ веществаl\IИ, относятся выпускаеIVIЫЙ в СССР стиролди
ВИНIIлбензольныЙ с)?льфокатионит Ky 23, l\lакропористый спль
ноосновный аНIIОНIIТ АВ 17 10П и вып\тскаеыые в США аНIIОНИ
01
ты эмберлайт.
406
Пер и о ДИ ч е с к а я про м ы в к а а н и о н ито в в о дн o 1\/1 ет а нол ь h Ы y,I II
или водно этанольными смеСЯ:\IИ позволяет снизить скорость IIa
растания остаточноrо заrрязнения анионита орrаНlIчеСКIIl\1II пе
ществами.
Анионитовые фильтры специально ПРОl\IЫШ"lенностыо не IIЗ
rотовляются. В установках для ионитовоrо обеССОtllиваIlIIЯ воды
в к а ч е ств е а н и о н и то в ы х фи.] ь т р о в при 1\1 е н я 10 Т I к а ти о н и т о в ы е
фильтры, выпускаемые ПРОМЫШ"lенностью.
уIонитовый фильтр со смешанной заrрузкой из каТИОIIIIта
и анионита (С:\1. рис. XIII.4) отличается от обычноrо каТIIОНИ
TOBoro фильтра наличиеl\1 на дне систе:\IЫ для распределения
сжатоrо воздуха и дополнительной распредеlllIIтельной систеыы
для подачи в фильтр реrенерационноrо раствора кислоты внутрь
слоя ионита на rранице раздела катионита II анионита.
При наладке фильтра со С1\lешанной заrрузкой в Hero CHa
чала заrру)кают слой катионита, предварительно замоченноrо
в растворе соли. Толщину слоя катионита принимают такой,
чтобы распределительная система реrенерационноrо раствора,
располаrае1\lая в заrрузке, была покрыта ТОНКИl\I слоеlVl катио
ннта. Поверх катионита заrру)кают слой анионита. Для заrруз
KII фильтра со смешанной заrрузкой ПРИl\Iеняют rранульные ка.
тиониты и аниониты со сферическими чаСТIIцаl\1И (наПРИlYlер, из
отечественных ионитов сильноосновный ани они т AB 17 и с\'ль.
фокислотный катионит Ку.2). Зерна ионита ДО"lЖНЫ быть при.
1\lерно одинаковоrо размера. При этом зерна катионита ДО"lЖ.
ны иметь несколько больший размер, чеl\1 зерна анионита, ДЛЯ
удобства их разделения при реrенерации.
Эксплуатацию фильтра со Сl\lешанной заrрузкой производят
слеДУIОЩИМ обраЗОl\1. Перед пуском в работу фильтр реrенери.
руют. Для этоrо сначала через верхнюю распределительную си.
стему подают раствор едкоrо натра (70 90 2/2 экв рабочей об.
lненноЙ способности анионита) . Раствор этот проходит I3низ че
рез слой анионита, затеl\1 через слой катионита и сбраСЫI3ается
в бак для реrенерационноrо раствора фильтров 1 ступени. Не.
медленно после пропуска раСТВ0ра щелочи производят отмывку
аНIIонита частично обессоленной водой с подачей ее сверху вниз
через оба ионитовых СЛОЯ фильтра. После пропуска 6 8 )Н З от.
l\IЫВОЧНОЙ воды на 1 .М 3 анионита интенсивность отмывки Yl\IeHb.
шают до 3 5 Аt/Ч и начинают подачу в фильтр через распреде.
ЛIIтельную систему, раСПОЛО)l(еННУIО над C"lOel\1 каТIIОНИТ3, 3 о/о.
lIoro раствора серной или 5 О/о .Horo раствора соляноЙ кIIс"lотыI.
Объеl\1 раствора кислоты ПРИНII1\lают с таКИl\I расчеТОl\I, чтоБыI
с НИ1\1 было подано в фильтр 200 250 2 серноЙ КИС"lОТЫ на
1 2.экв рабочеЙ обl\1енной способности катионита. ПОС"lе пропу.
скз Bcero раСТВ0ра КИС,,10ТЫ ПРОДОЛ)l(ают OTl\lbII3KY ФИ"lьтра ,.1,0
исчезновения реаКЦIIII на СУ"lЬФ ат ион в ПрО:\IЫВНОЙ воде, а за
те:\I переl\lешивают катионит и анионит в ФИ"lыре с ПОl\IОЩЫО
cп\aroro воздуха. Дообессоливание П0,.1,Ы в ФП"lыре со Сl\lешан.
4п7
ноЙ заrрузкой осуществляют фильтрованиеl\1 ее сверху вниз. При
толщине слоя ионита в фильтре 2 2,5 JJt скорость фи"ттьтрования
мо)кет достиrать 30 50 Аt/Ч. Разделение каТИОIIита и анионита
для реrенерации достиrается взрыхление:\1 Bcero с"ттоя ионита
с интенсивностыо 6 8 Л/Лt 2 . сек и I\lедлеННЫl\1 выключениеl\1 по
даваемоЙ ,],,,1Я взрыхления воды с тем, чтобы вначале осели бо
лее тя)келые и крупные
зерна катионита, а за
тем более леrкие зер
на анионита.
Фильтр со Сl\lешан
ной заrрузкой позволяет
получить более rлубоко
обессолеННУIО воду, oд
нако расходы peareHToB
на ero реrенераЦИIО на
50 60 О/о превосходят
расходы их при pereHe
рации раздельных Ka
тионитовых и анионито
вых фильтров.
Обессоливание KOH
денсатов l\10ЖНО произ
водить по упрощенной
одноступенчатой схеме
(Н катионитовый фильтр ОН анионитовый фильтр или на тех
же фильтрах, расположенных в обратном порядке) или путеI\1
про пуска конденсата через один фильтр со смешанной за
rрузкой.
При использовании для заrрузки фильтров нетермостойких
НОНIIТОВ (сульфоуrоль, Ky 1, эдэ 1 Оп, АН 2ф) конденсат до
подачи на фильтры нужно охлаждать до 350 с. Конденсаты, за
rрязненные маслом или окислами )келеза, неоБХОДИl\10 очищать
до подачи на обессоливание.
При обессоливании конденсата катионитовые фильтры pere
нерпруют 1 20/0 HЫM раствором серной кислоты; анионитовые
фИ"lЬТРЫ, если они расположены после катионитовых, реrенери
руют водным раствором аммиака, а если они расположены до
катионитовых фильтров раствором едкоrо натра; в последнеI\I
случае при использовании для заrрузки анионитовых фильтров
сильноосн6вноrо анионита происходит более rлубокое удаление
из конденсата креl\lниевой кислоты.
Расчет Н катионитовых фильтров 1 ступени обессоливающих
установок производят для условий работы фильтра до проскока
в фпльтрат натрия в соответствии с указаНИЯl\IИ, приведеННЫl\'lИ
в rлаве XII.
ДЛЯ ЭКОНОlVIИИ серной кислоты на реrенерацию Н катионито
вых фильтров раствор ее следует подоrревать до 25 300 с.
300
C'\I
::t: '250
ct:>
2ОО
I
1\J
. , 150
....C\J
.Q
C(:) 100
50 а 2 4 6 8 10 12 2 14 16
CfJ.ftfMGPHOe со8еllжанuе SO!f и CL
lJ исходной 80iJe В M2 K81 л
1 I I 1
I "
I ! I ,/
,1 ..., ,
I
1 I
J
I I ..., fII"
I
: I V
1
,/ I
:.1'
......
Рис. XIII.5. Зависимость уделыIrоo pac
хода серной кислоты на реrенерацию
Н Ka rионитовых фильтров 1 ступени от
СО.1есодер:жания обессоливаемой воды
1 при обычной реrенерации; 2 при про-
тивоточной реrенерации
408
При cYl\Il\lapHOM содержании в обессоливаемой воде сульфа-
тов и хлоридов, превышающеl\1 2 2,5 .112--экв/л, следует ПРИ},Iе-
нять противоточную реrенерацию.
Удельный расход серной кислоты для реrенерации Н катио-
нитовых фильтров 1 ступени l\10ЖНО принимать по rрафIIКУ
(рис. XIII.5). Удельный расход воды на OTl\lbIBKY этих фильтров
ПРIIнимают в размере 5 Jlt З на 1 м З катионита в фильтре.
Принимаемые по ЭТОl\1У rрафику удельные расходы КИС.]оты
обеспечивают 90 93 О/о -ную реrенерацию катионита (Cl э == 0,9 +
+ 0,93). При ЭТОl\1 остаточная концентрация натрия в воде, про-
шедшей Н-катионитовые фильтры 1 ступени, будет соответство-
вать величине, вычисленной по формуле
С 1 CG э ( Са, Mg t Na)2 / '
N ==. М2-ЭКВ Л
а а 2 600
э
(XIII.l)
или
( Са M g Na ) 2 ,
С ' , М2-ЭКВ'Л
Na 5000 ' ,
(XIII .2)
[де Cl э коэффициент эффективности реrенерации (Cl\'I.
rлаву XII);
Ca, Mg, Na сумма концентраций кальция, маrния и натрия
в обессоливаемой воде в М2- экв/л.
Катионитовые фильтры II и III ступеней на продол)китель-
ность l\lежреrенерационноrо периода не рассчитывают, так как
она заведомо достаточно велика. Площадь сечения этих фИ,,1ЬТ-
ров ПРИНИl\lают по скорости фильтрования 40 50 м/ч, причем
подводящие и отводящие трубопроводы, распределительные и
дренажные систеl\'IЫ рассчитывают на возможность кратковре-
l\lенной работы фильтров со скоростью фильтрования 100 oIи/ч.
Для уменьшения rидравлическоrо сопротивления этих кати-
онитовых фильтров их следует заrружать катионитаl\Пi с разме-
ром наиболее мелких зерен не l\1eHee 0,5 0,7 JltM при ТО.,lщине
слоя катионита не более 1,5 JI,t.
Удельный расход серной кислоты на реrенерациrо фильтров
11 и III ступени принимают равным 100 2- на 1 2- экв рабочеЙ об-
менной способности катионита, а расход промывной воды
8 10 )Н З на 1 .,НЗ катионита в фильтре.
Отработанный реrенерационный раствор и ПрОl\lывные воды
этих фильтров в сток не сбрасывают, а используют для взрых-
ления и реrенерации Н-катионитовых фильтров 1 ступени.
П рп расчете анионитовых фильтров 1 ступени ПРОДО"l)Е:IIте"lЬ-
ность цикла от конца одной реrенерации до начала С,lеДУlощей
ПРИНИl\Iают 20 22 i[ на установках с ручным управление:\I II 9
1 О t[ на аВТОl\lатизироваНIIЫХ установках.
Продолжительность простоя анионитовых фильтров на pere-
нерацию и ОТАlЫВКУ приниыают 2 2,5 ч на одноступенчатоЙ ус-
тановке и 4 i[ на двух- II трехступенчатой установках, Н2 которых
409
для экономии щелочи и отмывочной воды производят послеJО
вательную реrенерацию фильтров 11 или 111 ступени и ФИ"lьтра
1 ступени.
Рабочую обменную способность анионита в фильтре 1 ступе
ни можно определять по форму"тте
Еа " == (У} Е О 8 q C ( XIII.3 )
рао э а ' к'
rде a коэффициент эффективности реrенерации аНИОНIIта,
зависящий от удельноrо расхода щелочи; при yдe"lЬ
HOl\1 расходе щелочи 60 2 на 1 2 экв поrлощенных суль
фатов и хлоридов а: I\10ЖНО принимать paBHbll\l 0,8
.Ф О ,9 ;
Еа полная оБI\iенная способность анионита в 2 эквjАl3 ани
онита в рабочем состоянии (см. табл. XIII.2);
q удельный расход воды на отмывку анионита в ht 3 на
1 м 3 анионита, принимаемый 7,5 M 3 jM 3 при ПОВТОрНО I
использовании промывных ВОД и 1 О 1vl 3 j.M 3 без IIХ ис
пользования;
CK концентрация сульфатов и хлоридов в обеССО"lиваеыоЙ
воде в с эквjАt3.
Расчетную скорость фильтрования на анионитовых фильтрах
1 ступени можно определить по уравнению
Е аб Н
V расч == м/ч, (XIII.4)
ТС к + О,ОЗЕ аб d 2 (ln С К ln С Ф )
[де н толщина слоя анионита в фильтре в м;
т продолжительность работы фильтра между pereHepa
циями в ч;
d средний диаметр зерен анионита в мм;
С ф концентрация сульфатов и хлоридов в обессоленной
воде в М2 эквjл, ориентировочно принимаемая равной
0,01 мс экв/л.
)lНIIонитовые фильтры 11 и 111 ступени, если они не предназ
начены для удаления кремниевой кислоты, на продолжитель
ность фильтроцикла не рассчитывают. Их площадь ПРИНИl\lают
по скорости фильтрования, равной 30 40 мjч, а толщину слоя
анионита 1,5 м.
Как уже отмечалось выше, анионитовые фильтры 11 ступени,
слу)кащие для удаления из воды кремниевой кислоты, заrружа
ют сильноосн6ВНЫl\1 анионитом. Ero расчетная KpeMHeel\IKOCTb
зависит от содержания кремнекислых соединений в обеССО"lивае
l\10Й воде, требуемой степени удаления креl\lниевой кислоты II
удельноrо расхода едкоrо натра на реrенерацию анионита. ПрII
олизительные данные о кремнееl\IКОСТИ некоторых анионитов
приведены в табл. XIII.2.
Расчетную скорость фильтрования на обескреl\1ннвающих
410
анионитовых фильтрах 11 ступени можно определить по q\Орl\lуле
ЕsiозН
V расч == 2 ( Ф ) ,
ТС siоз +О,О4Е siоз d ln С siоэ ln С siоз ,
(XIII.5)
rде Е siоз расчетная кремнеемкость анионита в 2, Эl\8/АlЗ;
Н толщина слоя анионита в фильтре в ht;
С siоз концентрация кремниевой кислоты в ПОСТУl.:ающеЙ
на фильтр воде в .!It2, экв/л;
C iO то же, в фильтрате в М2, экв/л;
т продо жительность работы фильтра MeiE,J,y pere
нерациями в ч;
d средний размер зерен анионита в Jl'лl.
rлубина обескремнивания воды в сильной степеНII зависит
от удельноrо расхода щелочи на реrенерацию анионита. Поэто
l\lY для получения rлубокообескреl'vlненной воды (ниже 0,05 Аt2/Л
SiO ) следует удельный расход едкоrо натра принимать paB
ным 2000 2, на каждый 1 2, экв поrлощенной фильтром кремние
вой кислоты (около 50 Лi2, NaOH на 1 ht2, удаленной из воды
кремниевой кислоты).
Поско"ттьку отработанный реrенерационный раствор и про
1\lbIBHbIe воды от ОН анионитовых фильтров 11 ступени исполь
зуют для реrенерации анионитовых фильтров 1 ступени, при про
ектировании установок для rлубокоrо обессоливания воды сле
дует предусматривать коммуникации и баки, позволяющие
собирать, хранить и подавать на фильтры 1 ступени отработан
ные реrенерационные растворы и промывные воды фильтров
11 ступени.
Эжекторы или друrие устройства должны допускать ВОЗl\IОЖ
ность подачи на ионитовые фильтры реrенерационных растворов
с концентр ацией реrенеРИРУЮlцеrо вещества, Р авной 0.2 0,3 и
1 ,5 4 О/о .
В тех случаях коrда едкоrо натра, содержащеrося в отрабо
танных реrенерационных растворах анионитовых фильтров
11 ступени, не хватает на реrенерацию анионитовых фильтров
1 ступени, следует предусматривать дополнительную подачу в
них реrенерационных растворов соды или аммиака, значительно
более дешевых, чеIVI едкий натр.
Все реrенерационные растворы следует приrотовлять на
У:\Iяrченной или частично обессоленной воде. При использовании
ДLIЯ реrенерации и отмывки анпонитовых фильтров жесткоЙ BO
дЫ ИТ\lеет l\leCTO заrрязнение анионита карбонаТОl'vI каЛЬUIIЯ, KO
торый затеl\1, растворяясь в обессоливаемой воде, сильно yxyд
шает ее качество.
Во избежание растрескивания ионитов же"lательно pereHe
рацию II OTl\1bIBKY фильтров вести растворами и водой с те:\lпе
ратурой, близкой к теl\1пературе обессоливаемой воды.
411
3. ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАЧИСТОй ВОДЫ
в ряде производстIЗ (электровакуумная проI\IыILlенность,,
производство полупроводников И т. п.) требуется ультрачистая
вода, содер)кащая не более 0,02 .!Il2/Л растворенных солеЙ. УдеL1Ь
ное сопротивление такой воды должно быть около (1 () + 15) Х
Х 106 O.1l. С.Н, пеРl\lанrанатная окисляеl\Iость не более 1 Аt2/Л 02.
.Получать воду TaKoro качества трудно из за неоБХОДИl\10СТII
очистки вод повеРХНОСТНLIХ ВОДОИСТОЧIIИКОВ от КО.}1,,10ИДНЫХ И
растворенных орrанических заrрязнений.
rлубокое удаление растворенных в воде солей не представ
ляет значительных трудностей. При ХIIl\1ичеСКО 1 обессоливании
арте'зианских БОД, не содержащих орrанических заrрязнений, по
схе:\lе «Н катионирование 1 ступени удаление анионов силь
ных кислот на анионитовом фильтре со слабоосновным аниони
1'01\1 удаление уrлекислоты на деrазаторе Н катионирование
11 ступени удаление анионов слабых кислот на анионитовоl'Л
ФИ,,1ьтре с сильноосн6ВНЫl\1 аНИОНИТОl\1 в ОН фОрl\lе дообессо
.,тIивание БОДЫ на фильтре со смешаННЫl\1 катионито анионитовым
слоеl\1 ионита» удается получить воду с оБЩИl\I солесодержаниеl\l
менее 0,03 М2! л (удельное сопротивление 1 О · 106 ОМ. CAt) .
При обработке воды коаrулированиеl\1, отстаиваниеl\l и филь
трованием окисляемость воды снижается на 30 500/0. Очищен
ная по этой схеме Бода рек и озер средней ПОЛОСЫ СССР Иl\1еет
окисляемость 5 20 Jvl2/Л 02 и удельное сопротивление О, 1
0,3 О.Н · CAl.
I\aK показали исследования Н. С. Лебедевой (ВНИИ
водrЕО), из воды поверхностноrо водоисточника, очищенной
до норм rOCT 2874 54, может быть получена ультрачистая
вода (окисляемость перманrанатная в пересчете на 02 0,5
1 ./Il2/ л, удельное сопротивление не менее 1 О · 106 ОМ. CAt) по
CXel\Ie, приведенной на рис. XIII.6. Исходная вода перехлориру
ется дозой хлора 6 10 Мс/Л и обрабатывается сернокислым
алюминием [доза A1 2 (S04) 3 20 40 Мс/Л] при оптимальных для
сорбции орrанических веществ значениях рН. В опытах Н. С. Ле
бедевой на воде Восточной станции (Москва) оптимальное зна
чение рН лежало в пределах 6,2 6,3. Корректирование величи
ны рН может быть достиrнуто подкислением воды путем CMe
шивания исходной воды с частью воды, прошедшей
Н катионитовые фильтры, или подщелачиваниеl\I воды paCTBO
pOl\l едкоrо натра. Хлопьеобразование проходит в реакторе 1.
Хлопья коаrулянта задерживаются на песчаном фильтре 2. Oc
ветленная вода со своБОДНЫl\1 ХЛОрОl\1 поступает на сорбционный
фильтр 3, [де из воды удаляются свободный хлор и орrанические
вещества. Для заrрузки сорбционноrо фильтра лучше Bcero при
менять активные rранулированные уrли l\lарки Ar 5 или Ar H.
Приrодны также l\lакропористые аниониты вофатит EW (r ДР)
или ИА 1 П (СССР), однако следует иметь в виду, что активные
412 -
уrли удаляют орrанические вещества IIЗ воды несколько лучше,
чем 1\1 акропористые аниониты.
Прошедшая сорбционный фильтр вода поступает на Н катио
нитовые фИЛЬТрLI 1 ступени 4, затеl\1 на анионитовые фильтры
1 ступени 5, заrру)кенные слаБООСНОВНЫl\I аНИОНИТО1I, после чеrо
из воды на деrазаторе 6 уда,,1ЯЮТСЯ растворенные rазы. Дообес
соливание воды осуществляется на Н каТИОНИТОВОl\1 фильтре
11 ступени 7, ОН аНИОНИТОВОl\1 фильтре с сильноосновным анио
НИТО:\1 8 И ФИ,,1ьтре со смешаНIIОЙ заrрузкой 9. Обессоленная BO
Q..
iS
с:::;
А! ; (S04}J
,....
'" 2
8000
Рис. XIII.6. Схема установки для получения ультрачистой
воды
да освобождается от продуктов пептизации IIОВИТОВ II друrой
случайной взвеси на намывном фильтре 10.
Н катионитовые фильтры реrенерируются раствором серной
кислоты, анионитовые раствором едкоrо натра. Если в каче
стве сорбента орrанических веществ применен макропористый
анионит, ero реrенерируют подщелоченным 1 О О/о HЫM paCTBOpOl\1
поваренной со"т"Iи. Активный уrоль реrенерируют прокаливаниеl\1
при 8000 С без доступа кислорода. Реrенерацию уrля приходится
производить относительно редко сорбируеl\IЫЙ уrлеl\1 актив
ный хлор окисляет орrанические вещества на поверхности уrля.
Емкость поrлощения макропористых анионитов постепенно сни
)кается. При снижении емкости анионита на 50 60 О/о ero заме
няют свеЖИl\I.
Электродиализ растворенных в воде солей является перспек
тивным методом получения ультрачистой воды.
В последнее время ведутся исследования по rлубокому обес
соливанию воды в MHoroKaMepHbIx электродиализных опресни
TeJ(bHbIx аппаратах с камерами, заполненными смесью сульфо
413
катионита с сильноосновным анионитом [15]. В этих аппаратах
обессоливаемая вода движется через смешанный слой нонитов,
расположенный между анионитовой и катионитовой меl\Iбрана-
ми в электрическом поле, ось KOToporo перпендикулярна направ-
лению движения обессоливаемой воды.
Ионы растворенных в воде солей поrлощаются зернаl\IИ ка-
тионита и анионита смешанной заrрузки четных камер l\IHOrO-
каl'лерноrо электродиализатора, в результате чеrо вода обессоли-
вается.
Поrлощенные ионитами ионы непрерывно переносятся элект-
ричеСКИl\1 током катионы в направлении к катоду, анионы к
а HO,q,y, блаrодаря чему иониты непрерывно реrенерируются, рас-
творенные в воде соли концентрируются в рассоле, циркулиру..
ющем в нечетных рассольных камерах, откуда при продувке
рассола удаляются в сток.
По экспериментальным данным, на электродиа.пизной уста-
новке с камерами, заполненными смесью катионита с аниони-
том, за один проход солесодержание воды снижается в 100
150 раз при расходе электроэнерrии 0,4 O,5 квт. ч на удаление
1 К2 растворенных солей.
ЛИТЕРАТУРА
1. А п е ль Ц и н И. Э., к л я ч к о В. А. Опреснение ВОДЫ. Стройиз-
дат, 1968.
2. А с т р а т о в Н. А. Опреснение и деаэрация воды на судах. Судпром-
rиз, 1966.
3. К а с т а л ь с к и й А. А. Проектирование установок для ХIIl\1ическоrо
обессоливания воды. Стройиздат, 1964.
4. К о в а л е н к о В. Ф. Термическое опреснение морской ВОДЫ. «Транс-
порт», 1966.
5. К о в а л е н к о В. Ф., Л У к и н r. Л., Р о r а л е в Б. М. Водоопрес-
нительные установки морских судов. «Транспорт», 1964.
6. К о л о Д и н М. В., Д ы х н о А. Ю., r е л ь Д ы е В А., Р у т r а й-
3 ерЕ. М. Современные методы опреснения воды. «ыыы>>,, 1967.
7. Л а с к о р и н Б. Н., С м и р н о в а Н. М., r а н т м а н 1\1. Н. Ионо-
обменные мембраны и их применение. rосатомиздат, 1961.
8. Обработка воды на тепловых электростанциях. Под ред. В. А. rолуб-
цова. «Энерrия», 1966.
9. Руководящие указания по химическому обессоливаНИIО ВОДЫ IIонитами.
rосэнерrоиздат, 1957.
10. С а л Д а Д зеК. М., Паш к о в А. Б., Т и т о в В. С. Ионнообмен-
ные высокомолекулярные соединения. rосхимиздат, 1960.
) 1. Справочник химика энерrетика. Водоподrотовка, т. 11. rосэнерrоиз-
дат, 1958.
12. С т е р м а н Л. С. Испарители. Машrиз, 1956.
13. Ш к р о б М. С., В и х р е В В. Ф. Водоподrотовка. «ЭнерrlIЯ», 1966.
14. Ш к Р о б М. С., Про хор о в Ф. r. Водоподrотовка и водный ре-
жим паротурбинных электростанций. rосэнерrоиздат, 1961.
15. S р i е g 1 е r К. s. Principles of desalination. Academic Press, 1966.
r л А В А XIV
УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ ЖЕЛЕЗА И Л'\АРrАНЦА
1. УДАЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Железо в подземных водах обычно находится в виде бикар
боната закисноrо железа. В случаях подпитки водоносноrо ro
ризонта водами реки или болот железо в подземных водах MO
жет находиться в виде
комплексных орrаниче
ских соединений.
Диаrрамма состояния
железа в воде, не coдep
жащей комплексообра
зователей, представлена
на рис. XIV.l. Как вид
но из этой диаrраммы,
при значениях рН < 4,5
железо в воде может Ha
ходиться в растворе в
виде ионов Fe 3 +, Fe 2 + и
Fe(OH)2+. В BOCCTaHO
вительной среде при Be
личине окислительно
восстановительноrо по
тенциала менее 0,2 в и
наличии в воде сульфи
дов при значениях рН>
>4,5 может выпадать
осадок сернистоrо желе
за FeS. При значениях
рН>4,5 двухвалентное
железо окисляется до трехвалентноrо и выпадает в осадок в
виде rидроокиси, при этом полнота окисления повышается с YBe
личением рН.
В восстановительной среде при наличии в воде карбонатов,
Т. е. при рН>8,4 из воды может выпадать карбонат железа, а
при рН> 10,3 rидрат закиси же,,1еза. Обычно подземные воды
+12
'" ,
:::) +10
J
+ 8
'
+qб
'+ O'r
Q:3 ,
t::J
["о + 02
6 '
(.,)
о
-()
02
'
t.j ...... 04
J
t::)
Oo
, о
Fe 2 +
12
Рис. XIV.l. Диаrрамма состояния желе
за в воде (содержание железа
0,2 МZ/Л, НСОЗ- 2 мz экв!л)
415
416
'-J
C"-J
"
I
I
I
i
r T
:t:
:::с
Lr)
Q::::,
020HQflOhDH шо % g +[;).1 {).с;).1 DНJUJПХО
I
i
1
!
t::;)...
I
I
I
"'"
C'-J
с::::::>
......
с:::
f.lпw g ..r;)j g..z ,, ./ 1; 06 аПhJfJJП:>lО DH I1fYadg
с:::) I t
О S U
0.. :S:
о
t--< О
с\) ..........
MOU
:S: :::: о
Ul.t)
C\):S:C'-1
@ 11
;::::::(Y)'N
с\)
.....-.
t:::{
u:; .... м
(1) :S: 0').... о
:s: :::: <.о
11
:s: U:r: о
:S:o...t:::{
............o
о о..
..!J <:I) О
CV)t--<t:::{
> . U о
о
о..
><O
u ro
м
.\.1 с)
t:::;:
U
а...
ч"")
с::,
..
L4)
с---.....
...---.
:t:
VJ
I.Q
с::>
ч::;i'
...
<:::>
<\) "<\)
о
"t<
c'v О
t:: <D
О
о
o..
c'v c'v
:r: (1.;) Z
:r: '"'"
c'v
р:1
8. O
о
i::;
i::;
с":)
f--<
()
+
1С'1::з
...... u
U:;'"Т"'I
:S:
;:r::o..
с)
5 :д
:s: ::r::
:s:
о :::-'
:s:
'"
()
U p::j
о
o..
о :;
;::::::
U
..д >< .....
t--< >-. ..д
ut:i
м о
о о
u
ro о
t:i
('1')0
а...
о
C'q:::;:
>и
:S:
><
<.3+
C"I
:s: :)
a...
характеризуются окислительным потенциалом, близким к нулю
И значениями рН <7,5. В этих условиях двухвалентное железо в
воде находится в растворенном состоянии, не выпадает в осадок.
Оно может быть удалено из воды катионированием, однако этот
процесс неэкономичен и сложен. При контакте с ВОЗДУХОl\1 вода
обоrащается кислородом и окислительный потенциал системы
повышается. Если при ЭТОМ I3 результате удаления части уr.пе
кислоты рН воды возрастает до величины, при которой при дaH
ном окислительном потенциале выпадает rидроокись железа)
начинается процесс обезжелезивания воды. Если окислители OT
сутствуют, этот процесс может происходить при величине рН
выше величины рН paBHoBecHoro насыщения воды карбонатом
железа [3] при достаточно высокой карбонатной жесткости воды
или при значениях рН> 10, коrда выпадает rидрозакись железа..
Скорость окисления закисноrо железа в окисное сильно воз
растает с повышением значения рН воды (рис. XIV.2) и увели
чением концентрации в ней pacTBopeHHoro кислорода:
d [Fe 2 +] == К [02] [Fe2+] . (XIV.1)
dt [н+]2
Наличие в воде растворенных солей меди, марrанца или фос
фатов, а также контакт воды после введения в воду кислорода
с ранее выпавшим осадком железа или окислами марrанца Ka
талитически ускоряют процесс окисления Fe 2 + в Fe 3 +. В этом
случае величина константы катализа 1( в уравнении (XIV.l) воз
растает (рис. XIV.3). В буферных растворах, каковыми являют
ся обычно подземные воды, концентрация Н иона мало изменя
ется в процессе окисления и rидролиза содержащеrося в воде
железа. В этом случае процесс окисления закисноrо железа в
окисное может быть описан интеrралом уравнения (XIV.l):
к [О,] t
[Fe 2 +] == [Fe t] е (н+]2 , (XIV.2)
rде [Fе 2 +]:и [Fе tч] концентрации двухвалентноrо железа в
Боде через время t и в начале процесса;
[021 и [Н-+] концентрации pacTBopeHHoro в воде кис
лорода и Н ионов.
Более точное уравнение кинетики окисления двухвалентноrо
железа в воде с учетом изменения концентрации Н ионов в про
цессе rидролиза железа дано Хиртьесом и Лерком [18].
При содер)канпи в воде бикарбонатных ионов процесс окис
ления двухвалентноrо )келеза в трехвалентное и rидролиз по.
следнеrо MorYT быть представлены слеДУЮЩИl\1 образом:
t
4Fe 2 + + 8НСО з + 02+ 2Н 2 0 4 Fе(ОН )з+ 8 С0 2.
t
27........745
417
В зависимости от условий (величина рН, наличие окислите
лей и восстановителей, их концентрация и т. п.) окисление MO
жет предшествовать rидролизу, идти параллельно с ним или
окислению MorYT подверrаться продукты rидролиза двухвалент
Horo железа. Независимо от последовательности процессов окис
ления и rидролиза их конечным результатом является образо
вание хлопьевидной взвеси rидрата окиси железа.
Процессы окисления и rидролиза бикарбоната железа, обыч
но содержащеrося в подземных водах, замедляются выделением
свободной уrлекислоты, которая, образуя в воде уrольную кис
ЛОТУ, снижает величину рН воды.
Если в воде содержится MHoro железа, то для ускорения про
цесса окисления и rидролиза железа приходится удалять из
воды С0 2 аэрацией или введением в воду извести.
Из исходной воды, содержащей небольшое количество желе
за (до 10 мс/л) и имеющей рН воды выше 6,8, уrл(кислоту
можно не удалять, а обез}келезивать воду l\10ЖНО методом упро
щенной аэрации с задеР)Еанием rидроокиси железа непосредст
венно на фильтрах [9]. Этот метод мо)кет применяться тоrдз,
коrда окислительно восстановительный потенциал среды после
упрощенной аэрации, которая проводится для введения в ВОДУ
кислорода, будет не менее +0,1 в и индекс стабильности воды не
менее + 0,05.
Если вода после rидролиза железа имеет отрицательный ин
декс стабильности, ее рН должно быть повышено до положитель...
Horo индекса стабильности.
Повышение рН воды может быть обеспечено для вод с BЫ
соким содержаниеl\1 С0 2 ее удалениеl\'1 при аэрации. Для мяrких
вод с низким содержаниеl\1 свободной уrлекислоты может по
требоваться подщелачивание воды IIзвестыо после аэрации.
Необходимость подщелачивания воды известью после аэра
цИИ l\10ЖНО проверить по HOl\10rp а мме (сы. рис. 1.4) . При расчете
рН воды после аэрации можно ПРИНИl\lать, что контактная [pa
дирня с естественной циркуляцией воздуха сни)кает KOHцeHT
раЦИIО свободной С0 2 в воде на 500/0, а вентиляторная rрадир
ня на 75 800/0.
Расчет величины prI воды после аэрации и rидролиза )келеза
нроизводят слеДУЮЩИlVI образом. По известной щелочности воды
и ее pI1 определяют по HOMOrpaMl\le (см. рис. 1.4) содер)кание
свободной уrлекислоты в воде до аэрации. К. определенному Ta
КИ1\1 обраЗОl\1 содер)канию уrлекислоты добавляют свободную
уrлекис Т'fОТУ, выделившуюся в результате rИДРО,,1иза бикарбо
ната )J(елеза, учитывая, что 1 Лtс/Л rИДРОv1изовавшеrося )келеза
увеличивает содержание свободной уrлекислоты на 1,6 Jvl2/ л.
При ЭТО1\1 щелочность воды сни)кается на 0,036 Лl2 экв/л. Вычис
лив новое содер)кание С0 2 II ще,,10ЧНОСТЬ воды, опреде.Т'fЯIОТ CHO
ва по H01\10rpaMl\Ie величину рН воды ПОС"lе rIIДрО 1IIза )J{елеза.
Если рН воды при rIIДРО"Т'fIIзе )келеза не СНII)J(ается IIII)J(e pHs
418
карбоната кальция, то удаление из воды С0 2 или подщелачива
ние воды необязательно, достаточно ввести в воду необходимое
количество воздуха для окисления )келеза.
На окисление 1 А1е Fe 2 + расходуется 0,143 Ме 02. Процесt
обоrащения воды кислородом при разбрызrивании ее в воздухе
происходит веСЬ:\Iа ИIlтенсивно. При падении капель воды, не
содер)кащей pacTBopeIIIIoro кислорода, да)ке с высоты 0,5 М co
держание кислорода в воде достиrает 5 Аlеjл, что достаточно для
окисления 5 : 0,143 == 35 .Не/Л Fe 2 + в Fe 3 +.
Окисление Fe 2 + в Fe 3 + при обезже"lезивании воды можно про
изводить Bl\leCTO КИС,,10рода воздуха друrИl\1И окислителями
ХЛОрОl\I, IIepl\IaIlr3IIa
TOl\I калия и т. п. На 70
8
окисление 1, М2 )келеза Б
расходуется 0,64 J1ile
CI 2 , щелочность воды (
cu
при этом снижается
на 0,018 Ме экв/л на
ка)кдый Меjл удален
)
Horo из воды )келеза.
О а [8
кисление закис <'OJ J
!tJ Об
Horo железа ХЛОрОl\1 J
идет достаточно быст 't
ро при значениях pI,>
>5; в присутствии aM 2
:\IIОНИЙНЫХ солей, свя
зывающих хлор в l-J
хлорамины, ОКИСЛII
тельный потенциал
которых почти в 2 pa Рис. XIV.4. ОКИСс"IеIIIIе закисноrо железа в BO
за ниже, чем потенци де КIiСЛОрОДОl\I поздуха, хлором и хлораминам
а.п х л о р а ( 0,76 в в lVI е
сто 1,36 в при рН == 5), скорость ОКIIС"lения железа резко сни"
)кается (рис. ХIУ.4). Весьыа быстро завершается процесс
окисления закисноrо железа перманrанаТОl\I калия, так как об
раЗУIОЩИЙСЯ при I3I3С,J,снии 13 воду последнеrо осадок rидрооки
си ::\lарrанпа К(1Т(l"lIIТIIчеСКII ускоряет окисление железа. Доза
к.МП04 ПРИНИl\Iается такой, чтобы после ее введения окисли.
тельныЙ потенциа"l средыI был + 0,35 в IIPII p I == 6, + О, 14 в при
рН==7 И"lИ +0,05 в при pI;==8.
. I Установка Д"lЯ обез)ке"ттеЗIIП3IIИЯ IIо,J,зеl\IныIx вод состоит ИЗ
устроЙств для I3I3С,J,еIIIIЯ в воду ОКИС"lитеL1Я (КIIС,,10рода воздуха,
хлора И"lИ 1<)\l1пО+), KOHT(lI{TIIOrO реЗСрI3уара или KOIITaKTHoro
фильтра и Фи"ттьтроI3 ДL1Я УД3.1СIIIIЯ IIЗ IЗ0ДЫ осадка rИДРООКИСII
железа. При неБОL1LШО::\I (до 1 О .Не/Л) содерiкаIlИII в воде )келеза
устроЙство спеЦIIаLl IIоrо I\:OIITaETIIoro резервуара не требуется.
В э10::\1 С"lучае ОКIIС"lсние )i\:eL1C3J заЕаНЧIII3аеТС51 тз водяной по
душке над пеСКОl\'l I3 фИ,,'Iьтре II тз ТО.llце ФП"lЬТРУlощеrо слоя, зер
T . I
+-- ............... 't
l
I
о
i
I
JO 20 ЗО 40 vC:D
Прооолжительность Оj(исленил е мин
27*
41
на песка KOToporo, покрытые осадком rидроокиси железа и Map
raHua (если он имеется в обезжелезиваемой воде), каталитиче
ски ускоряют процесс окисления Fe 2 +. Аэрация воды при этом
может достиrаться введением воздуха компрессором в смеситель
на подающем трубопроводе при применении напорных фильтров
или разбрызrиванием воды в воздухе при изливе ее в карман OT
KpbIToro фильтра. Высота падения струй и капель воды в этом
случае должна быть не менее O,5 O,6 .iVl, скорость истечения BO
дЫ из направленной вверх трубы 1 ,5 2 Jvt/ сек.
80d0""'4c. w """ Для окисления Fe 2 + в FеЗ+
кислородом воздуха на 1 2
удаляемоrо из воды железа
нужно вводить в воду 2 л воз
духа. На небольших YCTaHOB
ках с напорными фильтрами
воздух в напорный трубопро
вод можно вводить с помощью
вспомоrательноrо центробеж
Horo или вихревоrо насоса
(рис. XIV.5). Насос этот заби
рает водовоздушную эмуль
сию из бачка, расположенно
ro на 1 1,5 м выше оси Haco
са, и подает в напорный TPy
бопровод. Водовоздушная
эмульсия образуется при за
сасывании насосом исходной
воды из бачка, в который она
поступает через душевую Ha
садку. Расход воды должен
быть меньше производительности насоса. При этом количество
засасываемоrо насосом воздуха должно составлятЬ около
4 М 3 /Ч на каждыЙ килоrрамМ железа, удаляемоrо из воды.
Процесс насыщения воды воздухом при ее обезжелезивании
непосредственно на фильтрах следует вести таким образом, что
бы в воде не было большоrо избытка pacTBopeHHoro кислорода
(не более 0,6 М2/Л 02 на 1 At2 Fe 2 +) и не все закисное железо yc
певало бы окислиться в водяной подушке фильтра. Для увели
чения продолжительности фильтроцикла желательнО, чтобы в
фильтрующую заrрузку поступали не хлопья rидроокиси железа,
а ее положительно заряженный золь, хорошо адсорбируемый
отрицательно заряженной поверхностью зерен песка.
Толщина слоя песка в фильтре ДО.1.жна обеспечивать завер
шеиие процесса окисления Fe2+ в Fe 3 + и адсорбцию золя Fе(ОН)з.
Она l\10жет вычисляться по формуле
L == ad cp иО,б [FeJP
т О . 4
J
1
2
Лесок
!( IIОIllpi'Ьоl1lf>lIН1
Рис. XIV.5. Схема установки для
обеЗiкелезивания подземных вод
с внедением воздуха цеlIтробе)к
НЫМ или вихревым насосом
1 напорный фильтр; 2 насос; 3 ба.
чоК
420
\XIV.3)
х'де L толщина слоя песка в фильтре в с/н;
d cp средниЙ диаl\lетр зерен фильтрующеrо слоя в AtJt;
V скорость фильтрования в м/ч;
т теыпература воды в ос;
[FeJ общее содер/!\аннс )КС"lеза в воде в .IH2/ I;
а и р параl\1етры, зависящие от соотношеНII51 КОIIЦСIIтrациЙ
в поступаlощей на ФИ"lЬТР воде Fe 2 + II Fе З + (таб"l.
XI\ .l).
Те:\IПСРdтура подзеl\1НI)IХ БО,J,
обычно бывает б,,1нзка к 5 70 С, а
степень ОКИСЛС:IIИЯ двухва.пентноrо
железа при упрощенной аэрации co
стаВЛ51ет 60 700/0. Для этоrо случая
фОРl\lула (XI\1.3) l'vIO}KeT быть упро
:цена и аппроксимир ована фОрl\IУЛОЙ
L == 20d cp }I v [Fe]. (XIV.4)
Скорость фильтрования при
без)келеЗIIвании ПРИНИl\lается в
пределах 5 20 ,, t/ti с учеТОl\-I Toro,
что rрязееI\1КОСТЬ фильтрующеrо слоя со сrеДНИi\I раЗi\1ерО:\I зе
рен O,9 1,3 ЛlJt при упрощенноЙ аэрации по )келезу составляет
около 3,5 К2 на 1 ,,/f,t З объеl\lа фильтрующеrо С,,10Я, )кслезо задер
живается по всеЙ rлубипе ФИЛЬТРУЮLцеrо слоя. РеКОl\IеIIдуемые
расчетные пар<ll\IСТрЫ фильтров для станцпЙ обезжелезивания
'Воды с упрощснноЙ аэрациеЙ приведены в табл. XIV.2.
т а б л II Ц 3 Х IV.1
Значения параметров а и р
в уравнении (XIV.3)
I
Fе 2 +/Fе о сщ 1 10,75 0,500,25
53 48 I 43 38
I
I
0,5 0,471 0,44 0,41
а
р
т а б л и u а XIV.2
Расчетные параметры фИЛЬТрОG станций обезжелезивания
воды с упрощенноЙ аэрацией
Размеры частиц фильтрующеrо слоя в М,И I Высота фильт I Скорость I ИIIтеIIСИВ
рующеrо ,1 фильтрова I
d мин d \13 КС d cr I IЮСТЬ промыв -
слоя в At I IIИЯ В Аt/Ч ки n л/м 2 .сек
0,8 1 ,8 O,9 1 1 5 7 1 4 16
1 2 1 , 2 1 ,3 1 ,2 8 10 16 -18
Прп отрицатеЛЬНОl'vl индексе стаБп"lыIстии по карбонату каль
цпя ВОДЬ1, I3ычислеННОlVl с учеТОl\I сни)кения ее p I в реЗУЛI)тате
rидролиза )келеза, вода l\10)KeT быть стабилизирована уда.lеIIиеl\1
уrлеКIIСЛОТЫ до подачи на фпльтры на веНТII"lЯТОРПОЙ rрадпрне
и л II В В С J. II II С :\ 1 В П о Д у и з в с с т II . I I а r ру з к у н а в е н т II ,,-1 51 Т О Р II У I О r р а
дирню по воде приниыаrот 60 90 II 40 50 .Iн 3 /ц на 1 Jl 2 площади
оросителя rраДИРНII, заrруженной соответственно кольца:\IИ Pa
шиrа II деревянноЙ хордовоЙ насадкоЙ. Рекомендуеыые высоты
насаДКII оросителя указаны в таб"l. XIV.3.
421
,
Таблица XIV.3
Рекомендуемая высота насадки вентиляторной rрадирни для аэрации
воды при ее обезжелезивании
Рекомендуемая высота насадки в Jt при общей ще.lО!IIIOСТИ
воды в A12 'Kв/ л
Насадка
2 3 4 5 6 к
Ко.1ьца Рашиrа разме
ром 25Х25Х3 мм 1 ,5 1 ,75 2 2,5 3 4
Хордовая из досок . 2 2,5 3 3,5 4 ;:)
Объеl\I резервуара rрадирни, служащеЙ контаКТIIЫ:\I резерву
а р о lVl , В К О то р о lVI З а в ерш а етс я про Ц е с с о к и сл е н и я за ки с Н О [о :/к е
леза, дол)кен обеспечивать пребывание в Hel\I воды после аэра
ции в течение 30 40 JvlUH. Если аэрация ПрОИЗВОДИТСЯ Д lЯ ста-
билизации водыI, контактныЙ резервуар не IIY}KeII.
Производительность веIIти.лятора дол:/кна обеспеlIивать пода..
чу 4 7 j1[3 воздуха на 1 JН З воды. Напор, развиваеыый вентиля
TOpOlVI, дол:/кен быть 30 jHjJ/[ вод. СТ. на 1 М высоты насадки из KO
лец Рашиrа или 10 .ММ вод. СТ. на 1 М высоты деревянноЙ xopдo
воЙ насадки ПЛIОС 15 20 jJ[jJ/l вод. СТ. на преодоление местных
сопротивлениЙ в распределительной систеl'ле rрадирни.
При содержании в воде БО.}1ее 15 jH2-/Л )келеза воду носле
аэраuии следует до подачи на фильтры осветлять в ocbeT.-1IIтелях
или отстойниках, предусматривая возможность коаrулирования
хлопьев rидроокиси железа сеРНОКИСЛЫl\I аЛIО lиние:\1 с подщела
чиваниеrн известью. Дозу сернокислоrо аЛЮlVIИНIIЯ следует при
нимать 10 20 J112/Л по А1 2 (SО4)З, а дозу извести 10 15 Jl2/Л
в пересчете на СаО.
2. УДАЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ вод
Железо в поверхностных водах l\10жет находиться в виде
тонкодисперсной взвеси rидроокиси или КОl\lплексных орrани
чеСКIfХ соединениЙ. В пеРВОl\I случае оно хорошо удаляется при
осuеТ lеIIИИ воды коаrуляциеЙ, во втором случае иноrда i\Iожет
потребоваться разрушение орrаIIическоrо КОl\IП"lексн:оrо соеди
нения )келеза ХЛОрОl\I, ОЗОНОl\1 или КМПО1.
В обоих случаях повышеIIIIе величины pI ВОДЫ (аэрациеЙ
II.-1II пведением извести) способствует более rлубокому удале
нию /ке lеза. Установки для удаления )ке"lеза IIЗ повеРХНОСТIIЫХ
под не ОТ 1IIчаIОТСЯ от обычных станциЙ осветления :\Ia 1o:\IYTlIbIX
вод.
СКОрОСТЬ восходящеrо потока воды в oCBeT"lIITe le ПрII обез-
iКС\lСЗIIваНИII цветных вод повсрхностных ИСТОЧIIIIКОП ПрIIIIII Iа
ют р а BHOILi 0,8 0,9 J1tAl/ сек; I{О,,1IIчество воды, отса сыва e:\Ioi'r 13
ОС(lДI ОУП 10тнитель. состаВ lЯСТ 20 30 О/о.
422
После осветлителя вода поступает на фильтры обычные
скорые или двухслойные. Скорость фильтрования на скорых
фильтрах принимают равной 5 7 м/ч, а на двухслойных до
10 м/ч. Так как в фильтре может продолжаться процесс ф.}lоку
ляции l\Iикрох"тrопьев железа, толщину фильтрующеrо слоя сле
дует ПРИНИl\Iать большей, че:м обычно, 1 ooo 1500 JJtJJl при
раЗl\Iере зерен песка 0,5 1,2 JJiJJi. Для улучшения отмывки Bepx
Hero слоя песка от задержанных железистых заrрязнений сле
дует предусматривать устройство для поверхностной промывки
или продувки фильтрующеrо слоя сжатым воздухом.
Выбор метода обезжелезивания воды должен базироваться
на результатах пробноrо обезжелезивания, проведенноrо непос
редственно у водоисточника.
Двухвалентное железо из подземных вод, не содержащих
орrанических веществ, аммонийных солей и сероводорода, обыч
но удаляется при аэрации воды.
Из поверхностных вод железо аэрацией не удаляется. Если
железо в поверхностных водах находится в виде коллоида, то
оно может быть удалено коаrуляцией с последующим задержа
ниеl\1 скоаrулированных хлопьев железа в отстойниках, OCBeT
.пителях и на фильтрах.
Если железо в поверхностных водах находится в виде pac
ТБоренных орrанических комплексных соединениЙ, то оно не
всеrда может быть удалено коаrуляцией. Часто приходится при
беrать к разрушению железосодержащих соединений окислением
хлором, ОЗОНОl\1 или друrими сильными окислитслями с после
дующим удалением железа коаrуляцией или известкованиеl\I.
В большинстве случасв железо из воды l\10)I(CT быть удалено
известкованиеl\rI. При введении в воду извести или едкоrо натра
в количестве, большеl\I, чем нужно для связывания С0 2 , проис
ходит повышение концентрации в воде О I ионов, что приводит
К резкому ускореНИIО окисления и rидролиза дву:хвалеНТIIоrо )Ke
леза. Известкование является наиболее универса.-1ЫIЫ:\I, по в то
же вреl\IЯ и наиболее дороrИl\I :меТОДОl\I обеЗiкелсзиrзаIIIIЯ воды.
Воды поверхностных водоисточников следует обез)кеvlези
вать по схе:\lе: коаrуляuия (с подще.:Iачиваниеч ИЗDССТЫО и пред
варитеЛЬНЫl\I хлорированиеl\I) осветление I3 освеТ.тIIIтелях и на
фильтр ах.
Весьма эффективно удаляется )келезо при ВВСДСIIИII В воду
KMn04 или при фильтровании воды через ФП"lЫР, периодически
после ПрОl\IЫВКИ обрабатывае:\IЫЙ пер IаIIrанаТОI\1 ка,,1IIЯ.
3. ПРОБНОЕ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ВОДЫ
ЗадачеЙ пробноrо обез)келезивания воды ЯI3"lяется YCTaIIOB
,,1 е н и е н а и б ол е е р а Ц и о н а л ь н о [о 1\1 ето Д а уд a.тI е н II я )К ел ез а II з Д а н
ной воды.
Пробное обезжелезивание поды ДОЛ)КIIО производиться He
423
посредственно у источника водоснабжения не lедленно после
взятия пробы воды.
Пробное обезжелезивание воды производят последователь
но следующими :\lетода l\1И (к послеДУlощеl\IУ :\lетоду переходят,
если предыдущий не дал результата): а) упрощенной аэрациеЙ
J
з
воаа
1 11 I11
11 I I 11
111 I I I
I I I
, 11 I I I
'11 I I I
I 11 I I I
111 I I I
I о
f
"
.....
11 1 I I 11
11 1 1
11 , I I 11
11 I I I I ,
с;:::) 1, I , 1 11
<:;::) I r I
<:;::) 1, 1 I
"
I I I 2
11 I I
с;::)
t:::)
о)
2
<;:J
C::::I
<;:J
.......
I
I .' .
1 з
4
.:::;
5
PIIC. XIV.G. СхеЫ(1 лабораТОрIIоrо
clHUIbTpCl диамстром D==50 ЛtАt для
проБIlоrо обсз}келезивзния воды
1 корпус ФИ.1ьтра (стеклянная труб
ка); 2 песок; 3 rравиЙ; 4 пробка;
5 штатив
Рис. XIV.7. Схема аэрационноr()
прибора для пробноrо обезжеле..
зивания воды
1 аэрационный сосуд; 2 стеклянный
сосуд; 3 капроновые нити
и фП.ТIЬТрОI33 НIIем; б) аэр ациеi-'I II фильтрованием после ОКIIсле
НIIЯ закисноrо }ке,,1еза в ОКИСIIое; в) коаrуляциеЙ, отстаиванием
и фIIльтроваНIIСl\I; r) известкованием, отстаиванием и фильтро.
ваНIIеы; д) ХЛОРIIроваНIIеы и I' оаrуляцией или хлорированиеl\f и
известковаНИСI\I с ПОСvlеД)ПОЩIIl\1 фпльтрованием.
Проб ное обеЗJкелеЗIIвание упрощенной аэрациеЙ и фильтро
42c
ванием производится следующим образом: лабораторный
фИIJ1ЬТР (рис. XIV.6), заrруженный 1 ООО htлt слоеrvl кварцевоrо
песка с размером зерен 0,8 1,8 ММ, устанавливается у скважи
ны. По резиновому шланrу, конец KOToporo укрепляется на BЫ
.. соте 40 см над верхом фильтра, подается и фильтруется вода со
скоростью 6 8 Аt/Ч в течение 10 суток со сбросом фильтрата в
сток. За это время поверхность зерен песка в фильтре покрыва
ется слоеl\l осадка rидроокиси железа. Через 10 суток скорость
фильтрования сни)каlОТ до 5 м/ч и продолжают фильтрование
с этой скоростью в течение 7 ч, ежечасно отбирая пробы фильт
рата II определяя в них содержание заКИСIIоrо и окисноrо )I(еле
за, щелочность, величину рН и содержание кальция. Если co
дер)кание железа в 5, 6 и 7 й пробах будет соответствовать Tpe
бованияrvl потребителя и индекс стабильности воды по СаСО з
(характеризующий коррозионные свойства воды) будет по.тто
)кительным, следует считать, что даННУI{) воду l\,I0)KHO обез)келе
зивать упрощенной аэрацией и фильтрованием. В течение пер
вых 10 суток опыта следует 1 раз в сутки отбирать пробы фильт
рата. Если необходимое снижение содержания железа будет
,J,остиrнуто ранее 10 суток, опыт можно прекратить. Если при
обезжелезивании с упрощенной аэрацией содержание железа в
фильтрате превосходит допустимую величину или индекс CTa
бильности получается отрицатеЛЬНЫl\1, производят пробное обез
)келезивание воды аэрацией и фильтрованием.
При этом пробу воды объемом 5 л пропускают 2 раза через
",7Jабораторный аэрационный прибор (рис. XIV.7), собирают в
стеклянный сосуд и выдерживают в неl'Л в течение 45 мин. Аэра
ционный прибор состоит из двух медных или стальных луженых
сосудов с дырчатыми днищами и приемноrо стеклянноrо сосуда
-объеlVI0М 6 л. Диаметр BepxHero разбрызrивающеrо сосуда
100 HM, а нижнеrо 150 MJt. В дне BepxHero и нижнеrо сосудов
просверлено соответственно 100 и 225 отверстий диаметром
{),5 Jl.'Vt.
Аэрируемую воду наливают небольшой струей в верхний раз
брызrиваЮIЦИЙ сосуд, она проходит через отверстия в дне ero и
стекает каПЛЯl\IИ в нижний разбрызrивающий и далее в сборный
стеК"lЯIIНЫЙ сосуд.
Коrда испытуемая вода объемом 5 л пройдет через оба раз
брызrиваIОЩИХ сосуда, ее снова пропускают через эти сосуды
для более полноrо насыщения кислородом и оставляют в COCTO
янин покоя' на 45 мин для завершения процесса окисления Fe 2 +
в Ре 3 + и ero rIIдролиза. l..Iерез 45 hlUH эту воду ФИЛЬТРУIОТ через
"ттабораторньтi'I песчаный фильтр (сы. рис. XIV.6) со скоростью
5 Jl/Ч.
ЕС"lИ ока)кстся, что содержание железа в (PIIlJlbTpaTe и ero
индекс стабильности УДОI3"ттетворяют требоваНIIЯ\l потребителя,
проб ное обезжелезивание воды друrИl\IИ способаЫIl не произво
дится, так как аэрация и ФII"lьтрование ЯВIJ1ЯЮТСЯ наиболее дe
425
шевым меТОДОl\I обезжелезивания воды. Если же концентрация
железа в воде после аэрации и фильтрования превосходит допу
стимую величину, продолжают пробное обезжелезивание воды
друrими методами.
Пробное обезжелезивание воды коаrуляциеЙ производят сле
ДУЮЩИ1\I образом. В пять стеклянных сосудов объеl\IО1\1 1 3 л
наливают испытуеl\IУЮ воду и вводят в первый цилиндр 20 АtЛ/Л,
во второЙ 40 мл/л, в третий 60 мл/л и т. д. насыщеНIIоrо раствора
извести. СодеРЖИl\Iое сосудов переl\Iешивают, отстаиваIОТ в Te
чение 2 ч и фильтруют через лабораторный песчаный фИ"lЬТР.
Первые порции фильтрата (300 500 Аtл) отбрасывают, а в сле
ДУJJ)ЩИХ определяют общее содержание железа и величину рН.
Если рН фильтрата в пробе, в которую была введена наиболь..
шая доза извести, будет ниже 8,35, то опыты повторяют с боль
шими дозами извести, обеспечиваIОЩИl\IИ повышение рН фильт..
рата до 8,35.
Пробное обезжелезивание воды хлорироваЙием производят
С.,1еДУIОЩИl\'l образом. В пять стеК,,1ЯIIIIЫХ сосудов объеlVIОl\I 1 3 л
наливают испытуеl\IУЮ воду и затем вносят в нее хлорную воду
с таКИl\1 расчеТОl\1, чтобы доза хлора была 3 Аt2/Л в первом сосу..
де, 5 М2/Л во втором сосуде и Т. д. Содержимое сосудов переме..
шивают, затем оставляют в состоянии покоя на 45 AlUfl и после
этоrо фильтруют через лабораторныЙ песчаныЙ фильтр. Первые
порции фильтрата из каждоrо цилиндра отбрасывают, последу"
ющие 100 мл кипятят В течение 20 мин и определяют в них об..
щее содержание железа. Если содержание железа в фильтрате
из Toro цилиндра, в которыЙ была введена наибольшая доза
хлора, все же превышает допустимую величину, опытное обез..
железивание повторяют с большими дозами хлора.
В результате проведения пробноrо обезжелезивания воды
выбирают тот метод, при KOTOpOlVl достиrается наибольшая CTe
пень удаления из воды железа. Если нужная степень обезжеле..
зивания достиrается несколькими lVlетодами из трех paCCl\10TpeH"
ных выше (коаrуляция, известкование, хлорирование), то выбор
метода обезжелезивания данноЙ воды производят технико эко"
номическим сравнениеы.
4. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ МАРrАНЦА
в подзе:\IIIЫХ водах l\IapraHeIL обычно содер)кится в виде co
леЙ дв ухва"lснтноrо 1\1 а рrанца, хорошо раСТВОРИ:\IЫХ I3 воде.
Двухва"lентный марrанец медленно окисляется в трех.. и четы
рехваtпеНТIIЫЙ растворенным в воде КИСЛОРОДО:\I воздуха или
друrИl\IИ ОКИС"lите,,1Яl\IИ.
Трех.. и четырехвалентныЙ l\Iарrапец rИДРО"lизуется и I3ыIа..
дает в осадок в виде rидратов окиси l\1арrанца Мп (ОН) 3 И
1\1.п (ОН) 4, раСТВОРИ1\IОСТЬ которых в воде при рН> 7 ыенее
0,01 М2/ л.
426
В поверхностных водах l'vlарrанец может содер:tкаться в виде
КОl\IП.lексных орrанических или коллоидных соединений.
Из подземных вод марrанец обычно удаляют окислением с
послеДУIОЩИl\I отстаиваниеl'vI Мп (ОН) з или Мп (ОН) 4 И фильтро
вание:\l, а из поверхностных вод коаrуляцией, которой часте
предшествует разрушение орrанических соединений воды силь
HbIl\1I1 окислителями ХЛОрОl\I, двуокисью хлора или ОЗОНОl\I.
Скорость окисления двухвалентноrо марrанца pacTBOpeHHbIl\1
в воде кислородом в очень сильной степени зависит от значений
рН воды. ПрII рН<8 без катализаторов окисление Мп 2 + прак
тически не происходит. Достаточно быстрое окисление Мп 2 + в
J.i\;\пЗ и Мп 4 + растворенным в воде кислородом происходит толь
ко при ее рН>9,5.
Катализаторами процесса окисления Мп 2 + ЯВЛЯI{)ТСЯ высшие
ОКИС.1Ы марrанца. Процесс окисления двухвалентноrо l\Iарrанца
в Tpex и четырехвалентный резко ускоряется при контакте
u u ,..,.
аэрированнои воды, содер)кащеи l\1арrанец, с дроолеНЫl\1 пиро
ЛЮЗИТОr\I, черным песком, марrанцевым катионитом или осаДКОl\I
rидроокиси l\Iарrанца, предварительно окисленноrо аэрацией.
ПрII фильтровании содержащей марrанец аэрированной и
подще.тrоченной воды через песчаный фильтр на поверхности зе
рен песка выпадает .отрицательно заряженныЙ осадок Мп (ОН) 4,
который адсорбирует положительно заряженные ионы М11 2 +. Эти
ионы rIIДРОЛИЗУЮТСЯ и реаrируют с ранее выпаВШИI\I осадком,
образуя постепенно МП20з:
Мп(ОН)4 + !Vl11(ОН)2 МП20з + 3Н 2 О.
ПОС"lедниЙ леrко окисляется растворенным в воде кислородом
2МП20з+02+81120 > 4Мп(ОН)4; обраЗУIОЩПЙСЯ [ндрат окиси
четырехва,,1ентноrо l\1арrанца снова участвует в процессе, явля
ясь катаЛIIзатороы окисления l\1арrанца. Для ускорения процес
са образования пленки Мп (011) 4 на поверхности зерен песка
HOBoro фильтра в период пуска установки целесообразно BBO
дить в подавае IУЮ на фильтр воду 1 3 Аtzjл пеРl\lанrаната
калия.
Как видно пз rрафика, приведенноrо на рис. XIV.8, контакт
аэрированной воды с катализатором окисления марrанца
Мп (ОН) 4 позволяет вести процесс удаления из воды марrанца
при рН == 8,5 (B!vlecTo рН == 9,5 при окислении l\1арrанца в OTCYT
ствин ката,,1IIзатора).
При рН<7,5 да:tКС в ПРIIСУТСТВИИ катализаторов !\1арrанец
pacTBOpeHHbIl\I в воде кислородом воздуха не окисляется. Поэто
МУ, если подще,,1аЧIIвание воды нежелательно II.1II дороrо, окис
леНIIе Мп 2 + в \1.п3+ может быть осущеСТВ,,1ено Х.,lорироваНIIеl\I,
озонироваНIIеl\l, обработкоЙ воды двуокисью x.,lopa или КМп04.
Хлор окисляет Мп 2 + при рН == 7 за 60 90 JlUH при отсутствии
в воде аМ1\10НИЙНЫХ солей. В присутствии последних окисление
427
1\'1п 2 + начинается только после связывания всех содержаЩIIХСЯ в
воде аМ1\10НИЙНЫХ солей в хлорамины и появления в воде CBO
бодноrо хлора.
Расход хлора на окисление 1 М2 марrанца в отсутствие NHt
составляет 1,3 A-t2; при наJ1ИЧИИ в воде аммонийных солеЙ расход
Х,,10ра увеличивается на величину, необходимую для их связыва
ния в Х,,10рамины.
iO
tS 8
C:::J б
<u I
t:::;:. I
t..) I
<:::> 4 \ : I i
t:::
r . . . . I
{; I I
I I
\(::)L.-: 2 +
tJ
\:t. i !
C::J
'v :t:
J
"';; с)
0,8
Q) t:
::) -Q
:t: 0,6
t::J
E3-
<'-;)
Q...::::, ОЧ
QJ
t::! )
3
QJ
с) t::!
:t: t::: 02
:)- :t:
1:::) с) ,
Е:: I
t)
i
\...) I
с) с
75 8,0 8,5 9,0 9,5 J a
, f) н оооы
Рис. XIV.8. Влияние контакта воды с окисла
l\1И MapraHua на скорость ero окисления кисло
родом воздуха (выдержка после аэр аЦИII
60 МИН)
1 без применения катализатора; 2 после контакта
с Мп(ОН)4
Двуокись хлора СI0 2 и ОЗОН Оз окисляют Мп 2 + при рН ==
==6,5 + 7 за 10 15 мин. На окисление 1 At2 Мп 2 + расходуется
1,35 М2 СI0 2 или 1,45 М2 Оз.
ВеСЬ11а эффективным способом перевода Мп 2 + в Ma,,10paCTBO
рИl\10е сосдинение Мп (ОН)4 да:tКС в том случае, I<оrда Мп 2 + BXO
дИТ в трудноокисляемые комплексные орrаничеСКIIе соединения,
является обработка воды пер1\lанrанаТОl\l ка.1IIЯ.
При Уl\1яrчении воды реаrеНТНЫl\lИ методаl\IИ lарrанец yдa
.пяется однопреыенно с солями жесткости. В Уl\1яrченноЙ извест
кованиеы воде содержание 1\1 а рrанца не преВОСХОДIIТ 0,02 .Н2/Л.
Марrанец, находящиЙся в вод.е в ионной фОрl\lе, может быть
удален катионированием воды.
428
Из поверхностных вод марrанец обычно удаляют осаждени
ем коаrуляцией сернокислым железом и подщелачиванием воды
до высоких значении рН (9,5 10) либо обработко,й перl\Iанrа
натом калия в дополнение к обычным коаrулянтам. При этом
большая часть выделившеrося марrанца задерживается в OT
стойниках или осветлителях, остальная ero часть на фильтрах.
Как показал один из опытов, при скорости фильтрования
4 Jrt/Ч марrанец проникал в песок (диаметр зерен 1 1,4 мм, KO
эффициент неоднородности 1,25) фильтров на 600 мм; при CKO
расти фильтрования 10 м/ч rлубина проникания марrанца воз
росла до 1000 мм. Поэтому в фильтрах для удаления из воды
марrанца толщину слоя песка следует принимать не менее
1500 мм.
В r ДР был удачно применен биохимический способ удале
ния из воды марrанца. При подаче в водопроводную сеть Дрез
дена воды, содержавшей марrанец, наблюдалось интенсивное
обрастание стенок водопроводных тр.уб марrанцепотребляющи
ми бактериями. Для удаления из воды марrанца ее пропускали
через напорные фильтры, которые были заrружены 1 ,5 M слоем
rрубозернистоrо песка (d cp 3 мм), засеянноrо небольшим KO
дичеством марrанцепотребляющих бактерий. При скорости
фильтрования до 30 м/ч эти фильтры уже в течение нескольких
лет полностью удаляют из воды марrанец; развитие биообраста
пий в трубопроводах прекратилось.
ЛИТЕРАТУРА
1. А л е к и н о. А. Основы rидрохимии. rосметиздат, 1953.
2. А п е л ь ц и н и. э. Определение условий осаждения малораСТБОРИМЫХ
соединений, образующихся при умяrчении и обезжелезивании БОДЫ. «Жур-
нал прикладной химии», N2 1, т. XXIII, 1950.
3. А с с r. ю. Определение необходимоrо рН воды при обезжелеЗИБании
без обоrащения кислородом. Труды ВНИИ водrЕО (Водоснабжение),
БЫП. 17, 1967.
4. В е х о т к о Т. и. Удаление железа и марrанца из БОДНЫХ растворов.
«Журнал прикладной химии», N2 12, т. XXI, 1948.
5. В е х о т к о Т. И., К о р ы с т и н п. В., М о и с е е Б А. с. rлубокая
очистка природных rуминовых вод. «Химическая промышленность», 1953, N2 7.
6. К л я ч к о В. А. О выборе метода обезжелезивания воды. В сб. ВНИИ
водrЕО: «Исследования по водоподrотовке». r осстройиздат, 1956.
7. М а м о н т о в К. А. Обезжелезивание воды в напорных установках.
Изд во МКХ РСФСР, 1952.
8. Пер л и н а А. М., Б а л а ш о в а r. В., r о р я и н о в а r. с., м и-
х а й л о в (l э. М. Окисление двухвалентноrо железа при обезжелезивании
подземных вод. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
9. Пер л и н а А. М., r о р о Д и Щ е р 3. я., Б а л а ш о в а r. В., r 0-
р я и н о в а r. с., Ш в а р т е Л. Н. Обезжелезивание подземных вод мето..
дом фильтрования. В сб.: «Научные труды 2 53. (Водоснабжение)). Изд. АКХ
РСФСР, 1968.
10. С т а н к я в и ч ю с В. и. Высокопроизводительные установки для обез-
железивания воды. В сб.: «Научные труды АКХ РСФСР», т. ХХХ, 1964.
11. Технические указания на проектирование и эксплуатацию стаIIЦIlй
429
обезжелезивания воды фи.1ЫрОВ3IIlIем с упрощенной системой аэрации. Изд.
АКХ РСФСР, 1966.
12. Указания по проеКТlIрованию установок Д.1Я обезжелезивания воды.
Изд. ВНИИ водrЕО, 1959.
13. С о n n е 1 е у Е. 1, RеrпоуаI of iron and 111anganese. JA W\V А, 1958, 50,
N2 5.
14. G r i f f i n А. l\laI1ganese rеПl0\таl \vith chlorine and chlorine dioxide.
Journ. New Engl. WWA, 1958,72, .NQ 3.
15. Н о 11 u t а 1., Е Ь е 14 h а r d t, Nl. Uber geschlossene Enteisellung durch
Schnellfiltration. Vom. Wasser, 1957, 24.
16. Н а 11 е К. Beitrag zur Filtration eisenhaltiger Grundwasser. Wasser
wirtschaft Wassertechnik. 1964, 14. NQ 12.
17. Н е m J. D. StabiIity field diagranls as aids in iron chemistry studies.
JЛ WWA, 1961,53, NQ 2.
18. Н е е r t j е s Р, 1\1., L е r k С. F. The rеП10\таl of iron from grоuпdwа
ter. Aqua, 1963, лr2 2.
19. 1 е n t s с h О. Aufbereitung des Wassers. Verl Technic, 1956.
20. N о r d е 11 Е. \Vater treatmeI1t for il1dustrial and other uses. Reinhold
Publ. Corp., 1960.
21. Р о w е 11 Sh. \Vater conditioning for industry. McGraw I1ilI. 1954.
r л А В А xv
УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ КРЕМНИЕВОй КИСЛОТЫ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Содержание кремниевой кислоты и ее солей силикатов
в природных водах колеблется в широких пределах: от 1 2 М2jл
в водах северных рек до 50 60 М2jл в подземных водах ApMe
нии.
Высокое содер)кание креlVIниевой кислоты и ее солей недопу
стимо в воде, используемой для питания паровых котлов BЫCO
Koro давления, а также в производстве некоторых сортов цел-
люлозы, искусственноrо волокна, продукции химико фармацев
тической промышленности и др. Растворимость в воде солей
кремниевой кислоты настолько велика, что ее осаждение в виде
наименее растворимых солей (цинка, кадмия, марrанца или
кальция) требует больших избытков осадителя.
Кремниевая кислота и ее соли сорбируются хлопьями rидро-
DКИСИ маrния, железа и алюминия.
Слабоосновные аниониты кремниевую кислоту в силу ее ма-
лой диссоциации практически из воды не удаляют. Сильноос-
новные аниониты сорБИРУIОТ креl\Iниевую кислоту в том случае!
если из воды при ее обессоливании были предварительно удале-
ны все анионы сильных кислот и уrольная кислота, а также все
катионы.
Выбор метода обескремнивания воды определяется необхо
димой rлубиной удаления кремниевой кислоты. Наибольшая
rлубина обескремнивания воды достиrается при ее обессолива-
нии ионитами содержание креrvIниевой кислоты при этом мо-
жет быть снижено до 0,05 0,01 Аtсjл SiO "
Содержание SiOi B воде М0)кет быть также снижено: фильт
рованием через \Iаrнезиальный сорбент или окись маrния дО
O,1 0,3 Jvt2jл; сорбцией rидроокисыо маrния или каустическим
l\1аrнезитоrvI в осветлителях со взвешеННЫl\I осадком до 0,8
1,2 Аt2jл при подоrреве воды до 400 С и до 0,2 0,3 М2jл при по
доrреве воды до 1200 С; осаждением известью при подоrреве воды
до 980 С и избытке осадителя до 0,5 .1l2/,,2; сорбцией осадками
rидроокиси железа или аЛIОl\lИIIИЯ без подоrрева воды до 1 ,5
2 М2jл.
431
2. ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ ВОДЫ РЕАrЕНТАМИ
Обескремнивание воды известью. Удаление из воды части
растворенной в ней кремниевой кислоты достиrается оса)кдени
ем ее в виде СаSiО з при Уl\1яrчении воды известью. r,,1убина
обескремнивания воды возрастает при избытке извести и повы-
шении температуры.
В ЧССР распространен метод обескремнивания воды из
вестью Копецкоrо Вондрушки. Подлежащая декарбонизации
и обескремниванию вода наrревается в каскадном подоrревателе
до 80 900 с. При ЭТО!\1 из воды удаляется уrлекислота и проис-
ходит частичный распад бикарбонатов. Затем наrретая вода
проходит сатуратор, rде насыщается известью. В сатураторе
происходит выпадение rидроокиси маrния, карбоната и силика-
та кальция декарбонизация воды и ее обескремнивание. Уда-
ление из воды избытка Са (ОН) 2 происходит при декарбониза-
ции воды дымовыми rазами. Выпадающий тонкодисперсный
осадок чистоrо карбоната кальция высушивается и использует-
ся в парфюмерной и друrих отраслях промышленности. В обра-
ботанной таким образом воде содержится O,3 O,5 Jvt2/Л SiОл.....
Обескремнивание воды солями железа. При введении в воду
солей железа образуется коллоид rидроокиси железа, частицы
KOToporo имеют обычно положительный заряд. При взаимной
коаrуляции коллоида rидроокиси железа и коллоидной кремние-
вой кислоты, имеющей отрицательный заряд, достиrается уда-
ление последней из воды. Расход солей железа при этом состав-
ляет около 2 М2 Ре 3 + на 1 М2 удаляемой коллоидной кремниевой
кислоты. Растворенная кремниевая кислота сорбируется хлопь
ями rидроокиси железа. На снижение содержания кремниевой
кислоты с 12 14 до 2 Jvt2/Л расходуется 300 350 М2 сульфата
железа. Оптимальные значения рН (8,5 9,5) поддерживаются
введением в воду извести.
Обескремнивание воды солями алюминия. Коллоидная крем-
ниевая кислота коаrулируется положительно заряженным кол-
лоидом rидроокиси алюминия и задерживается в осветлителе.
Хлопья rидроокиси алюминия сорбируют из воды растворен-
ную кремниевую кислоту. Процесс этот идет лучше при введе-
нии в воду алюмината натрия (10 15 М2 NaAI0 2 на 1 М2 SiO ),
чем сульфата алюминия, так как при введении в воду последнеrо
частично образуются основные сульфаты алюминия, не сорби-
рующие кремниевую кислоту. Высокой сорбционной способно-
стью по SiO обладают хлопья алюмината маrния, образую-
щиеся при введении в воду солей маrния и алюмината натрия
или сернокислоrо алюминия при значениях рН>8,5.
Обескремнивание воды rидроокисью маrниЯ. rидроокись Mar-
ния сорбирует из воды ионную, молекулярно-дисперсную и кол-
лоидную кремниевую кислоту. Скорость образования и проч-
ность сорбционных соединений возрастает с повышением темпе-
432
ратуры и рН воды, поэтому rлубинз обескреЛIНИI3ания также
возрастает с повышением температуры.
При введении в воду 5 10 Ai2 MgO на 1 .М2 содержащеися в
воде SiO или осаждении TaKoro же количества rидроокиси
маrния в воде из растворенных в неи солей l\lаrния с помощью
извести или едкоrо натра удается снизить содержание кремние
вои кислоты в воде до 1 Аi2/Л при температуре 400 С и до 0,25 М2/Л
при те lпературе 100 105° с. Процесс следует вести при рН ==
== 10,2 + 10,3, так как при более низких рН образуются раство"
риr.лые соединения lVIаrния. .
Обескремнивание воды обожженным доломитом. При об}киrе
природных доломитов (содержание СаО 27 360/0. MgO 13
23 О/о) при температуре около 7500 С получается ДО..тIОl'литизиро
ванная известь, содержащая до 40 О/о MgO. При введении ее в
воду происходит декарбонизация воды в результате взаимодеи-
i:твия СаО извести и бикарбонатов водыI, а также ее обескрем
нивание в результате сорбции SiO окисью маrния Д-ОЛОlVIИТИ
эированной извести.
Расход доломитизированнои извести на 1 М2 SiO при обес
l{ремнивании воды [2 и 3] составляет: 10 15 М2 MgO при TeM
пературе 400 С, 4 6 М2 при температуре 750 С и 2,5 3,5 М2 при
-температуре 980 с. Остаточное содержание SiO составляет
iIрИ этом 0,2 Jvtё/Л при 980 С и 2 М2/Л при 400 С.
Обескремнивание воды каустическим маrнезитом. И('поль
зуемый для обескремнивания воды каустический маrнезит пред
ставляет собой пыль, улавливаеМУIО из отходящих rазов печей
для обжиrа маrнезита. Каустический маrнезит Саткинскоrо Mar..
незитовоrо завода содержит 70 85 О/о MgO, до 4,5 О/о СаО, около
4 О/о Si0 2 , столько же полуторных окислов алюминия и железа.
fIo [ОСТ 1216 41 950/0 зерен ero должно проходить через сито
с размером ячейки 0,14 .lVlM. В воде каустический l\I аrIIС3ИТ rидро
.лизуется; образовавшаяся на поверхности ero частичек rидро..
.окись маrния сорбирует из воды креl\1ниевую кислоту. Процесс
этот идет при значениях рН> 10, так как при наличии в воде
СО 2 , бикарбонатов и карбонатов rидроокись маrния paCTBO
ряется.
Доза каустическоrо маrнезита для обескремнивания воды за
'висит от содержания в ней SiO , температуры, при которой
производится обескремнивание, времени контакта воды с Kay
тическим маrнезитом.
При теl\1пературе 400 С и расходе каустическоrо l\1аrнсзита
10 I5 Мё на 1 М2 удаляеl\IОИ SiO остаточное содер}кание
'кремниевой кислоты в воде не превосходит 1 1,5 .Н2/ л, если Bpe
мя контакта воды со взвешеННЫl\1 слоеl'vI l\Iаrнезита состаВ"lяет
80 go мин.
Для получения хорошеrо эффекта обескре:\IНIIваНIIЯ процесс
:следует вести в осветлителях с большоЙ высотоЙ слоя взвешен
28 745 433
Horo осадка (4 5 м). Повышение температуры воды выше 500 С
лишь незначительно увеличивает эффект обескремнивания [зады
[2 и 3].
3. ФИЛЬТРАЦИОННОЕ ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ ВОДЫ
Недостатком описанных выше peareHTHbIx методов обескрем
ниваlIИЯ воды является неоБХОДИlVIОСТЬ устройства rромоздких
осветлителей и трудность аВТОl\Iатизации процесса. От этих He
достатков своБОДIILI ФII,lьтраUИОНIILlе l\lетоды обескреЫНIIваНIIЯ,
в которых обескремниваеl\lая вода фильтруется через слой rpa
НУ,Jированноrо сорбента, способноrо сорбировать из воды SiO .
В опытах ВНИИ водrЕО rранулированная активированная
окись алюминия и дробленый l\Iалокремнистый боксит сни}кали
содержание SiO в фильтруемоЙ через них воде на 90 g5 О/о"
I\pel\1Heel\IKOCTb этих сорбентов состаВ.,lЯ.,lа около 1 О К2/Т. При
ЭТОIVI получается большой расход еДкоrо натра на реrенеР(lЦИЮ
сорбентов около 80 .М2 на 1 -,Н2 удаленноЙ из воды SiOj
Значительно более BbICOKYIO KpeMHeel\lKOCTb имеет маrнезиа,]ь
ный сорбент, рецептура изrотовления KOToporo разработана во
ВНИИ водrЕО О. Н. Шемякиной и В. А. Клячко. Этот сорбент
приrотовляют затворением пы.певидноrо каустическоrо l\Iаrнези
та, содержащеrо около 90 О/о окиси l\IаrНIIЯ, paCTBOpOl\1 хлористоrо
l\Iаrния или соляной кислоты до получения тестообразной lVIaCCbI.
Весовое отношение Mg: С1 в этой lVIacce должно быть БЛИ3КИl\f
К 1,5: 1. В процессе высушивания при температуре 80 1000C'
эта масса затвердевает. Образовавшийся твердый камень дробят
в крупку с размером зерен 0,5 1,5 о'НМ, которую и заrружают в.
фильтры для сорбции из воды кремниевой кислоты.
До включения в работу фильтра заrру)кенный в Hero сорбент
OTl'vIbIBaIOT током воды сверху вниз со скоростью 5 7 .!Il/Ч} при
ЭТО})1 вследствие выщелачивания из сорбента MgC1 2 и СаС1 2
пористость сорбента сильно возрастает, одновреlVlенно возраста
ет и ero кремнеемкость.
r лубина обескреl\1НИI3ания заВIIСИТ от скорости фильтрования
и возрастает с увеличениеlVI толщины С,10Я сорбента и теl\1пера
туры обескреl\1ниваемоЙ воды.
По данным лабораторных опытов во ВНИИ водrЕО, при
теыпературе поды 450 С и толщине С,10Я сорбента 2,5 Лi фильтр-
СНИ)К3,,1 содер)каНIIе SiO в H и а катионированной воде с
12,5 до 0,05 о'1l2/Л IIрИ скорости фи..lьтрования 5 .!Itlч II до О. 1
0,12 JИ2/ л при скорости фильтрования 1 О Jl/tt. Kpel\IHeel\IKoc: [J 1 т
сорбента до IIO,lIIOI O ero истощения состаВ,lЯ..13 90 К2 [6].
По даННЫ:\I двухrодичных IIспытаНIIЙ rrроизводстrзенных
фильтров обескре\IнипаlощеЙ установки ТЭU Череповецкоrо :\Ie
та..lлурrичеСКОI'О завода, фильтры, заrру}кенные сорбентом
ВНИИ водrЕО, CIIII)KaIOT содержание SiOi в воде с 2 до
434
O,3 !.5 JИС/Л при скорости фильтрования 7 1 О м/ч, температуре
водыI -+2° с и толщине слоя сорбента 1 Jvl.
Сорбент не реrенерируется, и по исчерпании сорбционной
(способности ero заменяют новым.
Сорбент не разрушается в известкованнои (рН> 10), а также
в 1i п N а катионированной воде, если из нее у да,,1ена уr.пекис
.пота 11 ее рН доведено до 8,5 9. В воде, содер)кащей СО 2 и
НСО з , сорбент постепенно растворяется, обоrащая воду солями
)I{естн:ости.
4. ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ ВОДЫ АНИОНИТДМИ
с 11,,1 ЬHO И С реДIIеОСНОВlIые а IIИОНИТI)I 13 01 1 фор ые способны
сорбировать креl\1НIIевую кис.поту из растворов, не содержаlЦIIХ
8НИОНОВ сильных кислот II уrлекислотыI. Эту СIIособность указаII
ных 3НIIОНИТОВ ИСПОЛЬЗУIОТ ,J,/IЯ обескре:\IIIИВ3IIIIЯ воды в IIроцес
,...,
се ее оuеССОЛIIваIIII51.
С"l ClБООСНОВIIые анIIонитыI КРСl\IIIиеВУIО КИСvlОТУ НС сорБIIРУIОТ.
ПОЭТО IУ при IIеоБХОДИl\IОСТИ удалеIIIIЯ SiO из воды в процес
се ее обессоливания приходится ПрIl:\IеIIЯТI) l\IIIоrОСТУllенчатые
cxe:\ILI с уда.пеНИСl\I анионов си,,1ыIхx КИС"ТIОТ на слаБООСII6ВНОl\I
аНИОНIIТОВОМ фильтре 1 ступени и кремниевой КИС,,10ТLI на силь
HOOCII()BHOI\I аНИОНИТОВОl\I фильтре 11 ступсни, рсrенерируеl\IОl\1
еДКII I натроы. Этот l\IeTo,J, дороr из за высокой СТОИl\IОСТИ силь
HOOcH013Horo анионитз II eAKoro натра, а T3KfKC необходимости
чаСТОI С I за :\Iены сильноосновноrо анионит а, крсынсеыкость KOTO
poro С!III)кается за 2 3 [ода ЭКСП,,1уатации до 50 О/о первонача)уь
ноЙ.
11ОЭТОl\IУ представляет интерес фТОРИДНI)I}'I ыетод, с помощью
KOToporo вода обескреl\Iнивается С,,1аБООСН()ВIlI)Il\I анионитом, pe
[енер 11 pyel\I ы 1\1 деLИ евоЙ содой [5].
В обессоливаемую воду для ее обескрсмнивания на слабо
OCHOBHO l (1нионите н(:ред Н катионитовым фИ.;1ЬТРО1\1 Вl30ДЯТ фто
РИСТL11 С i натрий илп часть предварительно :rI каТIIОIIированноЙ
воды ТII lопускают через фи.пьтр обоrатитеJ1Ь, заrруженныЙ дроб
лены r КРИО,,1ИТОМ AIF3 или фтористым кальцием CaF 2 . При этом
Бода обоrащается фтористоводородной кислотой, которая в кис
лой среде реаrирует с кремниевой кислотой, превращая ее в
сильн '!о кремнефтористоводородную кислоту:
Н 2 SiО з + 6HF H 2 SiF 6 + 3Н 2 О,
сор 611 руе:\IУЮ сл а БООСНОВНЫl\I 3IIIIОНИТО"'I:
2[Ан]СО з + H2SiF6 [AH]2SiF6 + Н 2 СО з .
Отработанный реrенерационныЙ раствор содержит KpeMHe
фтористыЙ натриЙ, фтор KOToporo l\10)KeT быть использован по
вторно.
ДЛЯ этоrо в раствор ВБОДЯТ аММИ3I{ или уrлекислыЙ al\Il\lO
28*
435
нии, блаrодаря чему создаIОТСЯ условия для rидролиза Nа2SiFб..-
Кремниевая кислота выпадает в осадок и отфильтровывается
раствор фтористоrо аммония натрия дозируется в воду перед
Н катионитовыми фильтрами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б р я н с к и й Б. Д. Обескремнивание ВОДЫ обожженным доломитом...
Б сб.: «Вопросы проектирования и эксплуатации водоподrотовительных YCTa
НОIlОК». rосэнерrоиздат, 1955.
2. К в я т к о в с к и й В. М" Ж и в и л о в а л. М. 11сследования процес
сз .маrнезиальноrо обескремнивапия ВОДЫ при высокой температуре. «Тепло
ЭIlерrетика», 1959, NQ 5.
3. К в я т к о в с к и й В. М., Ж и в и л о в а Л. М. Маrнезиальное обес
кремнивание воды. «Теплоэнерrетика», 1958, NQ 4.
4. К л я ч к о В. А. Обескремнивание воды. В сб.: «Внутрикотловые фи
зико химические процессы». rосэнерrоиздат, 1951.
5. Л У Р ь е Ю. Ю., к л я ч к о В. А. Фторидный метод Декремнизациlt
БОДЫ. Доклады АН СССР, т. 49, NQ 1, 1945.
6. Ш е м я к и н а О. Н. Обескремнивание воды маrнезиальным сорбен
том. В сб.: «Исследования по водоподrотовке». rосстройиздат, 1959.
7. L i n d s а у R., R i 7J n а r J. Silica removal Ьу preci pita tion methods
II1d. and Engng Chem., 1939, .N'Q 7.
8. S с h w а r t z W. Silica removal Ьу ferric hydroxide. JA WW А, 1938, 3<1.
(N'g 4.
rЛАВА XVI
ОБЕСФТОРИВАНИЕ И ФТОРИРОВАНИЕ ВОДЫ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Вопросу содержания фтора в питьевоЙ воде rиrиенисты при
дают ва)кное значение. Рядом исследований установлсно, что
существуют оптимальные концентрации фтора в воде, которые
обеспечивают наиболее блаrоприятное ВЛИЯНIIе на людей, по
стоянно пользующихся водой В даННОl\f населенном пункте.
COr IJaCHO требованиям [ОСТ 2874 54 содер}кание фтора в
питьевоЙ воде не должно превышать 1,5 .IIt2/ л. Изменение N2 2
к СНиП II r.3 62 «Водоснабжение. Норыы проектирования»
предусматривает добавление к воде фтора (фторирование воды)
n тех случаях, коrда ero содержание в воде источника водоснаб
жени я менее 0,5 М /Л. Необходимость фторирования воды в каж
дом отдельном случае устанавливается OpraHal\1II [ocyдapCTBeH
Horo санитарноrо надзора.
Как малые, так и большие концентрации фтора оказывают
неблаrоприятное влияние на орrанизм человека. При недостатке
фтора в рационе людей наблюдается распространение кариеса
зубов среди населения, нередко приводящеrо к потере зубов и
как следствие этоrо, к хроническим заболеваНИЯ1\! желудка. Из
вестно, что кариесом зубов в отдельных странах поражено 80
95 О/о населения.
Мноrочисленными исследованиями rиrиенистов установлено
противокариесное действие фтора при ero достаточном содержа
нии в рационе людей. В настоящее время признано, что одним
из наиболее надежных способов снабжения населения нужным
количеством фтора является фторирование питьевоЙ воды, т. е.
добавление к ней peareHToB, содер)кащих фтор.
Фторирование питьевой воды было ПРПl\Iенено I3 США в
1945 r. и с тех пор получило БО.,1ьшое распространение как в
США (включая Нью йорк), так II в Канаде, некоторых странах
ЛатинскоЙ Америки, Азии и Европы (наприыер, I3 r ДР, LICCP).
Впервые в СССР фторирование воды было ПРИl\lенено в Ho
pIIJlbcKe, а в настоящее время воду фторируют в ряде населен
ных пунктов.
rиrиеническими исследованиями установлено, что повышен
437
ное содер)кание в воде фтор а, сверх допустимой концентр ации,
также приводит к заболеваНИЯl\l флюорозу зубов и флюорозу
скелета. Флюороз зубов (<<пятнистая Эl\lаль») заключается в
TO:\I, что на зубах появляются l\Iелкие l\lеловидные пятна; после
доваТС..lьное УСИ..lение БО"lСЗIIII характеризуется увеличениеl\I
площади l\lеловидных пятен на зубах, появлением пятен корич
HCI30rO цвета, нарушениеl\l Э:\lалевоrо покрова и в наиболее тя
KC.,1ЫX случаях разрушениеl\I зубов.
При длитеЛЬНОl\I пользовании в течение ряда лет водой с по
вышеяным содер)каниеl\I фтора (более 5 М2/Л) в некоторых слу
чаях, в частности I3 условиях )KapKOro климата, наблюдается
фJiI{)ОрОЗ скелета людей (обызвествление сухожилий и связок,
оrраничение подви}кности туловища, боли).
Р. д. rабовиче I [3] предло}кена слеДУIощая классификация
качества питьевоЙ ВОДЫ по содер)канию фтора:
1) очень низкая концентрация фтора (до 0,3 М2/Л); кариес
зубов в 3 4 раза больше, чеl\l при оптимальной концентраЦIIИ
фтора; ва}кнейшее профилаКТlIчсское мероприятие фториро
вание воды;
2) низкая концентрация фтора (от 0,3 до 0,7 М2/Л); кариес
зубов в 1 3 раза больше, чеl\1 при оптимальной концентраЦIIII
фтора; желательно фторироваНIIе ВОДЫ;
3) ОПТИl\lальная концентрация фтора (от 0,7 до 1,1 Jlrt2/Л); по
ра}кение населения кариеСОl\I 1Vlинимальное; для l\lестностеЙ с
)карким КЛИl\Iатом или в }каркое время [ода оптимальная KOH
цептрация фтора 0,7 0,8 Аt2/Л, для местностей с умеренныы
КЛИl\Iатом 0,9 1,1 .!Il2/Л;
4) повышенная, но еще допустимая концентрация фтора при
отсутствии др:уrIIХ источников водоснаб)кения (от 1,1 до
1,5 М2/Л); заболеваеl\IОСТЬ кариесом минимальная, возрастает
заболеваемость флюорозом зубов (у 15 200/0 населения BeCbl\Ia
слабая форма флюороза зубов);
5) концентрация выше предельно допустимой (от 1,5 до
2 ./1;[2/ л); до 30 40 010 насеЛСIIIIЯ поражено флюорозом зубов, по
даВЛЯI{)щее большинство в "lеrкоЙ форме; воду следует обес
фторивать;
6) высокая концентрация фтора (от 2 до 6 ме/л); поражен
ность населения кариеСОl\1 зубов больше l\lинимальной; от 30 до
1000/0 населения поражено флюорозом зубов, у мноrих в тяже
лой фОрl\lе; у детей учащаются случаи отставания в развитии и
минерализации костеЙ; воду обязательно обесфторивать;
7) очень высокая концентр ация фтор а (от 6 до 15 .11[2/ л); по
ра)кенность кариеСОl\1 значительно больше l\IИНIIl\lальноЙ; до
80 1 000/0 насе..1ения поражено флюорозом зубов, превалируют
тя}келые формы; наблюдается уrнетение функциЙ щитовидной
железы; в условиях )I(apKOrO К"llIмата и нерациональноrо пита
ния наблюдаются ТЯ)l(елые фОрl\IЫ флюороза скелета; воду обя
зательно обесфторивать.
438
2. МЕТОДЫ ОБЕСФТОРИВАНИЯ ВОДЫ
Обесфторивание воды является ОДНИl\I из относительно
сложных и дороrих методов водоподrотовки. ПОЭТОl\lУ, несмотря
на то что природные воды с повышеННЫl\1 содержанием фтора
имеIОТ значительное распространение, число действующих YCTa
новок по обесфториванию воды относитеtJ1ЬНО невелико. В из
вестной мере это объясняется теы, что rиrиенисты ,,1ИШЬ недавно
стали предъявлять )кесткие требования к содержаНИIО фтора в
питьевой поде.
В последние [оды проводятся исследования различных MeTO
дов обесфторивания воды. В настоящее вреl\1Я практическое зна
tiение имсют С,,1едующие методы: а) ИОННЬ1(I обl\Iеп па се,,1ектив
ных в отношении фтора анионитах на активированноЙ окиси
алюминия и rидроксилапатите б) сор бния свс)!{евыIеLlеIIныы,IнH
осадкаlVlИ rидроокисью аЛIОМИНИЯ и rидроокисью !\Iаrния.
Обесфторивание воды с помощью зернистой активированной
окиси алюминия. Данный метод исследовали за рубеЖОl\1 Бо
руф [7], Своп и recc [12], СавинеL1ЛИ и Б,,1ЭК [11], а в СССР
И. э. Апельцин и Е. Ф. Золотова [2].
Работы [11 и 2] показали, что активированная окись аЛIОl\flИ
ния действует как анионит, избирательно обменивающий ионы
SO или OH , которыми он заРЯ)J{ен при реrенерации, на ионы
F ОЧИlцаемой воды. Одновременно в ИОННОI\1 обмене участвуют
ионы IСОз и в незначительной степени хлоридные ионы.
Реакции ионноrо обмена, если активированная окись аЛIОМИ
ния при реrенерации заряжена сульфатными ионаlV1И, содержа
ЩИl\1ИСЯ в растворе сульфата аЛЮl\lИНИЯ, 1\lorYT быть представ
лены слеДУIОЩИМИ уравнеНИЯl\1И:
[АН]2 S04 + 2F 2 [Ан1 F + soJ ;
lAH]2S04 + 2НСО з 2 [.4н] НСО З + SO .
Блаrодаря селеКТИВНЫl\1 свойстваы активированной окиси
аЛЮl\1ИНИЯ поrлощение фтор ионов происходит rораздо интенсив
ней, ЧСl\l бикарбОIIат ионов, неС:\10ТрЯ на то, что конuентраUИII
в растворе ионов НСО з обычно Hal\IHOrO БОLlьше, чеl'Л KOHцeHTpa
ции ионов F .
Экспериментаl\1И, выполнеННЫl\IИ во ВНИИ водrЕО, ДOKa
зана эквивалентность обмена F +НСО;з на ионы SO аНИОНII
" 1""
та; слсдовательно, в даННОl\1 случае II:\IeeT :\IecTo IIOHIILIII OO:\ICH
(рис. XVI.l).
Степень обоrащения воды СУ"lьФатаыи в процессе обесфтори
вания воды может быть ПРОИ,,1,,1I{)стрирована данныI\IIII СLlедую
щеrо эксперимент а: при содеР)J{ании в воде 5 .Н2/.2 фтор а II би
ка рбонатной щелочности воды 4 .1l2 Эf{в/.1 содср)J{аНIIе ионов
SOJ в фильтрате увеличиваLl0СЬ н а 1,7 2 .1l2 экв/.2.
419
I
I
I
r r T
I I
ri l
I I
+\
I I
I i
I I
I
/
.___CJ '
:}
}?
"'r
01
v ,
о
07
,
I , )
".0
.,.'
,' '"
",0 ф
· 0.,,0
JI""
,...,"
v ,
r
11
I
r-<J
..:::t-
r
)
..J
ri:
о са
.
...
l ' ....
00
I о .
I /"'\..
:
; . о
+ O
.
о "
! 80
I
t
I
t
I
t::::;:)
с:--..;
C"'J
........:
с:о
С:::::)
..:::t-
с:::::;
.........
11 /y)([ 2W zfJOf DШНJрdОJ rп JпнаflJJш/qg
'и/рх{ 2п g(J+ OJH j J'VОШНdgdОJ JПf.lJтОUZDи
440
t
...:j--
\..r:)
t::::::I
tr:> ,
,
с.с :о
--:.t-
t:::>
':::::J
C"J C:::'J
::t:
:t:
t::;)
t::
.()
...::t- ::::s
Ej..
с::>
t:::J...
t:::
с:)
E:
l..J
C"J
t::>
<
...:::t--
.......
......
u
:s::
о
9
......
::r::
c\:j
о
о...
.....
:s::
f--o .....
ro
('t')
(!) ..........
о..
,
:5 О
I::(VJ
о с)
с)
::r::
u
(!)
f--o
::а
:::.::
:s::
::r::
cv
о
о..
:=
r:;
:s:: ,......
.g.. :=
:s:: ::r'
о... О
t:::-!:-
(С":>
о
I U
::r::
о +
(/),
ro
::r::
'
о
U ::f
:r: о
+
I g
f--o
(!)
::r:: ro
(!)
:Е ::а
\о (у)
О ro
:= о
f--o t:::
u
О ro
::r:: :S::
(!)
r:;
ro
:S:: :s:
с::) ::r::
:s::
(т)
9
.......
..е- cv
c\j
с..
>
><
u
,..
........
ИЗ1\lенеНIIе показателеЙ качества воды в течение Фи,]ьтро
ЦИКЛ<l одноrо из экспериментов показано на рис. ХУI.2.
Из этоrо rрафика следует, что щелочность в начаLlе фильтро
цикла снизил ась с 4 до 2 Jн(! экв/л и постепенно нарастала до.
первонача,]ьноЙ величины. Соответственно концентрация SO -
в начаLlе цикла повыси.лась в среднеl\1 на 2 2,4 J:[(! экв/л и по ,
степенно уыеньшалась соответственно нарастаНИIО концентрации
бикарбонатных ионов. Величина рН исходной воды составляла 8
HCD J ,мz-эхб/л I 1 1 1"" I
щеI10l.iIlОC7lJ I.tСХООнои оооы
3,8
i
I )
....... ". I
А I
.yly
L I I
/ i I !
2,6 V I I i !
2,21\..11 ! I I ! . ,2
,L X .. "'..L.4
8,0 T pH и.схоонои 800Ь/ ./
1)8 t:J ... . ../
. .4 /'
'\,. "..
.. /'" " е
>--------,t Р "
З.4
!
SO/-MZJ
140
3,0
120
f м 2!Л
.
100
O
80
5
J)
/
3 /
/
(
'- . ........... O о
""':><:
o ) 04.8
() У I
. /о{"ИсхоtJноt1 Ооо13,
6
50
7.2
0.....0
2
40 6,8
20 б, 4
4
I
..w.....e...L
'1/, (1
1')
. """"
о
,
I
,
I
I
8 12 16 20 'iч 2В 32
ПfJоiJолжuтеЛt;ност6 rpuльтроdОtlU}f б 1/
РИС. XVI.2. 11зменеНIIе рН и концентраций F , НСОЗ- (ще.10ЧНОСТlI) и SO ""'"
в течение филыроцикла
1 щелочность фильтрата; 2 рН фильтрата; 3 содержание фтора; 4 СОДСрЖ:UIIIIе
2
5°4
ч
36
40
о
44 46
по в начале цикла снизил ась до 6,7 11 к середине ФИЛЬТРОЦIIкла
ДОСТIIrLтта первонача"lЫIОЙ величины.
ПРОДОLl)кительность Фильтроцик.]а определялась сни)кением
концентр QЦIIИ IIОНОIЗ p 13 Фи,]ьтрате до I3еличины l\IeHeC 1,5 Jl(!/ л
и в даННОЛI опыIеe состаПL1Я.п а 44 ч.
l(ак показали контрольные ХИl\Iические ан а"lИЗЫ, CO,JCP)I\Cl II IIe
в воде Х.,lоридных ионов, каL1ЬЦИЯ 11 1\IаrНIIЯ не ИЗ IеНЯ:IОСЬ.
u
1 аКII1\I оораЗО1\I, качество воды, получаеl\10II в результате
ФИЛЬТРОI3С1НIIЯ через ClI\ТIIвированную окись а"lЮ\IИНИЯ, отвсчает
требоваНIIЯ1\1 [ОСТ на питьевую воду.
441
в процессе эксплуатации установки нужно контролировать
повышение концентрации в воде ионов SO , имея в виду, что
соrласно rOCT 2761 57 содержание сульфат ионов в питьевой
воде не должно превышать 500 мс/л.
В отечественной практике для обесфторивания воды приме
няется активированная окись алюминия, изrотовленная по техни
чеСКИ 1 УС.l0ВИЯ;\1 lVlлП. l V lатериал этот rотовится не для целей
обесфторивзния воды, коl\1понснтыI ero проходят стадии обработ
ки, IIС требующиеся для обесфторивапия воды, поэтому получаю
щаяся активированная окись алюминия отличается относитель
но выIокойй стоимостью. Выпускаемая заводом активированная
OKi1Cb аиlIОМИНИЯ имеет зерна более крупные, чем это требуется
для заrрузки в фильтры обесфториваIОЩИХ установок. Поэтому
получаеl\1УЮ с завода активированную окись аЛIОМИНИЯ прихо
дится дробить, а затеl\1 отсеивать нужную фракцию. Эта опера
ния является трудоемкоЙ и нежелательной, так как она сопро
вождастся значительноЙ потерей сорбента вследствие ero из
мельчения.
Для заrрузки в фильтры рекомендуется активированная
окись алюминия с размеРОl\1 фракции 1 3 AtM. Насыпной объем
ный вес такой фракции в среднеNl равен 0,5 т/м 3 .
Обесфторивание воды l\10ЖНО производить В напорных или
открытых фильтрах. В обоих случаях желательно, чтобы филь
тры были оборудованы дренажами из щелевых колпачков.
Непосредственно на колпачки следует уложить слой KBapцe
Boro песка крупностыо 2 4 AtM (толщина слоя 100 150 мм) для
более равномерной работы дренажа, а затем активироваННУIО
окись алюминия.
Толщина слоя активированной окиси алюминия в напорных
фильтрах составляет 2 м (при содеР)I{ании в воде до 5 М2/Л фто
ра) и 3 ,Л,l (при содер)кании 8 10 М2/Л фтора). В открытых филь
трах высоту слоя сорбента ПрИНИl\IаIОТ соответственно 2 и 2,5 Jt.
ДЛЯ ВОЗl\'10)I{НОСТИ расширения сорбента при взрыхлении над
ero слоем в фильтре ДОЛ)I{на быть преДУСl\Iотрена водяная по
душка. Высота последнеЙ от верха сорбента до кроrvIКИ промыв
ных желобов (или сборной воронки в напорном фильтре) долж
на обеспечивать расширение слоя сорбента на 500/0 ero рабочей
высоты и, кроме Toro, должен оставаться запас высоты, равный
200 мм.
В связи с тем что сорбент реrенеРИРУIОТ КИСЛЫlVI paCTBOpOl\I
сернокислоrо аЛIОl\1ИНИЯ, внутренняя поверхность ФИ"lЬТРОВ
ДО"lл(на Иl\Iеть защитное покрытие из l\Iатериала, допущенноrо
орrаН3l\IИ rосударственноrо санитарноrо надзора для устройств
и соору}кений питьевоrо водоснаб)I{ения (наПРИIVlер, для напор
ных l\lеталлических фильтров покрытие лаКОl\I ВХЛ 4000, дЛЯ
открытых железобетонных фильтров штукатурка кислотоупор
HbIl\l цеl\1ентом или облицовка l\lетлахскоЙ плиткой с заде.1КОЙ
швов КИСЛОТОУПОРНЫl\1 материалом).
4 2
1,5 О/О ной концентр ации. Расход сернокислоrо r линозеl\Iа COCTaB
ляет 40 50 АI 2 (SО4)З на 1 задержанноrо сорбентом фтора.
Расход сернокислоrо rлинозема на одну реrенерацию опре
деляется по ФОРl\lУ"lе
G === qT (С исх Сер) Д К2 ( XVI.2 )
1ОЬ '
rде Д доза A1 2 (504) 3 В на 1 задержанноrо сорбентом фто
ра, ПРИНИ:\1аеlVlая р звной 40 50 2/2;
b содержание А1 2 (SО4)З в техническом сернокислом rли
lIозеl\Iе в о/о.
CorJ6eHT рсrенеРИРУIОТ путеl\1 пропуска раствора серНОКIIСЛО
ro тлинозеl\lа сверху вниз со скоростью 2 2,5 м/ч.
По окончании реrснераЦИII производят отмывку сорбента от
реrенераЦIIОНIIоrо раствора II продуктов реrенерации (IЗытеснен
Horo из сорбента ч)тора), ОТi\IЫПКУ ведут ПУТСl\1 подачи воды
снизу вверх с интеНСIIВНОСТЫО 4 5 л/./н 2 . сек. КОНТРО"lпропать
полноту ОТМЫВКII .лучше Bcero по содер}каНИIО аtilIОl\IИНII51 I3 OTlVIbI
ночной воде, а заканчивать OTl\IbIBKY следует при определении
качественной реакциеЙ с.'IедоI3 а.1Юl\IИНИ51.
В СI3ЯЗII с Te I что IIЗ каждоrо фильтра установки в процессе
фильтрования выходпт Бода с переl\Iенным содержаниеl\I фтора,
приходится в оБЩУIО ЛИНИIО фильтрата постоянно добавлять ис
ходную поду для подачи в резервуар воды с треБУIОIl еЙся KOH
центрацией фтора (}келательно O,7 1 JVl2/Л).
Количество добавляемой исходной воды следует опреде ять
в соответствии с периодичеСКИI\1II анализаl\'IИ на содерл{ClНИС фто
ра в обrпеl\1 фильтрате установки.
Количество добавляемой воды в о/о от общеrо расхода очи
u 1
щеннои воды опреде"lяется по срОрIVlуле
п === C:P Сй) 100, (XVI.3)
CH X Сф
rде ер реКОl\IIендуемое содержание фтора в воде, н аправля
еl\IОЙ потреб ител я 1\1, В JlЛ2/ л;
С ф концентрация фтора в общеl\1 фильтрате обесфтори
ваlощей установки n Аl /Л;
С 'cx содер}кание фтора в исходной воде в 1t2/Л.
Установки для обесфторипания воды l\IОЖНО аВТОl\Iатизиро
вать по прпнципу последовате.пьноrо осуществления операций
взрыхления, реrенерации, ОТ1\IЫВКИ и фильтрования по вреl\lени,
неоБХОДПМОl\IУ для ка)кдой из этих операции. Вреl\IЯ Д/IЯ кз}кдоЙ
операцпи устанавливается путеl\I предварительноrо ПрОI3сдения
контрольных фильтроциклов.
СпециаЛЬНЫl\I КОНСТРУКТОРСКИl\1 бюро анаЛИТIIческоrо прибо
ростроения в Тбилиси заканчивается подrотовка к серийному
выпуску прибора для aBTOl\1 атическоrо определения и записи co
держания фтора в поде. ПРИlVlенение этоrо прибора позволит
444
.автоматизировать станции обесфторивания воды на основе ее
качественных показателей.
Союзводоканалпроектом разработаны два типовых проек
та станций обесфторивания воды производительностыо до
3200 м 3 /сутки с наПОРНЫl\IИ фильтрами (рис. XVI.3) и произво
.дительностью 5000 8000 м 3 /сутки с открытыми фильтраl\tlИ.
Рис. XVI.3. План станции обеСфТОрllвания подземной воды ПРОJIзводитель-
IIОСТЫО дО 3200 M 3 jCYTKU (rпи Союзводокапалпроект)
1 насосная станция 11 подъема; 1 баки :\loKporo хранения 17% -Horo раствора сер-
Покислоrо r.lш-юзема; 2 растворные баки; 3 J3()ЗДУUНIO распредс.'1И rеlЫlая система;
4 резеР13уары взрыхления; 5 насосы Д.ая перекачки раствора коаrУ.l5IIпа; 6 на-
cocы-д() aTOpы; 7 воздуходувки; 8 насосы Дvl I взрыхления сорбента; .9 Н,Ш0рные
фИJ1ЬТРЫ, заrруженные сорбентом; 10 подача Ii 3 баков 17% -Horo раствора А!2( 504) 3;
J 1 подача исходной ВОДЫ; 12 из ре1ервуаров взрыхления; 13 сброс второЙ пор-
ции отмывочноЙ воды В резервуар 13зрых.1СНШ1; 14 из резервуара обесфторенноfi
воды; 15 из отмывочных резервуаров; 16 I3 канализацию; 17 в резерrзуар обес-
ФтореНIIОй ВОД!,!; 18 нз резерrз) ара 06есф rоренноЙ rюды; 19 к потрсбите.1IO
Станция производительностью 3200 .At 3 /CYTKU с наПОРНЫl\IИ
фильтрами предназначена для обесфторивания подзеl\Iныlx под,
не содер)кащих взвешенных веществ.
Исходная вода проходит через напорные фильтры, заrружен
ные активированной окисью алюминия, фильтрат направляется
в резервуары очищенной воды.
445
ПоступающиЙ на стаНЦИIО сернокис,]ыЙ rлинозем из aBTO:\ICt
/"" (., ,
шин р ззrру)кзется в раСТП0РНЫС 0ЗКИ, З3.1ивается водон II 03 p
ботирустся сжаТЫl\I ВОЗДУХОl\I. Раствор с концентрацией
A1 2 (504) 3 около 17% перекаЧИIЗаеТС51 в баки для l\IOKpOro xpa
нения, откуда насосаl\1и дозатораl\IИ подается для реrенсрации
сорбента. В наПОРНУIО линию реrенерационноrо раСТIЗора пода
ется вода ;l lЯ разбаВ lСНИ51 17% IIoro раствора до ero KOHиeHTpa
ци и 1 1 ,5 О/о .
Последняя четпе[)ть объеl\Iа воды от ОТl\1ЫВКИ фильтров Ha
правu1ЯСТСЯ в баки и ИСПО lьзуеТС51 для взрыхления сорбента. По
подсчета ы СОЮЗВО,J,окаIIа lпроектз, обссфторивание 1 .н З ВО-1Ы С
содерл{"hнием фтора 5 J1l2/Л обходится около 4 коп.
Обесфторивание воды rидроксилапатитом. ВОЗl\lО КIIОСТЬ,
очистки водыI от фто[)а сорбциеЙ ero l\lалораСТВОРИlVIЫl\III фосфа
тами (трикз,,1ьциЙфосфаТОiVI, rидроксилапаТИТОl\l) была YCT3HOB
лена рЯДОl\l ИСС lсдоваТС.IIеЙ 18 и 9].
Во ВНИl/I водrЕО БLI lИ проведеныI исследования по обес
фториваНИIО БОДЫ фильтроваНИСI\1 через зернистыЙ rидроксил
апатит [2], получеIIIIыIй ПУТС:\I обработки отфильтрованноrо pac
твора техническоrо суперфосфата аМl\lиаком или еДКИl\1 HClTpOM.
ОбраЗУIОЩИЙСЯ осадок ОТl\Iывали, сушили при теl\1пературе 1100 C
дробили и отсеивали HY)KHYIO фракцию крупностыо 1 3 .Н.Н J,ля
заrрузки в фильтры. ТаКИЛl обраЗОl\I, получали rИДРОКСИ lапатит
состаIЗа Са а (РО4) (). Са (ОН) 2.
rидроксилапатит при обесфторивании IЗоды деЙствует, по ви
ДИl\10МУ, как се"lСКТИВIII)IЙ IЗ отношении фтор ионоIЗ анионит, из
бирате УIьное деИСТБИС KOToporo оБУС,}10В"lено обр азование:\I :\Ia,,10
растворимоrо фторапатита по реакции
[Са9 (РО 4 ) 6 Са ] (OI I) 2 + 2P [Ca9 (РО 4 ) 6Са]Р 2 20I I . (X\ I.4)
ДЛЯ реrенерации сорбента через заrрузку фильтра пропу
скают 1 о/о ныЙ раствор едкоrо натр а и переВОД51Т фторап 3TIIT в
rилроксилапатит:
[ С 39 ( Р о 4) 6 С а] F 2 f 2 О I I [ с а 9 ( Р 04) 6 С а] ( о I ) 2 + 2 F . С\ \ у 1 .5)
I\патит мо)кет быть такл{е заряжен обмеННЫl\1 карбонатным
ионом путеl\I пропуска через rидроксилапатит IЗоды, насыщенной
уrлеКИСJIОТОЙ:
[Са9(РО4)6Са](ОН)2 1 СО2 [Са9(РО4)6Са]СОз + Н 2 О. (X\TI.6)
.i\.патит в ка рбонаТIIоiJr фОрl\Iе обладает более высоко{! об:\Iен
ноЙ способностыо по сраВНСНИIО с rИДРОКСИJIапаТИТОl\I, ПО IЗIIДИ
l'vl0l\IY, IЗС,lСДСТI3IIе Toro, что при переходе IЗ фИ lырат IIOHOI3 CO
зна чеНIIе pI ! (pII lbТr 31' а ПОI3ыш ается l\lеIIьше, чеl\I прп пос rУП lе
пии n фильтрат 01 I ионов. ЭксперII:\IСIIтаl\III устаIIОIЗлено, что pe
акция ионноrо обl\1ена с поr 10ЩСНИС:\I апаТIIТО:\I IIОНОIЗ фтора
идст ТIучше при низких значениях рН, при которых ПрОТIIПОIIОНЫ
В фильтрате (OH ) СI3язываIОТС51 в IЗоду.
446
По эксперимента"lЬНЫМ данным ВНИИ водrЕО, рабочая
емкость поrлощения фтора rидроксилапаТИТОlVl при скорости
Фи.lьтрования 5 JН/Ч КО"lеб"lется в пределах 4 6 К2 фтора на 1 т
сорбента. Насыпной вес rидроксилапатита с крупностью зерен
I З МА-! около 0,8 T/Jt 3 . Расход едкоrо натра на реrенераЦИIО rид
роксилапатита состаВ,lяет 100 К2 на 1 К2 поrлощенноrо сорбеНТОl\I
фтора.
Отмывку сорбента пос е реrенерации предпочтительно про
водить TOKOl\1 воды снизу вверх с интенсивностью 7 8 л/м 2 . сек.
Продолжительность ОТ:\IЫВКИ составляет ЭО 45 мин.
Сорбция фтора осадком rидроокиси алюминия. У да,lение
фтора из БОДЫ может быть достиrнуто сорбцией ero осаДКО1VI
rидроокиси алюминия, образующимся при обработке IЗ0ДЫ cep
нокис.пым rлинозеМОl\1.
4
l
l
з
1 t
CC;:)
$'<> 1
Cj
S
<::5
I
!;
i
I
I
l
-!
Н; I
7 8
I
i
I
5
б
jJ н дооы
Рис. XVI.4. Зависимость остаточноЙ концентраЦИII
фтора от рН воды [начальное СОДСРiкзние фтора
в BOrl,C 5,6 мс/л, доза AI2(S04).3 200 .М2(Л]
I/IССvlедования, проведенные во ВНИИ водrЕО, показали,
...J:TO сорбция фтора из воды осаДКО:\I, обраЗУIОIЦИl\1СЯ при BBeдe
нии в поду сеРНОКИС,,10rо 3ЛIОl\'IИНИЯ, I3 БОЛЫllОЙ степени зависит
от ве"lИЧИНЫ рН воды (рис. XVI.4). По l\/Iepe СНИ:lкения значе
ниЙ рН I3 интервале от 8 до 5 при одинаКОI30Й дозе I3I3еденноrо
в воду cepHOKIIC,,1]OrO Cl,lIОI\IИНИЯ эффеКТИI3НОСТh обесфторивания
возрастает. Это объясняется, I3ероятно, Tel\I, что состаrз осадков,
оБР[iЗУIОЩИХСЯ ПрII rИДРО"lизе сернокис.поrо (lЛIОl\IИНИЯ, различен
при различных веЛIIЧIIнах рН. По :\Iepe сни)кенин зн ачения р 11:
уве,]IIчивается уде,]ьное содер)кание I3 осадке основных сульфа
ТОЕ аЛЮ IИНИЯ и У:\Iсньшается содеР:lК(lние I3 HelVI rИДРООКIIСII
Al (ОН) 3: ПQС"lедняя, ПО ВИДИl\10:\IУ, сорбирует фтор хуже, ЧС:\I
основной су.1Ьф3Т а,lЮl\IIIНИЯ.
РеЗУ,lЬ1 аты опытов показали, что обесфторивание Iз0ДЫ цe
<J'1есообразно вести в зоне значениЙ рН == 5 5,5, т. е. с предвари
те,lЬНЫ:УI ее подкислениеы и с послеДУIОIlПIЫ ПОДULе.13ЧИВ3IIие:\1
обесфторенной воды перед фИvlьтрами для сни}кения ее KOppO
зионности. При обесфторпвании воды при значении рН == 5 : 5,5
расход сеРНОКИС,10rо 3"lЮ:\IIIНИЯ на сни}кенис содержания фтора
447
с 5 до 1 М2/Л составляет 40 50 М2 А1 2 (SО4)З на 1 МС! удаленноrо
из воды фтора (рис. XVI.5). Эти данные подтверждаются опы..
том работы установки для обесфторивания воды, введенной в.
эксплуатацию в [. l,Т1a Kpocce (США) в 1956 r.
В связи с большим расходом сернокислоrо rлинозема [напри
мер, 200 М2/Л А1 2 (SО4)З при содержании фтора в исходной воде
5 М2/Л] нужно, чтобы вода имела большую щелочность, при не..
достатке же щелочности придется воду дополнительно подще..
лачивать.
Б
с:)
:з:::
4
з
(.j9,)
2
,
о
20 4D 50 80
Расхоо А 1./ SD 4 ) з IJ t18 но / /18 фтора
Рис. XVI.5. Зависимость остаточной KOIIцeH
ТР(lЦИИ фтора в IЗ0де от удельноrо расходз.:
сернокислоrо алюминия
Данный метод следует рассматривать как КОRКУРlfРУЮЩИЙ с
методом обесфторивания БОДЫ фильтрованием через аКТИБИРО"
Банную окись аЛIОМИНИЯ в тех случаях, коrда осветлители и пес..
чаные фильтры неоБХОДИl\IЫ также для очистки ВОДЫ от взве
шенных веществ и соединений, вызывающих ее цветность.
Таким образом, метод обесфторивания БОДЫ сорбцией осад"
ком rидроокиси 3.,lЮ:\IИНИЯ (или осадками основных солей алю..
f\'IИНИЯ) l\lo)J(eT применяться для очистки воды из поверхностных
источников водоснабжения.
Сорбция фтора осадком rидроокиси маrния. Очистку BOДЬ
от фтора путем ero сорбции свежеосажденной rидроокисыо Mar..
ния l\10)KHO применять при необходимости одновременноrо Уl\Iяr..
чения воды.
СНИ)Еенис содер)кания фтора в воде при ее у:,ляrЧСIIИИ извест"
кованиеl\l наБЛlодается на ряде водоумяrчительных станций. Так,
на ВОДОУl\lяrчитеL1ЬНОЙ станции [. БаЛТИl\10РЫ содержание фтора
в воде снижается с 2,1 до 1,6 .Л12/ л, при ЭТОl\1 В осадок выпадает
1, 15 Аl2 экв/л rИДРООКИСI:I маrния, сорбирующей из воды фтор.
На ВОДОУl\lяrчите"lЬНОЙ станции [. Стерлинr Б осадок выпадает
2,2 .ЛI2 экв/л Mg (ОН) 2, сорбируя из воды 0,8 /vt2/Л фтора.
448
Проведенные во внии водrЕО исследования показали, что
процесс сорбции фтора Mg(OH)2 идет достаточно быстро, прак
тически не зависит от температуры и при концентрации фтора
в воде 4 5 J12/Л заканчивается через 8 lO МИН.
НаИЛУЧШИ 1 образом сорбционная способность rидроокиси
маrния используется при пропуске обесфториваемой воды через
осветлитель, во взвешенном слое KOToporo накапливается rидро
ОI{ИСЬ 1 аrния.
l1g SO
/2
ф:
з
......
,
BOдiiНa
сЮесфто СаСО
f)l/{JoHue з
OёO'ioK I19(ОН)2 +F
Ри . XVI.6, Схема установки для обесфторивания воды
сорбцией rидроокисью маrния
Расход маrнезиальных солей для получения достаточноrо KO
личества свежеосажденной в осветлителе rидроокиси маrния co
ставляет около 2 М2 экв на 1 М2 удаляемоrо из воды фтора.
Поскольку в воде, в которой содержится фтор, может OKa
заться лишь небольшое количество маrния, то при удалении фто
ра из воды рассматриваемым способом придется в нее вместе
с известью вводить сернокислый или хлористый маrний. Коли
. чество соли маrния Дмg, которое нужно добавлять к воде, можно
определить по формуле
дмg == е {2 [(F) 1] (Mg)} М2/Л,
(XVI.7)
rде (F) концентрация фтора в обрабатываемой воде в )И2/Л;
(Mg) содержание маrния в воде в М2 экв/л;
2 расход солей маrния в М2-экв на удаление 1 мс
фтора;
е эквивалентный вес вводимой в воду соли маrния;
величина е равна: для MgCI 2 47,7, для MgC1 2 8
.6H20 101,65, дЛЯ 1\1gS04 60,2, для MgS0 4 8
· 7Н 2 О 123,25 М2/ М2 экв.
29 745
449
НеоБХОДИl'.10е для осаждения rидроокиси l\lаrния КО"lичество
извести l\10жет быть определено по фОРМУ"lа:\1, приведенным в
rлаве XI.
Схема установки для обесфторивания воды сорбцией свеже
осажденной rидроокисыо l\lаrния приведена на рис. XVI.6.
Обрабатываемая вода проходит через вихревой реактор 1,
в КОТОрО:\1 при смешивании воды с извеСТКОВЫl\I МОЛОКО I Bыдe
ляется основная масса карбоната кальция. В прошедшую peaK
тор воду вводится раствор хлористоrо или сернокис оrо маrния
и вода поступает в осветлитель 2. Находящаяся во взвешеННО:Vl
слое осветлителя rидроокись маrния сорбирует из воды фтор.
После осветлителя вода поступает на фильтры 3.
При проектировании установок этоrо типа следует применять
осветлители с распределением воды ОПУСКНЫl\IИ трубами, KOTO
рые в процессе эксплуатации можно прочищать от отложений
карбоната кальция. Расчетную скорость Босходящеrо потока BO
дЫ в зоне осветления следует ПРИНИl\lать 0,2 O,3 Jtl/Jll/ сек.
3. ФТОРИРОВАНИЕ ВОДЫ
При фторировании воды доза фтора в каждом отдельном
случае назначается орrанами rосударственноrо санитарноrо
надзора в зависимости от ero содержания в воде источника
водоснабжения и климатических условий данноrо населенноrо
пункта.
Обычно требуемое содержание фтора в питьевой воде в усло
виях YMepeHHoro климата составляет 0,9 1 М2/Л, в условиях
жарко[о климата 0,7 0,8 М2jл. Обработка воды дол)кна про
изводиться таким образом, чтобы фактические концентрации
фтора в питьевой воде, определяемые контрольными анаЛIlзами,
отличались от заданной концентрации не более чем на 0,1 .Аt2/Л.
Для фторирования воды может быть ПРИl\Iенен целыЙ ряд
peareHToB, выпускаемых отечественной ПрОI\Iышленностью,
кремнефтористые натрий и аlVIМОНИЙ, фтористый натриЙ, KpeMHe
фТОРИСТОI30дородная кислота (табл. XVI.l), фтористый кальций.
Соrласно исследовзния:м r. А. Степаненко [3], все приведен
ные Б табл. XVI.l peareHTbI с rиrиенической точки зрения paBHO
ценны, если их дозировать в воду в количествах, дающих равные
концентрации фтора в воде.
КреhlнефТОрUСТblЙ натрий мелкий порошок белоrо цвета,
иноrда с желтоваТЫl\1 оттенком. При хранении в закрытоЙ таре
не слеживается, влаrу не поrлощает. ПостаВ"lяется в фанерных
барабанах или деревянных бочках еl\IКОСТЬЮ 40 50 л.
Кре.л1нефТОрUСТblЙ а.ЛtАtОНUЙ порошок бе,,10rо цвета с розо
BbIl'.1 или жеЛТЫl\1 оттенком. При хр анеНИI1 поrлощает В"l ary и
слеживается. Поставляется в фанерных барабанах или д-еревян
ных бочках емкостью 40 50 л. При перевозке BaroHa:\III без пе
-450
Т а б л и ц а XVI.l
Характеристика фторсодержащих peareHToB
Показатели
Кремнефтористый I
О.
с'1 ФтористыЙ HaT Е--и
натри й I Ф И:s:
Na 2 S iF 6 :s::::>: I рий NaF ::S::
0..:5 CI) (rOCT 2871 67) о.. CI)
(rOCT 37 66) O OD::
Е-- С'\3.....
:E(/) -e.::r:(/)
:::: Е-- Q):E ,...-j == Е-- с) i
Е-- о.. :I: с'\3 :s:: Е-- о.. ....0
.... .....0..
::: Е-- о.. О :Е...... ..,.u 3f-< о.. О :ЕоС':3
о и с) ' ::r:: о t) с)
и о.. и o....QZO (,)0.. (,)
:з о t,--, :ДО 0..00
И И
188 178 42 144
98 I 95 I 93 93 94 84 80 8 11
60,6 64 45,2 79,2
59,4 I 57 ,6 I 56,4 59,6 42,41 38 136,2 6,3 8,7
1 , 68 I 1 , 7 4 I 1, 78 1 ,71 2 ,36 I 2,63 I 2, 76 15,9 11,5
Молекулярный вес. .
Содер;,кание чистоrо
вещества в техническом
продукте в о/о. . . . .
Содержание фтора в
чистом веществе в о/о . .
То же, в техническом
продукте в о/о . . . .
Количество техниче
CKoro продукта, COOTBeT
ствующее 1 с фтора, в с
Растворимость в воде
в с на 100 с воды при
температуре в ОС:
О . . .
20
40
4,3
7,3
10,3
109,5
186
231
35,3
41 ,7
44
p I раствора
3,5 4
(насыщенноrо)
7 1,2
(насыщенноrо) (1 b Horo)
реrрузки в пути допускается упаковка в мноrослойные l\1ешки из
крафт БУl\1аrи.
При применении для фторирования воды кремнефтористоrо
а:м.мония увеличивается концентрация в воде ионов NHt, и это
отражается на хлорировании воды в связи с образованиеf\.1 хлор
аминов.
Фтористый натрий порошок белоrо или светло сероrо ЦBe
та. Поставляется в стальных барабанах весом 50 150 К2, дepe
вянных бочках весом 130 150 К2 или фанерных барабанах ве..
сом до 50 К2.
Фтористый натрий отличается значительно большей paCTBO
РИlVIОСТЫО по сравнению с растворимостью кремнефтористоrо
натрия, что позволяет уменьшать емкость затворных и paCTBOp
ных баков. При приrотовлении концентрированных растворов на
жесткоЙ воде образуются осадки фтористых кальция и маrния,
выпадающие в растворных баках. Чтобы избежать потери реаrеи-
та на обр азова ни е осадков, растворы фтористоrо натрия peKO
мендуется rотовить на воде, умяrченной N а катионированием.
KpeJl!-lефтористоводородная кислота бесцветная жидкость
29*
451
с резким запахом может быть получена для целей фторирова
ния воды с заводов в виде промежуточноrо продукта производ
ства фторсодержащих солей (концентрация 8 11 о/о). KpeMHe
фтористоводородная кислота отличается коррозионной активно
стью в отношении металлов, транспортировать и хранить ее
нужно в защищенных от коррозии (наПРИl\Iер, rУl\I:\IироваlIием)
баках и цистернах.
Фтористый кальций дешевый peareHT, но отличается край
не lVlалой растворимостью в воде. Он хорошо растворяется в кис
лых средах, в том числе в растворе обычно применяе:\10rо на BO
доочистных станциях коаrулянта сернокислоrо rлинозе:\lа. В 1 л
10#0/o Horo раствора A1 2 (S04)3 растворяется 20 с фтористоrо каль
ция, такой раствор содержит 10 с/л фтора.
При фторировании воды следует иметь в виду, ЧТО фтор cop
бируется осадками rидроокиси алюминия и rидроокиси 1\lаrния,
поэтому вводить фтор на водоочистных станциях НУ)КНО после
ПО.пноrо удаления из воды хлопьев rидроокиси аЛЮl\IИНИЯ, т. е.
после фильтров, но перед введением хлора в фильтрованную
БОДУ.
Если фторируется вода, умяrченная известью или известью
и содой, ТО вводить фтор следует также в фильтрованную воду.
В тех случаях коrда фторирование производится с примене
нием кремнефтористоrо аммония и аммонизации воды (напри
мер, для предотвращения хлорфенольноrо запаха) не требуется,
лучше вводить раствор кремнефтористоrо аl\IМОНИЯ во всасываю
щую трубу насосов 11 подъеl'.1а, т. е. после резервуаров чистой
воды, в которых осуществляется в течение необходимоrо BpeMe
ни контакт воды с хлором. При такой последовательности об
работки воды достиrается более эффективное ее обеззара)кива
ние ХЛОрОI\I, а не хлораминами.
Если же для борьбы с хлорфенольным запахом требуется aM
монизация, то кремнефтористый аммоний можно вводить в воду
перед первичным хлорированием, но в этом случае нужно учи
тывать потерю части фтора, сорбируемоrо коаrУЛЯНТОl\I. Эта по
теря составляет около 0,02 мс фтора на 1 МС A1 2 (S04) 3. П ри BBe
дении креl\lнефтористоrо аммония в воду перед ВТОрИЧНЫl\'1 хло
рированиеl\1 контакт хлора с водой в резервуарах чистой воды и
водоводах до поступления воды к ближаЙШИI\1 потребителям
должен быть не I\1eHee 1 ч.
Фторирование воды может ПРОИЗI30ДИТЬСЯ дозированиеы как
растворов фторсодержащих peareHToB, так и сухих порошкооб
разных peareHToB.
НеоБХОДИl\Iая доза фторсодер}кащеrо peareHTa !1. l\10жет
быть рассчитана по фОРl\Iуле
Д [ (F - )] 100 100 ' (Х 1 8)
ф == па 'К · Сф .ме л, V ·
rде п коэффициент, зависящий от l\leCTa ввода фторсодержа
452
щеrо peareHTa в воду; при вводе в очищеННУI{) воду
п == 1, а перед фильтр ами или контактными освет лите
лями п==l,l;
a ну)кная концентрация фтора в питьевой воде в JНС/Л
(см. выше);
(F ) содержание фтора в исходной воде в М2/Л;
К содер)кание фтора в чистом веществе примеНЯС 10rо
peareHTa в О/о (см. табл. XVI.l);
с. содер)кание чистоrо фторсодержащеrо вещества в Tex
ничеСЕО:'\fI продукте R О/о (см. таб,}1. XVI.l).
I
I
/ JZ
8
/
5
б
4 7
В OOjJCt5DfТ7bj ofM fC
oO(/
//
'"
в rОNL7/1uза ии 10
Рис. XVI.7. Схема установки Д.1Я фторирования воды с сат)
ратором
На рис. XVI.7 показана схема установки для фторирования
воды, действующей в Норильске [1 и 6]. С помощы{) этой YCTa
новки обрабатывается 1500 J'J;[3/ Ч речной воды. Эта вода прохо
дит через бачок с шаровы:м краном 1, с помощью KOToporo под
держивается постоянный напор, и далее, проЙдя рота:\lетр 2, по
ступает I3 НИЖНIОЮ часть сатуратора 3. Здесь постоянно должно
находиться около 10 К2 креl\lнефтористоrо натрия. Проходя сни
зу вверх через слой креl\'lнефтористоrо натрия, вода ero paCTBO
ряет и в виде раствора с концентрацией фтора, близкой к COCTO
янию насыщения, проходит через отстойную часть сатуратора 4.
Расчетная скорость восходящеrо движения воды в отстойноЙ ча
сти сатуратора принята 0,1 )H H/ceK.
Раствор креl\Iнефтористоrо натрия собирается на выходе из
сатуратора дырчатоЙ трубоЙ 5 и поступает через воронку б и
Ш"lзнr 7 в обрабатывае:VlУIО rз0ДУ. По мере израсходов аlIИЯ KpelVI
нефтористоrо натрия запас ero в сатураторе попо няется через
воронку 8 и Ш"lанr 9. Для I1Зl\IереНIIЯ теl\lпературы исходной BO
дЫ, поступающеЙ I3 сатуратор, и раствора кре:\Iнефтористоrо
натрия ИJ.\IеIОТСЯ теРl\10:четры 10. Для контроля за Н3Llичиеi\1 Kpel\r
453
нефтористоrо натрия в сатураторе с.пу)кит пробоотборный кран
11. Во избежание сифонирования воды по трубе, па котороЙ
устаНОЕ.1.ен ротаметр, имеется воздушник 12. Расход воды через
сатуратор реrулируется BeH
ти.,тlеl\1 13.
По данным эксплуатаци
oIIHoro контроля, KOHцeHT
рация фтора в питьевой BO
де Норильска составляет
O,6 1 .flil2/ л.
Iедостаткаl\IИ данной
установки ЯВЛЯIОТСЯ rpo
I\IОЗДКОСТЬ сатуратора, обус
,,10вленная малой восходя
IlLей скоростью движения в
пем )кидкости, колебания
стеIIени насыщения paCTBO
ра фтора в заI3ИСИМОСТII от
колебаниЙ температуры BO
ДЫ, а также неоБХОДИl\10СТЬ
ручной заrрузки через BO
ронку предварительно CMO
ченноrо в воде кремнефто
ристоrо натрия. Последнее
обстоятельство нарушает
требования техники без
опасности о проведепии всех
операций таким образом,
чтобы обслуживающий пер
сонал был защищен от пыли
ядовитых фторсодержащих
peareHToB. Большее распро
странение получили YCTa
повки для фторирования BO
ДЫ, в которых используется
раствор фторсодержащеrо
peareHTa, приrотовленныЙ в
растворных баках.
11a рис. XVI.8 представ
лена установка, запроекти
рованная Ленинrрадским
отделением института rип
рокоммунводоканал по pe
комендаЦИЯl\f ВНИИ
водrЕО. Эта установка
построена при водоочистной
станции с контаКТНЫl\IИ oc
веТ.llIтеtJ1ЯМИ в Л\Ур:\Iанске.
ш ш
л
1,
д //
I l
Il
1 :
11
11
f 11
11
11
11
11
Ш
Л lI
ш,о
а
шL..
Рис. XVI.8. Установка для фториро
ваНIIЯ ВОДЫ с paCTBOpHbIl\HI бакаl\lI!
а труБОПРОI30Д Д.1Я раствора кре;\1нефто
ристоrо натрия; б водопровод; в KaIIa
ЛIIзация
454
Установка предназначена для фторирования воды 13 КОL1IIчест
ве 70000 JИ,3/СУТКU И рассчитана на ИСПОЛЬЗОВ(1ние 13 качестве
фТО{Jсодер:tкащеrо peareHTa кремнефтористоrо натрия.
Раствор кремнефтористоrо натрия rотовится в двух paCTBOp
ных баках 1, в которые креJ\lнефтористый натрий из бункеров
поступает через дозаторы 2. Последние обеспечивают подачу для
каждоrо растворения опредеtJlенной порции peareHTa. В баках
имеютсн лопастные l\lешалки 3 (п == 60 06/ hlUfi). После paCTBO
рения peareHTa, продолn{ающеrося 2 Ч, раствор отстаивается.
ОсвеТtllенная n{ИДКОСТЬ из каждоrо pacTBopHoro бака отбирается
сверху с помощью шланrа 4, прикрепленноrо к поплавку 5. Pac
твор кремнефтористоrо натрия дозируется через дозировочные
бачки 6.
В зарубежной практике фторирования воды большое распро
странение получили дозаторы сухих порошкообразных peareHToB
как объемноrо, так и necoBoro типа.
В СССР установка с объемныl'Л дозаТОРОlVl ДY l для дозиро
вания cyxoro порошкообразноrо кремнефтористоrо натрия CMOH
тирована на одной из водопроводных станций в Ленинrраде.
Поступающий на эту установку в бочках порошкообразный
кремнефтористый натрий с помощью пнеВlVIотранспорта пере
lVlещается 13 ваКУУl'л бункер и из Hero пересыпается в бункер доза
т.ара дy 1. ОТ:\lсренныЙ дозаТОРОJ\I порошок .леНТОЧНЫ:\l TpaHC
портером передается в НИЖНIОЮ часть растворной Kal\IepbI, куда
непрерыnно подается вода через сопла, расположенные так, что
пода в камере приобретает вращательное движение. rотовый
раствор отбирается в верхней части камеры насосом и перека
чиnается к :месту введения в обрабатываемую воду.
Дозирование растворов фторсодерn{ащих peareHToB или cy
хих порошкообразных peareHToB желательно автоматизировать
с TelVI, чтобы количество подаваеlVl0rо раствора или peareHTa бы
.ло пропорционально изменению расхода обрабатываемой воды.
Более совершенным является принцип автоматизации, обе
спечивающий поддержание заданной концентрации фтора в
питьевоЙ поде, несмотря на колебания расхода обрабатываемой
воды, содержание фтора в ИСХОДНОЙ воде и изменение ero KOH
пентрации в приrотовлеIIНО:.УI растворе фторсодержащеrо
peareHTa. Такая систеJ.\;Iа автоматизации l\Iожет быть осущест
влена на осноnе разрабатываеl\lоrо СКБ аналитическоrо при
боростроения (Тбилиси) автоматическоrо анализатора фтора.
л ИТЕРЛТУРА
1. А к С 10 К А. Ф., В е р 111 II Н II JI А. А., J1 ю т О 13 А. В., А х :\1 (l Д у л и
п а М. С. Опыт фторироваНIIЯ водопроводноЙ ВОДЫ R СССР. «rlIПiена И ca
нитария», 1963, .1\'2 1.
2. А п е.п ь ц II II :И. Э., 3 0.1 О Т О В а Е. Ф. Фп.1ьтраlОIОIIныiI :\1етод ОЧПСТ-
ки ПlIтьевой ВОДЫ ОТ фтора. В с6.: «НClучные сооБII еНJIН. (ВОJ,ОСIIабiкение)>>.
уlз,J,. внии водrЕО, 1960.
4f55
3. rабович Р. Д., fIиколадзе [. И., Савельева Н. п. Фтори-
рование и обесфторивание питьевой воды. «Медицина», 1968.
4. 3 о :1 о т о в а Е. Ф. Рекомендации по проектированию и эксплуатации
установок по обесфториванию питьевой воды фильтрационным методом. Труды
RJ1ИИ ВОДrЕО, вып. 3, 1963.
5. Л У р ь е Ю. Ю., Рыб н и к о в а А. И., Н и к о л а е в а З. В. Очистка
воды от фтора. Изд. ВНИИ водrЕО, 1952.
6. Л ю т о в А. В. Установка для фторирования воды. «Водоснабжение
и санитарная техника», 1962, М2 11.
7. В о r u f f С. S. Remoyal of fluorides from drinking \\Taters. Ind. Eng.
Chem., 1934, 26, М2 1.
8. C i 11 i е G. а., Н а r t О. О., S t а n d е r а. J. DefIиoridation of water
supp1ies. J ourn. of the Institution of Water Engineers, 1958, 12, М2 3.
. 9. М а i е r F. J. Defluoridaiion of municipal \vater supplies. JA WW А, 1953,
45, М28.
10. М а i е r F. J. Мапиеl of \\Tater fluoridation practice. N. У., 1963.
11. S а v i n е 11 i Е. А., В 1 а с k А. Р. Defluoridation of water with activa-
ted alumina. JAWWA, 1958,50, М2 1.
12. S \V о реН. а., Н е s s R, Н. Removal of fluorides fronl natul'al \\,7aters
Ьу defIuoride. Ind. Eng. Chem., 1937, 29, р. 424.
rЛАВА XVII
УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ РАСТВОРЕННЫХ rАЗОВ
1. РАСТВОРИМОСТЬ rАЗОВ В ВОДЕ.
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ ИЗ ВОДЫ
РАСТВОРЕННЫХ rАЗОВ
Природные воды, как правило, содержат значительные коли
чества растворенных rазов кислорода, азота, уrлекислоты. Pe
)ке в них содержится сероводород, метан и друrие rазы.
В связи с тем что растворенные в воде кислород, уrлекислота
и сероводород повышают коррозионность воды, а сероводород
и метан придают ей неприятные привкусы и запахи, в ряде слу
чаев возникает необходимость удаления из воды растворенных
rазов.
Растворимость разных rазов в воде, следовательно, и пре
дельные их концентр ации весьма различны (Cl\I. r л аву 1).
Зависимость коэффициента абсорбции кислорода, cepOBOДO
рода и уrлекислоты от температуры приведена на рис. XVII.l.
В практике применяются физические и химические методы
удаления из воды растворенных rазов.
Физические методы удаления из воды растворенных rазов
основаны на контакте BOДЫ содержащей растворенный rаз с воз
ДУХОlVI (аэр ация) или друrим rазом, па рциальное давление в KO
TOpOl\1 удаляемоrо rаза очень мало, и на создании таких усло
вий, при которых резко снижается растворимость I3 воде удаля
eMoro rаза.
С помощью аэрации обычно удаляют из воды растворенные
уrлекислоту, метан и сероводород.
Растворенный кислород аэрацией из воды удалить нельзя,
так как парциальное давление ero в воздухе достаточно BЫCO
ко вода при длитеЛЬНОl\1 контакте с ВОЗДУХОI\1 содержит при
теl'vlпер атуре 15° С около 10 .Не/ л pacTBopeHHoro кислорода. По
этому растворенный кислород удаляют из воды либо кипячени
eivI (при ат:мосферном даВvlении или в вакуу:ме), либо ХИI'vlиче
СКИl\/IИ методами.
При HarpeBe воды до теl\lпературы кипения растворимость
rазов в ней снижается до нуля. ПОЭТОI\IУ кипячениеl\1 воды при
аТl\lосфеРНО 1 даВ"lении или в вакууые, коrда температура кипе
457
ния снижается, l\IОЖНО удалить из воды все pacTBopeHHLle rазы,
в TOl\1 числе и кислород.
Уда"lение из воды растворенных rазов физичеСКИi\1И lVlетодаl\1И
осуществляют: а) в брызrальных бассеЙнах, в которых обраба
тывае:Vlая вода разбрызrивается в воздухе с ПОl\10ЩЬЮ специ
альных разбрызrивающих насадок; б) в пленочных деrаззторах,
в которых обрабаТЫI3ае
l\lая вода стекает сверху
вниз тонкоЙ пленкоЙ по
поверхности насадки из
деревянных реек, кокса
или колец Рашиrа, OMЫ
ваеыых ПОТОКОlYI движу
щеrося снизу вверх воз-
духа; в) в барботажных
деrазаторах, в которых
вода продувается сжа
тым воздухом, подавае
lYIbIM в нижнюю часть дe
rазатора через тонкопо
ристые фильтросные
плиты или трубы; [) в
пенных деrазаторах, в
которых пода, двиrаю
щаяся rоризонтально по
дырчатым листаl\Л, IIРОДУ
вается воздухом, пода
ваемым вентиляторо:м
под эти листы; д) в Ba
куумных деrазаторах, в
которых с ПОlYIОЩЬЮ Ba
KYY:M IIacocoB или эжек
торов создается пони
женное давление, COOT
веТСТВУlощее точке кипе
ния воды при данной теl\1пературе; вода стекает тонкой пленкой
по поверхности насадки деrазатора.
Брызrальные бассеЙны примеНЯIОТ обычно для удаления из
воды уrлекислоты только на установках большоЙ производите"lЬ-
пости I3 IO)KHbIX районах СССР, [де отсутствует опасность обра
зопания в них льда. Барботажные деrазаторы неЭКОНОlVIИЧНЫ
из за высокоЙ стоимости КОl\lпреl\Iирования воздуха. НаиБО.,1ее
часто ПРИ:\I( НЯЮТ П.,lеночные вентиляторные деl'ззаторы, KO
торыIc прсдставляют собоЙ цилиндрические резервуары, за
ПО"llIСIIIl!)Iе насадкой из КО.,1ец Рашиrа И"lИ деревянноЙ хордовоЙ
II 3 С (1 J.I О 11 .
Так как парциальное давление удаляеl\10rо из воды rаза над
водоЙ больше, че:\I в воздухе, происходит диффузия paCTBopeH
007
J
005
)
!
I
I
I
I
I ;
L
, I
I I
003
""":. . '
Q01
O
7
j
I
I
I
I
I
I
:::,
:::,
б
5
t)
t:
:t:
cu
::::,
5" з
е.
2
'f
1
о
20 40 60
Температуро 800Ы {j ос
80
!ОО
Рис. XVII.I. ЗаВlIСИ:\/IОСТII КОЭффИЦIIен
1'013 абсорбции кис.10рода 1, cepOBOДOpO
Да 2 и уr.пекис.тIОТЫ 3 от температуры
ВОДЫ
458
ных В воде rазоI3 к поверхности воды, а затем из нее диффузия
rазов I3 I30ЗДУХ.
ДЛЯ перехода rаза из воды в воздух е:\IУ Hy:tKIIO ПрСОДО 1еть
сопротивление жидкостноrо поrраничноrо слоя R 1 и СОПРОТИВv1е
ние rазовоrо поrраничноrо слоя R 2 .
Ве"lИЧИНЫ этих сопротивлений l\lorYT быть выражены через
частичные коэффициенты десорбции в жидкостной пленке K/ 1 , и
r азовой пленке J<...r:
1 1
К ( " == и K r == .
н R 1 R 2
t, ос
fO
,Tr
L
I
(XVII.l)
'+0
t, >с
10
1
)
I
!
I
I
t
J
i
i
i
30
сО
20
о О) 5
о 70 С 25
f(1f(, М,Ч
ЗО
о 0,2 о. J О, '+ О. 5 О. б О, 7 О. 8
К ж , м/ч
Рис. XVII.3. [рафик Д.1Я опрсде
.1ения коэффициента К ж при yдa
.1rнии уrлеКIIСЛОТЫ Б процессе
обезжелезивания воды аэрацией.
П.10ТНОСТЬ орошения насадки
90 М,3/М,2. Ч (по А. А. Кастальско-
i\I у)
1 кольца Jlашиrа раЗi\1СрО11 2их25Х
х3 М.м; 2 rрапий среДНИ I размером
l2 . t, t; 3 J\.OKC средним размером
43 .1(;1.1; 4 10 ж:с, 41 .Н.Н
Рис. XVII.2. rрафик для опреде
:IеIIИ51 коэффициента К ж при уда
.,1ении уrлекислоты из поды на дc
rазаторах, заrруженных КО.1ьца:\III
Рашиrа размером 25х25х3 .мд.
Плотность орошения насадк:!
60 .М 3 /Лt 2 . t{ (по А. А. KaCTa.1ЬCKO
му)
Скорость процессэ десорбции v paCTBOpeHHOrO в воде rаза
в I30ЗДУХ выражается количеством rаза, удаляемоrо из воды за
единицу вреl\Iени через единицу ПЛОПI,ади соприкосновения воды
и I30здуха, т. е.
dG
v==
tdF '
rде a количество rаза, десорбируеl\10rо через площадь dF за
время t.
Скорость процесса десорбции rаза при l\Iалой ero KOHцeHTpa
ции в воде определяется ДВИ)I{ущей СИ,,10Й 'Д С И СОПРОТИВ.lением
процессу диффузии в П"lенке )КИДКОСТII Кт:
(XVII.2)
459
dG C
== == K' I ' I1C. ( XVII.3 )
tdF R н
Движущая сила процесса десорбции зависит от разности KOH
центраций удаляеrvl0rо rаза в воде и воздухе. Так как KOHцeHTpa
ция удаляемоrо rаза в воздухе определяет равновесную KOHцeH
трацию удаляемоrо rаза в воде, величину движущей силы
t"T 1
40L f
10
30
1
20
!
I
i I
tH 1
I I
I I
i
J и 4,0
о " О 2, О
К: Ж M/t.,
С б х Мё/Л
Рис. XVII.4. fрафик для определе
ния коэффициента К ж при расчете дe
rазаторов с деревянной хордовой Ha
садкой. Плотность орошения насадки
40 м 3 /м 2 . Ч
При м е ч а н и е. Цифры на кри
вых средний эквивалентный диаметр Ha
садки (см. таб,l. XVII.2).
0,05 0,075
!JC cp , !<.2/М 3
Рис. XVII.5. rрафик для определения
CcP в зависимости от С ВХ И С ВЫХ
при деrазации уrлекислоты
чОО
300
200
100
о
Of5 0.025
I
.......
j
j
I
!
I
I ,
!
I
I ,
1
I
I
I
I
I
I
1
о. 10
I
I
I
I
l
I
I
,
I
0.115
процесса десорбции можно выразить через концентрации удаля..
eMoro rаза в воде на входе и выходе деrазатора:
А С (Свх С Р . ВХ ) (С вых С Р ' ВЫХ )
Ll ер ==
2,3Ig С ВХ С Р . ВХ
С вых С Р . ВЫХ
(XVII.4)
rде С ВХ И CBЫX концентрации УдаляеrvIоrо rаза в воде на
входе Б деrазатор и на выходе из Hero;
С Р . ВХ и Cp.'3ЫX равновесные концентрации удаляемоrо rаза
в Боде на входе в аппарат и выходе из Hero.
Отнеся количество десорбированноrо из воды rаза к единице
вреыеНII, из уравнеНIIЯ (XVII.3) ПОЛУЧИ I основное расчетное
460
уравнение аппаратов для удаления из воды растворенных rазов
десор6циеЙ:
G
р== ,
Кж Сср
rде F П,,10щадь поверхности насадки в деrазаторе в м 2 ;
G количество удаляемоrо rаза из воды в кz/ч;
ДС ср средняя движущая сила десорбции в KZjM 3 ;
К Ж коэффициент десорбuии в ./Jiljч.
Величина коэффициента десорбции К Ж возрастает с увеличе
нием относительной скорости движения воды и воздуха в дecop
бере, с повышением температуры и увеличением коэффициента
ДИФФУЗIIИ удаляемоrо rаза.
Величина К ж при расчете удалителей уrлекислоты пленочно
ro типа может приниматься по rрафикам, приведенным на
рис. X\TII.2 XVII.4 [6].
Величину движущей силы десорбции Сср можно прини
мать по rрафику, приведенному на рис. XVII.5.
(XVII.5)
2. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ РАСТВОРЕННОй уrЛЕКИСЛОТЫ
PacTBopeHHYlo уrлекислоту из воды можно удалять химиче
скими lнетодами (см. далее rлаву XVIII) или аэрацией.
Как было указано ранее, вода, равновесно насыщенная уrле
кислотой, при контакте с воздухом и температуре 50 С содержит
2,77 JИ2!Л уrлекислоты, а при температуре 200 С 1,69 М2jл уrле
кислоты. ЭТII величины, следовательно, являются пределом, до
KOToporo при соответствующей температуре может быть снижено
содержание С0 2 в воде аэрацией. В практике эти предельные
значения достиrаются не всеrда. Остаточное содержание уrле
кислоты после аэрации воды с температурой 5 80 С на вентиля
торноЙ rрадирне обычно составляет 3 4 М2jл} на контактной
rрадирне 5 6 М2/ л, в брызrальном б ассейне 30 35 О/о на
чальноrо ее содержания в воде.
Брызrальные бассейны можно применять в тех случаях, Kor
да не требуется rлубокоrо удаления из воды уrлекислоты.
Брызrальный бассейн представляет собой открытый резер
вуа р r.,lуБIIНОЙ 1 ,5 2 м, над поверхностью воды в KOTOpOl\f на
высоте 1 2 .,1'[ на специ альных козлах или столбиках расположе
ны водораспределительные трубы с разбрызrивающими соплами.
ВОДС1 поступает в распределительные трубы под напором 4
6 Л1 вод. СТ. и разбрызrивается соплами в воздух над поверхно-
стью БОДЫ Б бассейне. Во время падения мелкие капли воды
омываются воздухом, в результате чеrо уrлекислота десорбиру
ется из БОДЫ.
Дс.l51 дисперrирования воды в воздухе служат различные соп
ла винтовые, танrенциальные, щелевые. Вода к соплам, YCTa
461
навливаемым пvчками по 3 5 ШТ., подводится трубопроводаыи
с патрубками диаl\1етром 50 "VlA,t.
При напоре 5 м вод. СТ. одно щелевое СОП,,10 П 16 ДIIсперrиру
ет в воздухе 35 Jt 3 /Ч, винтовое сопло 15 17 "и 3 /ч, танrенциа lЬ
ное сопло около 10 Аt 3 /ч воды. Расстояние l\lежду СОП lаl\IИ II
ЧИС.ТIо сопел в пучке подбирается таким обраЗОfvI, чтобы наrруз
ка на 1 .Iи 2 п.лОlцади брыз
rальноrо бассеЙна БЫ lа
в пределах 1 ,2 1,5 Аt 3 /Ч.
Вентиляторные rpa-
дирни или деrазаторы
"., "
представляют сооои Kpyr
лые или ПРЯ Iоуrольные
в плане резервуары
(рис. ХУI 1 .6) с ПОДДОНО:\J
и дырчатым ДНО:\I, под
держиваЮТЦИl\rl насадку
из колец Рашиrа или дe
ревянных реек (так назы
ваемая хордовая Hacaд
ка) .
Подлежащая обра
ботке вода с поыощы{)
распределительной систе
мы разбрызrивается CBep
ху по поверхности Hacaд
ки и стекает по ней вниз
в поддон. Воздух HarHe
тается веНТИЛЯТОрОl\I в
нижнюю часть rрадирни
под дырчатое дно и под
НИl\'Iается через слой на
садки вверх, омывая BO
ду, стекающую по насад-
ке тонкоЙ пленкоЙ. Д lЯ
предотвращения потерь
воздуха Bl\leCTe с прошед
шей rрадирню водоЙ выпуск ее из поддона осуществляется через
rидравлический затвор.
Площадь поперечноrо сечения и диаметр деrазатора следует
определять исходя из допускаем.ой плотности орошеНIIЯ насадки
(т. е. расхода воды, приходящеrося на единицу площади попе
речноrо сечения деrазатора), которую рекомендуется ПрИНИl\Iать
при r лубоком удалении из воды свободной yr леКИС,,10ТЫ ппп СIЗ0
бодноrо сероводорода 60 .Iн 3 /м 2 . Ч при насадке из КО"lец Р аШIIrа
раЗl\lерОl\1 25 Х 25 Х 3 AtAt (по [ОСТ 7 48 67) и 40 At 3 /"tt 2 · i[ при дe
ревянной хордовой насадке из реек раЗl\IерОl\1 50 Х 13 .1(.Н. ДЛЯ
частичноrо уда lения уrлекислоты при обеЗ)l{е 1езиваНИII воды Ha
/ \ l
(''<."'1
. , I
I I
. . .
i'
5
" .
- . .. .:'. . . .
, Кольца ".: ,, !
РаШL/са .... '. .
. .' . . (
. . ....
. '.:' : t
: '.' <!
!
. '1
. ... . .
,
. ' I
р не. XVII.6. Схема вентиляторной [р а
дирни С насадкой из колец Рашиrа
1 ввод обрабатываемоЙ воды; 2 отвод BO
ДЫ, прошедшей деrазатор; 3 rидравлический
затвор; 4 отвод воздуха; 5 люк; 6 BeH
тилятор; 7 распределите,J1ьные патрубки
462
rрузка на вентиляторный деrазатор может быть увеличена ДО
90 М 3 /Лl 2 .ч.
Необходимый расход воздуха составляет: при rлуБОКОlVl yдa ,
ленин из воды свободной уrлекислоты около 15 20 м 3 , а при
чаСТИЧНОl\I удалении из воды свободной уrлекислоты (в процсссе
обеЗ:lкелезивания воды аэр ацией) около 4 5 ./и;3 н а 1 .Iн 3 воды.
Необходимую поверхность насадки в деrазаторах опреде я
IOT по уравнению (XVII.5).
ВеL1НЧИНУ G определяют по формуле
G == O,OOlq(C Bx С вых ), (XVII.6)
rде q расход воды, поступающей на деrазатор, в м 3 lч;
С ВХ . концентрация удаляемоrо rаза в воде, поступающей на
деrазатор, в 21м3;
CHЫX заданное остаточное содержание удаляемоrо rаза в BO
де в 21м3.
Величину Сих при обработке природных вод определяют по
даННLIl\1 анализа или по HOMOrpal\1Me, приведенной на рис. 1.4.
При удалении уrлекислоты в процессе Н катионирования или
ионитовоrо обессоливания воды
С ВХ == 44Щ!\ + Сиех, (XVII.7)
rде ЩК общая щелочность воды в М2 экв/л;
Сисх содержание уrлекислоты в исходной воде (перед
Н катионированием) в м21л.
Необходимый напор, развиваемый вентилятором, следует
подсчитывать исходя из суммы потерь напора в насадке, распре
делите,,1ЬНОЙ плите, а также на преодоление местных сопротив
ленин.
Потери напора в кольцах Р ашиrа размером 25 Х 25 Х 3 j l",И на
1 .Лt высоты слоя насадки l\10ЖНО принимать: при rлуБОКОl\l yдa
лении IIЗ БОДЫ свободной уrлекислоты или сероводорода
30 .М'/Н вод. СТ., а при частичном удалении из воды свободной
уrлеКИСtll0ТЫ (в цикле обез}келезивания воды) 15 )11А1 вод. СТ.
Потери напора в деревянной хордовой насадке на 1 At ее высоты
можно принимать равными 1 О мм вод. СТ.
Потери напора в распределительной плите lVIОЖНО принимать
10 A/Jl вод. СТ., а су:ммарные потери напора на местные сопротив.
ления около 15 20 MAt вод. СТ.
Насадку из колец Рашиrа следует раЗl\lещать на ПРОI\Iе)куточ.
HOl\I днище, которое в заВИСИl\10СТИ от производительности деrа.
затора 10)KHO выполнять либо в виде дырчатоrо круrлоrо листа,
либо в виде сварной решетки из уrолковой стали или винипла.
ста. Диа lетр отверстий (или величину прозоров) в решетке
ПРИНИ lают равны:м 20 At.M. Отверстия в круrЛОl\1 листе нужно
раЗl\Iещать paBHOl\lepHO по всей ero площади. Расстояние от дна
деrазатора до низа ПРОl\lе)куточноrо днища ПРИНИl\lают 600 JH.lH
неЗ3ВIIСII:\IО от ПРОИЗI30дительности и назначения деrазатора.
46.3
Вода, подлежащая деrазации, распределяется по площади
деrазатора с помощью распределительной плиты, раСПО,,10жен
ной над насадкой. Расстояние от верха насадки до низа распре
делительной плиты следует принимать равным 150 млt незави-
симо от назначения и производительности деrазатора.
На распределительной плите находится 48 патрубков для по
дачи воды в деrазатор и 8 патрубков для выхода воздуха
(табл. X\TII.l). Патрубки для распределения воды раЗl\1ещаIОТ
равномерно по площади плиты, так, чтобы верхний их конец
был выведен на 100 мм выше плиты. Патрубки для сбора воз
духа с отражательными колпаками устанавливают paBHOl\lepHO
по .сторонам квадрата с возвышением над BepX01\I плиты на
400 ММ.
т а б .ТI И Ц а Х\Т 11.1
Диаметры патрубков d уел для распределения воды и сбора воздуха
для деrазаторов различной производительности
п роизводи.' d усл в ММ ПРОИЗВО.J.и- d усл В ММ
тельность тельность
деrазатора деrазатора для сбора
В м 3 /ч ДЛЯ распре- для сбора В мз /ч для распре-
деления воды ВО3ДУла деления ВОДЫ поздуха
10 19 50 100 50 100
20 25 63 150 63 100
30 32 63 200 75 100
40 38 75 250 75 150
50 38 75 300 100 150
75 50 100 400 100 200
Раестояние от верха распределительной плиты до низа крыш
ки деrазатора можно принимать равным 500 ММ.
Диаметр воздухоотводящей трубы или короба НУ/КНО подби
рать по скорости движения воздуха в нем порядка 5 6 "н/сек.
Воздухоотводящая труба должна выходить наружу через стенку
здания водоочистной установки.
Вычислив по формуле (XVII.5) необходимую площадь поверх
насти насадки, определяют ее высоту. При применеНIIII насадки
из колец Рашиrа размерОl\1 25х25х3 ММ высоту ее С,,10Я опреде-
ляют делениеl\1 величины F на площадь деrазатора и на поверх
ность 1 At 3 насадки, которая равна 204 м 2 при весе 1 _НЗ насадки
0,5 Т. Площади поверхности круrлых в П"lане щитов IIЗ досок дa
ны в табл. XVII.2.
Щиты деревянной хордовой насадки укладывают с проклад
кой между ними колец или рамок из досок толщиноЙ 50 .1t.lH.
Схема деrазатора с деревянной хордовой насадкоЙ дана на
рис. X\TII.7.
46-1
1 .
1,
J
,1
J
I 1
Рис. Xv'II.7. Схема д rазаl0рэ. с деревянноЙ хордовоЙ i!(lСi,LКОЙ
1 n О,.J.IЮ,.J. воды; 2 о r ВОД IЗоздуха (1 -== 800 .Н.Н: :3 l'!I Уl'к d ---=")0 .-'c !
30 745
465
Таблица XVII,2
Площади поверхности Kpyr лых щитов ИЗ досок
Диаметр Размер .10СОК Величина прозо Площадь поверх Эквивалентный
шита в м в ...w м ра между .LOска- ности насадки в диаметр насадки
ми в ММ одном шите в M J
0,6 1 , 1
0,7 50 Х 13 20 1 ,5 0,078
0,8 2
1 3
1 ,2
1 ,5
1,8
2,2
80 Х 13
40
4
6
8
12
о , 104
При м е ч а н и е. Один щит два ряда досок, скрепленных ребрами
жесткости.
Пенные деrазаторы (рис.
XVII.8) начали ПРИl\Iенять для
удаления из воды уrлекислоты
лишь совсем недавно. Вода в
пенном деrазаторе движется в
rоризонтальном направлении
по решеткам, перетекая через
пороrи с одной решетки на
друrую. Воздух подается вен
тилятором под нижнюю решет
ку и проходит последователь
но снизу вверх через все pe
шетки и ДБИЖУЩУЮСЯ по НИl\l
iJОДУ, вспенивая ее.
Для предотвращения «про
валивания» воды через ОТБер
стия или щели решетки интен
сивность подачи воздуха при
ни 1\1 ается не менее 0,35 Jtrt 3 / м 2 х
Х сек, диаметр отверстий pe
шетки или расстояние l\lежду
кромкаrvIИ щелей не более
6 JtrtAt, а общая скважность ре-
шетки 5 150/0.
При наrрузке ПО Боде
15 At 3 /jH 2 , ч одной решетки на
ней удаляется 35 400/0 coдep
жащеися в Боде уrлекислоты,
при наrрузке 9 JИ 3 /Jt 2 · Ч до 50 О/о. ПОЭТОl\IУ В пенных деrазаторах,
работающих с наrрузка lИ 15 и 9 м 3 /м 2 . Ч, приходится устанавли
JJJ
1
<::::::i
с:;:)
с--...
.; (, O " ( З ') :. с,
\
.
l
?
<::::::i
4f (, З ' v ':: i
1
?
-:=" J7 ; : ",\
- ",\
5
. {
U ) )
-'
Рнс. XVII.8. Cxe la пеНIIоrо деrа
затора
1 IIl' ХОДН 3 Я ЬО,J.<l; 2 ВОЗ..J. х: 3 IIl>
lIа; 4 CIOI\.; 5 BO..J.3 потребите.1Ю
466
вать решетки в количестве соответственно 5 7 и 3 4 ШТ. rид-
равлическое сопротивление проходу воздуха одной решетки со
1 OO MM слоем вспененной воды при интенсивности продувки воз-
духом 0,35 /1'[3/.111,2 . сек составляет около 35 мм вод. СТ., что позво
JIяет при менять для подачи воздуха вентиляторы среднеrо давле-
ния (150 200 мм вод. ст.).
3. ОБЕСКИСЛОРОЖИВАНИЕ ВОДЫ
Кислород из воды можно удалять: а) химичеСКИ IН MeToдa
ми введением в воду восстановителей, связывающих paCTBO
ренный в воде кислород; фильтрованием воды через электроно
обменные смолы и друrие нерастворимые в воде rранулирован
ные вещества, способные окисляться paCTBOpeHHbIl\l в воде
кислородом; б) физическими методами, основанны:ми на Yl\leHb-
шении растворимости кислорода в воде при ее HarpeBe или сни-
жении парциальноrо давления кислорода у поверхности воды.
При введении в воду веществ, способных достаточно быстро
окисляться растворенным кислородом, последний расходуется
на их окисление, и концентрация ero в воде снижается. При BBe
дении в воду избытка восстановителя содержание pacTBopeHHoro
кислорода может быть снижено практически до нуля. ,
Чаще Bcero для химическоrо обескислороживания воды при
меНЯIОТСЯ сульфит натрия, сернистый rаз, тиосу.пьфат натрия,
rидразин.
При введении в воду сульфит натрия окисляется paCTBopeH
ным кислородом до сульфата натрия:
2Nа2S0з + 02 2N a 2 S04.
(XVII.8)
При добавлении в воду сернистый rаз вступает в реакцию
с бикарбонатом кальция с образование1\f сеРНИСТОКIIспоrо каль
ция, который затем растворенным в воде кис.тrОрОДОl\l ОКIIсляется
в сульфат кальция:
S02 + Са(НСО3)2 СаSОз + 2 C t 0 2 + Н2 0 ; ) (ХУIl.9)
2Са50 з + 02 2CaS04.
Если добавить в воду rидросульфит N а 2 5 2 О 4 или тиосу..1ьфат
натрия N а2S2ОЗ, они ОКИСЛЯIОТСЯ растворенным в BOJ,e KIIC..10pO
дом до сульфата натрия, при ЭТО1\1 плотныЙ остаток BOJ,I)I IIOI3bI
шается на меньшую величину, че1\f при введении I3 П0-1У Cy..lb
фита натрия. .
Реакция окисления су..1ЬфНТОВ и тиосу..lьфатов р астIз0ренныI\II
в воде КИСЛОрОДО1\f при обычных те lпературах идет ЫСJ...lенно
(рис. XVII.9) и при теl\lпературе воды ниже 5° С и 10°;0 HO:\1 IIЗ
бытке восстановителя заканчивается пИIllЬ через 3 4 ц.
30*
467
Скорость этоrо процесса может быть значительно увеличена
подоrревом воды и введением избытка восстановителя или Ka
та.пизатор а.
Повышение температуры воды на 100 увеличивает почти
в 2 раза скорость реакции. При введении сульфитов в воду, Ha
rретую до температуры 95 1000 С, процесс обескислороживания
/00
8О
%-
60
<\)
t::J fiO
с:5
20
о
2
4 6 8
Прооолжительность ОКl1слеlil.lR tJ нин
10
Рис. XVII.9. Обескислороживание воды сульфитом натрия при
различных температурах
воды заканчивается через 1 2 мин даже при минимальном про
тив стехиометрическоrо избытке (5 О/о) сульфита. Увеличение
дозы сульфита вдвое против стехиометрической увеличивает CKO
рость процесса обескислоро-
живания воды в 4 раза.
Хорошими катализаторами
процесса обескислороживания
воды сульфитом натрия, cep
нистым rазом, rИДРОСУЛЬфИТОl'vI
и тиосульфатом натрия явля
ются соли меди и кобальта, а
также окислы марrанца.
На рис. XVII.I0 показаны
результаты опытов, проведен..
ных во BHI1yI водrЕО, по
обеСКИС 10роживанию воды MOCKoBcKoro водопровода сульфитом
натрия в присутствии катализаторов сернокислой меди или
сеРНОКИС"lоrо кобальта. Во всех опытах сульфит натрия вводил..
ся в воду в количестве, на 1 О О/о большем, чеl\l нужно Д lЯ связы
вания Bccro pacTBopeHHoro в воде кислорода.
Оаl
1
а..' 0,3 а5 0,8 1.0
l 3 4 56 789!О"1ин
Рис. XVII,10. ОбеСКИСЛОРОiкиванис
БОДЫ СУL IЬфII [O 1 натрия при 80 С
в ПРНСУТСТI3IIII катализаторов
468
Как впдно из рис. XVII.I0, введение в воду вместе с сульфи
том натрия очень небольших количеств кобальта (0,001 М /Л Со)
или меди (1 JlС/Л Си) в десятки раз увеличивает скорость обес-
кислороживания воды и позволяет закончить весь процесс за 3
5 мин без подоrрева воды и введения больших излишков суль
фита натрия.
При обескислороживании воды сульфитом натрия или серни
стым rаЗО 1 необходимую дозу peareHTa а можно подсчитывать
по формуле
а == 1,IВ[02] М /Л, (XVII.I0)
rде теоретический расход peareHTa на связывание 1 Мс pac
TBopeHHoro кислорода, принимаемый для безводноrо
сульфита натрия 7,9, для кристаллическоrо сульфита
натрия (Nа2S0з. 7Н 2 О) 16, для сернистоrо rаза 4;
[021 концентрация в воде pacTBopeHHoro кислорода в М /Л.
Медный купорос (2,5 М /Л в пересчете по безводному продук
ту) или сернокислый кобальт (0,003 ме/л в пересчете по безвод"
ному продукту) следует добавлять в воду вместе с введением
в нее раствора сульфита натрия или сернистоrо rаза или до
введения их.
Последнее время для обескислороживания воды начали при
rvIенять rидразин N2H4.
При введении в воду rидразин окисляется растворенным в
ней кислородом с образованием инертноrо rаза (азота) и воды:
N 2 H 4 + 02 ---+ 2Н 2 О + N 2 .
На связывание 1 M 02 теоретически расходуется 1 M rид
разина, однако обычно ero дозируют в полуторном избытке.
На станции rидразин доставляют в виде 350/0 Horo водноrо
раствора rидразинrидрата (раствор более высокой концентрации
оrнеопасен). Дозируют rидразин в обрабатываемую воду в виде
0,5 1 О/о Horo раствора, имеющеrо щелочную реакцию (рН>9).
По сравнению с сульфитом натрия rидразин имеет следующие
преимущества: он не увеличивает плотноrо остатка и ero расход
в 8 раз !\1еньше по весу.
Реакция связывания rидразином pacTBopeHHoro в воде кис-
.порода идет очень быстро при температуре воды 80 1000 с.
ПОЭТО IУ rидразин особенно хорошо зарекомендовал себя при
дообеСКИС,,10роживании воды, подверrнутой предварительно тер.
lическоЙ деаэр ации.
При теl\Iпературе воды ниже 500 С процесс обеСКИСЛОРОЖIIва
ния идет lедленно. Для ускорения процесса ПРИl\Iеняются KaTa
лизаторы окислы rvlарrанца, медь, кобальт.
Уда.;тение paCTBopeHHoro кислорода может быть также до-
стиrнуто ФП"lьтрованиеl\l воды через электронообменные и элект
роноионообl\lенные Cl\10..тIbI, а также стальные стру)!{ки.
3..1ектронообl\lснные СМО"lЫ (30) представляют собоЙ про
469
дукты поликонденсации таких восстановителей, как пироrалло
.тra, rидрохинона, пирокатехина или rидразина с феНОЛО:\1 и фор
fальдеrидом. Электроноионообменные CMO..lbI (ЭИ) наряду с
окислительными и восстановительными об"lадаIОТ и ионообl\Iен
ными свойствами.
При использовании ЭО дЛЯ обескислороживания воды их pe
rенерация по исчерпании воестановительной способности произ
водится 1 20/0 HЫM раствором тиосульфата или сульфита HaT
рия. Восстановительная способность электронообменных смол,
выпускаемых отечественной промышленностью, равна: ЭО 6
450 М2"экв/л, ЭО 7 600 800 М2 экв/л, ЭО 11 5000 .IН2 экв/л.
Пuследний представляет собой медную фОрl\IУ сульфокатионита,
содержащеrо координационно связанный rидразин.
Электроноионообменные Сl\IОЛЫ представляют собоЙ катиони
ты с введенным в них железом или медью. Электроноионообмен
ная Сl\Iола ЭИ 12 имеет обменную способность по кальцию
500 мс экв/л, восстановительную способность по кислороду
45 К2 02 на 1 м 3 смолы В рабочем состоянии.
Аниониты, обраЗУlощие комплексные соединения с l\Iедью,
после обработки раствором сульфита или аМl\Iиаката l\Iеди обла
дают высокой поrлотительной способностью по отношению к кис
лороду (до 5 К2 02 на 1 м 3 объема анионита) . ТакоЙ анионит
реrенерируют пропуском через Hero раствора rидросульфита
натрия.
Аналоrичным образом иониты, способные сорбировать кис
лород, MorYT быть приrотовлены из обычных товарных каТИОНII
тов. Для этоrо катионит в фильтре сначала обрабатывают p'ac
твором соли двухвалентноrо железа или l\1еди. При ЭТОl\1 ионы
Fe 2 + или Си 2 + сорБИРУIОТСЯ катионитом. При дальнейшеЙ обра
ботке катионита подщелоченным раствором сульфита или rидро
сульфита натрия на ero зернах выпадают rидрозакиси )кслеза
или меди. При фильтровании через такой катионит воды rидро
закиси железа или l\Iеди поrлощают из нее растворенный кисло
род, окисляясь до соответствующих rидроокисей.
Обескислороживающая способность катионита восстанаВ"lИ
вастся воздействием на Hero раствора сульфита или rидросуль
фита натрия.
Обескислороживание rорячей умяrченной воды l\10жет быть
достиrнуто фильтрованиеl\1 ее через слой стальных СТРУ)КСК. При
ЭТО1\I растворенный в воде кислород расходуется на окисление
rидрозакиси железа, обраЗУlощейся на поверхности струхсек.
Л1елкую стружку из обычной нелеrированной уrлеродистоЙ
стаti1И очищают от rрязи и обезжиривают ПрО:\IЫВКОЙ rОрЯЧИ:\1
paCTBOpOl\I щелочи и rорячей водой, зате f аКТИВИРУIОТ в течение
15 30 A-tllН 2 О/О HbIl\I растворо:м серной ИtilИ СО"lЯНОЙ кислоты,
вновь ПрОl\lываIОТ rорячей водой и заrру)каIОТ в фильтр (1200 К2
на 1 At 3 ФИЛЬТРУlощеrо слоя).
ФИLlьтрование через такую стружку обеспечивает практиче
470
ски полное удаление кислорода из rорячей воды, если она пред-
варительно умяrчена и ее жесткость не превышает 0,05 м экв/л.
При те!\Iпературс 1000 С должна быть обеспечена 1,5 2 JtUH,
а при те\lпер атуре 750 С 4 5 йЕИН продолжительность KOHTaK
та воды со стру)ккоЙ.
При обеСКИС.,10ро}кивании эти:м 1IСТОДОl\1 холодной И.,1И He
Уl\Iяrченной воды поверхность стружки быстро пассивируется и
обескис.пороживание воды прекращается.
Во избежание заrрязнения воды железоrvl ее после сталестру
жечноrо фильтра же.,1ательно фильтровать через слой песка.
Электрохимический метод обескислороживания воды, разра
ботанныЙ 4. И. КраСИЛЬЩИКОВЫ1\1 и л. И. ВолчковоЙ, а также
О. 1\'1. Фаянсом, сводится к пропуску всей или части обескисло
роживае:\10Й воды через электролизер со стальными биполяр-
ными электрода11И.
В тако:м элеКТРОtilизере одновременно происходят три про
цесса:
1) анодное растворение железа на анодах
Fe Fe 2 + + 2е
и ОКИС,,1ение образовавшейся затеl\1 rидрозакиси железа paCTBO
рСННЫ1\l в воде КИСЛОрОДОl\1 в rидроокись
4Ре(ОН)2 + 02 + 2Н20 4Fе(ОН)з;
2) катодное восстановление кислорода на катоде
4е + 02 + 2Н 2 О 40H ;
3) ОКИС"lение pacTBOpeHHbIl\1 в воде КИСЛОрОДОl\l водорода, BЫ
делившеrося на катоде электролизера,
2Н 2 + 02 2Н 2 О.
Последний процесс при отсутствии катализаторов идет Meд
ленно. ПОЭТО1\1У дЛЯ ero реализации желательно либо вводить
катализатор (активный уrоль, дробленый пиролюзит) непосред
ственно в рабочие Kal\'lepbI электролизера, либо пропускать воду
с растворенным ВОДОРОД011 через фильтр, заrруженный rранули
роваННЫl\lкатализатором.
Расход электроэнерrии на обескислороживание воды, coдep
жащей около 8 М /Л pacTBopeHHoro кислорода, составляет
0,2 квт · Ч/Jt 3 .
Для удаления х опьевидной rидроокиси железа воду после
электролизера С.,1едует пропускать через фильтры, заrру)кенные
пеСКОl\f ИЛII 1\Iраl\IОрНОЙ крошкой.
К фИЗIIчеСКИl\I l\1етодаl\1 обескислороживания воды относят
терl\IIIческое и BaKYY1\1HOe ее деаэрирование. В обоих случаях
удаление из воды кислорода достиrается разбрызrиваниеl\1 ее в
УС.,10ВИЯХ, при которых вода кипит. В термических деrазаторах
Бода Р(lзбрызrивается при rе:'\lпературе выше 1000 С и даВ.,lении,
471
большем атмосферноrо. В вакуумных деаэраторах поддержи
ваl0Т вакуум:, прч KOTOpO l вода кипит при данной ее темпера
T\rpe.
w BaKYYl\1Hble деrазаторы (рис. XVII.l1) представляют собой
стаЛЬНhtс цилиндрические резервуары, заполненные насадкой из
колец Р аIllиrа или из деревянных реек.
з
tOC
50
]
1
I
. l
I
I
I
q2 0,* Об 0,8
I
К ж , м/ч
в dНlJше тарелки '180
отдерстии d =3 мм
чО
за
20
о
Рис. XVII.11. Схема BaKYYMHoro
деrазатора
1 ПОДВОД ПОДЫ; 2 распределитель
ная таре,ака; 3 отсос пароrазовой
смеси; 4 отпод деrззированной воды;
5 насадка
Рис. XVII.12. [рафик Д.1Я определе
ния коэффициента К ж ПрII расчете
BaKYYMHoro деrазатора
1 удаление 02 и СО 2 ; 2 у;т.а.lение 02
Деrазируемую воду подают в верхнюю часть деrазатора, rде
она разбрызrивается с помощыо распредслите.пьноrо устроЙства
по всеЙ ero площади. Кап.}1И воды стекают тонкой П"lенкоi! по по
верхности насадки. Внутри деrазатора BaKYYl\1 HaCOCOl\I II,l и па po
СТРУЙНЫl\IИ (И"lИ ВОДОСТРУЙНЫl\IИ) эжекторами создается BaKYY1\'l,
при которо:..! стекающая по поверхности насадки вода ЕIIПИТ.
Так как растворимость rаза в воде при ее кипении близка
НУtJ1Ю, то В Bal\YY:\IHO:vI деrазаторе из воды вы;хеЛЯIОТСЯ псс р ac
творенные rазы, в том ЧИС,,1е кислород и уr,lеКИС,10та. Выде.1ИВ
шиеС5I I'азы и образовавшиеся пары воды отсасываются из деrа
затора Bc ' I\YY1i w H3COCOM или эжектором.
472
Для TOrO чтобы вода из BaKYYMHoro деrазатора стекала
в приеl\lНЫЙ бак, низ деrазатора должен быть расположен при
мерно на 1 O p + 1 м выше поверхности воды в приемнам баке.
ДtilЯ У:\lеньшения высоты расположения деrазатора целесообраз
но отсасывать из Hero обескислороженную воду насосоы. При
этом высота раСПО.l0жения низа деrазатора над осью насоса дол
жна быть равна 10 p H + 1 м (rде р давление в деrазаторе в
А1 вод. СТ,; Н высота всасывания насоса в м).
<"::J <".)
(;
:::::,
Q.., 10
:::,<"::J
::::,"'С:::>
C::J'.::)
<"::J
E:::t:
1:"
Q..,
:::,
1:" '--.J 5
"с:)
'5
J
О
0,001
0,002 0.00]
!J[cp. К2/М3
004
Рис. XVII.13. rрафик для определенчя CCP при
расчете BaKYYMHoro деrазатора на удаление кисло
рода
Площадь поперечноrо сечения деrазатора ПРИНИl\tIают по
плотности орошения насадки равной 50 M 3 /JJ-t 2 . ч. Площадь по
верхности насадки деrазатора F определяют по формуле
(XVII.5). Ве"lИЧИНУ К ж принимают по rрафику, приведенному на
рис. XVII.12. Величину ДС ср при расчете на удаление из воды
только кислорода принимают по rрафику, приведенному на
рис. XVII.13, а при расчете на совместное удаление свободной
уrлекислоты и кислорода по rрафику, приведенному на
рис. XVII.5.
Входящую в формулу (XVII.5) величину G выIисляютT по
уравнению
G == 0,00 1 q ([О2]нач [О2]НОН) кс/ч,
(XVII.ll)
rде q расход поступающей на деrазатор воды
в м'3/ч;
[021 нач И [021 кОН соответственно начальная и конечная KOH
центрации кислорода в воде в 2/At 3 .
Зная необходимую поверхность насадки деrазатора и ее
удельную поверхность, опредеЛЯIОТ объеl\1 насадкн и высоту
ее слоя в деrазаторе.
Производительность BaKYYM Hacoca или эжектора для отсоса
473
u
из деrазатора пароrазовои Сl'леси и поддержания неООХОДИl\Iоrо
вакуума (рис. XVII.14) определяют по слеДУIОЩИ:\I фОр lулаl\I:
а) при удалении из БОДЫ только кислорода
W == а к (273 1 t) м 3 , ч.
360рк I ,
(XVII. 12)
б) при удалении из воды уrлекислоты и КИС"lорода
W == G у (273 + [) 3 /
..7И ч,
500ру
(XVII.13 )
rде О К И О у количество кислорода и уrлекис.]оты, уда"lЯС1\IЫХ
из воды, в Кс/Ч;
t теlVlпература воды в ос;
Рк И ру парциальные давления кислорода и уrлекислоты
над водой на выходе ее из деrазатора.
Обычно величины парциальных давлений Рк и Ру находят по
формуле
Р===
с 13 ых
аm,
S
rде С вых необходимая
1.40
€
!ОО
4t:)
БО
::t:
c(:j
20
о
концентрация кислорода или уrлекис
,,10ТЫ в воде, выходящеЙ
из деrазатора, в с/ м 3 ;
s раСТВОРИl\10СТЬ кис
opoдa и и уrлекислоты
в воде при их парциаль
ноы даВ"lении, р аВНО:\l
1 кТ / с м 2 , В с / А! 3.
ВаКУУl\Iпые деrазато
ры были впервые приме
нены для обескислорожи
вания холодной воды с
целыо заuJ,ИТЫ от KOppO
ЗIIИ водовода дна l\IeTpo:\1
750 AtJl и Д"lИIlо{r 560 K.lH
водопровода Ку rарди в
ЗападноЙ r\встралии.
Позднее BaKyy:\IIIыc деrа
заторы производителыI
стью 15000 Jl3/C!JTKll БЫ"lИ
\lCTaIlOB"lCHbI на ОДНОl\l из
ВОДОПРОВОДОВ в штате
Луизиана (СШ ;) TaK)J(e
для защиты от коррозии
водоводов.
,80
Д! 0.; о.з 0.4
СоiJеfJ)#.:шше 02 д доое но (}DIToOe
аз iJе?озотооо () /1с/Л
0.5
Рис. л\ II.l--1. ЗаI3НСII:\IОСТI) !)(lСЧС'ТI!ОI'О
аОСО.1ЮТIIоrо ,J,аВ.1ения в вакуумном де-
I'Clзаторе ОТ температуры воды и coдep
)каНIIЯ I\I1слорода в неЙ на выходе из
деrазатора
474
(XVII.14 )
4. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ СЕРОВОДОРОДА
Удаление сероводорода аэрацией. Применение аэрации в Ka
честве са:\10стояте..1Ыlоrо метода для очистки воды от cepOBOДO
рода ВОЗ IО)КНО только при малых ero концентрациях и является
:наиболее эффеКТИВНЫl\1 при низких значениях рН воды.
Как указано в r..laBe 1, в природных водах, содержащих ce
рОВОДОРО:L, наряду с l\10лекулярно растворенным rаЗО1\1 H 2 S при
значениях рН воды более 5 содержатся так)ке rидросульфидные
ионы HS . Если величина рН> 10, то H 2 S В воде практически
отсутствует, но наряду с ионами HS в воде содержатся так)ке
сульфидные ионы S2 . Обычно сероводородные воды, использу
e1\Iыc Д..1Я I!итьевоrо и техническоrо водоснабжения, имеlОТ зна
чение рН <9. Поэтому раССl\1атривае1\1ые в данном пункте lV1eTO
ды очистки относятся к этому типу вод.
РаЗ..1IIЧIIые :методы аэрации осуществляют раздроблениеl\f
воды на l\lелкие капли в целях увеличения ее удельной по
верхности и создания контакта с воздухом, не содержащим cepo
водород. При ЭТОl\I происходит десорбция H 2 S из воды. CepOBO
дород, находящиЙся в воде в виде rидросульфидных ионов HS ,
аэрациеЙ непосредственно не удаляется. Однако при удалении из
БОДЫ H 2 S нарушается равновесие между H 2 S и HS и происхо
дит частичный переход HS в H 2 S, что также способствует yдa
леНИIО сероводорода из воды аэр ациеЙ. 1у1етод аэр ации оказыва
ется теЛ1 эффективнее, чеlYl больше относительное содержание
в воде сероводорода в фОрl\1е H 2 S. Процентное соотношение H 2 S
и HS (С:\I. табл. 1.9) зависит от рН воды, и при рН / 5 практи
чески весь сероводород содерл(ится в форме H 2 S. ПОЭТОl\IУ очи
стка воды от сероводорода аэрациеЙ наилучшим обраЗОl\I проис
ходит при значениях рН воды ниже 5.
Ве..1IIчина рН природных вод зависит от содержания в них
растворенных rазов С0 2 и H 2 S, при этом она тем ниже, чеl\I боль
ше содержание этих rазов в воде. В процессе аэрации воды Ha
ряду с H 2 S происходит также десорбция из воды С0 2 , вследствие
чеrо величина рН воды повышается. Это приводит К переходу
H 2 S в HS , вследствие чеrо эффект удаления сероводорода yxyд
шается. Поэтому величину рН воды до конца процесса аэрации
следует поддерживать около 5.
При аэрации воды наряду с десорбцией H 2 S обычно ПрОIIС
ходит так)ке ОКИС"lение части сероводорода до серы:
2H 2 S + 02 2S + 2Н 2 О.
Процесс окисления сероводорода 1\10жет в небольшой степе
HII идти II дальше до образования тиосульфатов S20 . Да..lьней
шее окисление ero (до сульфитов II сульфатов) аэрацпей при
отсутствии серных бактерий обычно не идет.
Аэрацию воды без обработки для сни)кения рН целесообраз
но ПРИl\lенять при содержании сероводорода в очищаеl\IОЙ воде
475
до 2 3 М,2/Л и рН 6,5 7. В этом случае содержание cepOBO
дорода в воде после аэрации обычно не превышает O,3 O.5 А'l2/Л.
Окончательную очистку воды можно осуществить ХtаОРllровани
ем для окисления оставшеrося в воде сероводорода до су.льфа
тов:
H 2 S + 4С1 2 + 4Н 2 О --+ H 2 S0 4 + 8HCl;
HS +4C12+4H20 SO +8Cl +9H+.
Расход хлора при ЭТОl\1 составляет 8,4 At2 на 1 М2 оставшеrося
после аэрации в воде сероводорода (в виде H 2 S или rIS ).
Окисление части сероводорода до серы при ИСХОДНОl\1 coдep
жании в воде сероводорода 2 3 М2/Л H 2 S дает содержанпе взве
си' (ко.а.п:оидноЙ серы) в очищенной вод.е не БО.,lее O,5 1 Аt2/Л,
Т. е. содерх{ание взвеси в очищенной воде не преВЫШClет требо
ваний стандарта на питьевую воду.
Сероводород может быть окислен ХЛОрОl\I и при lVIсньшем ero
расходе, но только до серы:
H 2 S + С1 2 --+ S + 2HCl.
Расход хлора в этом случае составляет 2,1 М2 на 1 /1[2 cepo
водорода.
Для аэрации воды MorYT быть применены барботирование
воздуха через слой БОДЫ, разбрызrивание с помощыо брызrа"l
(дождевание), а также открытые rрадирни и деrазаторы с по
дачей воздуха вентиляторами.
Наиболее эффективным и компаКТНЫl\1 УСТРОЙСТВОi\1 д.,1Я аэ
рации воды при ее очистке от сероводорода является деrазатор
с подачей в Hero воздуха веНТИЛЯТОРОl\l. К числу преИl\'Iуществ
TaKoro деrазатора следует отнести возможность орrанизованно
ro отвода воздуха, заrрязненноrо сероводородом, с выбросом ero
в атмосферу через высокую трубу или с подачей к специальному
поrлотителю сероводорода. Друrие указанные выше аэрацион
ные устройства не дают такой возможности, и воздух BOKpyr
них заrрязняется сероводородом, что создает опасность для экс
плуатаЦИОНlIоrо персонала.
I Iаrрузку на деrазатор с принудительной подачей возд.уха
вентилятором при насадке из колец Рашиrа размеРО:'.I 25 Х 25 Х
Х 3 ЛlJl можно ПРИНИ1\1ать около 40 JVt 3 //и 2 . Ч, а при хордовой Ha
садке 30 м 3 /м 2 . ч. Следует иметь в виду, что на насадке l\IO)KeT
постепенно скапливаться осадок серы, ЯВЛЯIОЩИЙСЯ реЗУ.1ьтаТОlVl
развития серных бактерий, которые способствуют окислению ce
роводорода до серы. Кроме Toro, вследствие уда.lения части
растворенноЙ в воде уrлекислоты на насадке l\tfожет выпадать
СаСО з . ПОЭТОl\1У предпочтение следует отдавать те).l видаl\l Ha
садки, которые .тIеrче ОТIVIываIОТСЯ от отложениЙ серы и карбона
та кальция. В ЭТОl\1 отношении хордовая насадка из деревянных
реек Иl\lеет некоторое преI'Il\IУlцество перед насадкой IIЗ колец
Рашиrа.
47(!
Расход воздуха для деrазаторов, заrруженных КО,,1ьцаl\lII Pa
шиrа, можно ПРИНИ1\1ать 12 15 м З , а для деrазаторов с xopдo
вой насадкой 20 М 3 на 1 ./и З очищаеrvl0Й воды.
Высоту слоя колец Рашиrа при содержании сероводорода в
воде до 10 мс/л можно принимать равной 1,5 2 М, а при coдep
жании сероводорода в воде 20 30 Мсjл 2,5 М. Высоту xopдo
вой насадки следует ПРИНИlVlать в 2 2,5 раза большеЙ, чеl\1 слоЙ
колец Рашиrа.
На небольших установках для аэрации воды l\10ЖНО приме
нять открытые rрадирни с расходом воды на них 10 15 At 3 jM 2 . ч.
Открытые rрадирни заrружают насадкой из кусков кокса или
шлака крупностью 30 50 ММ. Толщину каждоrо С,,10Я принима
ют 300 400 ММ, а расстояние между слоями 600 АtЛi. При co
держании в воде сероводорода до 5 Мсjл rрадирни l\IO)KHO YCT
раивать с тремя слоями насадки, а при содержаНIIИ cepOBOДO
рода до 1 О Мс/ л с пятью слоями. При больше1\1 содержании
сероводорода лучше применять деrазаторы с подачей воздуха
вентилятором.
В помещении, [де расположена открытая rрадирня, следует
устраивать приточно вытяжную вентиляцию с 12 15 KpaTHЫM
обменом воздуха.
При значительном содержании сероводорода в воде описан
ный способ очистки воды (аэрация и хлорирование) становится
неэкономичным, так как после аэрации в воде остается несколь
ко миллиrраммов сероводорода, и доокисление ero ХЛОрОl'vI обхо
дится дороrо. Кроме Toro, вода обоrащается коллоидной серой,
образующейся при аэрации, в связи с этим неоБХОДИl\10 допол
нительное ее осветление.
Для более полноrо удаления сероводорода аэрацие{I при зна
чительном ero содержании в воде целесообразно понизить рН
ВОДЫ до 5. Это может быть осуществлено продувкой воды ДЫMO
выми rазами, содержащими СО 2 , либо подкислениеl\l серной или
соляной кислотой.
Для очистки воды от сероводорода с применеНIIе:\I ДЫl\IОВЫХ
rазов Норделл [9] рекомендует ПРИlVlенение двухэта:tкноrо деrа
затора. В верхней секции ДЫ1\10вые rазы пропускают снизу вверх,
а раздробленную на капли воду сверху вниз.
Концентрация СО 2 в дымовых rазах обычно состаrзляет 5
100/0 (в воздухе 0,03 O,040/0). Блаrодаря больше 1У парциаль
ному давлению СО 2 происходит интенсивное ее растrзоренпе в
воде, рН воды понижается и поддерживается НИЗКИl\I в течение
Bcero времени прохождения воды через верхнюю секиII!О деrаза
тора. Блаrодаря этому создаются УС,,10ВИЯ дЛЯ переходз I IS в
H 2 S И удаления сероводорода из воды.
Сероводород отводится из верхней секции деrазатора B:\IecTe
с уходящими дымовыми rазаl\lИ. ЗатеI\I вода пере.пивается 11 ниж
нюю секцию, rде подверrается продувке I30ЗДУХОl\I. так)ке пода
477
ваеМЫЛI навстречу воде. Это приводит к удалению из поды СО 2
И восстаIIОВ"lению ве,,1ИЧИIIЫ рН ПОДЫ, близкой к начальной.
ОстаIОЩИЙСЯ после такой обработки в воде сероводород,
обычно n КО"lичестве не более 0,3 JИ2jл, ОКИС,,1яется послеДУЮЩИl'YI
хлорированиеl\I.
Сни)кеНIIе величины p I воды l\Iожет быть также достиrнуто
путе:\I ;JобаВ"lения к неЙ серной или соляной кислоты.
ДозCl технической кислоты для понижения величиныI pI I до
4,3 4,3 :\IO)KCT быть определена по формуле
100
Д==еЩ М2 Л,
С К
(X\TII.15)
[де е эквивалентный вес кислоты в Лi2jМ2 экв, равный дЛЯ
H 2 S0 4 49 Аi2jht2 экв и для НСl 36,5 М2/М2 экв;
Щ общая щелочность воды в М2 эквjл;
С К содержание H 2 S0 4 или HCl в технической кислоте в О/о.
ФОРl\IУ"lа (XVII.15) дает несколько завышенную дозу кисло
ты, поскольку требуется понизить величину рН только до 5. Фак
тически необходимая доза кислоты должна быть уточнена в про
цессе ЭКСП"lуатации установки.
ПОДКИС"ТIенная вода должна быть пропущена через деrазатор
с принудительной подачей воздуха для удаления сероводорода.
При ЭТОl\1 сероводород в основном удаляется из деrазатора BMe
сте с ВОЗДУХОl\I, но часть ero окисляется до серы, вследствие чеrо
вода становится слеrка l\'lУТНОЙ. ДЛЯ завершения очистки к воде
следует добавить хлор для окисления небольшоrо количества
сероводорода, оставшеrося в ней после аэрации, затеl\1 ввести
коаrулянт [20 30 М2/Л A1 2 (S04) 3 или FеСlзJ для связывания в
хлопья КОvlЛОИДНОЙ серы и направить на фильтры. Отстойники
или освеТ"lIIтели в данноы случае обычно не нужны, так как об
разуется относительно небольшое количество взвеси, которую
МО)КIIО уда"lИТЬ с помощыо одних фильтров.
Дозу Х,,10ра нужно определять экспериментально с тем, что
бы в окончательно очищенной воде, выходящей из фильтра,
содер)каIIие активноrо хлора было не менее 0,5 М2jл. Это необхо
ДИl\I0, в частности, и для Toro, чтобы в самом фильтре не созда
валось условий для восстановления до сероводорода содержа
щих серу соединений, образовавшихся в результате аэрации.
В связи с Tel\1 что в результате подкисления воды до рН == 5
почти вся щелочность воды ликвидируется и последняя лишает
ся ВС"lедствне этоrо буферных свойств, хлорирование ее приво
ДИТ к да"lЫlеЙшему пони)кению pJ:-I и вода становится коррози
онноЙ. Д"lЯ "lиквидации ее коррозионной активности неоБХОДИl\lа
стаБИ"lIIзаUИОIIная обработка воды (сы. rлаву XVIII).
Cxe:\Ia установки для очистки воды от сероводорода аэраци
ей с подкислениеl\l и послеДУЮЩИl\1 фильтрование:\I показана на
рис. Х\71 1.15.
478
Ifислотu
б
5
!
7
()
Очищенная Ьооа
.
Рис. XVII.15. Схем(} установки дЛЯ ОЧИСТКII Б0ДЫ ОТ
сероводорода аэрацией с подкислением
1 смеситель; 2 деrазатор; 3 вентилятор; 4 раствор
коаrУ.1Я1па; 5 фильтр; 6 x.lopaTop; 7 раствор соды
Очистка воды от сероводорода с применением rидрата окиси
железа. д. АндерСОНОlVl был предложен, а Д. П. Козыревым и
п. [. КУПЦОВЫl\1 экспериментально проверен метод очистки BO
дЫ от сероводорода с использованием rидрата окиси )ке"lеза.
При добавлении к сероводородной воде суспензии rидрата
окиси железа происходит связывание сероводорода и rидросуль
фидных ионов с образованием сульфида )келеза:
3H 2 S + 2Fе(ОН)з 2FеS + S + 6Н 2 О;
t
3HS + 2Fe (ОН) 3 + 3Н+ 2FeS + S + 6Н 2 О.
t
Осадок сульфида железа отделяют от воды отстаиванием,
после чеrо он может быть реrенерирован продувкой ВО3ДУХОlVl
4FeS + 302 + 6Н20 4Fе(ОН) з + 4S.
+
Может быть осуществлен заl\IКНУТЫЙ процесс с MHoroKpaTHbI:\I
использованиеl\1 одной и той )ке rидроокиси железа путеiYl попе
peMeHHoro ее перевода то в сернистое же"lезо, то в rидроокись.
Использование одной и той же порции rидроокиси )келеза "lИ
lVIитируется ее постепеННЫl\I обоrатцением серой, образующеЙся
в каЖДО:.\1 цикле. Поэтому необходимо выводить из Ka)KJ,oro цик
ла часть заrрязненной сероЙ rидроокиси железа и за:\IСIIЯТЬ ее
све)кей. Для получения све)кей I"'ИДРООКИСИ )келеза к cepOBOДO
родноЙ воде l\10)KHO в дополнение к реЦИРКУ"lирующе(r rиJ,рООКИ
си добаВ lЯТЬ каКУlо либо СО"lЬ )ке lеза, наПРИ:.\Iер t сСlз IIvlИ
FeS04.
479
в процессе продувки воздухом суспензии FeS MorYT образо
вываться также тиосульфаты, однако, как показали эксперимен
ты, выпо"lнеIIIIыIe во внии водrЕО (Л. А. Алферова, r. А. Ти
това, о. t,П. t,leBeHToH), при рН среды не выше 7 7,2 образуется
в основном Э,,1ементарная сера. При этих же значениях рН про
цесс реrенерации rидрата окиси железа из сульфида железа про
исходит с прие lлеl\IОЙ для практики скоростью в течение He
скольких l\IИН\ТТ.
01
б
,
,
РеЦUfJ КУ ЛЯЦUЯ осаока
Fе?Oii)з 7
"1
2
I
7
НсхоiJная
!JoiJo с Н 2 S .:.
Сжотt)/{j
ооэtIi/i
На фuльтры
Вз!}ешеННЬ/l]
/ ocoJO!( I
4
5
СОjЮС '10сти oco!JAo
но поdСУLi/utJоющvе
ПЛОЩООКlI
Рис. XVll.16. Схема установки ДЛЯ очистки БОДЫ от сероводорода
rидратом окиси железа
1 сыесите"lЬ; 2 аэрационный бассейн; 3 осветлитель; 4 осадкоуплотни
тель; 5 насос для перекачки осадка; б бак для приrотовления раствора
FеСl з или FeS04; 7 хлоратор
Опытами было установлено, что нет надобности сначала OT
делять отстаиванием от воды осадок сульфида железа, а затем
ero реrенерировать (изолированно от воды) продувкоЙ воздухом.
Можно после добавления к сероводородной воде суспензии rид
рата окиси железа и получения сульфида железа всю воду под
BepraTb аэрации в специальном закрытом бассейне типа аэро-
тенка. При этом сера частично всплывает на поверхность БОДЫ
(флотируется) и может быть удалена из бассейна. Преимуще
ство такой CXel\tlbI заключается в том, что получающийся после
аэрации осадок rидрата окиси )келеза осаждается значительно
лучше, чеl'Л сульфид железа.
Схема установки для очистки воды от сероводорода с исполь
зованиеl\l суспензии rидрата окиси железа показана на
рис. XVII.16.
Данный l\1етод испытан в лабораторных условиях. Для уточ
нения расчетных параметров необходима ero проверка в полу
производственных и производственных условиях.
На основе лабораторных исследованиЙ MorYT быть рекомен.
дованы следующие расчетные данные:
480
а) концентрация rидроокиси железа в воде ;:LО.,1жна быть
трехкратной по сравнению со стехиометричеСКИ:\I количествоl\tl,
необходимым для связывания сероводорода в сульфид )келеза
(3,3 Fe на 1 H 2 S); количество свежей добавляеl\10Й в цикл co
ли железа в пересчете на Fe должно составлять 0,2 0,3 на 1 2
удаляемоrо из воды сероводорода (6 9 FeS04 или FеСl з в IIе
ресчете на безводные продукты) ;
б) емкость камеры хлопьеобразования, которая используется
и в качестве аэрационноrо бассейна для реrенерации сульфид
железа, должна обеспечивать продолжительность пребывания в
ней воды в течение 20 30 AiUH; интенсивность аэрации IYIОЖНО
принимать равной 3 5 л/сек на 1 м 2 площади аэрационноrо
бассейна;
в) скорость восходящеrо движения воды в защитной зоне oc
ветлителя можно принимать O,8 O,9 мм/сек; целесообразно пре
дусматривать принудительный отвод жидкости в осаДКОУПOllОТI!И
тель в размере 20 25 О/о расхода осветляемой воды.
Если вода используется для питьевых целей, то из осветлите
,,lей ее следует направлять на фильтры, а перед фильтрами про
изводить хлорирование воды дозой, обеспечивающей поддержа-
ние в фильтрате остаточной концентрации активноrо хлора по-
рядка 0,5 мс/л.
Эксперименты показали, что этим меТОДОl\1 достиrается прак
тически полная очистка от сероводорода воды, выходящей из
осветлителя, поэтому расход хлора получается относительно He
большим.
Биохимическая очистка воды от сероводорода. Применение
биохимических процессов окисления сероводорода для очистки
артезианских вод предложено В. д. Плешаковым [8]. Им )ке
разработан метод очистки сероводородных вод на аэроокисли
телях с последующим фильтрованием воды.
Вопросу биохимической очистки [рунтовых вод от cepOBOДO
рода на биофильтрах и аэротенках посвящены также исследо
вания М. М. Калабиной, М. п. Лебедевой и Л. И. Столяровой [5].
При биохимической очистке БОДЫ от сероводорода окисление
eI'o происходит в результате жизнедеятельности серобактерий
активноrо ила и биопленки.
Предложенный В. Д. Плешаковым метод очистки воды от ce
роводорода представляет собой сочетание частичной десорбции
из воды сероводорода в результате аэрации и биохимическоrо
окисления при контакте воды с биопленкоЙ, населенной серобак
териями. Этот процесс осуществляется в установке типа аэро-
фильтра, названной aBTOpOl\I аэроокислителем.
Схема водоочистной установки с аэроокислителе:\I показаНd
на рис. XVII.17. Вода с ПОl\10ЩЬЮ оросителя 1 разбрызrивается в
аэроокислителе 2 по заrрузке из шлака, на KOTOpO I постепенно
развивается биопленка. В аэроокислитель снизу веНТИЛЯТОРОl\I ,3
подается С./I<:атый воздух. После аЭРООКИСЛlIтеля ВО..1а через BO
31 745
481
дяной затвор 4 подается в скорые фильтры 5, заrруженные пе
СКОМ, дЛЯ очистки от серы и выносимой из аэроокислителя био
П"lСIlКИ. Для улучшения условий осветления воды перед ФИ,,1Ь
трами к ней целесообразно добавлять коаrулянт. Во избежание
образования анаэробных условий в нижних слоях песчаной за-
rрузки фильтров и для предупреждения восстановления там co
единений серы до сероводорода l\tlorYT быть ПРИlVlенены два СIIО
соба: введение хлора (из хлоратора 6) в поступающую на филь
тры воду "lибо периодическая продувка фильтров сжаТЫ!\1
ВОЗrlУХОМ снизу вверх.
,
v)
t\J
t.,)
<:)
с)
ct)
б
2
5
8 ре.зерf;уар очищеннои !JodbI
f
Рис. XVII.17. Схема очистки ВОДЫ от сероводорода с приме
нением зэроокислителя (по В. Д. Плешакову)
На основании полупроизводственных экспериментов
В. д. ПлешаКОВЫl\I !')екомендованы следующие расчетные дaH
ные: 1) интенсивность орошения заrрузки аэроокислителя с при
нудительной подачей воздуха при содержании сероводорода в
воде 40 М2/Л принимают 3 4 м 3 /м 2 · Ч, а при содержании cepOBO
дорода 20 М2/Л около 8 м 3 /м 2 . ч; 2) интенсивность орошения
при естественной вентиляции аэроокислителя (т. е. при ero рабо
те аналоrично биофильтру без принудительной подачи воздуха)
принимают 4 ht 3 /At 2 . Ч, при ЭТОl\l сероводород полностью удаля
ется только при ero содержании в очищаемой воде не более 20
23 .1l2/Л; 3) расход воздуха, подавае:моrо в аэроокис.литель, при
содержании сероводорода в воде 40 50 Аt2/Л ПрИНИl\lают 26
30 Аt З на 1 м 3 воды, да"lьнейшее увеличение расхода воздуха не
улучшает очистки воды; 4) толщина слоя шлака в аэрооки('лите
1e должна быть 2,6 ..1t; водораспределительные устройства сле
дует располаrать на высоте 0,3 0,5 А! над уровнеl'Л шлака; круп
482
ность кусков шлака 50 70 мм; 5) необходимое давление BeH
тилятора составляет 60 70 мм вод. СТ.
Опыт пуска производственной установки, действующей по
описаННОl\IУ l\lеТОД)7, показа"l зна чите,пьные ЭКСП"lуатационные
трудности, в частности Ез за зарастания заrрузки аэроокислите
лей карбонатоы ка ьция вследствие десорбции растворенной в
воде уr"lекис.поты в процессе аэрации.
ЭкспеРИ:Уlенты по очистке сероводородной воды в :.\Iоде,,111
аэротенка были выпо"lненыI во B I I 1 водrЕО [5]. Было YCTa
новлена, что сероводород в аэротенках :\Iожет быть ОКИС,,1ен Д()
сульфатов. Очистка воды с солесодержаниеl\I 3 2/Л и KOHцeHTpa
цией сероводорода lЗО 140 М2/Л происходила при наrрузке
12 м 3 /сутки воды, а с со.песодержаниеl\l 15 2/Л и концентрацие(l
сероводорода 180 М2/Л при ДОПУСТИМОЙ паrрузке 8 М 3 /СУТКН
ЕОДЫ на 1 м 3 емкости аэротенка. Продолжительность аэрации в
первом случае была равна 2 ч, во второы 3 ч.
Расход воздуха составлял 34 37 ) i3 на 1 .11[3 очищаеlVIОИ воды.
Снижение ХИlVlическои потреБНОС1И в кислороде (ХПК) co
ставляло 2800 2900 2 на 1 м 3 емкости аэротенка в сутки. При
биохимической очистке [рунтовых вод, не содержащих биоrен
ных веlцеств, их неоБХОДИ1\10 добавлять к воде в количестве: азо
та 521м3, фосфора 2,5 2/М 3 .
В связи С переходом сероводорода при очистке в аэротенках
в серную кислоту значение рН воды понижается. В случае зна.
чительноrо понижения величины рН может потребоваться ста-
билизaциoHHaя обработка воды (подщелачивание) для YCTpaHe
ния ее коррозионных свойств.
ЛИТЕРАТУРА
1. А л Ф е р о в а Л. А., А.1 С К С е е в Л. А. ХИl\lическая очистка сточных
в(,;I. в производстве сульфитной цсллюлозы. «Лесная промышленность», 1968.
2. А п е 1 ь Ц И Н И. Э., 3 о л о т о в а Е. Ф., Пер е I\I Ы с :1 о в а Е. С. Л а б o
раторные исследования методов очистки дренажных вод от сероводорода.
В сб.: «ИСС lедования по подоподrотовке», N2 3. rосстройиздат, 1959.
3. Д у Р о в С. А. ОЧИСТК(l питьевой воды от сероводорода. Изд.
А Ч IИИКХ, 1935.
4. К а l' а II о в С к II Й А. .iVl., Р о в и н с к а я [. М., т а р а н П. Н. Окис
"lсние тиосу.1ьфата и СУ.1ЬФllда в водных растворах при аэрации в присутствии
пиро.1юзита. «Украинский химический журнал», т. XXIII, вып. 2, 1957.
5. К а ,,1 (l б и II а М. М., Л е б е д е в а М. П., С т о л я р о в а Л. И. Биоло
rическая очистка rруптовых вод от сероводорода. В сб.: «Научные сообще
IlI!Я». Изд. ВНИИ водrЕО, 1960.
6. К а с т а .1 ь с К и й А. А. Проектирование устройств Д.1Я удалсния IIЗ
воды растворенных rазов I3 Irроцессе водоподrотоI3КИ. rосстройиздат, 1957.
7. К азы р е в Д. П., К у п Ц о в И. [. Удаление сероводорода IIЗ арте-
ЗlIаllСКИХ вод посредством rIlдраТQВ окислов железа с последующей их pere
lI рацией. rостоптехиздат, 1946.
8. П.1 е ш а к о в В. д. Уда.1ение сероводорода из артсзианских вод. Изд.
МКХ РСФСР, 1956.
9. N о r d е 11 Е. Water trеаtrпепt for industrial and other uses. Reinhold
РllЫ. Corp., 1961.
31*
rЛАВА XVIII
ОБРАБОТКА ВОДЫ
ДЛЯ БОРЬБЫ С ЗАРАСТАНИЕМ И КОРРОЗИЕй
ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ
1. ПРИЧИНЫ И ВИДЫ ЗАРАСТАНИЯ ТРУБ
При эксплуа тации ВОДОПРОВОДНЫХ сетей нередко наблюдает
ся постепенное снижение пропускной способности труб из за об
разования на их стенках различноrо рода отложений. Их появ
ление обусловлено, как правило, свойствами транспортируемой
по трубам БОДЫ.
Отложения в трубах бывают различноrо характера: от сплош
НЫХ, равномерно уменьшающих живое сечение трубы, до буrри
СТЫХ в виде отдельных выступов на стенках труб.
Л10ЖНО указать следующие основные БИДЫ отложений и BЫ
зывающие их причины.
1. Д онные ОТ ЛОJfCения образуются Б ни)кней части труб, r л аБ
HbIl\1 обраЗОlVI при транспортировании по ним неочищенной воды,
содержащей rрубодисперсные примеси. Донные отложения xa
рактерны для труб, по которым вода движется с небольшими
скоростями.
Этот вид отложениЙ образуется иноrда при содержании в BO
де железа: отлаrающийся в трубах в периоды малых расходов
воды rидрат окиси железа постепенно уплотняется и несколько
цсментируется.
2. Сплошные от ложения образуются при движении по TPy
баl\I БОДЫ, пересыщенной карбонаТОlVl кальция (с положитель
HbIl\'l индексом насыщения).
В этом случае отложения состоят из карбоната кальция, они
тверды и прочно прикреплены к CTeHKal\1 труб.
Если наряду с пересыщением карбонатом кальция в Боде co
дер)катся и rрубодисперсные примеси, то они отлаrаются Б ниж
неЙ части труб и цементируются карбонатом кальция. Тоrда OT
ложения располаrаются эксцентрично, с утолщениеJ\1 в донноЙ
части трубы.
3. Бусрuстые отложения образуются в стальных и чуrунных
трубах (рис. XVIII.l) в СБЯЗИ r коррозионным действиеl\1 БОДЫ.
484
Они представляют собой отдельные буrорки неправильной фор-
мы, иноrда сливающиеся друr с друrом. Высота буrорков в от-
дельнЫХ случаях достиrает 20 30 ММ. Коррозионные буrристые
отложения отличаются значительной прочностью и силой сцепле-
ния с внутренней поверхностью труб.
При образовании буrристых отложений значительную роль в
некоторЫХ случаях иrрают железобактерии, которые перераба-
тываюТ закиСЬ железа и ВЫ,J.еляют rидрат окиси железа.
Рис. XVIII.l. Буrристые коррозионные отложения
4. Биолосическ.ие обрастания. Мноrие микроорrанизмы, водо-
росли и животные орrанизмы, попадая с водой из источников во-
доснабжения (rлаВНЫl\l образом поверхностных) в водопровод-
ные трубы, обладают способностью прикрепляТЬСЯ к их стенкам.
При наличИИ блаrоприятных условий нередко наблюдаютсЯ зна-
чительное накопление и развитие биолоrических обрастаний в
трубах. Основными факторами, влияющими на биолоrические
обрастания, являютсЯ температура воды, рН, содержание рас-
TBopeHHoro кислорода и наличие в воде веществ, являющихся
источником питания орrанизмов.
А. С. Разумов [91 указывает следующие возможные виды био-
лоrических обрастаниЙ: 1) бактерии зооrлейные Zoogloea
I'amigera; нитчатые бактерии Cladothrix dichtoma; нитчатые
железобактерии Leptothrix ochracea, Crenothrix polyspora; од-
ноклеточные железобактерии Gаlliопеllа ferruginea; 2) rрибки:
низшие Mucor. sp., высшие Fusarium (встречаются в стоках
бумажных фабрик, заводоВ синтетическоrо каучука); 3) мшан-
ка poludicella emarginata (в пресных водах); 4) rидрОИДНЫЙ
полип Cordylophora caspia (в солоноватых водах); 5) рако-
образные морские желудИ Balanus; 6) моллюски: дрейссе-
на Dreissena polymorpha (в пресной воде); мидии Mytilus
edulis. lИтиластер Myti1aster lineatus (в морской воде).
485
Подавляющее большинство микроорrаНИЗl\10В биообраста
ний мезофильныс (блаrоприятная для них те:'-lпература 20
Э5 0 С) .
ИСТОЧНИКОlYl питания орrаНИЗl\10В биообрастаний яв.пяютсн
уrлерод, азот и фосфор, попадающие I3 водоеl\lЫ преIIl\lущественно
со сточными водаlYlИ. ОрrаНИЗlVIЫ биообрастаниЙ являются аэроб
НЫl\IИ и поэтоыу НУ)I{даIОТСЯ в раствореНIIОЫ в воде КИС.,10роде.
БИО.]оrические факторы оказыва 101' В,,1I15IIIие на I1З Iененис хи
мическоrо состава воды. В периоды i\I3CCGBOrO развития в BO],O
емах планктонных орrанизмов они ассимилируют уrлеКИС,,10ТУ
из воды и ВLlде.,151ЮТ КИС,,10рОД. В связи С этим pI воды IIовыIllа
ется и вода l\IO)I{CT слазаться пересыщенной КИС,,10РОДОМ. I очью
орtанизмы поrлощаfОТ кислород, и концентрация ero в BOД
YlVI е н ь ша етс я .
Увеличение концентрации pacTBopCH loro в воде КИС,,10рода
и уrлекислоты в результате жизнедеятельности П.,1анктонных BO
дорослеЙ повышает коррозионные свойства воды.
В практике. водоснабжения нередко встречаются случаи за
растания труб железистыми отложеНИЯl\IИ в результате )I{из
недеятельности железобактерий, которые преимущественно раз
виваются при наличии в транспортируеl\/IОЙ воде железа при сла
бокислой и нейтральной реакции среды (prI <7,3). Буrристые
отложения образуются за счет жизнедеятельности железобакте
рий пр}! содержании железа в воде более O,3 O,5 Л1сjл. I:Iсточ
ником железа для развития железобактерий MorYT быть также
продукты коррозии стальных и чуrунных труб. Для развития же
лезобактерий вода должна содержать растворенный кислород.
Трубопроводы неочищенной воды зарастают нитчаТЫl\'1И и зоо
rлейными бактериями, а также rрибками. Развитие этих opra
низмов происходит в водах, заrрязненных орrаническими веще
ствами.
Чаще Bcero в обрастаниях встречаются нитчатые бактерии,
зооrлейные, водные rрибки.
МикроорrаНИЗlVlЫ, прикрепившиеся к CTeHKai\I труб, при нали
чии блаrоприятных УСЛdВИЙ развиваются, извлекая питате,-lЬНЫ
орrанические вещества из протекающеЙ воды. Они l\IorYT образо
вывать толстыЙ слой на стенках труб. Если в воде содержатся
взвешенные вещества, то они как бы приклеиваются и накапли
ваются в слизистой IHacce биолоrических обрастаний.
На водозаборных сооружениях и в водоводах наблюдается
нередко развитие мшанок и rидроидноrо полипа, xapaKTepHoro
в частности, для опресненных участков l\IОрСЙ.
Водоводы как пресной, так и ыорской воды нередко зар(lста
ют моллюсками. Среди них чаще Bcero встречается дреЙссена.
В водоводах, по которым транспортируется l\Iорская вода, посе
.,1ЯЮТСЯ морские желуди балянусы и двустворчатые черные pa
кушки lVIИДИИ.
Образующиеся в трубах обрастания оказывают влияние на
486
материал труб. В частности, в застойных и тупиковых участках
водопроводной сети при недостатке в воде кислорода MorYT по
rибать бактерии, входящие в состав отложений, и разлаrаться
с образованиеl\! сероводорода. При этом вода l\10жет окраши
ваться в черный цвет примесями сернистоrо железа. Если на
трубах образуется слой обрастаний значительной толщины, то
в нижней, прилеrающеЙ к трубе и хуже Bcero снабжаемой ки
СJIОрОДОlVI части отложений создаются анаэробные условия, аэ
робные орrанизмы здесь отмирают. В результате rнилостноrо
распада этоrо слоя обрастаний выделяется сероводород, приле
rающие к трубе обрастания приобретают черный цвет из за' об
разующеrося сульфида железа. Образование сероводорода в
слое отложений, прилеrающем к металлу, СТИl\1улирует коррозию.
Мноrообразные виды обрастаний водопроводных труб вызы
вают необходимость проведения специальных мероприятий по
их предупреждению, среди которых существенное значение име
ют различные способы обработки воды.
2. СТАБИЛИЗАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ВОДbl РЕАrЕНТАМИ
в rлаве 1 показано, что соотношение lVlежду содержапиеl\! в
Боде бикарбонатных ионов и свободной уrлекислотыI обусловли
вает способность воды образовывать на стенках труб отложения,
состоящие из карбоната кальция, или, наоборот, предопределяет
свойство воды растворять карбонатные отложения.
Карбонатные отложения в трубах образуются, если содержа
ние в воде свободной С0 2 меньше ее «равновесной» KOHцeHTpa
ции, чему отвечает положительный индекс насыщения воды Kap
бона том кальция. В ЭТО I случае вода пересыщена карбонаТО I
кальция, который в процессе ее транспортирования по трубаl\[
постепенно выделяется из раствора, образуя более или менее
раВНОl\'Iерный слой кристаллических отложениЙ по всеыу пери
l\tleTpy трубы.
Если по трубаl\l транспортируется вода с положительныIM ин
дексоы насыщения, содержаIцая взвешенные вещества, которые
MorYT осаждаться в трубах, то осадок цементируется выделяю
щимся из раствора карбонаТОlVl кальция, и в этом случае TBep
дые отложения, состоящие из взвешенных веществ (песка, rли
ны) и карбоната кальция, образуются в OCHOBHOl\1 в нижней ча
сти трубы.
Воду с поло)китеtllЬНЫl\1 индексом насыщения можно условно
назвать некоррозионной, так как образование на стенках труб
твердоrо и П,,10тноrо слоя отложениЙ карбоната кальция изоли
рует 1\Iеталл труб от непосредственноrо контакта с водой, и это
приводит К постепенному прекращению коррозии труб.
ПоложительныЙ индекс насыщения и термин «некоррозион
ная вода» не означают, что вода вовсе неспособна корродиро
вать l\1еталл. В начальныЙ период пропуска воды по трубаl\!, по-
487
ка защитный слой карбоната кальция еще не образовался и
коrда имеется прямой контакт воды с :\IетаЛЛОl\I труб, происхо
дит коррозия, интенсивность которой зависит преимущественно
от содержания в воде pacTBopeHHoro кислорода, те:\Iпературы BO
дЫ и ее солевоrо состава.
При отрицательном индексе насыщения защитный слой Kap
боната кальция не может образовываться, создаются УС.,10ВИЯ
дЛЯ непосредственноrо контакта металла труб с водой, и это
предопределяет протекание процесса коррозии. Поэтому воду с
отрицательным индексом насыщения карбонатом кальция назы
Бают коррозионной. В результате коррозии металла труб на их
внутренней поверхности образуется постепенно слой железистых
коррозионных отложений, однако он чаще Bcero неравномерныЙ,
рыхлый и не изолирует в достаточной степени металл от воды.
Интенсивность коррозии в результате образования на стенках
труб железистых коррозионных отложений несколько сни/кается,
но, как праВИЛG, полностью не прекращается.
Из сказанноrо выше вытекает существо стабилизационной
обработки воды: путем соответствующеrо добавления к воде pe
areHToB необходимо в первый период эксплуатации водопровода
обеспечить наращивание на стенках труб защитной пленки Kap
боната кальция, для чеrо нужно создать положительный индекс
насыщения им воды. После сформирования защитной пленки
для ее сохранения обработка воды ДОЛ)I(на обеспечить индекс
насыщения, близкий к нулю. Если обработка воды для ПОL1уче
иия положительноrо индекса насыщения будет слишком продол
жительной, то слой карбоната кальция на внутренней поверхно
сти трубы может оказаться чрезмерно толстым и это снизит
пр опускную способность трубы. Наоборот, если после сформиро
вания защитной карбонатной пленки полностью прекратить об
работку коррозионной воды, то вследствие наличия в ней arpec
сивной С0 2 защитная пленка постепенно растворится и коррозия
труб возобновится.
Таким образом, стабилизационная обработка коррозионной
воды, заключающаяся в изменении соотношения концентрациЙ
в воде НСОЗ- и С0 2 , должна производиться постоянно. Ниже
приводятся основы предложенноrо И. Э. Апельциным метода pe
шения задач по определению доз peareHToB, неоБХОДИl\IЫХ для
получения стабильной воды, либо пересыщенной в заданноЙ CTe
пени карбонатом кальция для наращивания защитной кальцит
ной пленки на внутренней поверхности труб. В результате ис
пользования этоrо метода получены расчетные формулы и [pa
фики, позволяющие в различных встречающихся на практике
случаях определять необходимые дозы peareHToB.
При стабильной воде имеет место динамическое равновесие
содержащихся в воде уrлекислых соединений в соответствии с
уравнением
488
2НСОЗ- > CO + С0 2 + Н 2 О.
Если же вода Иl\1еет положительный индекс насыщения Kap
бона TOl'vl кальция, то это означает, что концентрация в ней CBO
бодной уrлекислоты l\Iеньше равновесной концентрации, и тоrда
для КОl\lпенсации недостатка уrлекислоты указанная реакция
должна протекать направо, при этом уменьшается концентрация
НСО З и увеличиваются концентрации CO и С0 2 .
Образующиеся ионы CO реаrируют с обычно имеющимися
в природных водах катионами кальция с образованием l\Iалорас
творимоrо карбоната кальция, создающеrо кристаллические OT
ложения на стенках труб. Этот процесс может быть представлен
следующей схемой:
2НСОЗ- CO + CO + Н 2 О
+
Са 2 +
СаСО з
Очевидно, добиться прекращения ЭТОI О процесса можно дo
бавлением к воде кислоты (например, серной или соляной) в KO
личестве, обеспечивающеl\1 стабильность воды.
При подкислении воды снижается содержание Б воде бикар
бонатных ионов и увеличивается концентрация С0 2 соrласно
уравнению
НСОЗ- + н+ СО 2 + Н 2 О.
ДЛЯ правильной обработки
БОДЫ НУЖIIО применить TaKYIO
дозу кислоты, при которой BO
да стала бы точно стабильной.
Принцип решения этой задачи
l\10)I\HO УЯСНIIТЬ из paCCl\10Tpe
ния rрафика, приведенноrо на
рис. XVIII.2. рн1=рН:
На оси абсцисс 3Toro rрафи и
ка отложена щелочность воды, pHs
которая для природных вод С
рН<8,4 практически равна
концентрации бикарбонатных
ионов.
Точка А rрафика xapaKTe
ризует показатели исходноЙ Рис. XVIII.2. rрафик стабилиза
необработанноЙ БОДЫ, щелоч- ЦИИ БОДЫ при подкислении
ность котороЙ равна Що, и по
казатель концентрации водородных ионов рно. Точка В имеет
координаты Що и pHs, а разность ординат точек А и В равна ин
дексу насыщения J.
рН
8,4
А
РНО
ЩJ(
4
ЩеЛОl./ность
Що
489
В результате подкисления одновременно снижается ще
лочность и рН воды, причем закономерность их сни)кения xapaK
теризуется кривой 1.
При подкислении воды и снижении ее щелочности происходит
увеличение рН paBHoBecHoro насыщения воды карбонаТОl\l каль
ция (pH s ). Это леrко установить из рассмотрения уравнения
(1.30), поскольку в этой формуле член, содержащий Щ, имеет
знак минус.
Очевидно, что при подкислении вода станет стабильной при
значениях щелочности и рН, отвечаIОЩИХ точке пересечения С
кривых 1 и 2, т. е. коrда pHo==pHs .
Значение щелочности стабильноЙ воды обозначено на
рис. XVIII.2 Щ1\.' а значения pr10 и pHs соответственно РНО
и рН: .
Зная закономерности изменения рН и prIs при снижении ще
JIОЧНОСТИ воды в результате подкисления, т. е. зная Функциональ
ные зависимости рН==fl(Щ) и РН s ==f2(Щ), l\10ЖНО СОВ:\lестно
решить эти уравнения для получения Щ (снижения lцелочно
сти воды при подкислении до состояния стабильности) 1.
COBl\1eCTHOe решение уравнений приводит к формуле
Щ == аЩо, (XVIII.l)
rде Щ снижение ще,,10ЧНОСТИ ВОДЫ при подкислении в
мz экв/л;
а вспомоrательный коэффициент, зависящий от рН BO
дЫ и индекса насыщения J (рис. XVIII.3);
ЩО щелочность воды до ее обработки кислотой, равная
концентрации ионов НСО з , в мс экв/л.
Дозу технической серной или соляноЙ кислоты Д для стаби
лизационной обработки воды с положительным индеКСОl'vI HacbI
шения можно определить по фОРl\lуле
Д == Ще 100 == 100 аЩо е Мс,/Л, (XVIII.2)
Р р
[де е эквивалентный вес кислоты, равный дЛЯ H 2 S0 4
49 мс/мс экв и для HCl 36,5 МС/Jнс экв;
р содержание в технической кислоте H 2 S0 4 или НС! в о/о.
ОписанныЙ выше метод определения дозы кислоты для CTa
билизации воды примеНИlVl только в TOl\I случае, коrда рНо воды
до ее обработки ниже 8,4, поскольку вывод формулы (XVIII.l)
деЙствителен только при условии, что щелочность воды опреде
ляется ионами НСОЗ-, а ионы CO и OH в воде практически
отсутствуют.
Вместе с тем часто подкисление приходится применять Д.,1Я
вод с рН о >8,4, например для вод, умяrченных известью или из
1 Подробнее см. журнал «Сталь», 1947, N2 7.
490
вестью и СОДОЙ. В ЭТОl\I случае общая щелочность воды может
опреде 1ЯТЬСЯ СУl\I IОЙ ионов НСОЗ- + CO или СО + ОН
Обычно для таких вод анаЛИЗОl\I определяют щелочность воды
по фенолфталеину Ф и общую щелочность що.
7,00
0.90
о. во
а7D
0,60
0,50
0.45
0,40
0,35
о.ЗD
0.25
20
:а:: ,78
0,/6
0,14
0,/2
0,10
с:>
O9
QJ ,08
:t 0,01
::, 0,06
t::)
0.05
0.040
D.DЗО
0.020
...... ....... .....
r"'""" ......... r""'o ...... r--. .....
......
...... r"...... .... -.... ....... .J-1.5
..... ......... ....... r"
rr-- "' f'......
"""
'- "" "-
....... ........... ""--.... I
...... ...... ......, "- " ,]=20
.....
'" "- ',-
'...... i\
"- 1\ "
...... !'--о -- .... .... "- ,
...... ..... ..... , J J 5
...... ...... '\.. \.
........... 11\.
f', , ,
i'- r\ \
, 1\. 1\
1""
l' \ 1\
1" r\ J=lO
\ \
'"
, ,
\
\
\ .........
"
1\ i\
\
i\ ,
J fJ. 5
I \
.]:::0, 2
0.070
5
5.5
б
6,5 7
рН доды
7.5
8
8,5
.Q
Рис. XVIII.3. [рафик для определения коэффициента а при стабилиза
ЦИОННОЙ обработке ВОДЫ ПОДКИС.1ением (pHs <p I1 0<8,4)
Как известно, если добавить к воде кислоту в количестве, эк
вивалентном ее щелочности по фенолфталеину, то произойдет
нейтрализация ОН ионов и перевод CO в НСО з , величина рН
воды станет равной приблизительно 8,4, а общая щелочность
после подкисления будет равна:
Щl == Що Ф, (XVIII.3)
rдР. Щl щелочность БОДЫ после подкисления ее дозой кислоты,
равной щелочности БОДЫ по фенолфталеину, в мс экв/л;
Що общая ще 10ЧНОСТЬ исходной воды в мс экв/л;
ф щелочность исходной воды по фенолфталеину R
мс экв/ л.
491
После подкисления воды дозой кислоты, равной щелочности
воды по фенолфталеину, может быть применен rрафик (СМ.
рис. XVIII.3) дЛЯ определения дополнительноrо количества ки
слоты, необходимой для получения стабильной воды.
Из изложенноrо вытекает следующиЙ порядок расчета дозы
кислоты для стабилизации воды, имеющей J>O и рН о >8,4.
1. Определить pHs по rрафику (см. рис. 1.8) для исходной БО
ДЫ, подкисленной дозой Ф, считая, что ее щелочность равна:
Щl==ЩО Ф. Остальные показатели для определения pHs (TeM
пература, содержание кальция и общее солесодержание) не ыe
няются.
-2. Подсчитать значение J 1 дЛЯ воды после подкисления ее дo
зой кислоты, равной Ф М2 экв/л, считая, что величина рН ВОДLI
после TaKoro подкисления равна 8,4:
J1==8,4 pHs'
3. Определить по rрафику (см. рис. XVIII.3) коэффициент
а при р Н == 8,4 и подсчитанной величине J 1.
4. Определить полную дозу кислоты для стабилизации БОДЫ
по формуле
Д==е (аЩl+ Ф ) 100 == е [а(Що Ф) + Ф] 100
р р
== е [аЩо + (1 а) Фj 100 . (XVlII.4)
р
Обозначения Д, е и р по предыдущему.
Для вод, умяrченных известью или известью и содой, может
оказаться, что pHo>pHs >8,4. В этом случае дозу кислоты для
стабилизации воды приближенно можно принять равной щелоч
ности воды по фенолфталеину. Такое допущение даст несколько
завышенную дозу КИСJIОТЫ, так как подкисление этой дозой сни
зит рН БОДЫ до 8,4, в то время как нужно снизить рН воды ДО
величины, несколько превышающей pHs (по условию pHs >8,4).
В последующем при эксплуатации стабилизационной установки
доза кислоты должна быть уточнена экспериментально.
В соответствии с указанным при J>O и pHo>pHs >8,4 pac
четная формула для приближенноrо определения дозы кислоты
будет иметь следующиЙ вид:
Д == 100 еФ . (XVIII.5)
р
Рассмотрим теперь метод опреде ения дозы peareHToB для
получения стабильной воды в TOl\1 случае, если вода коррозион
на, т. е. содержит аrрессивную УI\lекислоту.
Для получения стабильной воды в ЭТО:\f случае к воде необ
ходимо добавить щелочь в таком количестве, чтобы после СВЯ
зывания части С0 2 в ионы НСОЗ- по уравнению C02+0H
НСО; между общим содержаниеrvl в воде С0 2 (теперь уже
492
в равновесной концентрации) и НСО; наступило равновеСНОе
состояние.
Метод отыскания нужной дозы щелочи принципиально не OT
личается от описанноrо выше, однако нужно иметь в виду, что
при подщелачивании воды возможны два случая: первый KO
rда для исходной воды рНо<рН, <8,4; второй при рН о <8,4
и рН. >8,4.
В первом случае изменение рН в процессе подщелачивания
воды подчиняется уравнению первой ступени диссоциации уrо.пь
нои кислоты, так как до достижения стабильности воды величина
рН<8,4; во втором случае стабильность воды наступает при
рН>8,4. Поэтому сначала изменение значений рН подчиняется
уравнению первой ступени диссоциации уrольной кислоты, а при
рН>8,4 уравнению второй ступени диссоциации уrольной ки
слоты.
Процесс стабилизации «коррозионной» воды подщелачивани-
ем при pHo<pHs <8,4 показан rрафически на рис. XVIII.4.
Точка А отвечает щелочности и рН исходной воды (що и рн о );
точка В щелочности и pHs исходной воды. Точка С xapaKTe
ризует состояние стабильности воды; 1.\ Щ необходимое увели
чение щелочности для получения стабильной воды.
В процессе подщелачивания воды повышаются РНО и Що,
а рН, уменьшается. Кривая 1 характеризует закономерность по
вышения РНО воды при подщелачивании, а кривая 2 законо-
IvlepHocTb уменьшения pHs. Стабильность воды наступает при
pHo==pH (соответствующие значения РНО и РНз обозначены на
рис. XVIII.4 pH и рН;).
Совместное решение уравнений кривых 1 и 2 позволяет найти
формулу для определения необходимоrо изменения щелочности
воды 1.\ Щ, которое равно дозе добавляемой к ней щелочи.
Формула для определения 1.\ Щ может быть представлена в
следующем виде:
[де
дЩ == ЩО,
Р вспомоrательный коэффициент,
J исходной воды (определяется
ному на рис. XVIII.5);
ЩО общая щелочность исходноЙ воды
лочи) в мс экв/л.
Дозу щелочи определяют по формуле
Д А Щ 1 00 А Щ 100
eu el'l о ,
р р
(XVII 1.6)
зависящий от РНО и
по rрафику, приведен
(до добавления ще
(XVIII.7)
rде
e эквивалентный вес щеciIОЧИ, равный для NaO-rI
40 ht2/М2 экв, для Nа 2 СО з 53 М /м'Z ЭК8, дЛЯ Са(ОН)2
28 мс/мс экв (в пересчете на СаО);
р содержание активноrо вещества в техничеСКОl\I про
дукте в О/о.
493
Маломинерализованные воды, в частности северной части
СССР, обычно характеризуются повышенной коррозионностью,
причеl\l для них часто получается pHo<8,4<pHs.
[рафик С1абилизации водь! для этоrо случая представлен на
рис. XVIII.6.
рН
8,4
pHs
H H
о о=Р s
РНО
Рис. XVIII.4. rрафик стабилиза
ЦИИ БОДЫ при подщелачивании
(при pHo<pHs <8,4)
рН
рН!
.... Н .
рН =р s
8,4
РНО
о
що
Щ1 Щ2
Рис. XVIII.6. rрафик стабилиза
ILIIИ ВОДЫ при подщелачивании
(при pHo<8,4<pHs)
12.0
10,0
8.0
6,0
5.0
4,0
3.0
2,0
1.5
1.2
[О
I
:::r а5
с')
о,зо
0.20
t::]
'" ,
..... ,
,
.......
'1' J= 25
l' l'
,,
1-.. "'
"'" 1\\
r\ '"
1'\ "\
\ 17 2,0
"" .... \1'
.... I\\.
1" ,
\
, I I
'\ J== Z5
... \
........'" r-... i\
"
\.
'- \ \
\
, ,
\. \. 1. lO
\.
'\
:\ \
, ,
,
i\
i\ =
IJ I
0,10
0.05
0,04
0.03
аО2
a5
щ
0.01 5
7.5
8
5.5 6 6.5 7
рН noth
Рис. XVIII.5. rрафик для опреде.lе
ния коэффициента при стабилиза
ЦИОIIIIОЙ обработке воды подщелачи
взпием (при pHo<pHs <8,4)
Точка А rрафика отвечает щелочности и рН исходной воды
(ЩО II рно), точка В соответственно pHs.
На участке AD кривой 1 изменение РНО при подще.лачивании
подчиняется уравнению первой ступени диссоциации уrольноЙ
КИС.,10ТЫ, а на участке DC второй ступени диссоциации. Кри
поЙ 2 представлено изменение pHs в процессе подщелачивания.
494
х
зо
0,2
-т
,
I
1\
1\ 1
\ I
J
\ I1
1\ 1
J
I
\ т
\
l
!\ [Т
\
J
\ I
,
!\ J
" J
J
, I
J
\X=f, (рн о ) I ё. = 12 (pH S )
"
." I
,
:I
\
, J
1
\ I
\ I
, )
I
Т
\ 7
\ ,
,
\
\
\
\
1
1\ I
а2'
20
10
9
8
7
б
5
4
0,1
0,09
0,08
0,07
0,05
0,05
0,04
з
D,ОЗ
2
0,02
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
ЦО!
0,009
0.008
0,007
0.006
0.005
О. 004
0,3
О,ООЗ
D, 002
0,1
5.0 5,5 6,0 5,5 7,0
РНо
5 8,0
8.5
9,0 9.5
рН!
10 U,OO
Рис. XVIII.7. rрафик Д.1Я определения коэффициента Х и ; при стабилиза
ционной обработке воды ПО,J,ще.1ачиванием (при p H o<8,4<p H s)
495
Очевидно, что состоянию стабильности воды отвечает точка С
пересечения кривых 1 и 2.
Совместное решение уравнении кривых 1 и 2 приводит
1\ формуле
дЩ == (х s + xs) ЩО, (XVIII.8)
I'де ДЩ необходимое увеличение щелочности воды для ее
стабилизации в М2 экв/л;
Х и s коэффициенты, зависящие соответственно от РНО
и рН s воды и определяемые по rрафику
(рис. XVIII. 7);
Що общая щелочность исходной воды (до обработки)
в М2 экв/л.
Аналоrично предыдущему дозу щелочи можно определять
по формуле
100
Д==е(х + + X ) ЩО .
Р
(XVIII.9)
3. ОБРАБОТКА ВОДЫ
ДЛЯ НАРАЩИВАНИЯ ЗАЩИТНОЙ КАРБОНАТНОй ПЛЕНКИ
Как показали эксперименты, для достаточно интенсивноrо
наращивания защитной карбонатной пленки нужно поддержи
вать индекс насыщения в пределах от +0,5 до +0,7. Более
интенсивное подщелачивание нежелательно, так как может
повлечь за собой выделение из раствора осадка карбоната
кальция и помутнение воды.
Должны быть рассмотрены два случая определения доз ще
лочи для создания принимаемоrо при расчетах положительноrо
индекса насыщения (+0,7): при pHs исходной .воды меньше
7,7 и при pHs исходной воды больше 7,7. Так как речь идет
06 обработке коррозионной воды, то в обоих случаях РНО <pHs.
В пеРВО l случае при подщелачивании воды и получении
J == (+0,7) величина рН воды остается l\fеньше 8,4 и, следова
тельно, закономерность ее изменения подчиняется уравнению
первоЙ ступени диссоциации уrольной кислоты. Во втором случае
рlI становится в результате подщелачивания больше 8,4, при
ЭТО:\1 сначала до рН == 8,4 изменение се величины подчиняется
уравнению первой ступени диссоциации уrольной кислоты, а
ПрII рН>8,4 уравнению второй ступени диссоциации уrольной
кислоты.
Приближенные формулы для расчета доз peareHToB при
подщелачивании воды для получения J == + 0,7 имеют С,,1едующий
вид [3].
1. При pHs <7,7
Д l ЩоСо(5.10 J 1) l Iоое I
== М2Л
J ' ,
220 Що.10 + СО р
(XV 111.1 О)
496
rде що щелочность воды до обработки в мс экв/л;
J индекс насыщения воды карбонатом кальция (! ==
==pHo pHs) ;
С содержание в воде до ее обработки свободной уrле
кислоты в Мс/ л.
ЩеtllОЧНОСТЬ воды при этом увеличивается на величину, эк
РI1валентную дозе щелочи
I1Ш === !до СО (5.lo J 1) . (XVIII.ll)
220Що.l0 J +с о
2. При pHs > 7,7
Д { !доСо(IО8.4 РН, 1) -+ ( lOPHs 7t7 1 ) Х
44 Що.l08,4 рНо + СО 100 + 1 ,02.10 PH s 7, 7
Х [що + ШО СО (108,4 pHo 1) ]} l OOe ,
(XVHI. 12)
44 Ш О 108,4 pHo + со р
rде РНо величина рН воды до обработки;
I'Hs величина рН paBHoBecHoro насыщения исходной БОДЫ
карбонатом кальция.
J; величение щелочности воды при ЭТОlYl эквивалентно дозе
щелочи и равно:
I1Ш== !доСо(IО8.4 РIi" I) + ( 10PHs 7,7 1
44Що.l08,4 рНо + Со 100 + 1 ,02.10PHs 7, 7
r щ с ( l08,4 PHo 1 ) ]
Х l Ш о + о о мс-экв/л.
44 Що.l08,4 рН,) + Со
) х
(XVHI.13)
По формулаrvr (XVIII.I0) и (XVIII.12) Е. д. Бабенковым
[6] составлены rрафики для определения следующих ВСПомоrа
тельных коэффициентов 1:
5 .10 J 1
тl== С ;
220.10 J +
ш о
108,4 PHv 1
m 2 == С ;
44.108t4 pHo +
ш о
10PHs 7, 7 1
т з ==
100 + 1 ,02 . 1 О р н s 7 t 7 ·
I В статье Е. д. Бабенкова [6] коэффициенты и rрафики даны для опреде-
ления доз извести, нами они трансформированы для определения доз любых
щелочных peareHTOB.
32 745
497
исподьз)'я эти коэффициентыl, формУЛЫ
.VHl.12) приобретают следУЮ1ll. ИИ вид:
100 е
Д === тl С о
р
Д r С \ Ш 100 е
=== lт? о I тз\ 0+ т?С о )1 .
р
rn 1
0023
,
0,022
0021
,
О':; 2 О
ОО19
,
0018
,
оп17
,
о
rr1з
09
,
08
,
07
,
0,6
05
,
0,'+
р3
02
,
О!
J
J:: Z
15
l'
o,a
0,6
05
,
O,4
ОЗ
,
J 01
,
5
10 J5. 20 со/Що
(XVlll.10) и
(XVIll.10')
(XVIIl.12')
т 2
002'+
,
РНа
6,4
7,2
7,4'
7,5
7.6
7,7
7,8
79
,
8,0
\
0022
,
0020
,
0018
,
0016
,
0014
,
001Z
,
0010
,
0008
1
0006
,
0004
,
DOD'Z
,
О
8{
,
82
1
\ 8,3
15 :0 С о / l11 о
5
lИ
о
6 8 8,4- 8,8 Z 96 10 ! 4 РНs
Рис. XVll 1 . 8 . rрафики для определения коэффиu.иентов
ml, т2 и тз
498
Значения коэффициентов тl, т2 и тз определяются по rpa
фикам (рис. XVIII. 8). При вычислении отношения с о / Що Be
личину СО подставляют в М /Л, а Що в м экв/л.
Далее приводится сводка всех указанных выIеe фОрl\IУЛ для
оценки стаБИ lЬНОСТИ воды II опредеvlения доз реаrептов.
1. Стабильность воды определяется по слеДУЮЩИl\I фор
1\1 \1,,1 а!\.1 :
рН paBHOBecHoro насыIlенияя
БОДЫ карбонатом кальция pH s ==tl (t) t2 (Са2 : ) tз (Щ)+f4 (Р)
Индекс насыlенияя ... . J == р Ho pH s
ПРИl\lечание. Значения fl(t), i2(Ca 2 +), fз(IЦ) и f4(P) опре
,..l(: lЯЮТСЯ ПО rрафику, приведеННОl\1У на рис. 1.8. Величина РНо из
"\lереIIНClЯ ве.lичина рН IIСХОДНОЙ воды.
При 1>0 вода способна выделять из раствора карбонат Ка.1ЬЦIIН
(llскоррозионна) .
При 1 <О вода способна растворять карбонат ка.1ЬЦИЯ (KOp
РОЗIIонна) .
2. Способы стабилизационной обработки БОДЫ следующие:
COoтHOUleHue
между
РНо и pHs
РНо> pHs
РНо < pHs
Знак индекса
насыщения
Способ обработки воды
f
Т
Подкисление
ПОДlцелачивание
3. Дозы щелочи в первый период обработки БОДЫ для по
.}1учения индекса насыщения J == +0,7 (для наращивания защит
ной карбонатной пленки) опреде"lЯЮТСЯ по следующим фор
l\IУЛ3М:
Характеристика воды
н омер формулы для onpe
деления дозы и<елочи
J <О }
рН о <8,4
p H s<7,7
J <О 1
РНо < 8 , 4 {
p H s>7,7
(XVIII.I О')
(XVIII.l2 / )
4. Дозы peareHTOB для стабилизации БОДЫ (1 ==0) определя
ютсн по следующим формулам:
Характеристика
воды
Способ обработки воды
н о,М,ер ФОР,М,УЛЫ
для определения
дозы peazeHma
J>O
р Н о<8,4
J>O
р Н о>8,4
p H s<8,4
}
1
J
Подкисление
(XVIII.4)2
Подкисление
(XVIII.2)1
32*
499
J>O } Подкисление (XVIII.5)3
p H o>p H s>8,4
J<O } Подще.лаЧИI3ание (XVIII.7)4
p H o<p H s<8,4
J<O }
РНо < 8 , 4 Подщелачивание (XVIII.9)
p H s>8,4
1 Коэффициент а определяется по rрафику, приведенному Н(1
рис. XVIII.3.
2 Коэффициент а определяется также по rрафику, приведеНIlОМ\'
, ,
на рис. XVIII.3 дЛЯ значений рН==8,4 и JI==8,4 pHs: величина pHs
Qпределяется по rрафику, приведенному на рис. 1.8, для исходноЙ
БОДЫ при Щl ==що ф.
3 Доза уточняется экспериментально.
4 Коэффиuиент определяется по rрафику, приведенному на
рис. XVI 1 1.5.
5 Коэффициенты Х и опреде.1ЯIОТСЯ по rрафикам, приведен
ным па рис. XVIII.7.
Как указано выше, для подщелачивания воды практическое
применение MorYT найти известь, едкий натр и сода N а 2 СО з .
Наиболее дешевым и доступным из этих peareHToB является IIЗ
весть, однако установки для приrотовления известковых paCTBO
ров или молока (и ero дозирования) являются наиболее сло}к
ными.
При стабилизационной обработке подземных вод, коrда
очистные сооружения отсутствуют, во избежание заrрязнения
воды нерастворимыми примесями извести ее следует вводить в
обрабатываемую воду в виде раствора. Известковый раствор
ДJIЯ освобождения от неосевших в сатураторах хлопьев rидро
окиси маrния целесообразно про пускать через фильтр, заrру
женный мраморной крошкой, дроблеНЫlVl известняком или доло
митом. Заrрузка этих фильтров кварцевым песком нежелатель
на из за возможности обоrащения воды соединениями
кремниевой кислоты.
В тех случаях коrда стабилизационной обработке подверrа
ют речные малоцветные воды, известковое молоко можно BBO
дить В смесители перед отстойниками или осветлителями. При
стабилизационной обработке речных вод, цветность которых
нужно снижать коаrуляцией, введение извести в воду OДHOBpe
""
менно с коаrулянтом может несколько ухудшить процесс ooec
цвечивания воды, для KOToporo наиболее блаrоприятными явля
ются низкие значения рН == 5,5 + 6. В этих случаях на небольших
и средних станциях лучше вводить получаемый в caTypaTO
рах известковый раствор в фильтрованную воду, а для БО"lее
крупных станций, если сатураторные установки оказываются
чреЗI\Iерно rрОМОЗДКИl\IИ, приходится дозировать известковое Ы0
локо перед фильтраl\lИ.
500
При проектировании новых станций MorYT быть peKOMeHДO
ваны вертикальные смесители, обеспечивающие практически
полное растворение частиц известковой суспензии, а на действу
ющих станциях, rде вертикальные смесители трудно разместить
из за необходимости поддержания определенных уровней воды
в отдельных сооружениях, MorYT устраиваться смесители с 1e
ханическим перемешиванием.
Следует отметить важность приrотовления известковой cyc
пензии с возможно более мелкими частицами. Чем мельче ча
стицы суспензии, тем быстрее и полнее они будут растворяться.
Поэтому следует отдать предпочтение тем способаl\1 rашения из
вести и приrотовления известковоrо молока, при которых полу
чаются наиболее мелкие частицы извести, в частности rашению
с тонким помолом. При этом для стабилизационной обработки
БОДЫ будет использован не только rидрат окиси кальция, но и
недожоr (СаСО з ).
Необходимо иметь в виду, что при введении известковоrо MO
лока в отстоенную воду rрязевая наrрузка на фильтры несколь-
ко увеличивается за счет содержащихся в известковом молоке
нерастворимых примесей извести. Увеличение rрязевой наrруз
ки зависит от расчетной дозы извести и содержания в ней He
растворимых примесей.
При необходимости повысить величину рН воды до 8 8,2
можно применять любой из указанных выше peareHToB из
весть, едкий натр или соду, поскольку в этих пределах повыше
иие рН достиrается за счет связывания свободной уrлекислоты
как известью или едким натром, так и содой. Если же для CTa
билизации требуется повысить величину рН до более высоких
значений, то нужно добавлять к воде известь, или едкий натр,
или один из этих peareHToB в сочетании с содой.
Для вод, имеющих малую щелочность, доза извести или eд
Koro натра оrраничивается содержанием в воде СО 2 или НСОЗ-,
так как добавление избытка этих peareHToB по сравнению с co
держанием в воде СО 2 и НСОЗ- повысит rидратную щелочность
воды, но не улучшит образования на стенках труб защитной
карбонатной пленки. Доза извести или едкоrо натра при стаБII
лизационной обработке воды лимитируется величиной, опре;хе
ляемой по следующей формуле:
а == k [ (СО 2 )О + Щ ] м "эквlл ( XVIII.I4 )
22 о / ,
rде (С0 2 )0 содержание в исходной воде свободной уrлекис
лоты в м /л;
Що щелочность исходной воды в М ЭК8/Л;
k коэффициент, учитывающий резерв бикарбонат
ной щелочности и равный O,7 O,8.
Если рассчитанная по этой формуле допустимая доза изве
сти или едкоrо натра окажется 1\1еньше требующейся полной
501
дозы, определенной по приведенным выше формулам, то ну)кно
производить обработку ДВУl\lЯ реаrентаl\IИ известыо и содой
или едким натром и содой.
Дозу соды Дl В ЭТОl\1 случае опредеЛЯIОТ по формуле
Д 1 == Д а А! с э к в/л, ( Х \/1 1 1 . 15 )
I'де Д ПО.аная доза щелочных peareHTOI3 в мс<экв/л.
В процессе стаБИ,,1изационной обработки воды неоБХОДИl\10
осуществлять контроль за образованием на стенках труб за
щитной карбонатной пленки. Для этоrо желательно выделить в
разных l\IeCTaX водопроводной сети отключаемые участки, дo
ступные д я осмотра. Кроме Toro, целесообразно контролиро
вать 'изменение потери напора в контрольных участках труб.
Стендовые IIспытания показали, что вначале при образовании
карбонатноЙ пленки потеря напора в трубах несколько снижает
ся, ПО ВИДИl\IОl\IУ, вследствие уменьшения аБСОЛIОТНОЙ шерохова
тости труб, а при дальнейшем наращивании слоя карбоната
кальция начинает возрастать. При правильноl'Л осуществлении
процесса стабилизационной обработки воды должны сохранять
ся оптимальные rидравлические свойства труб.
Наращивание карбонатной пленки может происходить He
paBHolVlepHo по длине труб: на ближайших к месту обработки
воды участках водоводов и разводящей сети карбонатная плен
ка lVlожет получаться более толстой, чеl\1 на отдаленных участ
ках. ВыравниваНИIО толщины карбонатной пленки может спо
собствовать переl\lежающееся подщелачивание воды, заКЛIО
чающееся в том, что после HeKoToporo периода подщелачивания
rзоды до положительноrо индекса насыщения обработку пре
кращают.
Так как речь в данном случае идет о стабилизационной об
работке коррозионной воды, то при прекращении подщелачива
ния образовавшаяся карбонатная пленка начинает растворять
ся, причеl\I наиболее быстро в начальных участках водоводов
и сети, т. е. там, [де образовалась наиболее толстая пленка. При
этом в отдаленные участки сети поступает вода с уменьшенным
количеСТВОl\I аrрессивной уrлекислоты, и здесь карбонатная
пленка растворяется значительно медленнее. Чередование пе
риодов ПОДlцелачивания воды и пропуска по сети необработан
ной воды должно сочетаться с систеlYlатическим контролем за
состояниеl\1 защитной карбонатной пленки на различых участ
ках труб.
Мак Коули рекомендует для быстроrо формирования (в Te
чение нескольких часов) защитной карбонатной пленки на CTeH
ках стальных и чуrунных труб создавать подщелачиванием
воды значительное ее пересыщение карбонатом кальция. OДHO
временно реКОl\lендуется вводить в воду O,5 1,5 Аtс/Л reKcaMe
тафосфата натрия для оrраничения скорости наращивания Kap
бонатной пленки, особенно на начальных участках разводящей
502
сети. При этом, по данным Мак Коули, образуется тонкая paB
номерная прозрачная пленка [14].
Скорость движения воды в трубах для образования прочной
пленки рекомендуется поддерживать не менее 0,9 At/ceK.
4. СТАБИЛИЗАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ ФИЛЬТРОВАНИЕМ
ЧЕРЕЗ МРАМОР И MAfHOMACCY
Стабилизационную обработку вод с отрицательным индек
сом насыщения, содержащих аrрессивную уrлекислоту, можно
осуществлять фильтрованием через материалы, способные свя
зывать аrрессивную уrлекислоту в бикарбонаты. К числу таких
материалов относятся дробленый мрамор и полуобожженный
доломит (MarHOMacca).
При фильтровании воды через мраморную крошку протека
ет реакция
СаСО з + С0 2 + Н 2 О ---+ Са (НСО З ) 2.
При достаточно продолжительном контакте воды с MpaMOp
ной крошкой может наступить состояние, близкое к paBHOBec
ному, определяемому уравнением
CO + СО 2 +Н 2 О 2НСО з .
Однако в практических условиях полной стабилизации воды
и тем более положительноrо индекса насыщения для наращива
ния защитной карбонатной пленки фильтрованием воды через
l\Iраморную крошку добиться нельзя, хотя концентрацию уrле
кислоты можно существенно снизить. Таким образом, для Ha
дежной защиты труб фильтрованиеl\1 воды через мраморную
крошку нужно в первый период эксплуатации подщелачивать BO
ду известью для наращивания защитной пленки карбоната Ka.тrь
ция. При последующей эксплуатации lVlожет периодически по
требоваться повторная обработка воды известью, если в процес
се фильтрования воды через мраморную крошку не происходит
достаточно полноrо удаления аrрессивной уrлекислоты и вслед
ствие этоrо карбонатная пленка на внутреннеЙ поверхности труб
постепенно растворяется.
При фильтровании воды через мраморную крошку карбонат
ная жесткость воды увеличивается эквивалентно количеству
связываемой аrрессивнои уrлекислоты. На 1 Аtс/Л связываеl\t[оЙ
уrлекислоты карбонатная жесткость увеличивается на
0,046 мс экв/л.
Для стабилизационной обработки воды следует ПРИl\;lенять
l'vlраморную крошку без примесей окислов железа в виде отсор-
тированноrо зернистоrо материала с крупностью зерен 1 2 Atht.
Скорость фильтрования воды через мраморную крошку и BЫ
сота ее слоя в фильтре определяются из условия необходимой
продолжительности контакта для снижения концентрации ar
503
рессивной уrлекислоты до 1 4 мс/л, определяемой предвари
тельными лабораторными экспериментами. Ориентировочные
данные о необходимой продолжительности контакта приведены
в табл. XVIII.l.
Таблица XVIII.l
Продолжител ьность контакта воды с мраморной заrрузкой фильтра 1
Содержание в воде 5 10 20 ЗО 40 5!}
аrрессивной СО 2 в ме! /t
Продолжительность KOH
такта в ч . 0,6 0,7 0,9 1 ,7 3,2 4,5
1 Крупность зерен мраморной крошки 1 2 мм.
Стабилизационную обработку воды фильтрованием через
мрамор не рекомендуется применять при карбонатной жестко
сти воды более 2,5 3 мс экв/л, так как в этом случае Бслед
ствие большоrо количества уrлекислоты требуются СЛИШКОl\1
rромоздкие фильтры.
Если в Боде содержится железо, то ero нужно удалять из BO
дЫ до ее подачи на фильтры, иначе мраморная крошка будет
покрываться пленкой соединений железа, несмываемых при про
мывке фильтров.
Во избежание слеживания и цементирования мраморноЙ за
rрузки фильтры нужно периодически промывать водой снизу
вверх, обеспечивая расширение Bcero фильтрующеrо слоя.
При работе фильтра мраморная крошка постепенно paCTBO
ряется и ее нужно периодически добавлять. Теоретический pac
ход мраморной крошки на 1 с связываемой аrрессивной уrле
КIIСЛОТЫ составляет 2,3 с, фактический же расход, включая по
терю мелких частиц при ПрОl\lЫI3ке фильтра, 2,7 3 с.
Стабилизационная обработка воды фильтрованием через
l\1раморную крошку обходится дороже обработки известью в
связи с TeI\I, что расходуемый для этоrо процесс а дробленый и
отсортированный мрамор обычно значительно дороже извести.
Применение этоrо метода Б некоторых случаях оправдано дЛЯ
I\I3ЛЫХ водопроводов, потому что фильтры с заrрузкой из Mpa
f\10рНОЙ крошки не требуют постоянноrо обслуживания.
Более интенсивное связывание уrлекислоты достиrается при
фильтровании воды через зернистую заrрузку из полуобожжен
Horo ДОЛОl\Iита, так называемую MarHoMaccy, состава MgO.
· СаСО з . В зарубежной практике применяются также синтетиче
СI{ие MarHoMaccbl.
Соrласно указаНИЯl\I СН 332 65 [12] к l\1arHOMacce предъяв
ляются следующие требования: 1) крупность зерен 1 3 мм:
504
содержание зерен мельче 1 мм не более 5 О/о, крупнее 3 Mht
не более 150/0, в том числе крупнее 5 мм не более 10/0; 2) объ
емный (насыпной) вес lOOO 1100 кс/м з ; 3) содержание
MgO не менее 22 о/о, содержание СаСО з не более 65 О/о, co
держание посторонних примесей (Si0 2 , Fе20з, А1 2 О з ) не более
80/0; 4) MarHOMacca не должна содержать веществ, ухудшающих
орrанолептические показатели воды или обоrащающих воду
вредными для потребителей соединениями.
Связывание аrрессивной уrлекислоты маrномассой проис
ходит в ОСНОВНОЛ1 за счет реакции С0 2 с MgO, менее одной чет
верти уrлекислоты реаrирует с СаСО з , при этом основная peaK
ция протекает по уравнеНИIО
2С0 2 + MgO + Н20 Мg(НСОЗ)2
и параллельная реакция с СаСО з
С0 2 + СаСО з + Н 2 О Са (НСО з ) 2.
в зависимости от удельноrо значения каждой из этих peaK
ций на 1 М2 связываемой аrрессивной уrлекислоты карбонат
ная жесткость воды повышается на O,027 0,03 ме экв.
Скорость фильтрования через MarHoMaccy зависит от качест
ва воды ее щелочности, содержания в ней аrрессивной уrле
кислоты и ее температуры, а также крупности и активности
MarHoMaccbI.
При использовании MarHoMaccbI указанноrо выше состава с
эквивалентным диаметром зерен dЭl\В== 1,9 мм [12] расчетную
скорость фильтрования можно определять по rрафику
(рис. XVIII.9), составленному на основании эксперименталь
ных исследований М. Е. Соркиным. [рафик составлен для трех
высот слоев MarHoMaccbI h rp , равных 1,2; 1,5 и 2,2 м, и теlVIпе
ратур воды t rp , равных 12 и 65° с. Если фильтрование прово
дится в условиях, отличающихся в пределах до 15 200/0 от пре
дусмотренных rрафиком на рис. XVIII.9, то расчетную скорость
следует скорректировать в соответствии с формулой
1,9 h t
V == v rp . · ,
d экв h rp t rp
(XVIII.16)
rде v расчетная скорость фильтрования в -,1l/Ч;
Vrp скорость фильтрования, определяемая по rрафику
на рис. XVIII.9, при эквивалеНТНОl\f диаметре зе
рен MarHOMaCCbI 1,9 ММ, высоте слоя J\1arHol'tIaccы
h rp м и температуре воды t rp ОС;
d экu , h и t соответственно эквивалентный диаметр, высота
слоя MarHoMaccbI и температура воды, для KOTO
рых проводится расчет маrиомассовых фильтров.
Скорость фильтрования воды через MarHoMaccy не следует
принимать более 50 М/Ч.
Для определения содержания в воде аrрессивной уrлекисло
ты рекомендуется пользоваться методом, изложенным в rлаве 1.
С понижением температуры воды интенсивность процесса свя
зывания аrрессивной уrлекислоты маrномассой существенно
снижается, поэтому не рекомендуется применять этот метод, ec
ли температура воды более пяти месяцев в rоду удерживается
ниже 30 с.
hсл= 2м 1,5м 1,2м
t = '2 0 С 650 120 650120 65 0 С
25
....
dJJ(B = 9MM
J
\
15 50 *O \\
\\
10... '\
60 40
зо '\ '- Щелочность 808ы I
50'0 '"
, ,
ЗО l\: '" '""- , 8 М2 :iI(8/л
...... "-
f-- r<:
f--.40 f-- ." '" "- '"
f-- "- "'''-.........
';: 20 '"
f-- """'" '" f""... """"""" .......... ["'...
5 ... ......... ..........
30 20 ... ......... "- 100.. " ........
5 ... .......... ...... ........
........... .......... r---.. ..........
20 .......... ....
10 .......
10 ...........
10
:::t-
..............
20
::::,
::t::
15
-о
с::;
10
.()
Е:
с.)
с;)
5
О 10 20 30 40 50 БО 70
Ifонцентраqия СО2 azp 8 мzjл
Рис. XVIII.9. rрафик для определения скорости фильтрования
воды через MarHoMaccy крупностью 1 3 ММ
Пример. Для воды, содержащей C0 2arp ==38 ма/л, имеющей щелочность
3 At2 экв/л и температуру 12° С, расчетная скорость фильтрования при слое
MarHOMaCCbI 1,5 м равна 7,5 М/If
в составе систеl\I rорячеrо водоснабжения MarHoMaccoBbIe
фильтры рекомендуется устанавливать на линиях rорячей BO
ды. В тех случаях коrда требуется защищать от коррозии наря..
ду с трубопроводами также водонаrреватели, желательно к ли
нии подачи холодной ВОДЫ в MarHoMaccoBbIe фильтры подклю
чать циркуляционную линию rорячеrо водоснабжения с тем,
чтобы температура воды, поступающей в фильтры, была не Me
нее 12 150 с.
Для фильтрования воды через l\IarHOl\laccy 1\10)I(НО применять
как напорные, так и открытые фильтры. Фильтрование воды
производится сверху вниз.
Фильтры промывают исходной водой; если же метод приме
няется Д.1Я стаБИ.lизации воды систеыы rорячеrо водоснабже
506
ния, то промывку следует производить холодной водой. Для
1\1arHOMaccbI крупностью 1 3 мм промывка должна обеспечи
вать расширение ее слоя не менее чем на 200/0, что обеспечивает
ся при интенсивности промывки 15 лjАt 2 . сек. ПРОJ:ОЛЖIIтель
ность ПрО1\IЫВКИ составляет 10 15 мин.
Мо)кет быть ПРИ1\lенена также ВО;:I,овоздушная IIроыывка
MarH01\I ассовых фильтров со с.пеДУIОЩИ:\I ре)КИ1\IОl\I: ПрОl\IЫI3ка
водой в течение 1 2 мин с интенсивностью 6 8 Л/Jl 2 · сек, про
мывка водой I3 течение 5 6 иин с интенсивностью 3
4 Л/Аt 2 . сек и одновреыенно воздухом с интенсивностью 18
20 лjм 2 . сек. Во избежание выноса 1\'Iаrпомассы при ПрОl\lывке
должен быть предусмотрен запас высоты не менее 20 25 C.1l от
верха расширившеrося слоя до кромки отводной воронки в Ha
порных фильтрах или до края сборных желобов 13 открытых
фильтрах.
Если MarHOMaCCOBbIe фильтры применены для стабилизаци
онной обработки питьевой воды, то перед включением их в HOp
l\1альную эксплуатацию должна быть тщательно ПРО1\lыта Mar
номасса, в конце промывки надлежит отобрать пробу воды для
санитарно бактериолоrическоrо анализа. При неблаrоприятном
результате бактериолоrическоrо анализа, который может Ha
блюдаться из за заrрязнений, попавших в MarHoMaccy, peKOMeH
дуется заполнить фильтр на 24 ч раствором хлорной извести
или хлорной водой, полученной с помощью rазообразноrо хло
р а, с концентр ацией активноrо хлор а порядка 0,1 О/о. После BTO
ричной промывки для удаления из фильтрующеrо слоя paCTBO
ра хлора отбирают вновь пробу фильтрата на бактериолоrиче
ский анализ и при получении положительноrо результата
включают фильтр в эксплуатацию.
При работе MarHoMaccoBbIx фильтров надлежит не реже oд
Horo раза в месяц определять индекс насыщения воды карбо
натом кальция. Для нормально работающеrо Фи"ттьтра индекс
должен быть в пределах J == + (0,05 0,1). После каждой доrруз
ки фильтра маrномассой следует производить бактериолоrIIче
ский анализ фильтрата.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИФОСФАТОВ ДЛЯ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕй
И ЗАРАСТАНИЕМ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ
Имеется ряд веществ, добавление которых к воде приводит
к уменьшению скорости коррозии металлов. Такие вещества Ha
зывают замедлителями коррозии (инrибитораl\IИ). Действие за
медлителей коррозии стали в нейтральных водных средах за
ключается в торможении катодноrо или анодноrо процесса KOp
розии или обоих процессов одновременно. В соответствии с этим
замедлители коррозии делят обычно на катодные, анодные и
смешанные.
Действие замедлителей проявляется как в образоваНИII за
507
щитных пленок на катодных и анодных участках поверхностй
металла, так и в непосредственном торможении caMoro корро.
зионноrо процесса.
При добавлении к воде замедлителя, тормозящеrо анодный
процесс, скорость коррозии уменьшается в результате сокраще.
ния площади анодных участков блаrодаря образованию защит.
нои пленки, а также вследствие уменьшения скорости перехода
ионов металла в раствор.
Анодные замедлители в достаточных концентрациях весьма
эффективны; в недостаточных для полной защиты металла KOH
центрациях они сокращают общую площадь коррозионных по.
ражений, но rлубина коррозии на отдельных участках увеличи.
вается, что часто приводит к язвенному поражению металла.
К аНОДНЫl\1 замедлителям относятся. в частности, хромат нат.
рия Na2Cr04, бихромат натрия Na 2 Cr 2 07, нитрит натрия NaN0 2 .
Катодные замедлители в основном уменьшают КОррОЗИI{)
вследствие торможения отдельных процессов катодной реак.
ции ионизации кислорода, диффузии кислорода к катоду, раз.
ряда ионов водорода. Торможение этих процессов происходит в
результате образования на катодных участках нераСТВОРИl'vlЫХ
соединении. К каТОДНЫl\1 замедлителям относятся, I? частности,
rексаметафосфат и триполифосфат натрия.
В некоторых условиях rексаметафосфат и триполифосфат
натрия действуют как смешанные замедлители, т. е. одновре.
менно тормозят оба электродных процесса анодный и Ka
тодныи.
rексаметафосфат натрия может быть получен путем Harpe.
вания фосфорнокислых солей N аН2РО4, N а2Н2Р207 или N aNH4 ·
· НРО4 дО температуры 7000 С и последующеrо быстроrо охлаж
дения расплава.
Химически чистый rексаметафосфат натрия содержит обыч
но до 980/0 (NаРОЗ)6 и около 20/0 Na2H2P207. Содержание l\1eTa.
фосфатов в нем эквивалентно 68 69 О/о Р 2 О Б . в техничеСКОl\I reK.
саrvlетафосфате натрия содержание метафосфатов эквивалентно
52 540/0 Р 2 0Б или 70 71 О/о (NаРОз)в.
rексаметафосфат натрия хорошо растворим в воде. В BOД
IIЫХ растворах rексаметафосфат натрия rидролизуется, причем
повышение температуры ускоряет rидролиз. Конечным продук
T01'VI rидролиза является ортофосфат натрия.
В водном растворе rексаметафосфат натрия диссоциирует
с образованием: двух катионов Na+ и комплексноrо аниона
[Nа4(РОЗ)6]2 по уравнению Nа2[Nа4(РОЗ)6] Z 2Na+ +
+ [N а4 (РОз) o]2 .
При растворении rексаметафосфата натрия в природных во.
дах, содержащих Са 2 + и Mg2+ и при избытке rексаметафосфа.
та натрия по отношению к этим катионам, образуются paCTBO
римые комплексные соединения, в которых атомы натрия аниона
rексаметафосфата об1\Iениваются на Са 2 + и M g 2+, содержащие
508
ся в воде. В частности, с кальцием, маrнием и двухвалентным
;-келезом образуются следующие растворимые комплексные co
единения: N а2[Са2 (РОз) 6], N a2[Mg 2 (РОз) 6], N a2[ Fe 2 (РОз) 6], Диссо
циация этих соединений дает катионы Na+, комплексные анио
ны [Са2 (РОз) 6]2 , [Mg 2 (РОз) 6]2 и т. п.
Если в растворе нет избытка rексаметафосфата натрия по
сравнению с поливалеНТНЫl\fИ катионами воды, то происходит
образование малорастворимых соединений, например типа reK
саl\tIетафосфата кальция Са[Са2 (РОз) 6], в котором все атомы
натрия замещены на кальций.
.i\'lехаНИЗl\tI деЙствия rексаметафосфата натрия как заl\1еД,,1И
теля коррозии стали в нейтральных водных средах, на OCHOBa
нии иыеющихся экспеРИl\tIентальных данных, l\fожет быть пред
ставлен следующим образом.
При протекании процесса коррозии стали в нейтральных
водных средах, даже в тех случаях, коrда вода имеет отрица
тельный индекс насыщения карбонатом кальция, вследствие об
разования ионов OH на катодных участках коррозионных пар
происходит осаждение СаСО з . В состав этих отложений входят
также соединения железа, переходящие в воду вследствие KOp
розии металла труб.
Образующиеся на трубах коррозионные отложения являют
ся рыхлыми, И хотя они несколько замедляют коррозионный
процесс, но не исключают подхода pacTBopeHHoro в воде кисло
рода к каТОДНЫl\I участкаl'vI и вследствие этоrо не MorYT прекра
тить коррозию.
При добавлении к природным водам rексаметафосфата HaT
рия с недостатком по сравнению с содержащимися в воде по
ливалентными катионаl\1И образуются малорастворимые соеди
нения типа Ме[Ме2(РОЗ)6]*, и в первую очередь Са[Са2(РОЗ)6],
которые, входя в состав коррозионных отложений, приводят к
их уплотнению и делают их малопроницаемыми.
Таким образом, на поверхности металла образуется слой OT
,,10)кений, важнейшей составной частыо KOToporo является l\,IeTa
фосфат кальция. Этот слой отложений будем именовать в даль
нейшем защитной метафосфатной пленкой. Изучение характера
метафосфатных отложений на стальных образцах было прове
дено во ВНИИ водrЕО с rексаметафосфатом натрия, в состав
KOToporo при ero изrотов.п:ении был введен радиоактивный фос
фор рЗ2. Радиоавтоrрафии и ИЗ1\Iерение активности излучений
rадиоактивноrо фосфора показали, что метафосфатные соеди
неНIIЯ сорбируются коррозионными отложениями, причем они
накапливаются в количествах, пропорциональных количеству
ЭТIIХ отложений. Поскольку коррозионные отложения обычно
распределяются неравномерно по поверхности металла, COOT
* .\1 е . общее обозначение двухвалентных катионов металлов, содержа
щихся в воде.
509
ветственно неравномерно распределяются и метафосфатные co
единения [2].
Коррозионный процесс подавляется rексаметафосфаТО\I по
степенно, по мере накопления достаточноrо количества ыeTa
фосфата кальция в составе коррозионных ОТ,,10)кеНIIЙ.
Чем больше добавлено к воде rексаl\lетафосфата натрпя, Te
быстрее подавляется КОРРОЗIIОННЫЙ процесс. IIа.1ИЗЫ OT.10)Ke
нии на металле показали, что при дозах rекса:\Iетафосфата HaT
рия до 25 Аl2/Л в составе ОТvl0жений содеРiкатся \IетафосфатыI
кальция и )келеза, при дозах 50 100 Аt2jл TO.lbKO метафос
фат кальция. В последнеl\1 случае коррозия подаВ.lяется Ha
СТОиlЬКО быстро, что на поверхности стали вообще не образуется
ржавчины.
Для получения на IeTa.lvle защитноЙ пленки :\Iетафосфатов
кальция, l\1аrния и же"lеза нужно, в соотвеТСТВИII с приведенны
ми формулами, чтобы количество добавленноrо к водс reKca
l\Iетафосфата натрия (в пересчете на Р20Б) БЫ.l0 не более 70 Jtc
на каждый 1 мс экв содер)кащихся в воде ПО.1IIва.,lеIIТНЫХ Ka
тионов.
Если доза rексаl\1етафосфата будет больше указанноrо co
отношения, то MorYT образовываться раСТВОРИ:\Iые соеДIIнения
типа Nа2[Ме2(РОЗ)6] и коррозия вначале даже несколько уси
лится до тех пор, пока вода не обоrатится достаточным количе
ством железа для образования малорастворимоrо :Vlетафосфат
Horo соединения. Только после этоrо начнется за\Iедление KOp
розионноrо процесса.
При дозах rексаметафосфата натрия более 100 Аt2jл Р20Б
И при достаточном содержании в воде поливалентных катионов
образуется очень тонкая, возможно мономолеКУvlярная пленка
метафосфатов, покрывающая равномерно всю поверхность l\Ie
талла. На металле в этом случае коррозионных ОТ.,10)кений не
образуется.
В соответствии с описанным механизмом действия reKCalYle
тафосфата натрия может быть рекомендован слеДУЮIЦИЙ способ
обработки воды для борьбы с коррозией стальных водопровод
ных труб технических водопроводов l . При пуске в эксплуатацию
водовода ИtilИ разводящей водопроводной сети целесообразно
как МОЖIIО скорей сформировать заЩИТНУIО l\Iетафосфатную
пленку, не допуская образования на стенках труб буrристых
КОррОЗIIОННЫХ отложений. Для этоrо следует на HecKovlbKO cy
ток заполнить трубы раствором rексаl\lетафосфата натрия с KOH
центрацией около 100 JJ;l2jл Р 2 О Б . Затем необходимо ПрОI\1ЫТЬ
трубы водой с содержанием rексаl\lетафосфата натрпя 5
10 Аt2/Л Р 2 О Б , а после удаления из труб воды с БО.1ЬШИl\[ coдep
)канием метафосфатов l\10ЖНО направлять ее потребитеЛЯi\l. При
1 Д.1Я ПIIтьевых водопроводов по орrаIIО:IептичеСКО fУ признаку разре-
luается содержание в воде rексаметафосфата натрия не бо.1ее 2 мzjл.
510
дальнейшей эксплуатации надлежит все время обрабатывать BO
ду rексаметафосфатом натрия для сохранения защитной пленки,
применяя дозы 5 10 М2/Л Р20Б.
Дозы rексаметафосфата натрия для борьбы с коррозией в
ках(дом отдельном случае подлежат уточнению в процессе экс
IIлуатации.
rексаметафосфат натрия при добавлении ero к воде облада
ст также свойством предотвращать зарастание труб карбона
TOl\1 кальция, если вода IIl\leeT положительный индекс Hacы
щения.
Такое действие rексаl\Iетафосфата натрия объясняется, по
видимому, образованиеl\1 на микрокристаллах карбоната каль
ция, получающихся при пересыщении воды этим соединением,
адсорбционной пленки метафосфатных соединений, что затруд
няет дальнейший рост микрокристаллов и весь процесс кристал
лизации карбоната кальция.
Экспериментально установлено, что для предотвращения за
растания водопроводных труб карбонатом кальция требуются
дозы rексаметафосфата натрия 1 2 М2/Л Р20Б. Достаточность
CTOJlb малых доз rексаметафосфата натрия может быть объяс
вена тем, что метафосфатные соединения расходуются только на
создание TOHKoro адсорбционноrо слоя на микрокристаллах
карбоната кальция, а не на полное их растворение.
Растворы rексаметафосфата натрия удобно приrотовлять в
баках с механическими мешалками. rексаметафосфат натрия
растворяется относительно медленно, а опустившиеся на дно
бака куски peareHTa обладают способностью слеживаться в BO
де. Поэтому во вреlVIЯ приrотовления раствора необходимо обес
печить непрерывное и интенсивное ero перемешивание до тех
пор, пока весь rексаметафосфат не будет полностью растворен.
Для ускорения растворения можно применять воду, наrретую
до температуры 40 600 с.
В состав установки, кроме бака для приrотовления paCTBO
ра, должны входить расходные баки, желательно не менее двух.
Из за обычно малых доз rексаметафосфата натрия следует
применять для дозирования возможно более разбавленные pac
творы, во всяком случае не более 1,5 О/о по Р20Б (не более 3 О/о по
техническому продукту).
Концентрированные растворы rексаметафосфата натрия
аrрессивны по отношению к большинству металлов, так как спо
собны образовывать с НИlVIИ растворимые комплексные соеди
неНIIЯ. ПОЭТОl\IУ баки, мешалки, дозаторы, трубопроводы и дpy
rие элеl\lенты установок, соприкасающиеся с концентрирован
HbIl\1 paCTBOpOl\1 rексаметафосфата натрия, следует выполнять из
l\lатериалов, устойчивых против действия этоrо раствора.
Взаl\lен rексаметафосфата натрия можно ПРИl\lенять трипо
лифосфат натрия. Последний не поrлощает влаrу и поэтому ero
l\IO)l(HO хранить в обычных помещениях, в то время как [eKca
511
метафосфат натрия из за ero способности поrлощать B.1Clry и
расплываться приходится хранить в rерметически закрытых co
судах. В остальном технолоrия обработки воды трипо.ттифосфа
том такая же, как и rексаметафосфатом натрия.
Для небольших вод6проводов применение rексаl\Iетафосфа
та или триполифосфата натрия оказывается недостаточно удоб
ным из за необходимости приrотовления и точноrо дозирования
растворов этих peareHToB.
Для малых установок за рубежом нашли ПРИ11енение l'vlед.пен
но растворяющиеся метафосфаты с торrОВЫl\IИ назваНИЯ:\IИ
«микромет», «микрофос», «рондофос», «l\Iемпо» и др.
Эти peareHTbI в виде зернистоrо материала заrружают в Ha
порные дозаторы. Часть обрабатываемой воды фильтруется че
рез слой peareHTa и обоrащается в нужной степени метафосфат
ными соединениями. Затем обоrащенную воду смешивают с oc
новным потоком воды для создания требуемой концентрации pe
areHTa. Дозы медленно растворяющихся lVlетафосфатов для
борьбы с коррозией или зарастанием труб карбонатом кальция
принимают (в пересчете на Р20Б) такими же, как и дозы reKca
метафосфата натрия.
Во ВНИИ водrЕО разработана рецептура приrотовления
медленно растворяющеrося метафосфатноrо peareHTa путе:\I BBe
дения в ero состав наряду с натрием также и кальция [4].
6. ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТА НАТРИЯ
ДЛЯ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕй ТРУБ
При добавлении к транспортируемой по трубам воде жид
Koro стекла (силиката натрия N а2SiОз) на внутренней поверх
ности труб постепенно образуется защитная пленка, в состав
которой, по видимому, входят силикаты кальция и маrния, об
разующиеся в результате реакции между силикатом натрия и
содержащимися в воде катионами кальция и маrния.
Защита от коррозии происходит в основном вследствие
сорбции указанных кремнекислых соединений первоначально об
разовавшимися на металле коррозионными ОТЛО:lкеНИЯ1fИ.
Кроме Toro, при обработке воды жидким стеклом происхо
дит подщелачивание воды в результате rидролиза жидкоrо
стекла, что приводит к сдвиrу индекса насыщения воды карбо
натом кальция в положительную сторону.
В зависимости от рН обрабатываеl\10Й воды применяют )киД
кое стекло с различным модулем (отношение Si02/Na20).
Для вод с рН == 6 + 7 рекомендуется применение ще.почноrс
жидкоrо стекла с модулем 2,4 2,8, для вод с рН == 7 + 8 c :VIO
ду.пем 2,8 3,2.
Зеелмайер не рекомендует применять жидкое стекло для
вод, содержащих мало pacTBopeHHoro кислорода пли значитель
ное количество бикарбонатов и хлоридов [16].
512
При большом содержании в воде бикарбонатных ионов дo
бавление к ней Nа2SiОз приводит к увеличению индекса Ha
сыщения воды карбонаТОl\1 кальция и к выделению последнеrо
из раствора.
На образующихся кристаллах СаСО з отлаrаются соедине
ния кремниевой кислоты и вследствие этоrо замедляется обра
зование на стенках труб как карбонатной, так и силикатной за
щитной пленки.
Обычно рекомендуемые дозы )кидкоrо стекла составляют 7
30 мс/л (в пересчете на Si0 2 ), причем большие дозы относятся
к водаl\1 с высоким солесодержанием (1000 1200 Мс/Л). В пер
вые несколько недель обработки воды желательно применять
повышенные дозы силиката натрия для ФОРlVIирования защит
ной пленки на стенках труб.
Некоторые авторы считаIОТ возможным по окончании перио
да формирования защитной пленки переходить на дозы 3
4 Мс/Л Si0 2 . Концентрацию раствора жидкоrо стекла назнача
ют исходя из удобства дозирования, а также в зависимости от
количества обрабатываемой воды. Для больших расходов воды
приходится применять более концентрированные растворы (но
не более 3 О/о по Si0 2 ).
д. Яковлевым (ВНИИ водrЕО) испытан lVIетод дозирова
ния силиката натрия путем фильтрования воды с теl\lпературой
более 400 С через зернистый слой заrруженной в фильтр доза
тор силикат rлыбы. Крупность зерен силикат rлыбы должна
быть 2 7 Chl, скорость фильтрования 300 500 f'v'l/Ч.
7. ОБРАБОТКА ВОДЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
БиолоrИЧЕскоrо ЗАРАСТАНИЯ ТРУБ
в данном разделе paCCl\fOTpeHbI методы обработки воды для
борьбы с биолоrическим зарастанием труб хозяйственно питье
вых и технических водопроводов в OCHOBHOl\1 дЛЯ тех случаев, Kor
да транспортируемая вода не подверrается подоrреву.
Сведения по обработке охла)кдающей воды систем прямо
точноrо и оборотноrо водоснабжения приведены в rлаве XIX.
Основные мероприятия по защите трубопроводов и водопро
водных сооружений от биообрастаниЙ должны заКЛI{)чаться в
охране источников водоснаб)кения от заrрязнений, способству
IОЩИХ развитию орrанизмов обрастаний. С этой целью дол)кно
быть обращено особое ВНИl\lание на недопустиl'ЛОСТЬ спуска He
очищенных сточных вод в водоемы выше водозаборов не толь
ко хозяйственно питьевых, но и технических водопроводов.
Должна быть обеспечена охрана прибрежной территории от за
rрязнения промышленными и бытовыми отходами, ликвидация
выбросов с ДЫl\10ВЫl\IИ rазаlVIИ золы, заrрязняющей водоеl\I,
и Т. п.
При использовании для целей водоснабжения вод из озер и
З3 745
513
Т а б л 1I Ц а XVIII.2
Обработка воды для борьбы с биолоrическими обрастаниями
Орrанизмы, обра"3УЮЩНС
обрастания
Метод обработки воды
1. Зооrлеи, нитчатые бак
терии, водные rрибки
Хлорирование периодическое. Содержание OCTa
точноrо хлора в отдаленных участках водопрово
да 0)5 .1fcj л
Режим хлорирования
Время образования
С.10Я обрастаний 0,5
ММ в ч 2 4 8 24
48 и
более
Периодичность Х.тIори
рования в ч .
Необходимая продол
жительность содержания
остаточноrо хлора
0,5 Мс! л в отдаленных
участках водопроводной
сети в мин .
2 4 8 16
24
15 20 30 45
60
2. Орrанизмы
совместно
ными и
бактериями
цветения
с зооrлей
нитчатыми
Периодическая обработка хлором и медным
купоросом (технические водопроводы).
Доза хлора должна обеспечивать содержание
остаТОЧIIоrо хлора в ОТДЗl1енных участках BOДO
провода 0,5 Мс/Л.
Режим хлорирования см. п. 1.
Доза купороса 0)2 0,4 Мс/Л Си
3. Железобактерии
Обезжелезивание воды, поступающей в BOДO
проводную сеть.
Периодическое выключение участков сети, запол
нение их раствором хлора дозой 25 Мс/ л на 8
24 ч с последующей промывкой
4. Серобактерии (в BO
дах, содержащих ce
роводород)
Очистка воды от сероводорода. Периодическое
хлорирование отдельных участков водопроводной
сети (см. п. 3)
5. МО\llЛЮСК дрейссена
G14
а) Для предупреждения развития дре{Iссены из
личинок хлорирование непрерывное с содержа
нием остаточноrо хлора 0;5 .мс/Л в весенне летне
осенний период, в средней полосе май октябрь.
б) Периодическая ПРОl\Iывка (4 5 ч каждые
10 15 суток) водоводов и I\a\Iep I30дозаборов BO
дай с температурой 45 500 С в период раЗВIIТИЯ
дрейссены.
в) Периодическая обработка воды меДНЫ:\I KY
ПОрОСОI\I доза:\III 4 6 .мс/л Си по 1 ч кзж:дые 2 cy
ток в период развития дрейссены (технические BO
ДОПРОВО,J,ы)
водохранилищ нередко возникают существенные затруднения
из за обильноrо развития в водоемах в определенные периоды
rода планктонных орrанизмов так называемоrо «цветения»
воды. Для борьбы с их развитием можно применять обработку
воды непосредственно в водоеме медным купоросом.
Токсическую дозу l\Iедноrо купороса в каждом отдельном
случае следует определять экспериментально, поскольку она за
висит от вида планктонных орrанизмов, вызывающих цветение
В среднем эта доза находится в пределах O,1 O,5 ме/л Cu.
Расход купороса для обработки воды в водоеме рассчиты
вается на создание требуемой концентрации в верхнем слое BO
дЫ толщиной 1 2 м. Купорос в виде тонкоразмолотоrо порошка
распределяется по поверхности воды путем распыления с caMO
лета или с моторной лодки. Проведение обработки воды для
борьбы с «цветением» в каждом отдельном случае необходимо
соrласовывать с орrанаlVIИ rосударственноrо санитарноrо и рыб
Horo надзора.
В тех случаях коrда профилактические мероприятия не
устраняют биолоrическоrо зарастания труб, приходится прибе
raTb к обработке воды, поступающей в водопроводную сеть.
Методы обработки зависят от видов биолоrических обрастаний,
их интенсивности и химическоrо состава воды. Обработку воды
для борьбы с биолоrическим обрастанием желательно прово
дить после очистки труб, так как в результате обработки обра
стания MorYT отделяться от стенок труб и заrрязнять воду. Ви-
ды обработки воды и их режимы (дозы peareHToB, периодич
насть обработки) следует устанавливать экспериментально для
каждоrо объекта. Для предварительноrо выбора MeTOД обра
ботки можно руководствоваться данными, приведенными в
табл. XVIII.2 [11].
ЛИТЕРАТУРА
1. А п е л ь Ц и н И. Э., 3 о л о т о в а Е. Ф. Применение rексаметафосфата
натрия в технике водоподrотовки. В сб.: «Исследования ПО водоподrотовке».
rосстройиздат, 1955.
2. А п с л ь Ц и н И. Э., 3 о л о т о в а Е. Ф. Применение радиоактивных
индикаторов для исследования действия rексаметафосфата натрия как замеДе
лителя коррозии стали в нейтральных водных средах. В сб.: «Исследования
по водоподrотовке». rосстройиздат, 1956.
3. А п е л ь Ц и н И. Э. Определение дозы щелочи для формирования зае
шитной карбонатной пленки на стенках водопроводных труб. В сб.: «Исследо
вания по водоподrотовке». rосстройиздат, 1959.
4. А п е л ь Ц и н И. Э., 3 0.1 О Т О В а Е. Ф. Применение малорастворимых
метафосфатов для обработки воды, «Водоснабжение и санитарная техника»
1959, NQ 4.
5. А р е н ш т е Й н А. М. Развитие биолоrических обрастаНIIЙ в ВОДQПРО
водных системах и меры борьбы в ними. В сб.: «Научные сообщения (ВОДОа
снабжение) ». Изд. ВНИИ водrЕО, 1960.
6. Б а б е н к о в Е. д. rрафическое опреде.ттение дозы ще.10ЧИ для фОрМИ с
ровапия П.1енки на стенках труб. «Водоснабжение II санитарная теХIIика»
1966, N2 5.
33*
515
7. ВНИИ водrЕО (К л я ч к о В. А., А п е .п ь Ц и н И. Э.). Подrотовка
воды для промышленноrо и rородскоrо водоснабжения. rосстройиздат, 1962.
8. К а м ерш т е й н А. [. Мероприятия по сохранеНИIО пропускной спо
собности водопроводных труб. Стройиздат, 1950.
9. Раз у м о в А. С. Биолоrические обрастания в системе питьевоrо и Tex
ническоrо водоснабжения и меры борьбы с ними. Информационные материалы,
N2 2. Изд. ВНИИ водrЕО, 1953.
10. Руководство по эксплуатации MarHoMaccoBbIx фильтров д.'1Я стабили
зации воды внутренних систем водоснаб,кения. Стройиздат, 1967.
11. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и про
МЫllI.lенных предприятий. Стройиздат, 1967.
12. Указания по проектироваНИIО и MOHTaiKY MarHoMaccoBbIx фильтров для
стаби.'1изации воды внутренних систем водоснабжения (C[f 332 65). Строй
издат, 1966.
13. А r m Ь r u s t е r Н. Theorie und Praxis der Entsauerung iiber feinkor
nige Magno Filtermaterialen. Vom Wasser, 1957 1958.
lL1. McCauley R. F. Use of polyphosphates for developing protective calcite
coatings. JA WW А, 1960, 52, NQ 6.
15. R е i f К. Die Anwendung уоп Phosphaten bei Wasseraufbereitung, Gas
und W asserf ach, 1958, М2 52.
16. S е е 1 m е у е r G. Die praktischen Massnahmen zur Korrosion und
Steinverhutung in haustechnischen Anlagen. Verl. Haenchen и. Jah, 1958.
rЛАВА XIX
ОБРАБОТКА ОХЛАЖДАЮЩЕй ВОДЫ
1. ПРИЧИНЫ УХУДШЕНИЯ РАБОТЫ
ОХЛАЖДАЮЩИХ СИСТЕМ
На промышленных предприятиях при эксплуатации систем
водяноrо охлаждения технолоrических аппаратов во мноrих
случаях наблюдаются различные виды нарушений работы этих
систем из за неудовлетворительноrо качества охлаждающей во-
ды. Особенно часто нарушается нормальная работа оборотных
систем вследствие появления на стенках теплообменных аппа-
ратов накипи, биолоrических обрастаний, коррозии металличе-
ских элементов систем и т. п. Отложения на стенках аппаратов
и труб вызывают также увеличение потери напора при движе-
нии по ним воды, в результате чеrо насосы часто оказываются
не в состоянии подавать нужное для охлаждения количество
воды. Ухудшение условий теплопередачи и уменьшение расхо-
дов охлаждающей воды приводят К снижению эффекта охлаж-
дения, нарушению технолоrических режимов работы теплооб-
менных аппаратов и в конечном итоrе к значитеЛЬНЫl\I произ-
водственным потерям.
Эксплуатация систем водяноrо охлаждения с периодической
очисткой теплообменных аппаратов, как правило, не обеспечи-
вает нормальных условий их работы, так как в периоды между
чистками аппараты работаIОТ в неудовлетворительных условиях.
Ввиду этоrо большое значение имеют методы обработки
охлаждающей воды, преследующие цель предотвращения наки-
пи, биолоrических обрастаний, коррозии аппаратов и труб,
а также обеспечивающие ОПТИl\lальные условия работы систеl\1
водяноrо охлаждения.
Отложение накипи на охлаждаемых поверхностях и в трубо-
проводах. OCHOBHbIM соединением, встречающимся в составе на-
кипи в охлаждающих системах, является карбонат кальция
СаСО з . Он образуется вследствие распада содержащихся в ox
лаждающей воде бикарбонатных ионов (2НСОз CO +
+СО 2 +Н 2 О) под влияниеl\1 HarpeBa воды и потери растворен--
ной уrлекислоты при разбрызrивании воды на rрадирнях и в
брызrальных бассейнах.
517
Увеличение концентрации в воде карбонатных ионов CO
при наличии в ней катионов кальция приводит к образованию
осадка СаСО з " обладающеrо способностью давать плотные OT
ложения по всему водному тракту.
Растворимость карбоната маrния значительно больше, чеl\l
карбоната кальция, и поэтому МgСО з входит в состав накипи
в незначительном количестве в результате соосаждения с Kap
бонатом кальция (обычно до 1 О/о общеrо веса накипи).
При высоких значениях рН воды (более 10), что может иметь
место при обработке добавочной воды известью для снижения
карбонатной жесткости (декарбонизации) , в состав отложений
может входить rидроокись l\lаrния.
Сульфат кальция обладает сравнительно большой раствори
мостью и поэтому редко встречается в составе накипи в систе
мах оборотноrо водоснабжения, за исключением тех случаев,
коrда происходит кипение воды на поверхностях охлаждения и
производится ее обработка большими количествами серной кис
лоты без соблюдения должноrо режима продувки системы.
При больших концентрациях в охлаждающей воде соедине
пий кремниевой кислоты в состав накипи MorYT входить силика
ты кальция и маrния.
Образование осадков. При значительном содержании в ox
лаждающей воде взвешенных веществ (песок, rлинистые части
цы) последние MorYT давать осадки на участках систем охлаж
дения с малыми скоростями движения воды.
Если в системе охлаждения происходит образование накипи,
то вместе с карбонатом кальция на охлаждаемых поверхностях
и в трубах MorYT «прикипать» взвешенные вещества, которые
как бы цементируются карбонатом кальция. Точно так же Ha
копление взвешенных веществ в холодильниках и трубах может
происходить при развитии биолоrических обрастаний, которыми
задерживаются взвешенные вещества из протекающей воды.
В обоих указанных случаях наличие в охлаждающей воде взве
шенных веществ является особенно опасным.
Железистые отложения. При наличии железа в воде источни
ка водоснабжения, используемоrо для пополнения оборотной
системы, в трубах, холодильниках и охладителях может отла
rаться осадок rидроокиси железа.
Наиболее часто подобные явления MorYT наблюдаться при
использовании для питания системы подзеl\lНЫХ вод, в которых
железо чаще Bcero содержится в виде бикарбоната закиси. При
наrревании оборотной воды и потере в rрадирнях или брызrа.7IЬ
ных бассейнах растворенной уrлекислоты, а так)ке в результате
обоrащения воды при разбрызrивании кислородом происходит
окисление закисноrо железа в окисное и rидролиз соединений
железа с образование1\1 rидрата окиси железа. ПОЭТОl\lУ следует
избеrать использования воды, содержащеЙ железо, для попол
518
неНIIЯ оборотных систе:\I или подверrать добавочную воду обез
)ке,,1езиваНИIО.
БИО,Jl0rические обрастания. Причиной развития в охлаждаю
щих системах бактерий и водорослей является наличие в воде
неоБХОДИl\IЫХ для них питательных веществ и б,,1аrоприятных
теl\lпературных условий. Особенно интенсивное развитие .БИО,,10
rических обрастаний в охла)кдающих систеl\lах наблюдается при
повышеННОlYI содержании в воде орrанических веществ. Разви
тие бактерий на стенках аппаратов и труб проявляется в фОрl\lе
слизистых отло)кениЙ, среди которых скапливается песок и дpy
rая взвесь.
Наиболее часто происходит зарастание труб и холодильни
ков зооrлейными и нитчатыми бактериями.
Если в охлаждающей воде содержится железо, то мо)кет про
исходить развитие железобактерий. Эти бактерии способны бы
стро размножаться и закупоривать трубки холодильников.
При использовании для охлаждения вод, содержащих суль..
фаты, l\lorYT развиваться сульфатвосстанавливающие бактерии,
что приводит в некоторых случаях к образованию сероводорода
и сульфидов, особенно под толщей отложений. Следствием этоrо
может быть интенсивная коррозия аппаратуры и труб.
На открытых поверхностях охлаждающих систет, особенно в
rрадпрнях и брызrальных бассейнах, lVlorYT развиваться BOДO
росли. В трубопроводах в некоторых случаях наблюдается раз
витие :\IО,,1люска дрейссены. При использовании морской воды
развиваются моллюски мидия, l\lитиластр, :мсрские желуди
балянусы.
Бполоrпческие обрастания ухудшают работу систеl\1 охлаж.
дения не только вследствие Toro, что нарушают условия тепло
передачи и увеличивают потерю напора в трубах, но они MorYT
вызвать также коррозию труб и аппаратов.
Коррозия. В систеlVlах охлаждения коррозия стальных эле
lVleHToB вызывается растворенным в воде кислородом, KOTOpbIl\1
особенно интенсивно обоrащается оборотная вода пр:! разбрыз
rивании в охладителях. Коррозия усиливается при относительно
высокоЙ теl\lпературе среды, имеющей место в охлаждающих
систе I ах.
ДруrИl\1И факторами, стимулирующими коррозию, являются
наличие в воде свободной уrлекислоты, нитратов, хлоридов, а
так)ке низкая величина рН среды.
Обычно коррозионные процессы сопровождаются образова
ниеl\I на стенках труб буrристых отложений. Это приводит к
ухудшению теплопередачи и возрастанию потери напора в TPy
бах, вследствие чеrо уменьшается количество подаваеl\tIОЙ Haco
сами охлаждающей воды.
При ПрИl\lенении латунных трубок для ХОЛОДИ,,1ЬНИКОВ часто
наб"ТIIодается их разрушение вследствие обесцинкования. OCHOB
HbIl\III факторами коррозии латунных трубок холодильников со
519
стороны охлаждающей воды являются повышенное содержани
в воде хлоридов (усиление коррозии при использовании l\10рСКОЙ
воды), повышенная концентрация уrлекислоты (особенно при
рекарбонизации охлаждающей воды) и перекисление воды при
обработке кислотой.
Интенсификация коррозии латунных трубок l\Iожет наблю
даться при содержании в воде сероводорода.
При наличии в воде взвешенных частичек усиливается Iexa
ническое разрушение потоко:м воды образующейся на поверх
ности латуни защитной пленки, вследствие чеrо коррозия уси
ливается.
Отложение на стенках латунных трубок минеральных и op
rанических отложений может приводить к развитию под ними
коррозионных поражений.
Делиrнификация заключается в вымывании из древесины rpa
дирен растворимых веществ, в результате чеrо древесина дe
лается непрочной. Это явление обычно связывают со способно
стью охлаждающей воды, имеющей высокие значения pI I, BЫ
мывать из древес.ины лиrнин, оставляя для связывания клеток
древесины только целлюлозу. Делиrнификация может быть TaK
же вызвана значительным содержаниеl\1 в воде активноrо хлора.
В некоторых случаях делиrнификация приводит к БЫСТРО:\IУ раз
рушению омываемых водой деревянных конструкций rрадирен.
2. ВОДНЫй РЕЖИМ
СИСТЕМ ОБоРотноrо ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Схема системы оборотноrо водоснабжения показана на
рис. XIX.l.
Потеря воды на испарение в охладителе, капельный унос, а
также продувка системы (или отбор воды на технолоrические
нужды) компенсируются добавочной водой (добавком).
Баланс воды в системе (все расходы в процентах от расхода
оборотной воды) характеризуется слеДУЮЩИl\I paBeHCTBOl\I:
Р==Р1+Р2+РЗ, (XIX.l)
rде р добавок воды;
Рl потеря воды на испарение;
Р2 потеря воды на капельный унос;
Рз расход воды на продувку и отбор на теХНО,,10rические
нужды.
Если в добавочной воде содержатся растворенные СОL1И, KO
",
торые не выпадают в виде осадков и не отлаrаются в труоах и
холодильниках, то наблюдается так)ке баланс солеЙ, Bыpa)Kae
мыи уравнениеl\1
СдоБР == Соб (Р2 + Рз) == С об (р Рl), (XIX.2)
rде Сдоб и С об концентрация СОL1И (или иона) COOTBeTCT
520
венно в добавочноЙ и обо
ротной воде в 2jлt З .
При работе оборотноЙ
систеlVIЫ ВС"lедствие испаре
ния части воды Рl ПрОIIСХО
дит постепенное уве ичение
концентрации растворенных
в воде СО"lеЙ (или ионов),
но только до тех пор, пока
количество ВЫВОДИ IЫХ IIЗ
системы солеЙ (И,,1И ионов)
с капельныч YHOCO I Р2 II
продувкой Рз не станет paB
HbIlVI количеству ВВОДИl\IЫХ
солей (или ионов) сдобав:
ком р. НаСТУП,,1ение TaKoro
равновесия солевоrо состаВ;1
отражает уравнение (XIX.2)
Потеря воды на IIспарение Рl
ределена по ФОРl\IУ"lе
;
i
"
Р...
з
Pi:C. XIX.l. Схема системы оборотно-
[о водоснабжения
1 ох lадите,lЬ (rрадирня); 2 циркуля
щюнныЙ насос; 3 холодильник (теплооб...
менный аппарат)
ЫО.lкет быть ориентировочно оп...
Рl === k tOo,
(XIX.3)
[де k коэффициент, которыЙ ,],,,lЯ брызrальных бассейнов н
rрадирен MO.lKHO ПрIIНIIl\Iать:
те:\1пература воздуха в ос О 1 О 20 30
k . . . . . . . . . . . 0,1 0,12 0,14 0,15
дt разность те:\Iператур воды до и ПОС"lе охладителя
в 2рад.
Потеря воды на унос Р2 (В о/о от расхода оборотной воды)
может быть определена в соотвеТСТВIIИ со следующими дaHHЫ
ми [5].
Тип охладителя
Р о;:
2, /0
Брызrа"lьные бассейны производите.1ЬНОСТЬЮ до. 500 Лt 3 /Ч
То же, свыше 500 М 3 /Ч . . . . . . . . . . . . .
Открытые и брызrальные rра,J,ИРНII с жалюзи . . . .
То же, с решетками вместо жалюзи, башенные rрадирни
и оросите,,1ьные теП.100бменные аппа раты . . . . . .. О, 5 1
Вентиляторные rраДИРНII (при наличии водоуловите.пей) О, 2 O J 5
При I е ч а н и е. Л1еНЬШIlе значения потерь воды следует ПрII
нимать Д.1Я Ох.lа,J,ите.1еЙ бо.1ьшеi.1 1 ПРОllЗВОДllте.1ЬНОСТИ и ПрII расчете
установок по обработке ох.131I\ДJющеЙ воды, а большие значения......
при Р(lсчет насосов.
2 3
1 ,5 2
1 1 ,5
3. БОРЬБА СНАКИПЕОБРАЗОВАНИЕМ
Необходимость обрабОТКII ОХ"lзждающей воды для борьбы
с отложением наКIIПИ возникает r"laBHbIIYI обраЗОl\I Д"lЯ оборотных
систем.
В ПРЯ:ЧОТОЧНЫХ систе Iах ПрII отсутствии lYleCTHOro кипения
БОДЫ воз е наиболее HarpeTbIX поверхностей накипеобразование
34 745
52.1
происходит редко. ЕС"lИ все п{е в ПРЯ:\10ТОЧНОЙ систе:\lе происхо
дит образование накипи, то ОДНИМ из наиБО"lес эффективных Me
тодов борьбы l\Iожет ЯВIIТЬСЯ СIIIокение те:\Iпературы HarpeBa
ВОДЫ путе:\1 уве"lI1чеНIIЯ расхода ее, ПО,.1авае:\IОI'О в ХО"10ДИ,,lЬНИКИ.
В тех С"lучаях коrда ПОС"lеДНIIЙ способ не дает У"lучшения
или ПРИВОДIIТ К чреЗl\lерIIО:\IУ перерасходоваНIIIО средств на по
дачу ДОПО"lните"lьноrо КО"lичества воды, :\lorYT быть ПРllменены
ЕС ПОДКИС"lение, рекароониза
иня и фосфатирование. OДHa
ко ну)кно Иl\Iеть в виду, что в
связи с БО.;lЬШИ:\IИ расходаыи
БОДЫ в ПРЯl\IОТОЧНЫХ систеl\Iах
для ее обработки обычно Tpe
б\тlCТСЯ значите"lьные количе
.;
ства peareHToB, сбрасываемых
B\IeCTe с ВОДОЙ в водоеl\IЫ.
Дозы КIIС,,10ТЫ или СО 2 под
бираlCТ Д"lЯ ка)l(ДОЙ действую
U еЙ пря :\IОТОЧНОЙ системы экс
перИ:\IеJlтаЛЬНЫl\I путеl\I с тем,
чтобы в теП,,100б:\Iенных аппа
ратах и трубах оставался TOH
кий слоЙ накипи, предохраня
ющиЙ \IетаЛ"l от коррозии.
В связи с кратковре:\Iенностью
пребывания воды в аппаратах
и трубопроводах прямоточных
Сl1сте:\I ОХ"lа)кдения достаточ
вы ,.10ЗЫ кислоты ИЛИ СО 2 , co
стаВ"lяющие лишь часть COOT
ветствующих доз, которые неоБХО,J,И:\IЫ для ПО.аной стабилизации
воды. При добавлснии в воду этих «дефицитных» ,.10З процесс
распада бикарбонатов ДОЛ)l(ен за \Iедляться в такой степени, что
бы он не проходил за небольшое ВрС\IЯ пребывания воды в пря
lVIОТОЧ НОЙ си стеые.
При фосфатироваlIIIII водыI обычно достаточны ,.10ЗЫ фосфа
тов порядка 1 2 2/ H3 в пересчете на Р205.
ДЛЯ выяснения ПрIl проеКТIIроваНИII вероятности накипеоб
разования в прямоточной систеl\Iе можно ПО"lьзоваться rрафи
ком, приведенным на рис. 1.8. При опреде"lеНIIII по ЭТО:\IУ rрафи
ку величины pHs НУ)КНО УЧIlтывать теыпературу HarpeBa воды в
ХО,,10Д!1ЛЬНIIках. С помощью РIIС. 1.8 l\10)KHO "lI1ШЬ устаНОВIIТЬ Be
роятность накипеобразоваНIIЯ в ПРЯЛIОТОЧНОЙ cIlcTe:\Ie, однако
накипь МОп{ет II не образовываться, eC"lII вре:\IЯ пребывания BO
ды В ХОЛОДII"lьниках и трубах наСТО"lЬКО неве"lI1КО, что процесс
выделения из раствора карбоната ка"lЬЦIIЯ еще не успеет здесь
пройти. Tel\1 не менее такое указание 1\10)кет С"lУп{IIТЬ основани
ем, чтобы в проекте ОХ"lаждающей систеl\IЫ БЫ"lа пре,.1усмотрена
т а б .1 11 цаХ 1 Х.l
Значения поправки а при HarpeBe
воды от t == 20 250 С
до 1/1==507750 С
РН изм
Всл И чина попраl3J<И а при общсii
щелочности lЗ0ДЫ в .M2 .:;I\B/.l
0,5 I
I -l
I 8
:2
При lIarpeBe ВОДЫ ДО t н== 500 С
8
8,2
8,4
О, 1
0,2
0,3
I
0,1 0,1 0,1 0,1
0,15 0,15 0,15 0,1
0,2 0,2 0,15 0,15
При HarpeBe ВОДЫ до tH= 750 С
7,6 !
7,8
8
8,2
8,4
О, 1
0,15
0,3
0,4
0,5
О, 1
0,15
0,2
0,3
0,4
О, 1
О, 1
0,15
0,2
0,3
О, 1
О. 1
0,15
0,2
0,25
О, 1
О, 1
О, 1
О, 15
0,2
установка для обработки воды, однако строительство этой yCTa
вовкн целесообразно осуществить ЛИШЬ после Toro, как будет
выяснено, что в процессе эксплуатации происходит накипеобра
зование.
Величину рН воды в лабораториях обычно измеРЯIОТ при Teы
пературе 20 250 е. При наrревзнии воды фактическая величина
рН СlIи)кается.
Величину p I наrретой ВОДI)! I\10)KHO определить по фОРI\Iуле
РНФ == рН пз : ч а, (XIX.4)
I'ДС рtlф ве"lIIчина p 1 при IIarpeBe водь! I3 ХОЛОДИ"lьнике до
температуры t (1 ;
РНII3\1 измеренная величина рН при температуре 20
25 0 е.
,
a поправка, ПРИНИ1\1аемая в соответствии с
табл. XIX.l.
В соответствии с указаНIIЫI\1 выIеe дозу кислоты Дкдля пред
отвращения lIакипеобразования в ПРЯl\iIОТОЧНОЙ систеI\Iе мол(но
ориентировочно принимать равной 50 О/о неоБХОДИl\10Й дозы для
полной стабилизации воды, т. е.
Дк == 0,5 аеЩ 100 М2 'л,
С
rде а коэффициент, определяемый по rрдфику (С1\1. рис.
XVIII.3) по веЛИЧИН3I\1 РН Ф [формула (XIX.4)] и J,
которые cooTBeTcTBYIOT температуре наrретой воды;
e эквивалентный вес кислоты в Jl1,2/М2 экв, равный для
серной кислоты 49, а для соляной 36,5;
С содержание H 2 S0 4 или не! в технических серноЙ или
соляной кислотах.
Если намечается производить рекарбонизацию воды ПрЯ1\10
точной системы, то дозу уrлекислоты мо)кно ориентировочно оп
ределить по формуле
ДСО 2 == 0,5 [(СО 2 )СТ (СО 2 )ИСХ]'
rде (СО 2 )СТ концентрация в воде уrлекислоты, обеспечиваю
щая стабильность воды, в М2/Л; определяется по
HOMorpaMMe (CI\I. рис. 1.4) по величине pHs, ще
лочности и солесодержанию исходной воды, KO
торые cooTBeTcTBYIOT температуре наrретой
воды;
(C0 2 )i;CX концентрация в исходноЙ воде уrлекислоты в
.;11,2/ л; определяется анализом или по HOl\IOrpa м
ме (С1\I. рис. 1.4) по величине pI1, щелочности,
солесодержанию и те1\lпературе исходной воды.
Рассчитанные дозы кислоты, уrJIеКИС,,10ТЫ или ПО"lифосфатов
ДtilЯ предотвращения накипеобразования в ПРЯl\IОТОЧНЫХ систе
I\laX под 1ежат корректировке в процессе эксплуатации системы
З4а 745
523
путем проведения технолоrичеСКIIХ анализов на стабильность
воды по rOCT 3313 46.
Определение вероятности накипеобразования в оборотных
системах более сложно, поскольку на этот процесс ыоrут оказы
вать влияние интенсивность упаривания воды в системе, потеря
водой уrлекислоты в охладителе, ХИЛIический состав добавочноЙ
БОДЫ и т. п.
Вероятность накипеобразования в систеые УlVlеньшается с
увеличением концентрации в оборотной воде орrанических Be
ществ, особенно таких, которые обладают повеРХIIостно аКТIIВ
ными свойствами. К их числу относятся, в частности, rYlVlycoBbIe
вещества и некоторые орrанические соединения, попадаIОЩIIе в
водоемы со сточными водами. При наличии в воде повеРХНОСТIIО
активных веществ, которые затрудняют образование от.по)кении
карбоната кальция, необходимые для равновесия уrлекислых
соединений концентрации «равновесной» уrлекислоты оказыва
ются значительно меньше теоретических, определяемых по фор
муле (1.24). Это показано экспеРИlVlентальными исследованиями
д. и. Кучеренко (ВНИИ водrЕО).
Влияние поверхностно активных веществ на процесс накипе
образования в каждом конкретном случае следует оценивать
путем проведения с данной водой технолоrических испытаний на
модельных установках или, если это возможно, на действующих
системах оборотноrо водоснабжения. Технолоrические исследо
вания следует проводить в различные периоды rода, xapaKTep
ные для изменения качества воды данноrо водоисточника. OДHa
ко в практике проектирования нередко возникает неоБХОДИl\10СТЬ
рассчитать дозы peareHToB и водные режимы системы оборотно
ro водоснабжения при отсутствии данных технолоrических ис
следований. В этом случае при ориентировочных расчетах по
подкислению и рекарбонизации охлаждающей воды представ
ляется целесообразным руководствоваться формулами, BЫBe
денными на основе баланса уrлекислоты Б оборотной системе
с учетом теоретической формулы (1.24), для определения необ
ходимой концентрации «равновесной» уrлекислоты, обеспечива
ющей стабильность охлаждающей БОДЫ [2]. Такой подход к pe
шению задачи может дать в отдельных случаях несколько завы
шенные дозы кислоты и уrлекислоты, поскольку расчеТОl\I не
учитывается влияние поверхностно активных веществ, coдep}Ka
щихся в воде, на снижение интенсивности накипеобразования.
Следует, однако, учитывать, что в любом случае проектные
предположения о дозах peareHToB должны уточняться в процес
се эксплуатации. Одним из наиболее оперативных методов про
изводственноrо контроля является проведение «карбонатных
испытаний» охлаждающей воды по принципу, описаННОl\IIУ в
rOCT 3313 46 (<<Вода хозяйственно питьевоrо и ПрОl\lышленно
ro водоснабжения. Методы технолоrическоrо анализа. Опреде
"lение стаБИЛЬНОСТII воды»).
52
Оценка вероятности накипеобразования в системе оборотно
ro водоснаб)кения без стабилизационной обработки воды может
производиться следующим образом:
1) вычисляют допустимую предельную щелочность оборот..
ной воды Щоб.доп, которая может поддержив аться в системе:
Щ I, V f 0,1 (СО 2 )доб (р Рl)
06.доп 'у (С ) ,
а доб ·
rде 'р коэффициент, определяемый в зависимости от co
лесодержания оборотной воды и температуры ox
лажденной воды по данным табл. XIX.2 (СМ.
также стр. 527);
(СО 2 )ДОб содержание уrлекислоты в добавочной воде в
м /л;
(Са)Д()б содержание кальция в добавочной воде в ht /Л;
2) ВЫЧИСЛЯIОТ щелочность оборотной воды Щоб , которая дол..
жна установиться в системе при условии, что не будет происхо
дить распад бикарбонатов:
Щоб == Р Щдоб.
p Рl
Если Щоб Щоб.доп, то обработка воды не нужна; при
Щоб> Щ об.доп следует применить один из описанных ниже спо..
собов обработки охлаждаlощей воды для предотвращения на..
кипеобразования.
Если установлено, что система может работать без стабили..
зационной обработки воды, то минимально необходимую вели..
чину продувки можно определить по формуле
ЩдоБРl
Рз == Р2.
Щоб.доп Щдоб
т а б л и ц а XIX.2
Значения Ф
Темпера
тура ох
.пажденной
воды в ОС
Значения'Ф при солесодержании оборотной воды S06 в М /Л
200
400
600
800
1000
1500
2000
15 8,04 8,68 9,18 9,56 9,94 10,7 11 ,3
20 7,54 8,12 8,6 8,98 9,32 10 10,6
25 7,12 7,65 8,07 8,42 8,76 9,41 9,97
.зо 6,66 7,18 7,58 7,92 8,22 8,83 9,36
35 6,21 6,69 7,08 7,39 7,63 8,24 8,76
40 5,8 6,24 6,61 6,89 7,16 7,7 8,16
45 5,38 5,79 6, ) 3 6,39 6,64 7,14 7,56
50 4,81 5,42 5,72 5,98 6,22 6,67 7,06
п р II l\f е ч а II II е. Со.lесодержаIIIIе оборотноЙ воды опреде,,1яется по фор
р
50 б == Sдоб (rде S доб солесодержание добавочноЙ воды).
P Pl
!\1 уле
34а*
525
Подкисление охлаждающей воды. При обработке охла)кдаю
lЦСЙ воды сильной кислотой получается снижение щелочности
воды с ОДIIовреl\IСННЫl\1 выделениеl\I свободной уrлекислотыI
HCO J + н+ С0 2 + Н 2 О.
Сни)кенис п поде концентр ации бака р БОII а TIIbIX ионов обус
J10В.,1IIвает уменьшение I10требноrо КО.,lичеСТI3а раI3новесноЙ yrtile
KIIC.,lOTbI; с друr'оЙ стороны, ВЫДСиlЯlощаяся, COr.,lacHo указанной
реаКЦIIII, свободн а я jТI леКIIСЛОТ а с IIосоБСТI3j Т СТ ст аБИvlизаЦИII би
ка рбонатоI3, остаIОЩИХСЯ в воде ПОС"lе подкисления.
Поэтому при обработке охлаждающей воды кислотой доза ее
должна быть выбрана с таким расчетом, чтоБыI остаlощиеся в
раств'оре бика рбонаты были стабилизированыI наличной и выI
;Lеляющейся IIPII подкислеНИII уrлеКИС,,10ТОЙ.
П риведенное I1и)ке реUIсние этой задаЧII и вывод COOTBeTCT
ВУIОЩИХ ФОРМУ.,l выполнены И. Э. АПС.,1ЬЦИПЫl\I И д. l/I. Кучерен
ко (ВНИИ водrЕО).
ЕС.,lИ кислоту вводить вмссте с добавочной водой, то KOHцeH
трация С0 2 в оборотной воде перед ХО.,10ДИ"lЬНПКОЫ будет равна:
1 00 р р ,
(С0 2 )06 === 100 (С0 2 )охл ! 100 [(С0 2 )доб ! (С0 2 )n] М2, Л, (XIX.5)
rдс p добавок воды в процентах от расхода оборотной
воды;
(СО2)ОХЛ концептрация уrлекислоты в воде, прошедшей че
рез rрадирню или брызrальный бассейн, в М2jл;.
(СОJД()б концентрация уrлекислоты в добавочной воде п
/vt2/ л;
(С0 2 )n количество уrлекислоты, выдеЛЯI{)щейся при обра
ботке добавочной воды кислотой, в Jvt2j л.
Обработку воды производят для Toro, чтобы в оборотной си
стеые не было распада бикарбонатов. При соблюдении этоrо yc
лови я общее количество бикарбонатов, поступающих в оборот
HYIO систему с добавочной водой р, должно равняться количест
ву тех же соединений, удаляемых IIЗ системы с уносом Р2 И
продуI3КОЙ Рз,
р (Щ; об I1Щ до6) == ( р Р1) Щ OX.i,
(XIX.6 )
[де Щдоб щелочность добавочной воды в !lt2 эквj л;
I1Щдоб снижение щелочности добавочной воды в резуль
тате подкисления в 1l2 эквjл;
Щох.л щелочность воды, прошедшей охладитель (rpa
ДИрIIЮ, брызrальныЙ бассеЙн), в .лt2 эквjл.
Ще.,lОЧIlОСТЬ воды, прошедшеЙ ОХ.,lаДIIтель, связана со ще
.тrочностыо оборотноЙ воды, поступающеЙ в ОХ.,lаДIIте.,lЬ, paBeH
СТ801\1
526
100
Щохл == IOO Pl Щоб. (XIX.7)
ПОС"ТJе подстановки этоrо значения уравнсние (XIX.6) приыет
С"lСДУЮЩИЙ вид:
(Щ Щ ) 100 (р Pl) Щ (ХIХ 8 )
Р доб доб == 100 Pl об' .
Так как потеря воды на IIспарение редко превышает 1,5 2%,
100
то отношение близко к единице и формулу (XIX.8) с
100 Pl
достаточноЙ степеныо точности 1\10)КНО представить в более про
сто 1\1 виде:
Р(ЩдоG I1Щ;I,о6) == (Р Рl)ЩU()' (XIX.9)
При снижении щелочности добавочной воды 13 реЗУ,,1ьтате
подкисления выIеляетсяя эквивалентное количеСТ130 С0 2 :
(С0 2 ) n == 4411Щдоб мс/л. (XIX.10)
Из уравнениЙ (XIX.9) и (XIX.IO) следует, что
(С0 2 )n ==44 ( ЩДСО Р Рl ЩОб\. (XIX.ll)
Р J
Содержание кальция в оборотной воде
(Са)об == Р (Са)дrб, (XIX.12)
P Рl
rде (Са)доб содержание кальция в добавочноЙ воде в JН2/Л.
COBl\leCTHOe решение уравнений (1.24), (XIX.5), (XIX.ll) II
(XIX.12) приводит к слеДУlощей формуле Д,,1Я определения
ЩОб, отвечаfощей УСЛО13ИfО стабильности воды:
Щ 22 N2 (Р Рl)
00 100 I
N У 484 N2 (Р Рl)2 I
+ +(100 р)(СО2)охл1 р(СО2)Д(б I 44р Щдоб,
10 100
(XIX.13)
rде
N === 1jJ . (XIX.14)
(Са) б '
[ К ПР .106+ 1 f . ' it ] 1/2
'Ф == 1 СаСО,) (XIX .15)
1 , 1 К 2
Kl И K2 константы первоЙ н второЙ ступеНII ДIIССОЦIIацин
уrо.льной кислоты (см. табл. 1.3);
П РСаСОз произведение растворимости СаСО з (см. таб,,1. 1.4) ;
f.t ионная сила раствора для оборотноЙ воды в
2 НОЛЬ/Л.
527
Как показали эксперименты, выполненные Д. И. Кучеренко,
при расчетах по формуле (XIX.13) значения констант Kl, К2 и
ПР Са СО 3 следует ПрИНИl\lать для температуры охлажденной BO
дЫ, прошедшей брызrальный бассейн или rрадирню. Это обус
ловлено тем, что, ПО ВИДИМОl\lУ, именно в охлажденной воде из
за длительноrо пребывания воды в rрадирне и до поступления в
теплооб IеНIIые аппараты, а также вследствие потери уrлекисло
ты создаIОТСЯ условия для наиболее интенсивноrо формирова
ния зародышевых кристаллов, обраЗУIОЩИХ накипь как в охла
дителях, так и в холодильниках.
Для проведения расчетов по формуле (XIX.13) необходимо
знать содержание уrлекислоты в охлажденной воде, прошедшей
брызrальный бассейн или rраДИРНIО. Эта концентрация зависит
от мноrих факторов содержания уrлекислоты в воде, посту
паlощей на охладитель, интенсивности аэрации, плотности opo
шения, температуры воды.
Для предварительных расчетов можно воспользоваться дaH
ными табл. XIX.3, составленной д. И. Кучеренко по ocpeДHeH
т а б л и ц а XIX.3
Ориентировочные значения (СО 2 )охл при подкислении и рекарбонизации воды
систем оборотноrо водоснабжения (в М2/ л)
Шелоч- Значения (СО 2 )охл с учетом коэффициентов концентрирования КК
ность до- при подкислении I при рекарбонизации
бавочной
воды в I I I 2,5
,мс-экв/ л 1,2 1,5 2 2,5 3 1,2 1,5 2 3
1 0,6 0)6 0,5 0,5 0,2 0,4 I 0,9 1 ,5 2,4
2 2,2 2, 1 2, 1 2 2 1 ,8 3,3 6,9 12 18,9
3 3,6 2,8 2,5 2,3 2,2 6 10 26 34 36
4 5,3 4,6 3,8 3,5 3,4 12 28 36 40 43
5 9 6,4 5, 1 4,5 4,3 34 36 40
6 16,3 9 7,6 6 5,4
ным экспериментальным даНIIЫl\l, которые получены на полупро
изводственных установках и промышленных систеl\lах оборотно
ro водоснабжения. По этой таблице (С0 2 ) охл определяется в
зависимости от щелочности добавочной воды и коэффициента
концентрирования солей в оборотной воде по сравнению с доба
вочной водой. Этот коэффициент, который обычно экспеРИl\lеII
тально определяют по степени концентрирования хлоридов, по
скольку хлор-ионы не образуют l\lалораСТВОРИl\IЫХ соединений,
выпадающих в осадок, и не уносятся в условиях оборотных си
стеl'Л с па рО1\I, 1\10)КНО рассчитать по фор 1\1 У ле
К к == Р (XIX. 16)
P Pl
Доза технической кислоты в расчете на 1 л добавочной воды
MO)I(eT быть YCTaHoBL1eH3 на основании уравнения (ХIХ.9):
528
А 100 (щ Р РI Щ ) 100 I
Д == еLJ.Щ == е доб об М2jЛ,
С Р С
(XIX.17)
rде е эквивалентный вес кислоты в М2/М2 экв;
С содержание H 2 S0 4 или НС! в технических серной или
соляной кислотах в О/о.
Если по формуле (XIX.17) получается Д -< О, то это 0знача
ет, что в данном случае обработки воды не требуется.
Безнакипной работы оборотной системы можно добиться при
различных количествах добавочной воды, причем обычно умень-
шение в допустимых пределах ее количества сопровождается
увеличением дозы кислоты для стабилизации оборотной воды.
Изложенный выше метод расчета позволяет производить техни
ко-экономическое сравнение вариантов с различными количест
вами добавочной воды. Для этоrо, задаваясь различными раз
мерами продувки и получая соответственно различные добавки,
можно подсчитать необходимые дозы кислоты и определить об
щую СТОИl\IОСТЬ обработки добавочной воды. Во мноrих случаях
по ЭКОНОl\lическим показателям оказывается выrодным YMeHЬ
шать размеры продувки, так как экономия на стоимости доба
вочной воды превышает перерасход на стоимости кислоты.
ДtJ1Я Toro чтобы стабилизирующее действие добавляемой ки
слоты сказывалось не только в результате снижения щелочности
воды, но и вследствие выделения дополнительноrо количества
уrлекислоты, кислоту к оборотной воде следует добавлять перед
ее поступлением в холодильники. Практически наиболее удобно
ее вводить в приемный колодец циркуляционных насосов вместе
с добавочной водой.
Из опасения коррозии теплообменных аппаратов, которую
иноrда приписывают выделяющейся при подкислении уrлекис
лоте, некоторые авторы рекомендуют вводить кислоту в оборот
ную воду перед охладителем (rрадирней или брызrальным бас
сеЙНО l). В этом случае образующаяся при подкислении уrлекис-
лота выделяется из воды в охладителе и эффект подкисления
сводится только к снижению щелочности воды. При таком спо
собе подкисления расход кислоты увеличивается.
Как при первом, так и при втором способе введения кислоты
в воду нельзя избежать коррозии труб и теплообменных аппа
ратов, если не следить за тем, чтобы на омываемых водой по
верхностях постоянно имел ась тонкая защитная пленка карбо
ната кальция. В связи с этим способ введения кислоты перед
циркуляционными насосами следует признать более целесооб-
раЗНЫl\I, поскольку получается более ЭКОНОl\fное расходование
кислоты.
Для постоянноrо контроля образования накипи и реrулиро
вания толщины ее защитноrо слоя в холодильниках жела
тельно в процессе эксплуатации периодически вскрывать KOHT
529
рольные теплообменные аппараты и осматривать состояние в
них теплообменных поверхностей.
В процессе эксплуатации правильность обработки водыI I\IO
жно также контролировать по соотношению между щеЛОЧIIОСТЯ
ми и концентраЦИЯl\IИ хлоридов в добавочной и оборотной воде.
Ес и обработка воды обеспечивает отсутствие накипеобра30ва
ния, то ДО"lЖНО выдерживаться co
отношение
7
8
I
3 !
с:;
<::::>
IC)
!
5
2_
8000
Б
РIlС. XIX.2. Схеыа установки для
дозирования крепкой серноЙ кис
лоты
1 бак для крепкой кислоты; 2 pe
rулирующий кран; 3 кран дЛЯ BЫ
ключения; 4 спускной кран; 5 po
таметр (измеритель расхода кислоты);
6 смеситель; 7 подача кислоты со
СКJlада; 8 перелив в цистерну на СЮlа
де
111 до 5
Шоб
( с 1 ) д об
(Сl )об
(XIX.18)
I [i"':J7'!J/:l t(з,1
?!,{1П
Рнс. XIX.3. Схема установки для Прlf
rотовления и дозирования разбаI3v1еII
Horo раствора серной кислоты
1 подача крепкой КИС.'10ТЫ со склада;
2 перелив в цистерну на складе; 3 Mep
НИК; 4 бак для разбаВvlеНIIOЙ кислоты;
5 ба чок с шаровым краном: б диафраr
;\13; 7 раСIIреде,,1итеvlЬ воды; 8 смеси
тель
При наличии же накипеобразования часть соединений, обус
ловливающих щелочность воды, выделяется в виде накипи, что
характеризуется соотношением
Щдоб > (Сl )доб .
llJ,об (Сl )об
На практике для подкисления ПРИl\1еняют серную кислоту
как наиболее дешеВУIО, и в более редких случаях СОЛЯНУIО.
Схемы установок для дозирования кислоты приведеныI на
рис. XIX.2 и XIX.3.
При расходе кислоты более 5 6 л/ч l'vIОЖНО добавлять ее к
воде без предварительноrо разбавления (см. рис. XIX.2). ПрII
меньших расходах дозировка становится недостаточно точной
и тоrда лучше дозировать разбавленную кислоту (Cl\I.
рис. XIX.3). Все элементы устройств, с которыми соприкасается
серная КИСt,lота концентрацией не менее 80 О/о, MorYT быть выпол
нены из обычной стали; элементы )ке, соприкасающиеся с раз
бавленной кислотой, должны иметь кислотостойкие покрытия.
Автоматизация дозирования кислоты l\10жет быть осуществ
лена с ПОI\lОЩЬЮ дозатора, обеспечивающеrо поддержание опти-
530
(XIX.19)
l\iаЛЫIОЙ величины p I оборотной воды путем реrулирования IIО
дачи кислоты в воду при отклонении значения ее рН от зада.JI
ной величины (рис. XIX.4).
Недостаткоы ыетода подкисления воды ЯВtllяется трудность
точноrо дозирования кислоты в эксплуатационных условиях для
сохранения защитной карбонатной пленки. Добавление к ПОДС
избытка кислоты l\lОЖСТ привести к коррозии оборудования JI
труб. .,.
Рис. Х IX.4. Схема подкисления цир
КУЛЯЦИОНIIОЙ ВОДЫ С автоыатичеСКИl\I
реrулировзнием ве.1ИЧИНЫ рН
1 rрадирня; 2 циркуляционныЙ насос;
.'3 холодильник; 4 бак ДЛЯ крепкоЙ кис
.10ТЫ; 5 КИС.10ТНЫЙ насос с реrу,Лирова
нием подачи в зависимости от величины
рН воды; б смесите.1Ь; 7 датчик pH
метра; 8 IIрибор ДЛЯ реrистрации вели
чины рН и передачи ИМIlу.1ЬСОil насосу
I
J 8
I rё5l
I 7
......____ '
3
При обработке воды серной кислотой увеличивается KOppO
зионность ВОДЫ по отношению к беТОННЫlVl сооружения:м, в част
ности вследствие увеличения концентрации в воде сульфатов.
Это обстоятельство надлежит учитывать при выборе типа цe
1\1ента для бетонных сооружений в соответствии с «Указаниями
по проектированию антикоррозионной защиты строитслыIыIx
конструкций» (СН 262 67).
Если производится обработка воды серной кислотой, а доба
ночная вода содержит значительные количества кальция и суль
фатов, следует проверить, не будет ли при принятых величинах
добавки и продувки происходить выделение из раствора накипи
сульфата кальция.
Сульфат кальция не выделяется из раствора, если произве
дение активных концентраций кальция и сульфат ионов меньше
произведения раСТВОРИl\10СТИ сульфата кальция (при TeMIIepaTY
ре до 600 С твердая фаза сульфата кальция представлена соеди-
нением CaS04. 2Н 2 .О):
t I [Са 2 +] [So ] K < ПРсаsо4'
rде tII коэффициент активности двухвалент
ных ионов Са 2 + и sO , определяемыIй
по фОрl\lулам rлавы 1;
KK коэффициент концентрирования СО"lей
в системе [Cl\I. формулу (XIX.16)];
[Са'2+] и [sO ] концентрации соотвеТСТВУIОЩИХ ионов
в добавочной воде, ВКЛlочая сульфат
ионы, вводимые при обработке воды
серной кислотой;
5:11
[lPCaSO, произведение раСТВОРИl\fОСТИ сульфата
кальция, при теl\lпературе 25 600 С
можно принимать paBHbIl\f 4. 10 5 (2-
UОН/Л) 2.
Обработка оборотной воды дымовыми rазами. В дымовых [а-
зах содержится уrлекислота и во мноrих случаях также серни-
стый анrидрид.
При пропуске дымовых rазов через воду в ней растворяются
С0 2 и S02. Увеличение концентрации в воде С0 2 компенсирует
потерю оборотной водой уrлекислоты в охладителях и тем са-
l\lbIM предупреждает распад бикарбонатов. Растворение S02 дей
ствует аналоrично подкислению, так как при растворении сер-
нистоrо анrидрида образуется сернистая кислота, реаrирующая
с содержащимися в воде бикарбонатами. При этом образуются
СаSОз и МgSО з , в условиях оборотных систем быстро окисляю-
щиеся до сульфатов. В результате реакиии сернистой кислоты
с бикарбонатами выделяется свободная уrлекислота.
При использовании дымовых rазов от сжиrания твердоrо
топлива их необходимо очищать от золы во избежание заrряз-
нения оборотной воды. При очистке в мокрых золоуловителях
большая часть содержащеrося в дымовых rазах сернистоrо ан-
rидрида поrлощается промывной водой и теряется для целей
стабилизации оборотной воды. Для Toro чтобы избе,кать потери
S02, требуется применение сухих методов улавливания золы в
циклонах или электрофильтрах.
При мокрой очистке rазов обработка Иl\IИ воды сводится
только к рекарбонизации, т. е. к введению в воду уrлекислоты.
В тех случаях коrда промывная вода золоуловителей может
быть леrко очищена от золы, например кратковременным OTCTa
иваниеl\l, ее можно пропустить через отстойник и после освобож-
дения от взвеси использовать для подкисления оборотной воды.
Недостатком рекарбонизации воды является трудность точ-
Horo дозирования вводимой в воду уrлекислоты. При введении в
воду избыточноrо количества уrлекислоты может происходить
коррозия оборудования оборотноЙ системы.
Необходимая доза С0 2 (без учета подкисления воды за счет
содер}кащеrося в дымовых rазах 502) может быть определена
по следующей формуле [2]:
a Щ;об ( р ) 2 100 P ( CO ) ( CO ) ( XIX.20)
N2 Р Рl 100 2 ОХЛ 100 2 доб,
rде а доза уrлекислоты, вводимой в охлаждаеl\1УЮ воду в
расчете на 1 л добавочной воды, в Мс (или В C/,A,t 3 ).
Величина N определяется по фОР1\1уле (XIX.14), значение
(СО 2 )охл можно для предварительных расчетов принимать со-
rласно данным табл. XIX.3.
532
Потребность в уrлекислоте А определяют по формуле
А == aQ()t) К2 I Ч
1 000 l'
rде Quб расход оборотной воды в М 3 /Ч.
При введении в воду уrлекислоты количество ее, которое l\10
жет в данных условиях перейти в раствор, оrраничено и мол(ет
быть определено по формуле
· МпВ /
t == М2 Л,
10 000
rде М растворимость уrлекислоты в воде при данной те:мпе
ратуре и парциальном давлении 1 ат в М2/Л (см.
табл. 1.6);
п содержание С0 2 в дымовых rазах в О/о по объему (при
сжиrании уrля 5 80/0, нефти и мазута 8 120/0);
р степень использования уrлекислоты в О/о (для BOДO
струйных эжекторов 40 500/0; для барботажных YCT
ройств при поrружении распределительных трубок в
воду на rлубину 2 .м 20 300/0).
Концентрация уrлекислоты в воде i, определяемая по форму
ле (XIX.22), является наибольшей, на получение которой l\10ЖНО
рассчитывать при данном типе устройства для растворения yr
лекис.поты в охлаждающей воде. Поэтому проведение рекарбо
низации целесообразно лишь в том случае, если потребная доза
уrлекис.,тIОТЫ [подсчитанная по формуле (XIX.20)] меньше B03
можноrо насыщения ею воды в данных условиях (т. е. если
а < i).
Часть общеrо расхода циркуляционной воды S, которая дол
жна быть пропущена через устройство для насыщения уrлекис
лотой, равна:
(XIX.21)
(XIX.22)
а
S== 100%.
t
(XIX .23)
Расход дымовых rазов (без использования S02) MO.iKeT быть
определен по формуле
V==5 а б НМ 3 /Ч. (XIX.24)
в установках для рекарбонизации циркуляционной воды MO
rYT быть применены различные устройства для введения уrле
кислоты в воду скрубберы, барботажные устройства, эжекто
ры (рис. XIX.5).
На рис. XIX.6 приведена схема установки для рекарбониза
ции охлаждающей воды, разработанная орrрэс.
Дымовые rазы забираются из напорных коробов после ды
МОСОСОВ и поступают в rазоотмывное устройство, состоящее из
отстойника и скруббера. Очищенные дымовые rазы по ряду Ha
533
К,,10ННЫХ И вертикальных коробов поступают к нескольким э){(ек
TOpal\1, к которым питающая вода подается специальными цeHT
робеЖНЫl\IИ насосами. Вода для питания эжекторов забирается
насосаl\IИ из приточноrо KaII3.,la ДО ыеста введения в воду ДЫM0
вых rазов.
1
5
J if
Рис. XIX.5. Схема рекарБОllизаЦИII
оборотноЙ воды
1 ЗО.l0уловитель; 2 э)кектор; 3 rpa
дирня; 4 циркуляционный насос;
5 Хо.l0ДИЛЫШК; б насос Д.1Я подачи
БОДЫ n эжектор
t
Рис. XIX.6. Схема установки д:rп
рекарбонизации охлаждающей BO
дЫ ТЭЦ
7
1 дымосос; 2 напорный короб за
дымососом; 3 скруббеr; 4 отстоЙ
ник; 5 п ереливная труба; б rазохо-
ды; 7 центробежныЙ насос; 8 эжек
тор
........
.
,'///////////»»/////////////
Обработка оборотной воды полифосфатами. Такая обработка
дает возможность допустить некоторое повышение щеЛОЧНОСТII
оборотной воды без образования накипи в системе.
В качестве peareHToB для фосфатирования охлаждающей BO
дЫ применяют rексаметафосфат натрия (NаРОз) 6 и триполифос
фат натрия N аSРЗОlО' Обработку воды полифосфатами pCKOl\1eH
дуется проводить при температуре HarpeBa воды не более 60
700 с. При более высокой температуре ускоряется процесс rидро
лиза метафосфата в ортофосфат, что способствует выделению
осадков ортофосфатов кальция и маrния. Это приводит К обрз
зованию шлаl\1а в оборотной воде, а в некоторых случаях и к об
разованию твердых отложений.
Содержание фосфата в расчете на Р20s в техничеСКОl\1 [eKca
l\lетафосфате натрия 50 52 О/о, в триполифосфате натрия не ыe
нее 500/0. Наибольшая щелочность оборотной воды при фосфа
тировании, которую l\10ЖНО допустить при эксплуатации оборот
ной системы без образования накипных отложений, зависит от
ще,,10ЧНОСТИ добавочной воды, теыпературы HarpeBa воды в TeII
534
лообl\tlенных аппаратах и содержания в воде кальция и маrния
(жесткости воды).
По мере увеличения щелочности добавочной воды допусти
1\1)'10 степень концентрирования СО,,1ей в оборотной воде прихо
ДIIТСЯ снижать, тем не l\IeHee допустимая ЩС"ТIОЧIIОСТЬ оборотноЙ
воды при этом повышается. В сторону уменьшения ДОIIУСТИl\Iоrо
коэффициента концентрироваНIIЯ дсйствует также возрастаНIIС
Te IIIepaTypbI воды в систеl\lе и общей )кесткости воды.
Эти заКОНОl\Iерности отраженыI в припеденноЙ ни)ке фОрl\1УЛС
д. и. Кучеренко [4], составленной на основе результатов экспе
рИl\1ентов, выполненных на КРУПНО:\Iасштабных l\IодеЛЫIЫХ YCTa
новках II производственных системах оборотноrо водоснаб)ке
ния:
Kд(\ ==(2 О,125Щдоб)(1,4 О,Оl tH)(l,l О,ОlЖдоб)' (XIX.25)
rде К доп предельно ДОПУСТИМЫЙ коэффициент КОIIцентрирова
ния солей в оборотной поде (при котором ИСКЛlоча
ется накипеобразование);
иlдсб щелочность добавочной воды в Аt2 экв/л;
t H температура HarpeBa ВОДЫ в теплооБI\Iенных аппа
ратах в ос;
)f{Доб общая )кесткость добавочной ВОДЫ в Лl2 экв/л.
Обработка воды фосфатами позволяет поддерживать в обо
ротноЙ системе лишь определенную оrраниченную степень KOH
центрирования солей, а следовательно, и оrрапичеННУIО щелоч
ность оборотной воды. Из этоrо вытекает условие применеНIIЯ
фосфатов продувкой необходимо поддерживать ДОПУСТИМУIО
степень концентрирования солей.
РаЗl\lер обязательной продувки оборотной систеl\IЫ при фос
фатировании, исходя из условия обеспечения «безнаКИПIIОЙ» ее
работы, l\10)KeT быть определен по формуле
Рl
Рз == К 1 Р2.
ДОП
(XIX .26)
ЕС,,1И Р2> Рl , то это означает, что потеря воды на упос обе
К ДОП 1
спечивает удаление нужноrо количества воды из оборотной си
стемы и производить продувку не требуется.
Может оказаться, что ДОПУСТИl\lая степень концентрирования
-солей в оборотной воде близка к единице, это получается обыч
но при щелочности добавочной воды, близкой к 8 J1l2 экв/л. Тоrда
в соответствии с формулой (XIX.26) получается очень большая
продувка.
Размер продувки оrраничивает сферу примепения l\Iетода
фосфатирования оборотноЙ воды, ее необходимо учитывать при
технико экономическом сравнении этоrо метода с друrими.
В TOl\I случае если при фосфатировании в СВЯЗII с относитель
но высокой щелочностью добавочной воды получается чрезмер
535
но большая продувка, ее мо}кно уменьшить путем HeKoToporo
снижения щелочности этой воды подкислением. Такая обработ
ка l\Iожет оказаться целесообразной, в частности, если в течение
большей части [ода можно обойтись фосфатированиеl\1 и лишь в
отдельные непродолжительные периоды в связи с возрастанием
щелочности добавочной воды продувка становится чрезмерно
большой.
Доза техрической кислоты при комбинированной обработке
воды кислотой и фосфатами определяется допустимы:м в каждом
конкретном случае раЗl\lером продувки (или добавка). Для оп
ределения дозы кислоты при комбинированной обработке доба
вочной воды кислотой И фосфатным peareHToM нужно задаться
допустимой продувкой Рз (соответственно получится допусти
l\lЫЙ добавок р), после чеrо можно определить щелочность под
кисленной добавочной воды по формуле
8р
Ul доб п == 16 . (XIX.27)
. (р Рl) (1,4 0,01 ' н ) (l, 1 0,01 Ждоб)
Чтобы обеспечить такую щелочность добавочной воды после
подкисления, ее HY}l(HO обработать дозой кислоты
Д>=е (Щдоб Щдоб. ) l O , (XIX.28)
rде ДI: доза технической кислоты в расчете на 1 л добавоч
ной воды в мс.
Дозирование фосфатов в добавочную воду следует произво
дить таким образом, чтобы как при фосфатировании, так и при
комбинированной кислотно фосфатной обработке в оборотной
воде поддерживалась концентрация фосфатов 1 2 Мс/Л в пере
счете на Р20Б. Имея в виду некоторую убыль полифосфатов в
оборотной воде вследствие их rидролиза и образования малорас
творимых ортофосфорных солей, дозу rексаметафосфата или
триполифосфата натрия на 1 л добавочной воды при предвари
тельных расчетах можно принимать 1 ,5 2,5 мс/л Р 2 О Б или 3
5 мс/л в пересчете на технические продукты.
Схема установки для приrотовления и дозирования растворов
фосфатов показана на рис. XIX.7.
При использовании rексаметафосфата и триполифосфата Ha
трпя аппаратуру для приrотовления и дозирования растворов
следует выполнять с защитными ПОКРЫТИЯl\IИ. rексаметафосфат
и триполифосфат натрия разрушают сталь вследствие их способ
ности при больших концентрациях образовывать раСТВОРИl\lые
комплексные соединения с }l(елеЗОl\I.
Фосфатные peareHTbI желательно дозировать в воду в виде
растворов с ВОЗl\10ЖНО меньшими концентрациями, не более 3 О/о
по техническим продуктам (1,5 О/о по Р20s).
Среди друrих l\1етодов обработки охлаждающей воды, KOTO
рые хотя и не нашли широкоrо распространения, но MorYT в OT
536
дельных случаях оказаться ПРИlVlенимыми, следует указать на
метод сни)кения карбонатной жесткости известкованием, уыяr
чением части добавочной воды Na или Н катионирование I. По
следний метод мо)кет одно-
Bpel\leHHO обеспечить сниже
ние )кесткости и подкисле
ние добавочной воды. При
правильном выборе доли
добавочной воды, подверrа-
еl\IОЙ Н катионироваНИIО,
l\/I0ЖНО добиться нужноЙ CTC
пени Уl\lяrчения и подкисле
ЕИЯ всей добавочной воды
для предупреждения наки
пеобразования. Методы
подrотовки охлаждающеЙ
воды Na или Н катиониро-
ванием считались до сих пор
малоэкономичными. В связи
с появлением высокоемких
катионитов и разработкоЙ
способа «rолодной» их pere-
нерации экономичность этих методов, особенно для небольших
систем оборотноrо водоснабл(ения, в значительной мере павы-
силась.
8
;[
I
I
з
Рис. XIX.7. Схема установки для при
rотов ения и дозирования растворов
фосфатов
1 rрадирня; 2 циркуляционный насос;
3 ХОvl0ДИЛЫIИК; 4 пода ча добавочной BO
ды; 5 растворный бак; б расходные баки;
7 дозирующий бачок; 8 подача воды
в баки
4. ОБРАБОТКА ВОДЫ
ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ БиолоrИЧЕСКИХ ОБРАСТАНИй
СИСТЕМ водяноrо ОХЛАЖДЕНИЯ
Для борьбы с развитием в системах водяноrо охлаждения
биолоrических обрастаний наибольшее распространение полу
чила обработка воды хлором и медным купоросом.
Хлорирование применяется для борьбы с развитием обра
станий, формируемых колониями бактерий, купоросование
для прекращения развития водорослей в охладителях (rрадир
нях, брызrальных бассейнах, прудах охладителях) и открытых
теплообменных устройствах (наПРИl\lер, оросительных холодиль
никах). В литературе УПОlVIинается также для борьбы с био.IIО
rичеСКИl\lИ обрастаниями применение друrих peareHToB, напри
мер rипохлоритов натрия и кальция, пентахлорфенолята нат-
рия, перманrаната калия, четвертичных аммониевых основаниЙ
и др.
Хлорирование охлаждающей воды. Охлаждающую БОДУ
обычно хлорируют периодически, при этом интервалы между
подачеЙ хлора в воду и продолжительность каждоrо периода
хлорирования зависят от степени заrрязненности воды орrани
чеСКII:\III веществаl\III, ВIIДОВ развиваlощейся в системе l\lИКрО
537
флоры и интенсивности ее развития. Режим хлорирования в
каЖДОl\l отдеЛЬНОl\I случае подбир ается опытным путем.
При эксплуатации дозу хлора выбираIОТ таКИl\I обраЗОl\I,
чтобы в воде, прошедшей через наибо,лее удаленный от места
в в о Д а х ,,1 о Р а те п л о о б l\I С Н Н Ы Й а п II а р а т , к о н Ц е н т р а ц и я а к т и в н о r о
:\L10pa в течение 30 40 J1lUH была ОКО,,10 1 J1l2/Л.
ДL1Я предваритеL1Ыlоrо опредеll1ения нужной дозы хлора
:\1 о)к но rrРИl\Iенять 1\1 етодику экспери l\IeHT ал bIloro опрсдсления
Irоказателя «хлорируемости» воды, описанную в rOCT
2919 45 [3], с тоЙ разницсй, что rrродол)кительность контакта
XLrJOpa с водой перед определениеl\1 остаточноrо хлора нужно
ПрИIIИJ\13ТЬ не 30 JvlUH, а равной наибольшему для данной систе
;\lbI вре\Iени пребывания воды в трубах и аппаратах при ее дви
/'I(СНИИ от l'леста ввода хлора до наиболее отдаленноrо теплооб
:\ICIIHoro аппарата.
ПеРIIОДИЧIIОСТЬ хлорирования следует устанавливать в про
цсссс эксплуатации водопроводноЙ системы, исходя из скорости
обрастания труб и аппаратов. В качестве критерия для опреде
.п е 11 и я пер и о ди ч н о с т и хл о р и р о в а н и я м 0)1( н о при н и м а т ь в р С 1\1 Я ,
В течение KOToporo на омываемых водой стенках труб образует
ся слоЙ обрастаний толщиной около 0,5 Аl.lИ.
В связи С тем что во l\lноrих случаях измерение слоя обрас
Т311ИЙ в трубах и аIIпаратах затруднительно, можно ПрИl\IСНЯТЬ
«и10I3чие» стеК,,1ЯНIIые I1ластинки, устанавливаемые в потоке BO
дЫ (в трубах или каналах). Через определенные промежутки
времени пластинки ВЫIIимаIQТ из потока воды и определяют тол
щипу с.лоя биолоrических обрастаний. Правильнее установить
«ловчие» плаСТIIНКИ из Toro материала, для KOToporo произво
ДIIТСЯ оценка интенсивности обрастания. По данным А. С. Pa
зумова, способность орrанизмов прикрепляться к разным MaTe
rиалам неодинакова. В частности, чистая поверхность меди и
"lатуни обрастает в меньшей степени, чеl\I поверхность стали или
стекла, что, вероятно, объясняется токсическими своЙстваl\IИ I\le
дIl по отношению к орrанизмаl\1 обрастаниЙ. Однако при дли
тельной эксплуатации теплообыенных аппаратов с меДНЫI\1И и
латунными трубками их поверхность покрывается продуктаl\IИ
окисления металла, карбонатными и иными отложениями и Tor
да орrаНИЗl\IЫ обрастаниЙ прикрепляются к стенкам трубок при
ICpIIO с такой же интенсивностью, как и к друrИl\1 материалаы.
Ilоэтому установка в качестве индикаторов биолоrических об
растаний стеклянных «ЛОВЧIIХ» пластинок допустима.
Если определено вреыя образования слоя биообрастаниЙ
ТО,,11ЦИНОЙ 0,5 )НМ, то периодичность хлорирования и продолжи
тельность каждой обработки можно принимать на основе ори
снтировочных данных, приведенных в табл. XIX.4.
При сбросе хлорированной ОХtl1аждающей воды в водоеыы.
предназначенные для рыбохозяЙственноrо использования, сле
дуст УЧIIтывать ВОЗi\Iожное повышение в них концентрации ак-
538
Т а б .1 1I цаХ 1 Х .4
Периодичность и продолжительность хлорирования воды
для борьбы с биолоrическими обрастания ми
J I ро.."";.ол /hителыIOСП) обра
З0ваllИЯ ('.1 он биообрас TalIlJ ii
ТОЛЩИIIОlI 0,5 JtJt в Ч
п ериоди IJl!OCTb
хлориро1331lИЯ 13 Ч
I1РОДО.lжителыIOСТЬ поддержания
КОllцентрации остаТОЧIIОI'О хлора
1 Jt2j.Z В воде, выходящеЙ из наи-
БОJlее удале!IНОI'О аппараl а, 13 .мин.
2
4
8 24
48 и бо.lее
2
4
8 16
24
30 40
30 40
30 40
60
TIIBHoro х.l0ра, что l\10/KeT IIовреДIIТЬ )кизнеспособности рыб.
В подобных С"lучаях вопрос о сбросе в водоеl\1 хлорироваННОI'-'I
БОДЫ наД"lежит COr"laCOBbIBaTb с орrанаl\1И rосрыбнадзора.
I IеоБХОДIIМЫЙ расход Х,,10ра l\Io/I\eT БыIьь определен по фор
1\1 У .,1 е
Q Дtп
G === К2 C y tпKU
60 . 1 000' ,
(XIX.29)
[де Q расход охла)кдаlощеЙ воды в JlЗjч;
Д доза Х,,10ра в 2/J1l 3 ;
t продол/китеtJ1ЬНОСТЬ каждоrо периода введения хлора,
определяеl\1ая в процессе эксплуатации, в .НИН (ориен
ТIlРОВОЧНО МОЖНО ПрИНИl\1ать равной 40 60 1lИН с тем,
чтобы концентрация остаточноrо Хиl0ра в выходящеЙ
IIЗ теплообменников воде БЫ"lа в теченпе 30 40 "НИН
ОКО,,'10 1 2/ лj ,
п ЧIlСЛО периодов введения хлора в течение суток.
ПРОИЗВОДlIтельность хлоратора зависит от ре/кима ero pa
боты. При работе хлоратора равноыерно в течение суток хлор
IIYIO воду накапливают в специаЛЬНОl\1 баке, из KOToporo перио
ДIlчески ее вводят в охл аждаЮЩУIО воду за вреl\1Я t JlИН. Такая
схема ПОЗВО"lяет устанавливать Х,,10раторы l\IеньшеЙ производи
тельности и работать с l\1еНЬШIIl\I в еДIlНIIЦУ вреl\Iени и paBHO
мерным съемом хлора из баЛ.,10НОВ.
Производительность Хиl0раторов опреде.,lЯIОТ по (рормулаl\1:
при периодической работе
С ' == 60 G
К2 Ч;
/ nt
при непрерывноЙ работе
С" == К2 ч.
24
530
Схема YCTaHoBKII для пеРИОДIIческоrо Х.10рирования oX.la/K
u u
лаЮIцеи воды при непреРЫВНОII раооте Х.lораторов приведена Н:'.
рис. XIX.8.
Раствор Х.l0ра непрерывно по("" пает из Х.l0ратора в бак.
По мере подъеl\Iа уровня )КIIДКОСТII в баке ПОП.lавок всплывает
11 вместе с 11111\1 переыещается трос. При верхне:\I ПО,,10жеНIIII по
плавка включается пускате,,1Ь Э.lектродвиrате"lЯ заДВИ)l{КИ, KO
ТОР(1Я открывается, II растпор Х.lора из бака поступает в приеl'vI
ный КО"Тlодец циркуляцион
ных насосов или в K3Hdvl
охлаждающей воды.
Купоросование охлажда..
ющей воды. Обработка BO
дЫ l\IеДНЫ I КУПОРОСО:\I :\10
)l\eT производиться Д,,1П
борьбы С «цветение I» воды
в прудаХ ОХ.lа,J.ителях и ДЛЯ
устранеНIIЯ развития BOДO
рослей в rрадирнях, брыз
ra.lbHbIX бассейнах и на ора-
cIITe"lbHbIX ХО,,10дильниках.
Для устранения развп
тия водорослеЙ в rрадирня \
и брызrальных бассеЙна:\
ПРИl\IСНЯЮТ периодическуrо
обработку ВОДЫ lVlеДНЫ I KY
ПОрОСО\I дозой 1 2 2/ 'Н3 з
пересчете На Си (И,,1И 4
8 2/lvt 3 Cl1S04. 511:20). Периодичность обработки зависит от ин
тенсивности раЗВИТIIЯ водорослеЙ, она 1\I0)l{eT колебаться от He
дели до l\1есяца. Продолжительность подачи раствора l\1едноrо
купороса составляет 1 2 il, )I\елате.1ЬНО подавать этот раствор
Б воду непосредственно перед rpaAllpIIe{r или брызrа.лЬНЫ 1 бас
сейнам.
Если наБЛЮ,Тl,ается обрастаНllе rраДIIрен, брызrа"lЬНЫХ бас
u ..
сеинов и оросительных холодильников ПОМИl\IО водорОС,,1еiI TaK
же колониями бактериЙ (например зооrлейных), то после обр
ботки воды медным КУПОРОСОl\I реКОl\Iендуется в течение 1 ч об
рабатывать воду хлором дозоЙ 7 1 О .1l /Л непосrеJ,ственно пере.l
указаННЫМII )ТСТРОЙСТВ(ll\III.
7
б"
\
в охлажtJающую б(JtJу
Рис. XIX.8. Схема устаlIОВКII для х.10рИ
ронаlIИЯ охлаждающеЙ воды при непрс
рЫБНОЙ работе хлоратора
1 uаллоны с ЖИДКИМ х.лором; 2 промежу-
точный баJIЛОН; 3 хлоратор; 4 эжектор:
5 бак ДЛЯ хлорноЙ воды; 6 задвижка
с элеК1РОIIРИВОДОМ; 7 пускатель э.lеКТРО.J.Вll
rателя задвижки; 8 ПСШ:I<.lНОК; 9 ВО3,.1.уш-
ник
5. ОБРАБОТКА ВОДЫ
ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ
И ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
ОСНОВНЫ:\I напраВ.lениеч в реUlеНIIИ задачи борьбы с KOppC
ЗlIеi'I труб 11 теП,,100бмеНIIЫХ аппаратов снсте\! ВО,J,яноrо ОХ lажде
нин следует считать ПРClВ!J<lЬНЫЙ выбор устоЙчивых против KOp
540
розии l\Iатсриалов. Трудность подбора таких :\Iатериалов оБУСL10В
(" u"
лена значите"lЬНОИ аrрессиI3НОСТЬЮ ОХvlаждающеи БОДЫ, ocooeH
но в систеыах оборотноrо во, _: r:'набжения, вследствие относитеL1Ь
но высокой теl\Iпературы ВОДЫ II ее обоrашения растворенным
КИСvl0рОДОI\I при движении через охладители. Применение защит
ных покрытий из ПО.,1И:\-Iерных материа.,10В на теплопередаю
щих поверхностях хо одильников пока находит оrраничен
ное ПРИl\lенение из за плохой теплопроводности этих l\laTe-
ри ЭL10В.
При ПРЯl\IОТОЧНЫХ системах обработка воды для борьбы с
коррозиеЙ оrраничена экономичеСКИlVlИ соображениями в связи
с БОЛЬШИl\IИ количествами подлежащей обработке ВОДЫ. В CиlY
чае ПРИl\lенения ПРЯl\10ТОЧНЫХ систем основным является метод
КОНТРО"lируемоrо накипеобразования, заКv1ючающиЙся в
создании на трубопроводах и трубках холодильников защитно
ro слоя карбоната кальция толщиной около 0,5 1 ./HAl. ЕСv1И ox
.,lаждающая вода не отлаrает карбонат кальция, то прибеrаIОТ к
ее обработке неБОЛЬШИ?\IИ дозами извести или соды.
Iедостаток I\1етода «контролируеI\Iоrо накипеобразова
ния» трудность поддсржания точных дозировок peareHToB,
обеспечивающих сохранение защитной пленки накипи ну)кной
ТОЛЩИНЫ. Кромс Toro, обычно наблюдается HepaBIIo IepHoe OT
ло)кение накипи в различных частях ОХ,,1аждающей системы. Так,
наПрИlVlер, l\Iожет оказаться, что вода вызывает коррозию трубо
провода до теплооБI\Iенников и дает отложение накипи в теП.,10
обменниках и трубопроводах за ними после HarpeBa.
Во l\Iноrих случаях, коrда тем или иным l\1етодом обработки
воды оборотных систеlVI полностью устраняется накипеобразова
ние, возникает опасность коррозии, особенно стальных элемен-
тов. В этих случаях приходится предусматривать специаЛЬНУIО
обработку БОДЫ для создания на омываеыых ею элеl\Iентах за
щитных пленок.
При подкислении или рекарбонизации воды систе1\1 оборот-
Horo водоснабжения нужно стремиться к такому подбору доз
peareHToB, чтобы осуществлялся ре)КИl\1 «КОIIТРОЛИРУСl\Iоrо Ha
кипеобразования». Для этоrо необходимо периодически прове
рять состояние внутренней поверхности труб и аппаратов. OДHa
ко поддержание режима обработки и HarpeBa воды, при KO
торых постоянно сохранялась бы тонкая пленка накипи, в усло
виях оооротных И ПРЯI\10ТОЧНЫХ систеI\1 сопря)кено со значитель
НЫl\IИ эксплуатаЦИОННЫ IИ трудностями.
ОДНИ:\I из I\Iетодов создания защитной' пленки, способноЙ
чаСТIIЧНО уменьшить коррозию, является обработка ВОДЫ reKca-
I\lетафосфаТО:\I или ТРИПО"lифосфаТО 1 натрия.
Для быстроrо создания защитной метафосфатной пленки ре-
КО:\Iендуется при пуске ОХ.,lаждающеЙ систеыы заПО.,lНIIТЬ ее BO
дой с концентрациеЙ rекса:\Iетафосфата натрия порядка 100 21м3
Р20о И Б течение 5 10 суток поддер)кивать ЦИРКУЛЯЦИIО этоЙ BO
541
ДЫ. В дальнейшеl\1 lVIОЖНО перейти на обработку добавочной BO
дЫ r ксаметафосфаТОlVl натрия из расчета 7 10 21м3 Р 2 О 5 .
В сТIитературе встречаlОТСЯ указания о TOlVl, что понижение рН
воды ПО,J,кислениеl\1 до величины 6,5 7 при одновреl\Iенном увели
чении дозы rексаметафосфата натрия до 15 25 21м3 обеспечива
ет более надеЖНУIО защиту от коррозии. Это объясняют Tel\f,
что при указанных низких значениях рН воды протекает менее
опасная коррозия, выражающаяся в более равномерном ее воз
действии на всю поверхность стальных элементов, что несколько
лучше, чем язвенная коррозия или буrристые отложения, ПО,,1У
чающиеся при более высоких значениях рН. Метод подкисле
ния воды до рН == 6,5 + 7 с одновременной обработкой повы"
шенными дозами rексаметафосфата натрия рекомендуется при
значительной коррозионной активности воды, коrда обычная
обработка rексаl\1етафосфаТОl\I натрия не дает удовлетворитель
ных результатов.
ОПТИl\Iальный реЖИIvI фосфатной обработки охлаждающей BO
дЫ в большой степени зависит от условиЙ работы систеl\lЫ И, в
частности, от температуры HarpeBa воды, ее жесткости, величи
ны продувки и др.
Обработка воды большими дозами полифасфатов приводит
к образованию вследствие их rидролиза соответственно большо
ro количества ортофосфата, который, как указано выше, дает
осадки ортофосфатов кальция и маrния. Поэтому обработка ox
лаждающей БОДЫ для борьбы с коррозией БОЛЬШИl\1И доза:ми
по.}lифосфатов приrодна в OCHOBHOlVI для воды малой жесткости
(до 2,5 3 Jvl2 экв / л). в отдельных случаях весьма интенсивноЙ
коррозии приходится обрабатывать воду большими количества
ми полифосфатов, учитывая необходимость частой очистки СIIсте
мы от отложений и шлама.
Режим фосфатирования воды на практике приходится в Ka)K
ДОl\I отдеЛЬНОlVI случае уточнять в процессе эксплуатапии. В тех
случаях коrД,а добавочная вода бедна фосфором и именно Heдo
статок ero в охлаждающей воде лимитирует развитие в охла)к
дающеЙ системе биолоrических обрастании, добавление к воде
фосфатов может усилить этот процесс. В таких случаях фосфа
тирование воды следует сочетать с хлорированием.
При охлаждении аппаратов и устройств с высокой те:.\Iпера
т урой охла)кдаеl\IЫХ поверхностей, коrда возможно местное кипе
ние охлаждающей воды, приходится в некоторых случаях прп
l\Iенять заlVIкнутые систе1\lЫ, в которых циркулирует Nа катиони
рованная или обессоленная вода; последняя в свою очередь в
теплообменниках охлаждается обычноЙ речной или подзеl\lНОй
БОДОЙ. ДЛЯ борьбы с коррозией заl\IКНУТЫХ систеl\I l\10)I(HO в У:\Iяr
ченную или обессоленную воду вводить XpOl\laTbI натрия или ка.1ИЯ
(Na2Cr04, K2Cr04) либо БИХрОl'vlаты (Na 2 Cr 2 07, K 2 C r 2 0 7)'
542
XpOl\IaTbI являются анодными замедлителями коррозии, Heдoc
таточные их дозы приводят К локализации и усилению язвенной
коррозии на отдельных участках металла. ПОЭТОl\IУ peKOMeHдyeT
ся избеrать дефицитных доз анодных замедлителеЙ коррозии.
Обычно реКО:\Iендуемые дозы XpOl\IaTOB 200 500 JН2/Л в пере
счете на безводные N a2Cr04 или K2Cr04 (соответственно 300 800
JН2/Л БИХрО:\lатов). При пуске системы рекомендуется первона
ча.пьно создать концентрацию XpOl\IaTOB 800 1000 ht2jл.
rlри наличии в замкнутых системах контактов различных l\Ie
таллов, что способствует особенно интенсивной коррозии, дозы
xpo IaToB повышают до 1 10 2/Л [7].
ВстречаIОТСЯ указания о желательности поддержания зна
чений рН при применении хроматов на уровне 8,5 9,5.
IIмеются рекомендации для циркуляционных систем по при
l\1енеНИIО КОl\lбинированной обработки охлаждающей воды xpo
MaTa:\III и rексаl\1етафосфаТОlVI натрия. Этот метод, по данным
ero авторов, дает лучшие результаты по борьбе с язвенной KOp
розией II буrристыми отложениями, чем обработка каждым из
указанных выше peareHToB в отдельности. Наилучшие резуль
таты были получены при применении 40 М2jл rексаметафосфата
натрия совместно с 20 Аt2jл хромата при величине рН охлажда-
ющеЙ воды 6,5. При более высоких значениях prI эффект обра
ботки воды ухудшается.
В литературе имеIОТСЯ указания о применении для борьбы с
коррозией нитрита натрия дозами 200 500 Jvl2jл при OДHOBpeMeH
ной обработке хлораминами (а не хлором) для предупреждения
окисления нитритов в нитраты. Рекомендуемая величина рН
БОДЫ более 7 [7].
Обработка воды соединениями четвертичных аммониевых oc
нований приводит к заrците металла от коррозии в результате
образования заrцитноЙ пленки. Воду обрабатывают сначала
дозаl\IИ 50 100 М2jл (3 5 дней), а затем переходят на дозы
5 15 "не/л.
6. ОЧИСТКА ОХЛАЖДАЮЩЕй ВОДЫ
ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И СОЕДИНЕНИй ЖЕЛЕЗА
На входных окнах водозаборов для задержания крупных
заrрязнений из воды, подаваемой для целей охлаждения, YCTa
навливают решетки с прозорами 50 100 ММ.
ДЛЯ улавливания из воды взвешенных и плавающих заrряз
нений после решеток устанавливают сетки. Наиболее удобны в
эксплуатации вращаюrциеся сетки с отвеРСТИЯl\fИ размером
3 5 ММ и непреРЫВНЫlVI Cl\1bIBOM задержанных заrрязнениЙ. Ра-
бочую плоrцадь враrцаюrцеЙся сетки (часть сетки, поrруженную
в воду) l\10ЖНО определять по скорости фильтрования через нее
воды, принимаемой равноЙ 9,8 1,2 AtjceK [6].
543
Более полную очистку воды от взвешенных веществ приме
няют преимущественно для добавочной воды оборотных систеrvI
водоснаб)кения.
В некоторых случаях приходится очищать воду от тех фрак
ций взвешенных веществ, которые l\10rYT осаждаться на участ
ках теплообменных аппаратов или в друrих местах систеI\IЫ, в
которых для этоrо создаются соответствующие rидравлические
режимы.
В зависимости от характера содержащихся в исходноЙ воде
взвешенных веществ и требований к качеству охла)кдающей BO
дЫ, которые обычно задаются технолоrами данноrо вида произ
водства, i\10жет ПРИl\iеняться отстаивание без коаrуляции, Koary
ляция и задержание взвеси в отстойниках или осветлителях ли
бо очистка на фильтрах с крупнозернистой заrрузкой. Полный
цикл очистки коаrулирование, отстаивание и фильтрование
l\10)KeT потребоваться ..1ишь в относительно редких случаях при
охлаждении аппаратуры, имеющеЙ зоны, в которых ыо)кет осаж
даться даже весьма J\Iелкая взвесь.
Если вода, содер)кащая железо, используется для пополне..
ния оборотной систе IЫ, железо лучше удалять до ПОСТУП.,lения
воды в систеl\1У.
ЛИТЕРАТУРА
1. А п е л ь Ц и н И. Э. Обработка ОХ.lаждаIощей воды. Изд. ВНИ:VI
водrЕО, 1959.
2. А п е ,,'} ь Ц и н И. Э., к у ч е р е н к о Д. И. Определение доз peareHToB
при подкислении и рекарбонизации воды систем оборотноrо водоснабжения
«Водоснабжение и санитарная техника», 1968, N2 5.
3. rOCT 2919 45 «Вода источников хозяйственно питьевоrо водоснабже
ния. Методы теХНОJ10rическоrо анализа воды».
4. К У ч е р е н к о Д. И., Ч и с т я к о в а Е. А. Определение оптимальноrо
водноrо режима систем оборотноrо водоснабж:ения при фосфатироваНIIИ. В сб.:
«Труды ВНИИ водrЕО. (Водоснабжение) », вып. 17, 1967.
5. СНиП II r.3 62 «Водоснабжение. rlopMbI проектирования». fосстрой"
издат, 1963. \
6. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных Mef2T и про
мышленных предприятий. Под ред. И. А. Назарова. Стройиздат, 19р7.
7. Н а m m е r Р., J а с k s о n J., Т h u r s t о n Е. Industrial \vater treat
Пlеnt practice. Butter\\rorths, 1961. \J
r л А В А ХХ
ПРОЧИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Удаление из воды вредных для здоровья веществ, находя
щихся в ней в микроколичествах, представляет сло)кную и мало
освещеННУIО в литературе задачу.
Исключение составляет проблема очистки воды от радиоак
тивных веществ, по которой проведены мноrочисленные исследо
вания и имеется большое количество публикаций. Сводка по
этому вопросу имеется в работе [4], поэтому технолоrия очистки
воды от радиоактивных веществ нами не рассматривается.
Ниже приводятся некоторые сведения о методах очистки BO
ДЫ, не описанных в предыдущих rлавах.
2. АЭРАЦИЯ ВОДЫ
Преаэрация воды способствует устранению запахов, снижает
содержание в воде уrлекислоты, блаrодаря чему в ряде случаев
улучшаются условия коаrуляции орrанических и минеральных
коллоидных заrрязнений воды сеРНОКИСЛЫl\1 алюминием [3].
Удаление С0 2 аэрацией во l\Iноrих случаях 1УIол(ет повысить Be
личину рН воды до пределов, коrда отпадает необходимость
подщелачивания воды для ее стабилизации, или существенно
снизить необходимую для этоrо дозу извести. rрибовидные аэ
раторы ПРИl\lенены на фильтровальных станuиях Москвы и Ле
нинrрада, каскадные на станции в Ницце (Франция), брыз
rальные бассейны на станции в Дрездене (r ДР).
В табл. ХХ.l приведены данные об ИЗl\iенении содер)кания
растворенных 02 и С0 2 при аэрировании воды, пропускаемой
через дырчатые листы каскадноrо аэратора (1000 отверстий
диаl'летром 7 мм на 1 м 2 , расстояние l'лежду листами 40 CJ1, Har
рузка по воде 50 М 3 /Ч воды на 1 h( 2 ).
Расход энерrии на аэрацию 1000 м 3 воды составляет: на Kac
кадном аэраторе с 10 ступеНЯlVIИ 20 квт. ч, на брызrаЛЬНОl\1
бассейне 18,5 квт. ч, с ПОl\10ЩЬЮ аэратора Инка 18 35 квт. ч
и щеточноrо аэратора 40 квт. ч.
545
Таблица ХХ.l
Изменение содержания 0.2 И С0 2 при аэрировании воды
на каскадном аэраторе при температуре 8 100 С
Содержание rаза в .м z/ л
'с) после пропуска через лист (номер)
I'аз t:(t:(
00 I
X I
u 2 3 4 5 6 7 8 9 10
:S::
о
CJ:1:::
С0 2 42 25 19 16 13 11 10 8 7 6,5 6,5
02 2,6 4,8 5,8 8 9,9 11 : 2 11 ,5 1 1 ,5 11 ,5 11 ,5 11 ,2
3. ДООЧИСТКА БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
.-........
( Недостаток воды вынуждает в ряде случаев использовать
I в качестве источника водоснабжения бытовые сточные воды пос
: ле их биолоrической очистки. Примером станции доочистки бы
товых сточных вод для использования в коммунальном BOДO
снабжении может служить станция в r. Виндхоске (ЮАР) [8],
rде сточные БОДЫ из вторичноrо отстойника станции биоло
rической очистки, предназначенной для rородских сточных
вод, обрабатываIОТСЯ известью и флотируются. При BыoKol'v!
значении рН происходит флокулирование орrанических ко лои
дов, выделяется rидроокись маrНIdЯ, фосфат кальция, которые во
ф.,1Jотаторе (время пребывания 20 МИН) вместе с детерrентами
выделяются в пену. Из флотатора вода поступает на вентилятор
ную rрадирню для удаления аммиака, а затем после введения в
нее железноrо купороса и С0 2 В отстойник для выделения
СаСО з . Отстоенная вода доосветляется на песчаных фильтрах,
перехлорируется для окисления оставшеrося аммиака и обезза
раживания и фильтруется через слой rранулированноrо актив
Horo уrля для удаления свободноrо хлора и веществ, обусловли
вающих привкусы и запахи.
В США дЛЯ доочистки бытовых сточных вод после их пол
ной биолоrической очистки применяется фильтрование на фlIЛЬТ
рах, заrруженных rранулироваННЫJ\1 активным yr"le:\1 типа SGL
И.ни CJ\L [10]. Средний диаl\lетр зерен этих уrлей равен COOTBeTCT
венно 1,5 и 0,9 .Н.М. При скорости фильтрования до 20 Jl/Ч и BЫCO
те слоя уr"lЯ I3 ФII"lьтре 3 А! ОКИС.]яе:\IОСТЬ воды СНlI)кается с зо
50 до 10 12 Аl2/.л. Уrоль реrенерируется прокаливанием при TeM
пературе 8700 С II оrраничеННО 1 доступе воздуха.
5-!6
4. ОЧИСТКА ВОД ОТ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ
(ДЕТЕРrЕНТОВ)
Широкое ПРИIVlенение в промышленности и доыашне I хозяЙ
стве синтетических l\10ЮЩИХ средств (детерrентов) приводит к
попадаНИIО их со сточными водаl\IИ в открытые BoAoe:\IbI. При
ЭТО!\I так называемые «:\Iяrкие» детерrенты (наПРИ:\Iер, аЛКИJI
СУ.,lьфаты) относительно быстро окисляются и сохраНЯIОТСЯ в BO
де водое!\Iа недолrо. «Жесткие» детерrенты (например, изrотов
"lенные на базе широко распространенноrо детерrенТа алкилбен
золсульфоната натрия) лишь частично удаляются из сточных вод
при их БИОХИl\IическоЙ очистке, Д.,1итеvlьное вре:\IЯ :\10rYT присут
ствовать в воде источников водоснабжения, придавая ей неприят
ные привкусы и запахи. Очистка воды от алкилбензолсульфона
тов (АБС) может быть достиrнута ОКИС"lениеы ОЗОНО1\I или ДBY
окисью хлора, сорбцией аКТИВНЫl\I уrлеlVl или бентонита:\!, а TaK
же Х,,10ПЬЯМИ rидроокиси аЛЮ1\IИНИЯ или железа.
При введении в воду сернокислоrо алюминия или хлорноrо
железа (100 120 Мсjл) и осветлении воды отстаиваниеl\I и филь
трованиеIVl содержание АБС снижается с 10 до 2 2,5 .tll2/Л или с
3 до 0,5 0,6 мс/л [14]. Процесс удаления АБС коаrУ"lированиеl\I
нужно проводить при значениях рН 5. При повышении величин
рН снижается эффективность этоrо процесса.
Более rлубокое удаление АБС достиrается введение::VI в воду
порошкообразноrо активноrо уrv1Я или фильтрование1\1 воды че
рез слой rранулированноrо активноrо уrля. При введении в воду
50 и 75 мс/л активноrо уrля БАУ концентрация АБС снижалась
соответственно с 2 до 0,5 мс/л [13, 14] и с 6 до 0,32 А1с/Л. Филыро
вание воды со скоростью 10 1vl/Ч через 250 MM слой rранулиро
BaHHoro уrля снижало концентрацию АБС в воде с 1,32 до
0,15 мс/л. Сорбционная el\1KOCTb активноrо уrля по АБС COCTaB
t/1Я"Т'Jа около 7 О/о веса уrля.
5. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ ПЕСТИЦИДОВ
Пестициды вещества, используемые в сельском хозяйстве
Д"lЯ борьбы с вредитеЛЯl\IИ, попадают в воду открытых Boдoe
l\lOB с дождеВЫ IИ и талыми водаI\1И, смывающими ЯДОХИ1\1икаты
с растениЙ и почвы.
Даже очень малые концентрации пестицидов токсичны и при
дают воде неприятные привкусы и зап.ахи. Так, воде придает за
пах тиофос при концентрации 0,2 Мс/Л, а ДДТ при концентраЦIIИ
0,07 .IНс/Л.
Х"l о р , пер l\ 1 а н r а н а т к а ,,1 и я И о з о н в Д о зах Д о 1 О .111 с ;'. L II е о к II С
ляют ДДТ, rексахлоран, эндрин, дильдрин, ТIIОфОС, ;Сl0рОфОС И
карбофос до нетоксичных соединениЙ. Обычные IeTo.J,bI обработ
ки воды (коаrуляция отстаивание фильтрование) СНПlI\:ают
содеРlI\:ание в воде rексахлорана на 8 100/0, дильдрина на 50Qb,
ДДТ на 900/0, эльдрина на 350/0, тиофоса на 200/0 [16, 18].
347
Ак"ТИВНЫЙ порошкообразный уrоль, введенный в воду перед
отстоиниками, снижает содержание в ней указанных выше пести
цидов до безопасных пределов, однако ero расход достиrает 10
1 5 Hc на 1 AtKc пестицида, содержащеrося в обрабатываемой BO
де. Фильтрованиеы воды через слой активноrо rранулированно
ro уrля удается снизить содержание пестицидов в воде до
0,1 .I1lКс/Л (их у даlllение составляет ОКО,,10 99 О/о) [12].
6. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ РАДОНА
Радон удаляется из воды аэрацией. РаСТВОРИl\10СТЬ ero в воде
при парциаЛЬНОI\I давлении 1 кТ/см 2 составляет 500 jrlЛ/Л при
00 С и 222 МЛ/Л при 200 с.
Расход воздуха при удалении радона аэрацией в первом при
бли)кении может определяться из уравнения
In == Qвозд, (ХХ.l)
С 2 н
rде С 1 и С 2 концентрации радона соответственно в исходной и
очищенной с помощью аэрации воды;
p плотность воздуха в Мс/Л · ат;
Н константа закона rенри в ме/л. ат, принимаемая
равной 2200 при 20 0 С;
QI ()ЗД расход воздуха на удаление радона в JИ 3 на 1 м З
воды.
На станции очистки артезианской воды, используеl\IОЙ для
питьевоrо водоснабжения района ДОрТl\1УР (Анrлия), аэрация
воды в количестве 9500 hl 3 /CYTKU производится в двух бассейнах
rлубиноЙ 1,2 М, Иl\'lеющих в плане раЗl\lер 3Х21 м. На дне бассей
нов смонтировано 2800 диффузоров из пористой керамики для pac
пыления сжатоrо воздуха. При расходе 8 j t3 воздуха на 1 1113 BO
дЫ содер)кание радона в ней снижается в 100 120 раз [15].
7. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ KAHUEPorEHHbIX ВЕЩЕСТВ
Канцероrенные вещества, такие как 3 4 бензпирен, l\lorYT
попадать в водоемы с дождевыми водами, стекающими с rород
ских территорий. Продуктами неполноrо сrорания жидкоrо топ
лива двиrателей автомобилей является 3 4 бензпирен и 3 4 бенз
q.ITopaHTpeH. Они Тvlедленно реаrируют с хлором, образуя два HO
вых соединения 5 хлор 3 4 бензпирен и 3 4 бензпирен 5 1 О хинон.
Последнее вещество, по видимому, не канцероrенно. При нали
чии в воде 0,5 ме/л свободноrо хлора концентрация 3 4 бензпи
рена в воде снижается с 2 до 0,1 мке/л за 14 ч и с 5 до 1 мке/л зз
20 22 ч [14].
..4ктивный уrоль сорбирует 3 4 бензпирен и 3 4 бензфторант-
рен, сни}кая их концентрацию в желаемых пределах. Марки и
548
дозы активных уrлей зависят от состава друrих заrрязнений BO
ДЫ и должны устанавливаться экспериментально.
8. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ
ВРЕДНЫХ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЛЮДЕй МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Свинец может быть уда"lен из воды ее подщелачивание:\I из
вестью (П РРЬ(ОН)2 == 1,1 · 1 0 20) или фильтрованием через larHO
:\Iассовый фильтр.
Медь также удаляется из воды ее подщелачиваIIиеl'vl (П РСи(ОН),==
== 5,5 · 1 0 20) или фильтрованием через 1аrномассовый фильтр.
МЬLШЬЯК В виде неорrанических соединений удаляется co
осаждениеlVI с rидроокисью железа, например, при обработке BO
ДЫ хлорным или сернокислым железом с подщелачиванием и
продувкой воздухом. Орrанические соединения мышьяка жела..
тельно предварительно окислить ХЛОрОl'vI.
ЦИНК удаляется осаждением в виде rидроокиси при подщела
чивании воды известью (ПР ZП (ОН)2 ==7,1 · 10 18) или В виде карбо-
ната при подщелачивании содой (ПРzпсоз==I,45.10 11).
Титан, ванадий, вольфрам, молибден, берuлий, уран, никель,
кобальт, ртуть, ПО ВИ,ДИlYI0МУ, также MorYT быть удалены из
воды осаждением в виде rидроокисей при подщелачивании воды
или ее фильтровании через MarHOl'vlaCCOBbIe фильтры. Однако в
lитературе нет по ЭТОl\tIУ вопросу никаких данных. Заrрязнения
этими металлами поверхностных водоисточников в опасных для
здоровья людей концентрациях весьма редки.
Барий осаждается фосфатами (ПР Ва З ( РО 4)2 == 6 · 10 39),
серной кислотой или сульфатом натрия (П PBaS04
== 1 , 1 · 1 o 1 О) .
Серебро осаждается содой или поваренной солью.
Большинство металлов (Ag, Bi, Cd, Со, Си, Hg, Ni, РЬ,
Sn, Zn) хорошо выделяются из раствора в виде сульфидов при
введении в воду сероводорода или сернистоrо натрия. Однако
при низких концентрациях металлов в очищаемой воде обра
зуется коллоидная взвесь сульфидов этих l\Iеталлов, не осаждаю
шаяся в отстойниках и не задерживаеI\1ая обычными фильтра
l\IИ. Поэтому при сульфидной очистке воды необходимо в каждом
случае подбирать экспериментально коаrулянт и определять He
обходимое после коаrулирования вре1\1Я отстаивания.
Бор, присутствующий в природных водах в виде BO , MO
)кет быть удален из них на анионите. Селективный по борат иону
анионит получен аминированием хлорметилированноrо сополи
:\Iepa стирола с дивинилбензолом N метилrлюка:\lИНОМ. Этот
анионит, применяемый в сульфатной фОр 1е, после реrенерации
серной кислотой удалял полностью вол из раствора, cOдep.iКaB
шеrо 10 Лtс/Л BO и 500 hlС/Л СаСI 2 .
35......745
549
Бро.lН U йод удаляются на обычных анионитах, так же как
хлориды, но хуже, чем сульфаты. ПОЭТОlVlУ снижение KOHlleHTpa
ции этих ионов в воде фильтрованием через обычные иониты
непрактично. Данных о селективных в отношении брома и йода
анионитах в литературе не имеется.
Фосфаты (opTO , MeTa и пиро ) попадают в воду в резу,,1ьта
те удобрения сельскохозяйственных уrодий, а также ПрИl\Iене
ния в промышленности и в быту синтетических моющих
средств.
Фосфаты селективно сорбируются из ьоды rранулирован
ной активированной окисью алюминия, имеющей сорбционную
4 w
способность около 20 Кс РО на 1 т сорбента. Активированная
окись алюминия реrенерируется раствором едкоrо натра с пе
риодической (1 раз в 3 4 цикла) ПрОlVIЫВКОЙ отреrенерирован
ной окиси алюминия 1 О/о HЫM pacTBopolVl азотной кислоты Д"lЯ
перевода окиси алюминия в солевой анионит. Фосфаты достаточ
IlO полно (остаточная концентрация P205 1 2 М2/Л) удаляют
ся при Уl\Iяrчении воды известкованием.
АМJ;lонийные соли и аммиак удаляются из воды катионито:\!
в натриевой, кальциевой или водородной форме. Этот метод
дороr, так как аммонийный ион сорбируется каТИОНИТОIН xY)l e
ионов кальция и маrния.
При очистке от аммонийноrо иона и аммиака вод с высокоЙ
концентрацией NН4 иона целесообразна отдувка ero в виде
NН з из щелочной среды в вентиляторных или вакуумных деrа
заторах.
Нитраты и нитриты удаляются из воды анионитами в X 10
ридной форме.
9. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ
орrАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ АКТИВНbIМ УrЛЕМ
Фильтрование воды через слой rранулированноrо уrля II lИ
введение ВI воду порошкообразноrо активноrо yr ля являются
наиболее универсаЛЬНЫl\lИ l\lетодаlVlИ удаления из воды paCTBO
ренных орrанических веществ природноrо и неприродноrо про
IIсхождения [9, 12].
Поскольку содержание в питьевой воде орrанических Be
Iцеств природноrо происхождения нормировано только косвенно
(по цветности, запахаl\I и привкусаl'vl воды), а цветность во,1Ы
обычно достаточно хорошо снижается коаrулированиеl\1 II X 10
рированием, активный уrоль, являющийся дороrИl\l :\IaTepIIa
,,10Т\i, ПРИl\lеняется на КОl\Iмунальных водопроводах r,,1aBHbIl\1 об
разом для удаления веществ, обусловливающих запахи и ПрII
ВКУСЫ воды, а также для удаления из воды орrаничеСКIIХ
заrрязнений неприродноrо происхождения различных дeTep
[ентов, пестицидов, нефтепродуктов и друrих токсичных веществ.
попадающих в открытые водое:\IЫ со СТОЧНЫ:\IИ J10да IИ [ОРО,10]
Il ПрОl\'lЫШ 1енных предприятиЙ.
530
С:орбция орrанических веществ активным уrлеl\1 в статиче
ских условиях описывается уравнением вида
Х ==kEC 1 / п , (ХХ.2)
rде Х количество вещества, сорбированноrо уrле?\l,
при сорбционном равновесии в М2/Л;
Е полная сорбционная емкость уrля в М2/ л;
с равновесная концентрация сорбируемоrо веще-
ства в воде в М2/ л;
k и n параметры, зависящие от природы сорбируемо
ro вещества и типа активноrо уrля.
По данным опытов Вудварда [10] при сорбции ротепона aK
тивным уrлем марки Аква нучар величины параметров COCTaB
.JЯIОТ: k 0,001 и п == 3.
Из уравнения (ХХ.2) следует, что сорбционная емкость
активноrо уrля зависит от остаточной концентрации в воде
\7даляеrviоrо вещества: чеl\I ниже величина допустимой остаточ
ной концентрации, Tel\1 ни)ке степень использования сорбцион-
ной способности yr ля.
При удалении из воды веществ, придающих ей запахи и
привкусы, их концентрацию нужно снизить до очень l\lалых
величин, при которых запах и привкус уже не ощущаются.
I\онцентрации различных веществ, при которых ощущается
их запах или привкус в воде, неодинаковы. Сероводород ощу-
щается при концентрации ero в воде более O,2 0,3 М2/ л, хлор
при концентрации более 0,3 М2/Л, хлорфенол при концентра-
ции более 0,02 ./11,2/ л, продукты жизнедеятельности актиноми-
цетов, придающие воде землистый запах, ощущаIОТСЯ при KOH
центрации более 1 .10 8 М2/Л.
Некоторые вещества образуют с примененным для обезза
раживания воды хлором новые вещества, придающие воде
ОЩУULаемые населениеl\/I запахи, в концентрации, значительно
\lеНЫllей, чем исходное вещество. Например, фенол при хлори-
ровании I3 водном растворе может образовывать четыре coe
динения: 2,6 дихлорфенол,. 2 хлорфенол, 2,4 дихлорфенол и ма-
"lеиновую кислоту.
Если фенол не ощущается в воде при концентрации менее
25 .111,2/ л, а малеиновая кислота при концентрации l\1eHee
5 Мс/ л, то хлорфенол придает воде так называемый аптечныЙ
запах при концентрации более 0,02 Мс/ л. Естественно, что при
CTO"Т'fЬ низкой остаточной концентрации удаляемоrо вещества
степень использования сорбционной емкости активноrо уrля в
статических условиях при введении в воду уrля в виде порошка
будет также очень мала..
Так как время контакта порошкообразноrо уrля с очищае-
i\JОЙ водой невелико, сорбируемое вещество обычно не успевает'
проникнуть в rлубь частички уrля, поэтоыу сорбционная спо..
з .::; *
531
собность порошкообразноrо активноrо уrля возрастает с увели-
чением степени ero измельчения.
Косвенно сорбционная способность порошкообразноrо актив-
Horo уrля характеризуется ero феНОЛЬНЫlYI ЧИСЛО1\1 ЧИСЛОl\I
11иллиrраммов активноrо порошкообразноrо уrля, требуемоrо
для снижения концентрации фенола в 1 л воды с 0,1 до
0,01 .7J-t2 при перемешивании воды с активным уrлем в тече-
ние 1 ч. Чем выше фенольное число уrля, тем меньше ero cop
бционная способность в отношении фенола, Tervl хуже, как пра
БИЛО, этот уrоль будет сорбировать из воды вещества, обуслов-
ливающие привкусы и запахи воды. Порошкообразные актив-
ные уr.J)И, применяемые на фильтровальных станциях для уда-
cllения из воды привкусов И запахов, должны иметь фенольное
число не более 30; хорошие образцы активных уrлей имеют фе
вольное число менее 15.
Практика обработки воды порошкообраЗНЫl\l аКТИВНЫ1VI У[-
JleM на Тюменском водопроводе показала, что из числа по
рошкообразных уrлей, выпускаемых промышленностью СССР,
дЛЯ удаления запахов из воды р. Тура наиболее эффективен
уrоль марки А щелочной. В каждом конкретном случае Map
ка порошкообразноrо активноrо уrля должна подбираться проб-
ной обработкой воды в лабораторных условиях, при ЭТО1\! ДОЛ)К-
вы ставиться опыты как с предварительным хлорированиеl\I BO
ДЫ, так и без Hero.
Порошкообразный активный уrоль, ПРИl\1еняемый для уда-
"lения из воды веществ, которые придают ей привкусы И запа-
хи, l\10жет вводиться как перед отстоЙниками или осветлитеЛЯl\1И,
так и после них, непосредственно перед фильтрами. Однако
введение в воду порошкообразноrо уrля перед фильтрами В03-
мо)кно только В тех случаях, коrда ero доза не превосходит
5 7 ме/л при длитеЛЬНО1\1 применении уrля и 10 12 ме/л при
кратковременном, эпизодическом. При поступлении на фильтры
большеrо количества активноrо уrля потеря напора в них бы-
стро растет и резко возрастает расход ПрОl\lЫВНОЙ воды. Двух-
слойные фильтры лучше обычных приспособлены к осветлению
воды, содержащей порошкообразный активный уrоль. При 1\1а-
лых дозах активный уrоль целесообразно вводить в воду ПОС.lе
отстойников; в этом случае сорбционная способность уrля IIС-
пользуется более полно, чеrvI при введении ero в БОДУ перед OT
стойника:VIИ, в которых уrоль быстро оседает, не успев сорбиро
зать содержащиеся в воде орrанические вещества.
При проектировании станций очистки воды, на которых пред-
полаrается частое и Дll1ительное применение порошкообразноrо
Dктивноrо уrля в больших дозах, желательно В:\1есто отстой
ников устраивать осветлите,,1И, в которых сороционная е:\lКОСТЬ
уrля, находящеrося во взвешеННОl\1 С,,10е, используется "lучше.
чеl\1 в отстойниках. В ЭТО:\I случае целесообразно введение н
БОДУ ПО"Т'Iиакрилаl\1ида для создания взвеlпенноrо слоя актив-
: . 2
IIoro уrля высокой концентрации и возмо)кно не непрерывное.
а периодическое дозирование в воду активноrо уrля. Так как
уrоль, вводимый перед фи.;rIьтра:.\IИ, используется более эффек
тив:но, то при больших ero дозах целесообразно дозу дробить:
часть вводить в смеситель станции, а остаток (но не БО"lее
5 Jt2/ 2) перед фильтрами.
Так как при сорбции веществ, придающих воде запахи, сорб
ционная способность уrля используется лишь в небольшой CTe
пени, существует возможность сорбировать им же из воды из
быточный хлор. Это предопределяет целесообразность предва
рительноrо перехлорирования воды перед обработкой ее yr e:.\I
Д 1Я удаления запахов. В ЭТОl\l случае можно ожидать окисления
хлором веществ, обусловливающих запах воды, после их сорб
цин уrлем, так как на ero поверхности создаIОТСЯ высокие KOII
uентрации как хлора, так и веществ, вызывающих запах воды.
. /величение же концентрации реаrирующих между собой соеди
нениЙ на поверхности активноrо уrля повышает скорость окис
"lСНИЯ веществ, вызывающих привкусы и запахи воды.
Дозирование порошкообразноrо активноrо уrля в воду ;\IO
жет производиться в CYXOl\1 виде специальными дозатораыи II llI
п виде водной суспензии.
Водную суспензию активноrо уrля приrотовляют в rерl\Iети
зироваННОl\I баке с мешалкой, в который подают через специа.,lЬ
выЙ "lЮК уrоль в таре.
При введении в воду порошкообразноrо уrля в виде суспеII
ЗIlН ПОСtilеднюю rотовят в количестве, неоБХОДИl\10:Vl для рабо
ты в течение не более 4 Ч, так как сорбционная активность yr
ля несколько снижается при длительном хранении в воде.
J'rельную суспензию вводят в обрабатываемую воду оБЫЧНЫМII
дозатора:\IИ суспензий.
К l\lecTY введения водную суспензию уrля лучше Bcero TpaHC
портировать с помощью резиновых шланrов, в которых .пеrко
можно ,,1иквидировать уrольные пробки в случае их образова
ния.
Порошкообразный активныЙ уrоль леrко восплаl\IеняющиЙ
ся продукт, ПОЭТОI\'1У ero нужно хранить в спеuиаЛЬНОl\I orHecToi'r
к 01\1 CYXOl\1 помещении в rеРl'vlетически закрытой таре. Через
склад активноrо уrля не ДО"lЖIIЫ проходить тепло и паропрово
ды. Электрическая арматура должна быть во взрывобезопас
НО:\I исполнении.
rранулированный активный уrоль целесообразно применять
;r 1Я удаления из воды запахов, привкусов и друrих орrаниче
СКИХ заrрязнений только в случае постоянноrо на lИЧИЯ их I3
воде источника, а так)ке неэффективности применения друrих
более дешевых l\1етодов. В таких случаях предварительно дол)к
вы быть проведены специа lьные опыты по подбору l\lapKII уr lЯ
и способа ero реrенерации.
55.3
Фильтрование БОДЫ через rранулированный активныЙ \'1'U.-1b
ооычно производят В напорных стальных фильтрах, выпускае;\1ЫХ
ПРОlVlышленностью.
Внутренняя поверхность корпуса фильтра ДО.,l)кна быть ПОI{
u u
рыта антикоррозионнои изоляциеи, так как уrоль со ста.1ЬЮ oo
разуют rальваническую пару, УСКОРЯЮЩУIО коррозию ПОС.lе;t
ней. На некоторых водопроводах в СССР и США rрану.1ИрО
ванный активный уrоль используется в качестве BepXHero q)И.1Ь
трующеrо слоя двухслойных фильтров. Такое ИСПО.lьзование
активноrо уrля при условии предварительноrо перех.lОРIIрова
ЕИЯ воды И хорошеrо ее осветления до подачи на ФII.1ЬТРЫ
оказалось весьма эффективным средством снижения цветности
и запахов воды.
В ЧССР rранулированный активный уrоль в смеси с EBapцe
БЫМ песком применяют для заrрузки фильтров 11 ступени, на
которые поступает вода, прошедшая медленные фильтры или
очищенная по схеме коаrуляция отстаивание освеТ.lение
на скорых фильтрах. В этом случае размер зерен активноrо уrля
должен быть в 4 5 раз больше размера зерен песка, чтобы
смесь не расслаивалась при промывке фильтра и зерна уrля
не выносились из фильтра с промывной водой.
Опыт эксплуатации на станции в r. Нитро (США) открытых
фильтров, заrруженных rранулированным активным уrле:\I, по
казал, что при толщине слоя уrля 2,25 Л1 и скорости фII.1ЬТРО
вания 10 м/ч содержание орrанических заrрязнений в воде
снижается на 84 о/о. Снижение скорости фильтрования до веJ1И
чины, при которой вода контактировала с уrлем 7,5 мин. увели
чило удаление орrанических веществ до 900/0. Исходная вода
содержала 2 мс/ л орrанических заrрязнений, извлекае:.\IЫХ )T.le),1
и экстраrируемых из Hero ХЛОРОфОРМОlYI. 11нсектициды IIзв.ле
Еались аКТИВНЫl\1 уrлеl\I на 990/0, детерrенты на базе а.]КII.lбен
золсульфонатов до степени, обеспечивающей получение ВОДЫ
питьевоrо качества. Сорбционная емкость активноrо уr.1Я при
толщине ero слоя 2,25 м достиrала 10 11,50/0 веса уrля. Объем
уrля в фильтрах составлял 5 м 3 на каждую 1000 Л1 3 СУТоtIНОЙ
производительности станции.
Напорные фильтры с активным уrлеы применепы ,J.1Я yдa
t/lения привкусов и запахов из воды р. Рейна в ДюссеvlЬ
дорфе (инфильтраЦИОНIIЫЙ водозабор ПРОИЗВОДИТС.1ЬНОСТЬЮ
160 000 м 3 / сутки). При этом вода проходит через двухслоЙный
фильтр с аКТИВНЫI\l уrле),I: верхний слой уrля ТОЛЩИНОIL'I 1 .1!
удаляет из воды )келезо и марrанец, предварительно ОКИС.lен
ные ОЗОНОl\I, а второй слой толщиной 3 м привкусы II запахи.
Скорость фильтрования принята 30 Л1/Ч.
Напорные фильтры с активным уrлеl'vl применялись Д.1Я yдa
ления из воды фенола на Алмазомарьевском водопроводе в
;Iонбассе [2], на водопроводе Дрездена (rдр) и др.
554
При проектировании фильтров с rранулированным аКТИВН:I:\:
\T.lf'J.I скорость фильтрования принимается в преде,,1ах lD
25 .; l/Ч, высота слоя уrля в фильтре 1,5 2,5 м.
Потери напора в фильтрующем слое активноrо уrля ПрИНII
l\I3101СЯ в соответствии с даННЫ:\1И табл. ХХ.2.
т а б .1 И цаХ Х. 2
Потери напора в слое активноrо уrля
Сре дню1 ди -
метр зерен
уrля в .ИМ
Потери напора в с.l0е уr..1Я толщиной 1 .м в .м вод. ст. при скорости
фильтрования в М/Ч
5 10 20 30
0,2 0,38 0,8 1,25
0,07 О J 17 0,32 0,5
0,04 0,08 0,15 0,25
1
1 ,5
2
Наибольшей сорбционной емкостью при удалении из воды
opr анических веществ природноrо происхождения обладают
активные уrли отечественных
марок Ar H и Ar 5.
/r
t: 1"0
(E
Лоr}КlIслено
Ц2
[!( I
J i
I
«",
о
20 40 БО
ВfJемя с начала цикла ч
80
Рис. ХХ.l. Влияние рН среды
на сорбцию алкилбензолсуль
фона та натрия rранулировап
ныы активным уrлем
1,8
-о
<...J
'-
;;;;. f 7
ct> '
C"')
t::J(
:t:
с::> CQ 16
::::, ,
{.J !S
J 10 2С 30 40
Температура 80аы 8 ос
Рис. ХХ.2. Влияние температу
ры ВОДЫ на сорбционную e\!
кость rранулированноrо актив
Horo yr ля
в опытах, проведенных О. Н. Шемякиной (ВНИИ водrЕО)
НС1 воде р. Зап. Двины, сорбционная емкость уrля Ar H при
сорбции орrанических веществ природноrо происхождения coc
тавляла 3100 с/ м з в пересчете на 02 по перманrанатноЙ ОКIIС
.1яе1VIОСТИ, уrля Ar 5 2200 2/Jt 3 и уr,JЯ БАJ 7 130 2/Jl З .
fранулированные активные уrли по исчерпании их сорБЦII
анной емкости реrенерируются прокаливание I подсушенноrо
уr,lЯ при теl\lпературе 700 8000 С п дефиците КIIс.1орода. Д.JЯ
этоrо l\IorYT ПРИlVlеняться вращающиеся противоточные печи за
пода «П porpecc» (r. Бердичев) или печи с кипящи;\! C.ТIOe:\! pe
I'енерируеl\Iоrо yr ля.
535
Потеря уrля при каждом прока.ливании состаВ"lяет 2 З О/о,
а в течение rода в пр едел ах 8 1 О О/о .
Предварительная обработка воды имеет большое значение
J,,,lЯ обеспечения эффективности сорбции уrлеl\1 орrанических
веществ. До подачи на уrольные фильтры вода должна B03
10ЖНО более полно освобождаться от взвеси и КОЛЛОИ,1I1ЫХ
заrрязнений. Понижение величины рН воды повышает эффеl\
тивность сорбции орrанических веществ уrлеl\I (рис. ХХ. 1), а
повышение температуры воды снижает ее эффективность
(рис. хх. 2).
10. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ ВЕЩЕСТВ,
ОБУСЛОВЛИВАЮЩИХ ЗАПАХИ И П РИВКУСЫ,
ИХ ОКИСЛЕНИЕМ
Хлорирование и озонирование воды I\IOrYT быть ПрИ:'\lенены
для удаления из воды запахов, вызываемых жизнедеятель
ностью некоторых водорослей и микроорrанизмов. При ЭТОl'vl
следует иметь в виду, что недостаточная доза окислителя хло
ра или озона l\10Жет не только не снизить присущий воде
запах или привкус, но даже усилить ero.
Вызывая rибель микроорrаНИЗlYlОВ, окислитель может OCBO
бодить содержащиеся в них вещества, обусловливающие прнв-
кусы и запахи воды. Увеличив дозу хлора, удается окислить
эти вешества.
Применение хлора для удаления из воды запахов и при
вкусов не всеrда дает положительный эффект. Например, окис
лительный потенциал хлора оказывается недостаТОЧНЫ:\I для
окисления трудноокисляющихся продуктов жизнедеятельности
актиномицетов, обусловливающих землистый запах в воде.
При наличии в хлорируемой воде фенолов они образуют с Xtl10
ром хлорфенолы, обладающие сильным неПРИЯТНЫ:\l (<<аптеч
ным») запахом, поэтому хлорирование неприменимо в тех слу
чаях, коrда в воде имеются запахи, обусловленные присутстви
ем в ней фенолов. Так как при хлорировании из воды удаля
ются не все запахи и привкусы, возможность применения хлора
для этих целей и доза ero должны устанавливаться проБНЫl\I
хлорированием воды в лабораторных условиях. Для этоrо в
ряд проб воды в стеклянных цилиндрах вводят последовате,,1ЬНО
увеличивающиеся дозы хлора (в виде хлорной воды). В пер
вую пробу воды вводят 0,2 M / л хлора, а в каждую СtlеJ.УЮ
щую на 0,2 М2jл. более. После перемешивания воды с X"lO
pOlYI пробы оставляют в покое на 30 мин, а затем опреде"lЯЮТ
интенсивность запаха и привкуса в воде каждой пробы. \lIlНИ
:\lальную дозу хлора, снизившую запахи и привкусы в воде до
)келаемых пределов, принимают за расчетную.
Иноrда при пробном хлорировании воды появляется x op
556
ныЙ запах, который lVlаскирует ее естественный запах. Для Toro
чтобы выяснить, удаляет ли хлорирование запах воды или
только 1\1 аскирует ero, необходимо после пробноrо хлорирования
деХ.l0рировать воду. В лабораторных условиях это наиБО"lее
просто сделать введением в воду раствора сернистокислоrо HaT
рия а 2 50 з или тиосульфата натрия Nа2520з.
J..1Я предотвращения появления хлорфенольноrо запаха при
хлорировании воды 1\10ЖНО ПРИl\lенять: 1) перехлорирование
воды для окисления фенола в малеиновую кислоту, не имеющую
запаха; 2) преаммонизацию воды, т. е. введение в нее до хло
рирования аммиака или аммонийных солей для связывания
хлора в хлорамины, не образующие с фенолами хлорфенолов.
Опыт эксплуатации ряда фильтровальных станций показал,
что Х,,10рфенольный запах при хлорировании воды, содержащеЙ
фена..;], появляется далеко не всеrда иноrда такой запах появ
ляетея при хлорировании воды, содержащей Bcero 0,02 М2jл
феНО"lа, но не появляется при значительно большей ero KOHцeHT
раПIIII. Это объясняется различным составом орrанических за
rрязнений воды; некоторые из них сами способны давать ап
течные запахи при хлорировании, а некоторые, окисляясь хло
pO I t.1еrче, чем фенолы, как бы блокируют хлорирование фе
НО,,10В.
Перехлорирование воды следует вести так, чтобы продо.п)ки
теиlЬНОСТЬ контакта воды с хлором была как можно больше.
Хлор в этом случае следует вводить на насосной станции
1 ПОJ,ъема, а дехлорирующий areHT после резервуара чистоЙ
водь}. Контакт воды с хлором при ее перехлорировании дол
)кен продолжаться не менее 2 3 ч.
В ряде случаев при перехлорировании воды для разрушения
приt"\одных веществ, придающих ей неприятные привкусы и
заП( II, целесообразно применять комбинированную обработку
ВОД I хлором и марrанцевокислым калием KMn04. Хлор, окис
ляя большую часть орrанических заrрязнений воды, снижает
необходимую для удаления запахов и привкусов дозу КМпО4
дО О.:З 0,5 М2/ л.
J..1Я устранения хлорфенольных запахов преаМl\10низацию
BOД I следует проводить при значениях рН > 7 с изБЫТКОl\I a I
lVIоннйноrо иона (0,5 1 2 NН4 иона на 1 с вводимоrо в воду
Х,,10ра) .
?асход хлора для окисления веществ, обусловливающих
ПрИБКУСЫ и запахи воды, может колебаться в широких преде
.пах от 1 fl,t2/ л при хлорировании чистых вод дО 20 ЗО Jt2j"Z
при перехлорировании сильно заrрязненных вод.
Е тех случаях коrда перехлорированием не удается снизить
запz:л и привкусы воды при ЭКОНОlVlически оправданных pacxo
дах хлора и дехлорирующеrо areHTa, следует проверить B03
!\fОЖНОСТЬ снижения запахов воды друrими окислитеЛЯl\IИ (ДBY
окисью Х,,10ра, озоноы lI"lИ IарrанuеВОКИС"lЫl\I ка,,1IIе I) ИvlII сорб
537
пией веществ, придающих воде запахи и привкусы, аКТПВНЫ:\I
уrлем.
. ..%арrанцевокис.пый калий является ОДНИl\1 из наиболее эф
фективных peareHTOB для снижения запахов и привкусов ВОДЫ
[17, 19].
При введении в воду, содержащую орrанические вещества,
:\Iарrанцевокислый калий окисляет их:
МпО4 + 2Н 2 О + 3е ;; МпО 2 + 40H .
250 160
::r: 140
200 ::)-
120
t::>
с::>
...... с::> 100
15О 2-
f:3.
8О
<Q 700
i t; БО
t::::
! с:::3
I "")
I .:::;з чО
I
t:;, 50 :<s
:t- I
Е:: 20
t:J
О
б 7 8 9 10 с:::) О 20 25
5 !D 15
рН lЗоtJы Доза КМпО ц 8 мr/л
р IIС. ХХ.3. 3 ависимость CKO
расти окисления фенола КМпО4
от рН воды (концентрация фе
нола в воде 1 Jrtz/л, доза
KMn04 7 мzjл)
Рис. ХХ.4. Зависимость ве.1I1
чины остаточноrо запаха БОДЫ
от дозы КМпО4
1 нейтральные; 2 фенолы;
3 амины; 4 амфотерные
НОрlVlальный окислительный потенциал МпО4 в этой peaK
инн при рН==7 Ео== + 1,15 8&
Образующаяся двуокись марrанца rидратирована и образу
ет тонкодисперсный хлопьевидный осадок Мп (ОН) 4, ИlVIе!'JЩИЙ
развитую поверхность (порядка 300 hL2/c) и обладающий спо
собностью сорбировать заrрязняющие воду орrанические веще
ства. Блаrодаря этому значительно повышается эффективность
),lарrанцевокислоrо калия как peareHTa для очистки воды от
орrанических заrрязнений.
Скорость процесса окисления марrанцевокислым ка.,lие I
растворенных в воде орrанических веществ возрастает с ПОВЫ
шениеl\I величины рН (рис. хх. 3), несмотря на то, что ОКНСL1И
теL1ЬНЫЙ потенциал с повышением ве.-1ИЧИНЫ рН снижается. Это
объясняется, по видимому, Tel\1, что с повышениеl\1 значеНIiт1 рН
резко возрастает способность к окислению некоторых BeIU CTB.
Так, наПрИl\lер, при повышении рН фенол превращается в фено
.1ЯТ, который .леrче окисляется, чеlVI фенол. У кетонов в щеti10Ч
558
нои среде появляется двойная связь, что обусловливает более
JlerI\(J(' окисление образовавшеrося соединения. Такая же заВII-
СИ:\IОСТЬ скорости окисления l\lарrанцеВОКИСЛЫI\I калие 1 от Be lII
чины рН наблюдается у 1VIеркаптанов и аминов.
ЛlарrанцевокислыЙ калиЙ является хорошим бактерицидо:\[
и а.JьrJIUИДОI\I, что позволяет при ПРИl\lенении KMn04 для снн-
КСНИ запахов I30],[)I часто отказываться от предварительноrо
ее хлорирования.
После введения
1 2°jo Horo раствора
марrанцевокислоrо калия
вода приобретает блед-
но розовую окраску, KOTO
рая затем переходит в
коричневую. ДостаточноЙ
обычно является та доза
KMn04, которая придает
воде слабо розовый цвет.
переходящий в коричне-
вый на половине длины
отстойника.
В некоторых случаях
целесообразно сочетать
обработку воды KMn04
с хлором и (или) с ак-
ТИВНЫl\;1 уrлем, при ЭТО:\l
должно выдерживаться
достаточное время раз-
рыва l\lежду введение r
peareHToB, так как уrоль
сам способен окисляться
KMn04.
На рис. ХХ.4 приведе-
ны результаты опытов,
проведенных 11. Э. АпеЛЬЦИНЫl\1, Е. Ф. ЗолотовоЙ И з. 11:. Мака-
реНЕО, по окислению KMn04 различных КОl\Iпонентов орrаниче-
СКIIХ заrрязнений поверхностных вод. Как видно, доза окис.лите-
ля Д"lЯ разных типов веществ отличается BeCbl\Ia значительно.
Марr' 1нцевокислый калий ПРИl\lеняется на ряде водопроводов
США Д"lЯ сни)кения запаха воды. Доза ero колеблется от
0.75 ./И2/0I2 в r. Воксаrахи (штат Техас) до 30 Мсjл В [. Цедар-Ра-
ПИДС (штат Айова), rде речная вода И1\'Iела запах 4000 по пороrу
разuаВ,lения.
у (пешно ПРИl\Iеняется Kl\ 1n0 4 для снижения запаха BO,.JLI
р. Туры В Тюмени (рис. хх. 5). В ЭТОl\1 случае 10 мс/л KMnO
II 20 .:;/2/ Л активноrо уrля сни)кали запах воды до НОр:\I rOCT а
на лв ьевую воду. До ПРИ:\Iенения KMn04 на ТЮ IеНСКО I BOДO
ПРОВCJ,Jе для снижения запаха воды ПРИ IеНЯ lСЯ порошкообраз
200
!БС
Q.J
с)
<\)
(:)
c:t
12С
C::J
х
t:J
(::
t:J
"'J
8С
'
<)
.....
::;:
с)
f:
t::J
t;
с:::,
I
4 ,"",
,
I
j
.5 то 15
Доза КМпD 4 О мr/л
20
Рис. ХХ.5. Результаты опытов по обра
БОТКt? воды р. Туры для снижения запа
ха
1 1\ ЧпО4+2О мс./л уrля; 2 КМПО4+ЗО Мсjл
:\ rля; 3 KMn04+50 !llс/Л уrля
25
5.39
ный активныЙ уrоль 1VIарки А щелочной. Доза уr.ля дЛЯ СНI1
жения запаха воды до HOpl\I rOCT 2874 54 составляла 80
120 Мс! л.
l\1арrанцевокислый калий выпускается ПРОМЫШ"lенностью
(rOCT 5777 51); хорошо растворяется в подоrретой воде
(растворимость 30 с/л при 10 0 С и 150 с/л при 50 0 С): ero
IОЖНО дозировать в воду обычными дозаторами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б а б е н к о в Е. Д., r р е х о в а М. В. Очистка питьевой ВОДЫ C СШ:I
тетических детерrентов. «Водоснабжение и санитарная техника», 1968, l\' 6.
2. Донбассводтрест. Активизированный уrоль в деле очистки питьеВ,J Й BO
ДЫ. rНТИ Украины, 1935.
3. Е r о р о в А. И., М о роз о в а И. с. и др. Исследование ВЛИЯНIIЯ l:Эр cl
ции на процесс коаrуляции и осаждения взвешенных веществ. В сб.: «ТРУДЫ
ВНИИ водrЕО (Водное хозяйство) », 1967.
4. К У 3 Н е Ц о в Ю. В., Щ е б е т к о в с к и й В. Н., Т Р У с о в А. r. O'CHO
вы дезактивизации воды. Атомиздат, 1967.
5: К у л ь с к и й Jl. А., К а л и н и й ч у к Е. М. Активированные yr.1U н их
r:рименение в технике очистки питьевой воды. Изд. НТО санитарной те'{НИКII
II rородскоrо хозяйства, 1958.
6. Кульский л. А., Ильченко М. А., Калинийчук Е. J..l {\\e
тоды улучшения запаха и вкуса питьевой воды. Изд. АН УССР, 1961.
7. Ш е в ч е н к о М. А. Орrанические вещества в природной воде 11 .\'С [o
ДЫ их удаления. «Наукава думка», 1966.
8. Аппопут. New plant to produce drinking water from sewage. S. Afric.
.\ Ипiпg and Engng J ourn., 1968, 79, NQ 3919.
9. С о о р е r J. С., н а g е r D. G. \V а t е r [ес 1 а тп а ti 011 wH h а с ti v а te d (:.:Т!) 011.
Chem., Engng. Progr., 1966, 62, NQ 10.
1 О. W о о d w а r d R. L., D о s t а 1 К. А., R о Ь е с k G. G. G r ап u 1 i r d С t i
\-ated carbon beds for odor removal. JA WWA, 1964,56, N23.
11. F а u s t S. D., О s m а n М. А. Water pollution Ьу organic pestkides.
JA WW А, 1964, 56, N23.
12. Н а g е r D. G., F 1 е n t j е М. Е. Removal of organic contamina:-::s Ьу
gi"a11ular carbon filtration. JAWWA, 1965,57, N2 11.
13. L i е Ь е r М. Syndet removal from drinking water. Water and Sf.:\\rage
\Vorks, 1960, 107, NQ 8.
14. G r а f W., N о t h h а f f t G. Trinkwasserchlorung und Benzpyren. Arch,
Hvg. und BakterioI., 1963, 147, N2 2 3.
15. R а f f е t у J. С. Some notes оп а plant for the removal of rаd(\п Ьу
aerati011. Journ. Inst. Water Engrs, 1963, 17, N2 1.
16. Robeck G. G., D ostal К. А., С о h е n J., Kressl 1. F. E=fecti
\-eness of water treatment processes in pesticide removal. JA WW А, 1963, 57,
:\2 2.
17. R u n с h W. Permanganate treatment of water. Water Works а11с. \Va
ter Engng, 1964, 1, N2 11.
18. S i g w о r t h Е. А. Identification and removal of herbicides and pesti
cides. JA \VW А, 1965, 57, N2 8.
19. S р i с h е r R., S k r i n d е R. Effects of potassium permanganate Оll pu
[е organic compounds. JA WW А, 1965, 57, ,N'Q 4.
r л А В А ХХI
СХЕМЫ И КОМПОНОВКИ
СТАНЦИй водоподrотовки
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При проектировании станций водоподrотовки неоБХО;IИ:\lО
правильно выбрать строительную площадку с тем, чтобы были
обеспечены минимальные затраты как на строительство собст
венно станции, так и на строительство подводящих и ОТВОДЯЩИХ
трубопроводов исходной и очищенной воды, трубопроводов про
изводственной и бытовой канализации, линий электроснаб)ке
ния, дороr и друrих коммуникаций.
При выборе строительной площадки надлежит учитывать
особые требования к ее инженерно rеолоrическим УСЛОВIIЯ:\I,
обус овленные наличием в составе станций заrлубленных co
оружений, необходимостью прокладки комl\tlуникаций, ВОЗ:\IО)К
ными утечками воды из некоторых соору)кений (отстойников,
резервуаров и др.). в связи с этим крайне нежелательно СТрОИ
тельство станций водоподrотовки с заrлубленными соору)кения
:\JИ на площадках с высоким уровнем [рунтовых вод или с [pYH
тами, увлажнение которых приводит к нарушению их проч
ности (например, лёссовые [рунты).
Площадка для строительства должна допускать ВОЗ:\IОЖ
ЕОСТЬ расположения в непосредственной близости от OCHoBHoro
здания, с соблюдениеl\I строительных и противопожарных раз
рывов, необходимых вспомоrательных сооружений и цехов (Ha
пример, трансформаторной подстанции, котельной, мастерской)
складов оборудования, фильтрующих материалов и др.).
Территории, на которых размещаются станции очистки воды
J, 1Я хозяйственно"питьевых целей, должны допускать орrаниза
llИЮ зон санитарной охраны в соответствии с действующими пра..
вилаl\1И.
В каЖДОl\I конкретном случае вопрос о возможности выпуска
производственных сточных вод в ближайшие водоемы, а также о
:\Iepax по их очистке и обезвре)киванию должен решаться сов..
:\IeCTHo с орrанаl\1И rосударственноrо санитарноrо надзора и pы
600ХР а НЫ.
561
Территории станций водоподrотовки должны быть блаrоуст
роены, иметь поверхностные или подземные водостоки, мощеные
или асфальтированные дороrи к цехам для подвозки peareHToB,
фильтрующих материалов и тяжелоrо оборудования. Для круп-
ных станций целесообразно устройство железнодорожноrо подъ-
еЗДноrо пути. Территория станции должна быть озеленена II
иметь электрическое освещение.
Сооружения станции следует располаrать КОl\lпактно. Ес.,lИ
необходимо устройство здания над СООРУ)l{еНИЯl\IИ, то целесооб
разно проектировать все сооружения в ОДНОl\1 здании, что позво
ляет, как правило, уменьшить кубатуру зданий, сократить протя
женность трубопроводов и каналов, линий электроснабжения,
диспетчерской связи и т. п.
Если позволяют климатические условия, то отдельные соору-
жения и аппараты станций водоподrотовки следует располаrать
вне зданий.
Отстойники, осветлители, камеры хлопьеобразования и кон-
тактные резервуары можно располаrать вне зданий с открытоЙ
водной поверхностью в таких климатических условиях, коrда ТОЛ-
Iцина льда, образующеrося на поверхности воды, не превосходит
75 J1lAt.
Открытые кварцевые и катионитовые фильтры можно распо-
лаrать вне зданий в тех случаях, коrда толщина льда, образую-
щеrося на поверхности воды в фильтрах за период между ДВУ:\1Я
последовательными промывками (или реrенерациями), прини
мае!\IЫЙ не более 12 ч, не превосходит 15 ММ.
При осветлении, умяrчении и обезжелезивании подземных
вод с температурой не ниже +50 с открытые сооружения можно
ПРИl\Iенять там, rде средняя температура воздуха в течение OTO
пительноrо периода не ниже 50 с} при средней температуре
воздуха в наиболее холодной пятидневке не ниже 170 с.
При устройстве открытых сооружений должны приниматься
меры по теплоизоляции, обвалованию, устроЙству водонепрони-
цае:\IОй штукатурки и т. п. для предупреждения растрескиваНИ51
стенок при замерзании воды в порах бетона, заl\lерзания трубо-
проводов, задвижек и т. д.
Отстойники И осветлители станций умяrчения, работающих с
подоrревом воды, можно размещать вне зданий и в более суро-
вых климатических условиях с УСТРОЙСТВОl\1 теплоизоляционных
покрытий по всей поверхности сооружений. Задвижки упраВ"lе
ния при этом должны находиться в отапливаеl\1ЫХ помещениях.
Взаимное размещение сооружений станций водоподrотовки и
их расположение на площадке должны допускать строительство
по очередям и расширение станций.
Высотные схемы станций неоБХОДИl\10 составлять с учето:\;:
рельефа строительной площадки, используя по ВОЗ:\10ЖНОСТИ ес-
u
тественныи уклон местности для уменьшения ооъеыов зе I,,1ЯНЫХ
работ.
.::S 6 2
РаЗiYlеры соору)кений и зданий следует назначать в COOTBeTCT
вин с величиной шаrа l'vlежду колоннами и осями стен соrласно
JеЙСТВУЮЩИl\1 правилаl\1 по унификации производственных ЗАа
ний.
2. СТАНЦИИ ОСВЕТЛЕНИЯ И ОБЕСЦВЕЧИВАНИЯ ВОДЫ
Выбор типов очистных сооружений зависит от ?\IYTHOCT! И
uветности исходноЙ воды, требованиЙ к качеству очищенноЙ BO
дЫ и производительности станциЙ.
Производительность КОl\1l\tlунальных водоочистных станций
с..lедует определять для суток с максимальным водопотреб.пени
e:\I, учитывая, кроме Toro, необходимость пополнения противопо
:iKapHOro запаса воды в резервуарах.
Полная производительность водоочистноЙ станции склады
вается из расхода воды, подаваемой потребителям, и расхода на
собственные нужды станции. Для предварительных расчетов pac
ХОД воды на собственные нужд.ы станций осветления и обесцв чи
вания воды без использования оборотной воды можно прини лать
paBHbIl\1 7 100/0 ее полезной производительности, при ПОВТОрНО 'I
использовании воды после ПрОl\1ЫВКИ фильтров 3 О/о. При дe
Ta ЬHOM проектировании эта ве ичина должна быть уточнена
расчетами.
Типы водоочистных сооружений, включаемых в состав CTaH
uии, надлежит принимать на основании технико экономичеСJ\ИХ
расчетов с учеТОl\1 результатов предварительных технолоrичеСI\:I1Х
изысканий, а также данных эксплуатации сооружений в aHa..lo
rичных условиях.
При включении в схему осветлителей, если содержание взве
шенных веществ превышает 2500 М2/Л, и отстойников, если из за
большоrо содержания взвеси в исходной воде их зоны накопле
ния осадка получаются чреЗlVIерно большими, перед сооруження
),IИ дЛЯ обработки воды коаrулянтом можно устанавливать пред-
варительные отстойники или rидроциклоны для выделения ЕРУП
ной взвеси.
Во l\1ноrих случаях в период резкоrо повышения lVIУТНОСТИ во.
]ы увеличение содержания в ней взвешенных веществ получает
ся за счет крупных леrкоосаждающихся фракций. Поэтому пред
зарите.пьные отстойники часто lVlorYT существенно уменьшить Be
совое содержание в воде взвеси, что одновременно позволяет сни
зить расход коаrУ lянта при последующей обработке воды. Такой
же реЗУ"lьтат l\Iожет дать устройство ковшовых водозаборов.
Обычно предварительные отстойники целесообразно устраи
вать перед стаНЦИЯl\IИ с осветлитеЛЯl\IИ при содержании взвеси
3 исходной воде БО,,1ее 2000 2500 М2/Л и перед станциями с rори.
З0нтаЛЬНЫ:\IИ отстойникаlVIИ без l\Iеханизированноrо уда"lения
осаДка при содержании взвеси более 1000 М2/Л.
При устройстве rоризонтальных отстойников с :\lеханизнро
ваННЫ:\I или rидраВ"lическим удаv1еНИ :\1 осадка либо радиа.1ЬНЫХ
56.'3
отстойников необходимость в предварительных отстойниках
обычно отпадает. Однако при высокой мутности воды (более
2500 /vt2jл) в целях экономии коаrулянта, если это подтверждено
технолоrическими исследованиями, и в этом случае предвари
тельное отстаивание воды может оказаться полезным.
Высотное расположение отдельных сооружений водоочистноЙ
станции должно обеспечить беспрепятственное движение воды
из каждоrо предыдущеrо сооружения в последующее не только
при нормальной, но и при форсированной работе отдельных со.
оружений, которая может понадобиться при выключении отстой
ника, осветлителя или фильтра на ремонт или на чистку.
При составлении высотной схемы станции надлежит рассчи.
тывать потери напора в отдельных сооружениях, трубопроводах
и каналах. Для предварительных расчето'9 можно принимать
следующие величины перепадов уровня воды (в М) при ее по.
следовательном движении через очистные сооружения.
Сооружения:
барабанные сетки и микрофильтры . . . . . . . .
смеситель. . . . . . . . . . , . .. ...
камера хлопьеобразования . .. .....
отстойники . . . . . . . . . . . .
осветлители со взвешенным осадком . . . .
фильтры . . . . . . . . . .
контактные осветлители . . . .. ...
медленные фильтры . . . . . . .
с оединительные коммуникации:
от смесителей к отстойникам . . . . . . . . . .
от смесителей к осветлителям со взвешенным осадком
от смесителей или входной камеры к контактным освет.
лителям . . . . . . . . . . . . . . . . . .
от отстойников или осветлителей со взвешенным осад.
ко м к фильтр а м . . . . . . . ... . . . . . .
от фильтров или контактных осветлителей к резервуа.
рам чистой воды . . . . . . . . . .
O,5 O,6
O,4 0,5
0,4 0,5
0,2 0,3
0,7 O,8
2 , 5 3
2,2
1 ,5 2
0,3
0,5
0!3
O,5 l
1
Потери напора в расходомерах на входе и выходе станции
мо)кно принимать по 0,5 М, в индикаторах расхода на отстойни.
ках, осветлителях и фильтрах по О, 1 o, 1.5 М. ,
При технико экономическом сравнении вариантов очистных
сооружений следует учитывать, что для разных сооружений тре-
буется различная высота подъема воды насосаl'ЛИ 1 подъеl\13, а
это отражается на стоимости эксплуатации водопровода.
Станции водоподrотовки должны иметь обводные трубопро
воды и каналы, позволяющие пропускать воду, минуя отдельные
сооружения при их отклю ении на чистку или на ремонт. Для
станций производительностью до 10000 м 3 /сутки следует преду"
Сl\lатривать возможность отключения не более 50 О/о, а для более
крупных станций не более 25 О/о сооружений каждоrо типа.
Следует также предусматривать ВОЗl'ложность подачи воды в
аварийном случае в обход всей водоочистноЙ станции непосред-
ственно из насосной станции 1 подъеМ<l в резервуар чистой воды:
564
или в насосную станцию 11 подъема. При этом должна быть пре
ДУСМ0трена возможность усиленной обработки воды для ее обез
зараживания.
Внутреннюю КО:\lПОНОВКУ ПОl\lещений водоочистной станции
целесообразно решать так, чтобы вся станция вписывалась в об
щее здание, по ВОЗl\10)КНОСТИ, прямоуrольной формы. !
1
l
v')
C"-J
d = 400
d 7
\
155000
Рис. :\:\1.1. rенеоальный план очистной станции для хозяиственно питьево
ro вод снабжения производительностью 12500 м 3 /сутки
1 эдакие ВОДООЧИСТНОЙ С1 анции; 2..........башня для промывНОЙ ВОДЫ С баком емкостью
300 ,1,f3; 3 резервуары чистой воды; 4 Хv10раторная и расходный склад хлора;
.5 ко:е.'ТIьная; 6 площадки для уrля и золы; 7 проходная; трубопроводы:'
';:сходной II очищенноЙ воды; канаЛИJационные; к бl.ЛОВОЙ канали-
зации: теПvl0Тр ССЫ; х ХJ10рrаза
в здании станции целесообразно размещать сооружения Ta
ким образом, чтобы четко выделялись следующие rруппы поме
щеНIIl'i: peareHTHoe хозяйство (склад peareHToB, баки и устройст
ва Д,.lЯ приrотовления растворов peareHTOB), залы осветлителей и
фильтров (если устраиваются rоризонтаЛЬНЬiе или радиальные
отстоЙники, то их обычно располаrают вне здания), подсобные
ПОl\1ещения (лаборатории, ыастерские, диспетчерская, rардероб
ные, EO:\IHaTbI для оБС"lу)кивающеrо персонала и др.). ,
БаКII для приrотовления растворов коаrулянта и известково
[о l\lO.lOKa целесообразно раСПО"lаrать в ПОl\lещениях, отделенных
ОТ СЕ.lада peareHTOB. .
36 'j' 45 Б6S
" '
t;;::;:
::::
'?
I
!
I
::::::
,
f
. .......
r----..
..........
::::::
I
,,
it
-'<:
ё;;
е:::,
Е::
'---
::...,
"
с':::::; I
:, I /
!
'-<::>
. А ,О
f
I
j '
::::::
"'с:::,.
.
С::; QJ
'""'
----
1 ;::::, с:.::,
J !
о '---:::
i
/
I
i "1
\
jl
,1
с::::,
.)
!
r--" ,
......
566
"
f
Е--
t
(
с'?
.
;.
:! с>
(
, g
Ё=
j,
'! ::=
:'! ,.!:
;,
'it
."- с
t а:
1" В
" с
; с..
:: t::
:
r ::::
::s:
е'
f '
Е--
(!.' t)
rf,.
; '::s:
} о
. .....
" Е=
. ё
if
\:;:.
t
u
' t::
,
F
!j
[
. :><
r: :;><
.
.....
c..
, (
i
i
t
:З с 3::: :: ё.
I:i C== ,.QO
Ox!--- ":--:r:Е---
C'C:O:roup:j('3
1r: ===M
c p.E---O
c C:;:= O 1:i
О........ , ё:i"::-- C\S
:::: U '-& p:j
. C.G I (j) I
o-;:t::U(,) ...
.... ::: с': =:.. .... 01 :д
::;....:::c... =s<='lt::
=. (!) ,.Q
I . O'...r:;
t::c"" o.»
c.. с :;'" I О t::
== :::::: f--t
= .
'-" . . ...<='10.0
"р:: ;: с: » ::r:
><:--' . E---,.Q
..- :::::.. ........ » ('3
.... < '"' U
О С :=- ...... О
:::'--':->:r.<Е: с...
С = p:j »
t::....C': .
с:::::. 0....=
I:i ;:....,:::i :::'
с.. ....=......0('3
UQ) ........ I:i
Q .,. О
U t:: :;< C\S t::
t:: =<
... t: ::..::: с'3
I t;:::: .,. 3' I:i
--;:=:-:1=
::: ::;::rt::u
1..") с. ..... \.:: ::::; :'j I О
t; , --.(' U
. OC :::...... ('3
C'3r--- ' ....000
.... с'с v..;;: , ::: <='1 :r:
c..C'C""" I
с,..., ........:::....
.......::..
о' >< I :: U СУ:)
::::, , ::;,,('3.
:: 7C'\1
......0) -=::;::E
......... ... ........ ......
. с;: =:--.;, » I:i ,.Q
u.!)r::::-:: »(V)t::
оr::::::.... =- о,.Q
u9J::::.::: ....ro t:;:
C\j :J: ::::- »
::::o.C ; 1 et::
I с'с с': ::;:::; O :::;:
:::: С ....,t'-.. Е--- О
l. :::::: ;; '" <='1 с'3 ::r:
'"" u.. ,.Q
. I у : .... о ::Е t:;:
::i: Q)Uo
l:ioo \с :7 :..: t:;: ('3 с...
О ............(!)::r»
. .......... Е--<
::E :: Z I ('3 ('3 о.
о........ 1:i0
'::::: о.. с.. ::.: о f---
o :: t::t::
Ut:;:..........\:. 1 0
....х= "с..::Е I:i
:: r::::: о:д"""
():::, :;::r:cY:)1
o..= ""' J o..' C'>'";)
с'3 с....- 3. ::Е СУ:)
:::' ::: ......
0. \0 0 s::: :::: (!)
(!) ....., .... Е--<
(") I с..\С '7' ('3
C:J o.;::,guf---
C-t'-.. се С>::::: о.::>::
I t; l!": r:; Q) t::
' r:;"""::::ro
3c.. ::;::r:=a
I:i .. »....
нО 1::: = 0\08
;::. cr:...... :: ::: о.
:: ............. :: :: I »е
. '» r"
;:SH
.... t::::.::, ('3 U
.....cr: ::Q
I z;: ::<, I u
::Е c\j ....,
СУ:) с с:: ::: \.с О.
C ,;:,......<='IQ)
...с::::.-....-........
= с) :=. ..,. . :r:
:::; C-::::: O.»
(!)t:;:C r\O \O
1:i 1 ('3'
::: х ,::::;: 0.::Е
t:: ;......3»»
ф:t :::E--<
:::..... ... C'\1
u Ou
:> ;: -= I
; ::: ,= :::.. I
',..... ." 1...")
C'-J С I c..
.... Е--- ""- I .
.:р,с::...... (!).
....0 """0.C!)
е:; t:: t:: .. ro с-
ro f'::, :--
:::::C:;:::O:<
uC :;:0::
C:J С:;: ..... ..=:: :::;'::S:: ::Q
.... С ..=. ..........
с:: с.. ....., .....!)
U С....(......о.::;
I I r- ":' щ ..... Е--< О
I rco""I:;:('3c...
...... :::.. :::' :!::»
36*
При проектировании складов peareHToB дo
)кны быть предусмотрены механизмы для TpaHC
портирования peareHToB к устройстваl\f для их
переработки (растворения коаrулянта, дробле
ния и rашения извести и др.).
Устанавливать баки для растворения peareH
тов на верхних этажах станции, как праВИ.,10.
нецелесообразно I3 связи с трудностью транспор
тирования peareHToB. Рабочие растворы peareH
тов следует приrотовлять на 1 l\1 эта)ке, а затеl\.1
перекачивать их насосаl\IИ или эжекторами He
посредственно в смесители или насосами в pac
ходные J баки, установленные выше Сl\lесителей.
Осветлители на небольших станциях можно
располаrать в одном зале с фильтрами (ряд
фильтров против ряда осветлителей) либо в
двух отдельных залах. В последнем случае как
осветлители, так и фильтры чаще Bcero распола
rают в два ряда с устройством между сооруже
ниями коридора для коммуникаций и задвижек
управления.
rоризонтальные отстойники, как праВИJlО,
раЗl\lещают вне здания станции, при этом над
местами поступления воды в отстойники и BЫXO
да ее из них обычно устраивают павильоны уп
равления задвижками и шиберами.
При наличии в составе очистных сооружениЙ
осветлителей со взвешенным осадком или KOH
тактных осветлителей с распределением поды
дырчатыми трубами на водозаборе неоБХОДИl\10
иметь сетки с отверстиями размером 2 4 M.1t
для улавливания крупных плавающих предметов
(щепок, листьев). При отсутствии такой сетки на
водозаборе следует устанавливать сетки (пред
почтительно барабанные) на водоочистной CTaH
ции.
В зданиях водоочистных станций для хозяй
ственно питьевых целей следует преДУСl\lаТРII
вать подсобные помещения лаборатории, KOl\I
нату дел<урноrо персонала, мастерскую, [apдe
робную и др. Площади подсобных помещений
ПРИНИl\1аются в соответствии с рекомендаЦIIЯ:\III
СНиП II r.3 62.
Станции осветления и обесцвечивания воды
для хозяйственно питьевых целей можно проек
тпровать в зависимости от мутности и цветности
" ,.,
исходнои воды по одноступенчаТЫ!\1 "lИОО по ДBYX
ступенчаТЫl\1 CXel\1aM. На станциях с одноступен
,0)1) ,
чатыми схемами отсутствуют отстойники или освеТЛIIте.1И, II
очистка воды от взвеси осуществляется только фильтрованиеl\l
на фильтрах или контактных осветлителях. В отличие О':' это
[о на станциях с двухступенчатыми схемами основная Iacca
взвеси улавливается в отстойниках или в осветлителях, () завер
шается очистка в фильтрах (в указанной классификации не pac
сматриваются станции с очисткой воды без коаrУЛЯЦИII с при
менением медленных фильтров).
Одноступенчатые схемы водоочистных станиий lVI0ЖНО 1:рИ:Vlе
нять при малом содержании взвешенных веществ в исходной
воде.
При содержании в воде взвеси, включая образующуюся от
коаrулянта, не более 50 М2/Л и цветности до 80 2рад очистка ;vl0
жет производиться на одних лишь фильтрах с предварительным
пропуском воды через сетки. Целесообразно в этом случае ПрИ Iе
нять двухслойные фильтры большой rрязеемкости.
При содержании в исходноЙ воде взвеси до 150 М2/Л II ЦBeT
насти воды до 150. 2рад можно применять одноступенчатые cxe
l\lbI с контактными осветлителями и с предваритеЛЬНЫl\I пропус
ком воды через сетки.
На водоочистных станциях всех типов следует предус атри
вать как первичное, так и вторичное хлорирование воды.
На рис XX1.1 XX1.4 приведен типовой проект CTaH
иии осветления и обесцвечивания воды производительностью
12500 M 3 jCYTKU, разработанный ЦНИИЭП инженерноrо 06 pyдo
вания.
Станция запроектирована по самотечной двухступенчатоЙ cxe
ме с осветлителями.
Технолоrической схемой предусмотрено первичное х ориро
вание, обработка коаrулянтом (сеРНОКИСЛЫlVl r линозеIvIО:\I). а в
случае необходимости подщелачивание воды известью.
Станция оборудована устройствами для обработки БОДЫ по
лиакриламидом, который можно вводить либо перед ОСБет.пите
лями, либо перед фильтрами.
Для фторирования воды имеются устройства для пнеВ:\Iати
ческой переrрузки кремнефтористоrо натрия и caTypaTO для
приrотовления ero раствора. Вводится раствор кремнефтористо
ro натрия в линию фильтрата перед резервуаром чистой воды.
В эту же лини'ю вводится хлор для вторичноrо хлорирования. На
случай необходимости устранения привкусов и запахов воды
имеется установка для приrотовления пульпы активноrо уr.1Я, KO
торый можно вводить В воду либо в смеситель, либо перед фII.пьт
рами.
В основном технолоrическом здании находятся очистныIe со-
оружения, peareHTHoe хозяйство, подсобные ПО Iеще-ния II Hacoc
ная станция 11 подъема. Вблизи расположена отдельно стоящая
водонапорная башня, предназначенная для хранения чистой BO
ды, которая используется для ПрОl\IЫВКИ фильтров. На участке
568
l-]
з
I I I I I
filJO БООО ЕООО 5000 6000 БООО БООО
ПЛО!I ии }тожо
, ,12
I '3
1 :;;;:>
:::,..:;
j
I/!
I
I
I
зиии 3000 ЗООО JOOO
;:::
2
.............,
«
\
::'.1
... .
/1
i':JOOYO
[, (X HOfj
6tJODI
оiJочо Л{1JмыбffОU 8ты
()'OO 6000
.J 54000
Ш
ОтдоО чиCJТIOti lJodы
БООО 6000
/40'1 ЗD.':: О OrJlrrroO()]
и J(,!J.о./слuзацuи
5000
Рис. XXI.3. Очистная станция произБодите.тrыIстьюю 12 500 мЗjсуткu. П.lс'2Н 1 ro
этажа и разрез по I I
J рабочиЙ за.1; // насосная станция 11 подъема; /// трансформаторная п-:':станция
II щитовые устроЙства; /V rардероб; V душевые; V/ кладовая; V// С;Jе;I.озароч
ная !I l\IоЙка; \;'/// хи:чическая лаборатория; /Х бактериолоrическая .1аборатория;
.\ контрольная .1аборатория; 1 вихревые см ситеv1И.; 2 осветлители; 3 фl1ЛЫрЫ;
.J баки для хранения коаrулянта; 5 баки для известковоrо теста; б pacxoд;{ :e баки
.J.1Я коаrу-пянта; 7 насосы дозаторы коаrулянта' 8 воздуходувки; 9 меша.пк:{ извест-
i';OBoro молока; 10 ЦНРКУ.1ЯЦ,ионные насосы из 1 вестковоrо молока: 11 CK.1a.::L Kpe He-
1нористоrо натрия; 12 склад активноrо уrля; 13 уrлевальная; 14 насось; ;:."iЯ под
качки в башню промывноЙ воды \
"-
569
и п
960
2' .
ш-ш
. .. .. . . 3БО(}D . .
Пfl[Jt1 L 2:) Jтшf.С
п1 ШJ
.:. I&:- _: il= .._
.
J
...
. }{f}O ]{))О
'"'1
..;
"
'1
L.
3000 - 9[}()D
ООС jfj(} s;;:>
У-
U I
I
О О О '120 о
.у.
j
90fXJ
z
"'1
-::-1 О
,
.
о
ш X l '
О '
:.?D
U
\
· - :" 7 . .,.............. {), ( (/' 'O . 6 5000 'O \
. ...., :и'.' . :;;
d Ф , Q 2т
... ,
DE= "11:'.:.=. :n 1 IТ::: .Jr r::9:r...:.
I
fШJ !O (f}ОО .
J I J
<"--.,
ILJ
ЩJ
РЕС. \\.J.4. Очистная станция ПРОIIзводительностыо' 12 500 "ll З /суТ!{u. П.1Z;[
2 ro этажа и разрезы
1 фт!у;: 2:-0рная; /1 дозаторная; /!! вентиляционные камеры; /t' К.1адовые; \' KO .'
ната c,(::.i,eCTBeHHbIX орrанизаций; V / мастерские; V / / диспеТЧерская; '{/J 1 1 КО:'11i 2
оБС,l; ;'!-: 1Ес.ющеrо персонала; /Х кабинет начальника станции; Х кабинет заведуюu.:.-=
ro ,lабс.rlс. орией; Х! rидроБИОv'Iоrическая лаборатория; XI! х.пордозаторная; 1 З;:\.
р еЮ"l\:. .= '.! есите.1II; 2 ОСI3еТ.rIите,lII; 3 фИvlЬТрЫ; 4 ба кн Д,l я хр анеНIIЯ коа r ,1 янт с:
570
ооои,
:::::с ' r,' iti
::::::.
О fDM
!h ' I ) L .
ф .f! i
1,'
: Щ :7' -.::t
. q
l'
I Р.
<::::::J , . .с
\\ с::::,
с::::, Е]Э !ii 1 1
'\ I С
\\ I
\1 1
d ф -(J
I
I J О G
!
'" 1'-.
I'-J
\ [, O '
I l 1 I : . t
1 ' {
<::::::J
j
I \ r;g t
}Ф i : i
.:
I , о, "> IO 'r I t
I I О ! 11;
I
с::::, l I 'о Ь ' i ЧJ
CJ.,
G
I
I "'") CJ ' t
O \ I' :-: ;
о [''-.) ('
"'-..
' c::::,
f'--) О
фОQ
с::-
.
"" о
....... о..
Q)t::
:s
.... с>
oo
CO
= Q
::1=.д
:::: ::r:: f--o
С\3С\3(.)
f--o со О
u=::i::
::r::.д
J=:
LQ Q)
.......Q)f--o
>< c::l. =
><r3
Q)g
. \о ('!')
о
с..:::::
:::::::
:::::::
I
::
t ...... ..... ..., ......:s: ' , CJ t:J:::. ':(:S:: ' :!: ' ... I I I I I , , ...::::::...... V:: 1......
f-o :S::('j:S:: f-o о:s:: с..>с..> ::r:('jфос..>roФо. Ф
Ф z::r:f-o ro roro ф f-o::r: ro::r: Фо.f-oО о Q
M o(1) I фС,)оо.ro @ o.o.::r::s::::r:\O:S::'--'t::о. l Mc..>c.>=:::r: (.) ::..
:S:: f-o t:: ro a o::r: o. мroф =: t:: ro
-e-::r: :S:: t:: o. ('jo. 8t:: I 0. 1 :s:: f-o 3
('j f-o t::Ф:s::оо.f-o I JO Ф (.) U
с..> f-o C,) ro x Sc..> Q I ::r:ro o o I O
...., (1):........... О o-;.ror--..........."..:s:: ::r:f-o c..> с..> с.........,.:.
o-;.Jо о , :s:: О'......Ф ::r: сУ:)ф::r: oo.ro .
"""5 ф !":(1) о -е- е- 1 :.; . ('j eg::a t::::r: =c 1:::::
...... ...... С:: ф :s:: """ ,..... ".. О ro " \,..... . U I <... '"' С
C,)...... ('j =: ......фо. l f-oо.f-o "' U оФ n
0.\0 о....а.. U c::......::r: =: о. I f-o '--' U а . . с\'"' -
'..» 1 :S::f-o""О"" ф МО :S:: t::м:s::Ф f-o С\!('j :S:: С;; ./
M-& 1o:!"'::Тu=: """ I ...а.. I Ф::r: I Оf-oО::r:Ф .. o
......Оф ф c::(1) :s::.... ""O"". » ::r:фС\! C:: O .
......c:: o. :s:::д ::r:r;:0С\! I ' cY:) I ('j'--'ОО'--'::r:М...... u8 I а ёj O""":::::
ro ф(!)...а.. .д =:...... f-oro......('j('j H:s::U 0 00c:1 '"'
. =: :':::Т=:""О""О @roOc:: c:: I.r)::r:o o. :д o.ou ;::;:
v::o. ;;: f-o 0' C'j......0. ...... X ' f-o ...o t::::r:ro X':..:
С\!ФroФ cv:s::ro u:S:: f-o :S::0 ...:1 . ::r:::r: 3=>.::
f-of-of-o .....х'О :s::o""":s:: c::. C\!:s:: c:: oo.o... ф I oc:: '-o
I lg ...... 8 g a g g
f-o фа('jtro <1) о ......::r:С\!u f-o'--' 5 MO o
u o ....,x '" ::r:o. U o-;.=: """О,--,с.; "'
('j=: ф::r: ('j ФО ('j('jo. 0(S:: o:>: »('j =G
::ES' I O a oro... u:;:..О' ('jroО' ф .e- OC\! I =: c..>""':::]"
О =:z= Ф"'С\!С\!f-oо.о. I о::r:о.:ДО I ф i--
1 ... 1 0 l f-o = I :s:: o uoo ::r:o. f-oо.ОU .
о. rolcv м:S::ооro С\!=: Ф =:Ф оf-oОС\!=:r--..мС::
...... ...... сУ:) =r--..оо:s:: t:: f-of-o =\О МUf-oUU :s::
./
(;C[IO[
.l
J. .
571
.t"
<....
d . :::::)
<C:>
,
;:::: .-::
\
с:: ::.:з 8-
.......\
, \<-<
\
l
<g
'::"5
:;.?
'"' .. ::::J
<:::.
"::::> ..:::, :::J
:::
l5
'":::)
Q..)
<:::;э
Q;JC::Cl:)
\С Ь 6
:) ..... ::r: ro
...о
t:::
cl)
.j с'\) Е--о .
............::s:
х
о о
М о
::S::O
00
o..
t::C'1
О I
\0 ....0
О o
00
>< ::s: ф
..... у .....-4
"'""
. о о
....... \:) ::s: :о
= ..... cl)
::..s t
'"" ....
::::. о
.....
. w ....
---' ь
572
. н с::::-
' 1 i
c:::..
.-....: >< <с::>
111
<;;;>
......
&
а::-6
,
,
)
<с::,
(}(J'i
ооп"
t:::::!
I
9
L
..,
Ш '
п
r
I L
I I q I · . I , = · = I IJ::: . = .
C\1oC\1= ouo o OOC)
.e-q ООС\1==С::С\1q O
U I = = C)
О u C\1 OO uC\1C\1
Oc; U X с\1 =
-0-"'"-0 I О с\1 ;>, \о
:::: =0С\1 o u.e- C\1 I
.e- = C\1UM\01J::: О
ro. "'"-о=uо= ==ОО =
C\1 = С\1 I .е- I
uU roX= \00 = 1 ;>,
О 1 lro XI.r) OO .
I "'"-o C) 01.0 С\1С\1 1
О " ","-О...............С\1,..... \ОС)
.......c::o I ....:s:: ...... :.: О
.......;>, == ' oд l
= "'"-о I 0 C\1 O
. .. . О О u О о') с::
..... ... О .
=orooд IJ::: 'V ;>,
= u .e-00C\1:.: .....
O O . ..... I С\1 U ,д од
О C\1=OД ' 0 C::0 =
u ro= u;>, oo
C\1 :S:: l o-о-ro Х о
:S:: o
O "",С) . C\1 1 ....;>,
\о С\1 C\1 t O О
ro = 0:S:: -O-C:: O
:S:: o C:: O:.:C) O =
0= oдO 0=
I Е--<о..lJ:::lJ::: I u .e-IJ:::E--<q. o О
oro roro :s::o::::: roC)ror:;C\1c..
....... u== хс..=
СО;!:= I О:;;: ,' со) , , v:: :S ' I
Соо '.J u:r c..j.O>') O :: C
ОХ:: C';$Q)cC';$c..:t::co(';$c..1
са с.. :t: :: :S с Q) C . .
O oC';$ca OO:CU 1 I '
u c:t: uX :s:u :СС\1
co;S"o(';$ O".. ..... 1 ==..:
c..X= 1 I =O :С Q)O
c.. са I C';$M (';$С) =r-
::Q)ul =oQ)o;= :sc
I u I =:!:сС';$ UO
С';$ С';$ I О :»::;: = О
1c..::=101:C С';$ oX o=lJ:::
..Do::r' I c..1 c..IJ:::Cc..Mc..M::
. С';$ = " О со) О С:: :-
I с.. u. се r- х О О ::f :;::
I xOQ)' :::Su I r- I u ..........(';$с..
:::t: :: с,) :: ..........М
I ct:t: ::f 1(';$1 1:11 C:::
I ::::::: = с.. I I
:.: I ::fs.o М= I = :::
I I Q) ::::: :: О I 0 1 I . :s ::f ё;
О =:!:; I :::C(';$
са . I С';$ =::::: I . :: с..
0= са ....."Q... , =е:с..(';$....
OIM oQ) c.. OIJ:::(';$
g. t"" :: С';$ с.. О со) I . :: = ;:r;; С';$
0(';$:: :E=:!: e-C\1g=
",-&,.Q"QC';$0(';$ M. O"''' ОС\1
u r- (";j:: c..c.. :: :t:
c..0oo r-x::s::: ccC,) c..=
r-.е-= uссu= =:!:==Е--
С:'
с:;
1-.......
Il;
li
I
'f .
I
"'"
.......... I
С
С
:::1:::: :: с..
:::> t--- о
::: о :3
.» о.. '""' .....
f---<or::tu
\OOoC')
o ::::
.......
:s:: о
. Е--< C) S С) О
('--.. О Е--< О
\о О
>< c'j ro о C"-I I
>< о.. t:::{ 0:1
\O MO
О :S:o
. о
u t:::
....... o>': С
r::t о
u
с.
::;s,......
:а (..,<.с
м
С) с:-<
о.. =:<
,.J
c';j
:::;;
с
u
:J:
ст)
..........
-@
-=:,
"<:::>
';g
:х::
""
q
573
станuии расположены два резервуара ЧИСТОЙ воды, хлораторная
с раСХОДНЫl\I складом хлора и котельная.
Особенностью компоновочноrо решения данноЙ станции ЯВ"lЯ
" /'!!'
ется ра3 lещение всех теХНО,,10rических сооружении и подсоонь[>
ПО l щений в одном здании ПРЯl\10уrольной фОр IЫ.
3. ПРИМЕРЫ КОМПОНОВОК водоумяrЧИТЕЛЬНОй СТАНЦИИ
и УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕй ВОДЫ
На рис. XXI.5 показана водоподrотовительная установка пrо
ИЗВCJ..1ительностью 200 м 3 /ч*. ТеХНО,,10rической схеl\IОЙ установки
предус:чотрено известкование для снижения щелочности воды I1
обеСJ ре:\Iниванис каустичеСКИlVI ыаrнезитом с коаrу.п:яцией cepHO
КИС.1Ы:\1 железом. Обработанная реаrентами вода проходит через
два осветлителя и окончательно осветляется в пяти фильтрах,
заrруженных антрацитом. После фильтров к воде добаВ"lяется
серная кислота для дополнителыIrоo снижения ще.,10ЧНОСТИ воды,
а ззте:й производится rлубокое ее умяrчение ,J,вухступенчаты\
N а ка тионированием.
В здании станции находятся баки для l\IOKpOro хранения K03
rулянта и поваренной соли, а так)ке склад фильтрующих IaTC
риалов, мастерская, санузел и ПОlVIещение КvIП. Осветлите"lII,
бак Д"lЯ воды, прошедшей через осветлители, и бак для оконча
Te,,'lbHO обработанной умяrченной воды расположены вне здания
и покрыты теплоизоляциеЙ. Нижняя часть осветлителеЙ Haxo.JIIT
ся в помещении, соединяющемся с OCHOBHbIl\I зданиеl\1 стаНЦИII.
В (РИ"lьтроваЛЬНОlVI зале расстояние l\Iежду напорными ФИ"lЬТ
раI\IИ II стенами здания преДУСlVI0трено не l\leHee 500 лtJИ, мел\:J.
фи"ттыра:\1И и их коммуникациями ширина прохода равна 700 JlAl.
На рис. XXI.6 и XXI.7 показана разработанная СОЮЗВО;I.ока
на.Т1IIроектом установка для обработки оборотноЙ охлал{дающеЙ
ВОДLI. Проектом предусматриваются следующие виды обработки:
подкис ение серной кислотой, фосфатирование, хлорирование,
купоросование. Кислота, раствор полифосфатов и хлорная ВО..1(1
подаI{)ТСЯ в Kal\1epy охлажденной воды, раствор l\1едноrо купоро
са в трубопровод rорячей воды перед rраДИРНЯ:\IИ.
Хлор rаз к хлоратора I поступает из x"lopaTopHoi'r, наХОJ.ящеi!
ся в отде.,lЫIОl\I здании. Х,,10рная вода, ПО"lучаеl\Iая в реЗУ"lьтате
lIепрерывноЙ работы хлораторов, накапливается в баке и перIIО
дически выпускается в KalVlepy ОХ.,lажденной воды. Серная KIIC.l0
та доставляется в автоцистернах, сливается в цистерны и храНIIТ
ся на СК"lаде. rексаметафосфат И"lIl ТРИПО"lифосфат натрия. 3
Т3J{л\е 1едныЙ купорос доставляют аВТОI\Iашина:\lИ и хранят Н(1
спеUП3"lЬНО1\1 складе, раСПО.lол{еННОl\I РЯДО:\l с дозаторноЙ pearCII
тов.
х 111 КН.: «Обработка воды на теП,lОВЫХ Э.lектростаНЦIIЯХ\>. По.:r pe.:r
В. А. rо.lубцова. «Энерrия», 1966.
574
оrЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предис.lовие 3
r лава 1. Показатели качества природных вод. Q
1. Оценка качества ПРИРОДНЫХ вод . и
2. Взвешенные вещества . . . 6
3. ИОННЫЙ состав природных вод 8
4. Ионная сила раствора и коэффициенты аКТИВНОСТII 13
5. Соединения уrольной кислоты. Щелочность воды 16
6. Жесткость воды. . . . . . . 34
7. Соединения железа и марrапца . 35
8. СоеДIIнеНIIЯ кремниевой кислоты 38
9. Растворенные rазы. . 39
10. Орrанические вещества в природных водах. Запахи и привкусы
воды . . . . . . . . . . . . . . . 42
11. БIIо.lоrические показатели качества воды . 45
12. Требования к качеству воды, используемой для централизован-
Horo водоснабжения . 48
иlитература . 48
rлава 11. PeareHTHoe ХОЗЯйство. 50
1. PeareHTLI, применяемые в водоподrотовке . 50
2. Устройства для растворения коаrулянтов . 56
:3. дТ строЙства Д.1Я r ашеПIIЯ IIзвееТII и приrОТОВ.lеНИ51 II313<:CТI":0130rO
6 :
10лока и раствора .
.f. 'УстроЙспза Д.151 ПрIII'отоплеIIIIЯ раствороп ВСIIО:\10rате.1ЫIЫ\
средств коаrулировапия . . . . . . . 69
5. Устройства для приrотовления растворов соды, едкоrо натрэ.
rексаметафосфата натрия 72
С 7
о. клады peareHToB . . . . . . . . .
7. ДО3IIрование peareHToB в обрабатываемую воду 73
"lитеРDтура . 87
r АаВа 111. Смесители и камеры хлопьеобразования 89
1. Смесите.1И. .... 89
l. Камеры Х.l0пьеобразования . 94
,,1нтсратура . 104
r лава 1 У. Обработка природных вод коаrулянтами . 105
1. Осветление и обесцвечивание воды коаrулированиеl\1 . 105
2. Применение флокулянтов для интенсификации процесса коаrу.1Я
Ц и и . . . . . . 122
3. Э.lеКТРОХИl\Iическое коаrУ.1ирование 129
"lIIтература . 133
575
r лава 1'. Отстойники .
1. Оса;,кдеIIие взвеси в отстойниках . .
2. Т !!пы отстойников И область IIХ ПрИl\1енен IIЯ
:3. Р (lсчет rоризонтальных отстойников
L1.. Расчет радиальных отстойников .
.). Расчет вертика.1ЬНЫХ ОТСТОЙНIIКОВ
6. Осадочные части отстойников
"lптература .
r лава 1'1. Осветлители .
1. Принцип действия ()CBcT.1HTe.lci!
2. Конструкции осветлителей
1. Основные зависимости для расчета осветлителеi'I
4. Выбор и определение раGчетных пара:'-.1етров освеТ,lIпе,lс(r
.:s, Определение размеров освеТ.lите,lеЙ .
,,1 iпература .
r лава 1 т 11. Центрифуrи и rИДРОЦИКЛОНbI. Флотация
1. Uентрифуrи и rидроuиклоны
2. Ф,lотация . . "'.
',,1Il"lepaTypa .
r лава \'111. Осветление ВОДbl фильтрованием.
1. Основные понятия . . . . . . . . . . ....
:2. Фильтрующие материалы Д.1Я зернистых фи.1ЬТРОБ
.1 Поддерживающие слои . .
4. Основы теории осветления воды фильтрование I
.). \lIIКРОфИЛЬТРЫ и барабанные сетки .
6. Предварительные фильтры (префильтры) .
7. \lедленные фИ.1ЬТРЫ .
R. Крупнозернистые фильтры .
и. Скорые фильтры
10. Контактные осветлите.1II
1 ]. СРII.1ЬТРЫ АКХ
12. ;1ВУХС 10йные фильтры
13. Р асшир ние ФИЛЬТРУЮIЦИХ материалов при ПрО:\IЫВКС
14. Р аспредеЛIIтельные и дрензжныс устроЙства фII.1I ТРОП
1.). Отвод из фильтров ПрОl\1ывноii ноды
1 G. Повышение эффективности ПрОI\1ЫВКИ ФII.1I>ТРОВ
11. ПОДDча промывной воды
18. Р Dсчет фильтров
1 ). Реrу.тrировапие скорости фи.lьтроваНIIЯ .
20. СамопромываЮlциеся фильтры
:z 1. I(li\IbIBIIbIe фильтры .
:.22. Управ.1СIIне работой фильтров
,,1 II т е р а т у р а .
[лава /Х. ВодораспределитеЛЬНblе и водосборные устройства ОЧI
сооружений .
1. tIС1значеНIIе II к.lаССIIфикация распреде 1!пе.1I>НЫХ ТI сс
устройств .
" р аспреде lIпе.lьные систеl\1Ы БО.lьшоrо СОПРОТИв.lеIIIIЯ .
.3. Р аспреде.lение и сбор воды и осадка через КОНIIчеСКIIе II
:\IIIдаЛЫlые устройства .
.1. .10ТКИ II каналы для сбора воды.
. ПрIIмеры РС1счета дырчатых распреде.1IIтельных CIlcTe I
.1атература .
576
r лаВQ :<. Обеззараживание воды .
]. Общие положения .
Лlетоды обеззараживания воды .
Резистентность микроорrанизмов и кинетика обеззара;'КIIвания
ВОДЫ сильными окислителями
Химизм хлорирования .
::"' Х,,10Р И ero свойства .
.) Х,,10раторы .
7 Тара для перевозки и хранения жидкоrо хлора.
!. Хлор аторные установки .
}. Обеззараiкивание воды хлорной известью и rипохлоритоы каль
:..;,ая .
1 (1 )беззараживание воды rипохлоритом натрия, по.пучаеМЫ I э.ттек-
lРОЛИЗОМ раствора поваренной соли .
1 J. Обеззараживание воды двуокисыо хлора .
12. Дехлорирование воды
1.3. Обеззараживание воды йодом .
14. Обеззараживание воды ионами тяжелых металлов.
] '). Обработка воды озоном.. ... ....
1 f3. Обеззараживание воды с помощью бак:rерицидноrо излучения
17. Обеззараживание воды ультразвуком.
] 8. Инактивация вирусов в воде .
t-l итература .
r лав.l XJ. PeareHTHbIe методы умяrчения воды
] Общие сведения. ..... ..
.) Устранение карбонатной )кесткости воды известкованием (декар-
бонизация воды) . .
:3. У:-'Iяrчение воды известью и содой .
J Т ехнолоrия умяrчения воды с применением извести и соды .
.3 Термохимический метод умяrчения воды.
С. ФосфатныЙ и бариевый методы умяrчения воды
,1нтература .
r ЛGВD XII. Умяrчение воды катионитами .
1. Катиониrы и способы их применения .
2. Э.lементы теории катионноrо обмена
3. Продолжительность межреrенерационноrо периода работы
N а катионитовых фильтров
4. Продолжительность межреrенерационноrо периода работы
11 катионитовых фильтров. . . . . . .
,). r лубина умяrчепия воды катионированием
t). Реrенерация катионитовых фильтров .
7. Расчет Nа катионитовых фильтров. . . . . . . . .
к. Расчет фильтров дЛЯ H и Nа катионитовоrо умяrчения воды
(). Умяrчение воды N a и Сl ионированием .
10. Конструкции катиопитовых фильтров. . .
11. Вспомоrательные устройства катионитовых водоумяrчительных
установок
12. Защита Н-катионитовых ФИ"lЫРОВ от коррозии.
,,1 итер а тур а . ':'
r лава XII 1. Обессоливание воды .
1. Методы обеССО"lивания и опреснения воды
I Обессоливание воды ионным обменом
Получение ультрачистой воды
"lитература .
Стр.
288
288
288
289
293
298
299
311
312
315
316
317
318
319
320
321
328
331
332
333
335
335
335
343
345
350
353
355
356
356
362
365
369
371
:173
378
383
386
387
390
395
397
399
39Q
400
412
414
577
r лава X/V. Удаление из воды железа и марrанца .
1. Удаление железа из подземных вод. .
2. Удаление железа из поверхностных вод.
З. Пробное обезжелезивание воды .
4. Удаление из воды марrанца .
Литература . . . .
r лава XV. Удаление из воды кремниевой кислоты
1. Общие сведения . . . . . . .
2. Обескремнивание воды реаrентами .
З. Фильтрационное обескремнивание воды .
4. Обескремнивание воды анионитами .
Литература . . . . .
r лава XVI. Обесфторивание и фторирование воды.
1. Общие сведения .
2. Методы обесфторивания воды.
З. Фторирование воды .
Литература .
r лава XV 11. Удаление из воды растворенных rазов
1. Растворимость rазов в воде. Физические методы удаления из BO
дЫ растворенных rазов . .
2. Удаление из воды растворенной уrлекислоты .
3. Обескислороживание воды .
4. Удаление из воды сероводорода
Литература .
r лава XVII 1. Обработка воды для борьбы с зарастанием и коррозиеЙ
водопроводных труб . . . !
1. Причины и виды зарастания, труб'.
2. Стабилизационная обработка'\.воды реаrентами .
3. Обработка воды для наращивания защитной карбонатной пленки
4. Стабилизационная обработка воды фильтрованием через мрамор
и MarHoMaccy . . . .. ..... . ..
5. Применение полифосфатов для борьбы с коррозией и зараСТ(l
нием водопроводных труб. ..
6. Применение силиката натрия для борьбы с коррозией труб.
7. Обработка воды для предотвращения биолоrическоrо зарастания
труб
Литература . . . .
r лава ХI Х. Обработка охлаждающей воды
1. Причины ухудшения работы ох.rrаЖ,J,ающих CIICT<': 1
2. Водный реiКИМ систем оборотноrо водоснабжения .
3. Борьба снакипеобразованием .. ..
4. Обработка воды для предупреждения биолоrических обрастаНIIЙ
систем водяноrо охлаждения. ...........
5. Обработка воды для предупреждения коррозии трубопроводов
,...,
и теП.lоооменных аппар атов .
6. Очистка ОХ.lаждающей воды от взвешенных веществ и соедине-
ний железа . . . . .
,,1 итер атур а .
[лава ХХ. Прочие MeToдьr очистки воды
1. Общие сведения .
2. Аэр ация воды .
578
Стр.
415
415
422
423
426
429
431
431
432
4З
43,
436
437
437
439
450
455
457
457
461
467
475
483
484
484
--187
496
503
507
512
513
513
517
517
520
521
537
540
543
54.t
5-13
545
545
Стр.
Доочистка бытовых сточных вод . . . . 546
4. Очистка воды от синтетических МОIОЩИХ средств CJ.eTepreHToB) 547
:- Удаление из воды пестицидов . 547
. Удаление из воды радона . 548
I . Удаление из воды к()нцероrенных веществ . 548
... Удаление из воды вредных для здоровья людей Ыl1нера.1ЬНЫХ
веществ . . 549
{) Удаление из воды орrанических веществ активным yr.le:\l. . . 550
10. Удаление из воды веществ, обусловливающих запаХII и I1РIIВКУ
сы, их окислением . 556
.---.: :ITepaTYP а . 560
r ло-:-::: .ХХ/. Схемы и компоновки станций водоподrотовки 561
1. Общие положения . . .... 561
2. Станции освеТ.1ения и обесцвечивания воды 563
3. Примеры компоновок водоумяrчительной станции и установки
для обработки охлаждающей воды . 571