УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

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

qу =100(Жо.исх - Жос)/( Жо.исх - Жу), (1)

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

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

Жу - жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

Реагентная декарбонизация воды

и известково- содовое умягчение

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

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

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

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

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

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

Ди = 28[(СО2)/22 + Жк + Дк /eк + 0,3] ; (2)

б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2 +)/20Жк , содержании магния в исходной воде не более 15 мг/л и перманганатной окисляемости не более 10 мг О/л.

Окончательное осветление воды после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.

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

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

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

П р и м е ч а н и е. При (Са2+)/20< Жк декарбонизацию воды следует производить в осветлителях с доосветлением воды на фильтрах.

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

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

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

Допускается применение двухслойных фильтров.

Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.

Натрий-катионитный метод умягчения воды

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

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

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

Wк = 24qyЖо.исх/npENaраб, (6)

где qy - расход умягченной воды, м3/ч;

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

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

np - число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одного до трех.

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

Enaраб = aNabNaEполн - 0,5qудЖо.исх, (7)

где aNa - коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации

катионита, принимаемый по табл. 1;

bNa - коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Сa2+ и Mq2+ вследствие

частичного задержания катионитов Na2+, принимаемый по табл. 2, в которой CNa - концентрация натрия

в исходной воде, г-экв/м3 (CNa = (Na+)/23);

Eполн - полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, определяемая по заводским паспортным данным. При

отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5-1,1 мм - 500 г-экв/м3; для катионита КУ-2 крупностью 0,8-1,2 мм - 1500-1700 г-экв/м3;

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

Таблица 1

Таблица 2

16.

Fк = Wк/Hк, (8)

где Hк - высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (юольшую высоту загрузки следует

принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м3);

Wк - отпределяется по формуле (6).

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

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

до 5 г-экв/м3 - 25 м/ч;

5-10 г-экв/м3 - 15 м/ч;

10-15 г-экв/м3 - 10 м/ч.

П р и м е ч а н и е. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

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

Таблица 3

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

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

21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью.

Рс = fкНкЕNaрабac/1000, (9)

где fк - площадь одного фильтра, м2;

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

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

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

Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на

рис. 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды

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

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

Умягчение воды надлежит принимать по схемам:

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

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

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

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

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

qHпол = qпол (Що - Щу)/(А + Що); (10)

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

qNaпол = qпол - qHпол , (11)

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

qHпол и qNaпол - полезная производительность соответственно водород-

-катионитных и натрий-катионитных фильтров, м3/ч;

Що - щелочность исходной воды, г-экв/м3;

Щу - требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м3;

А - суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных

кислот(сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м3.

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

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

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

WН = 24 qNaпол (Жо + СNa)/npEHраб . (12)

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

WNa = 24 qNaпол Жо/npENaраб , (13)

где Жо - общая жесткость умягченной воды, г-экв/м3 ;

np - число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое

согласно п.14;

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

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

СNa - концентрация в воде натрия, г-экв/м3 , определяемая

согласно п.15.

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

EHраб = aн Еполн - 0,5qудСк , (14)

где aн - коэффициент эффективности регенерации водород-катионита,

принимаемый по табл. 4;

Ск - общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и

калия, г-экв/м3;

qуд - удельный расход воды на отмывку катионита после

регенерации, принимаемый равным 4-5 м3 воды на 1 м3

катионита;

Еполн - паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной

среде, г-экв/м3.

Таблица 4

При отсутствии паспортных данных Еполн следует принимать

согласно п. 15.

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

Fн = Wн Hк ; FNa = WNa Hк ; (15)

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

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

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

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

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

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

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

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

П р и м е ч а н и е. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение кислот соляной и азотной (для КУ-2).

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

?? = f?Н??????a?1, (16)

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

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

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

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

34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими, размером 25х25х4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.

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

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

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

(СО2)св = (СО2)0 + 44 Що, (17)

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

Що - щелочность исходной воды, г-экв/м3.

Таблица 5

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

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

??? = (Cl–) + (SO2-4) + ???? – (Na+), (18)

где (Cl–) и (SO2-4) - содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, г-экв/м3;

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

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

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

в) при "голодной" регенерации "условную" обменную емкость катионитов по иону HCO-3, (до момента повышения щелочности фильтрата) для сульфоугля СК-1 - 250-300 г-экв/м3,

для катионита КБ-4 - 500-600 г-экв/м3.

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

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

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

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

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

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

Приложение 8

Рекомендуемое