Система химводоочистки и водоподготовки ТЭЦ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Система химводоочистки и водоподготовки ТЭЦ

Долгие годы и столетия водоподготовка не выделялась как отрасль техники и еще менее - как отрасль химической технологии. Использовались эмпирически найденные примеры и способы очистки воды, главным образом, противоинфекционные . И поэтому история водоподготовки - это история приспособления для подготовки и очистки воды известных химических процессов и технологий, нашедших свое применение.

Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения принципиально отличается от других областей химической технологии: процессы водоподготовки протекают в больших объемах воды и при очень малых количествах растворенных веществ. Значит, большие расходы воды требуют устройства крупногабаритного оборудования, а малое количество извлекаемых из воды веществ неизбежно влечет за собой применение «тонких» методов обработки воды.

Вода- самое важное аномальное вещество природы. Это расхожее выражение связанно с тем, что свойства воды во многом не соответствуют физическим законам, которым подчиняются другие вещества.

Химически чистая вода

Прежде всего необходимо наполнить: когда мы говорим о природной воде, все суждения должны быть отнесены не к воде как таковой, а к водным раствором разных, фактически всех ,элементов земли.

До сих пор получить химически чистую воду не удалось. Например, в одном из опытов немецкий химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам дистилляции подряд, причем вода находилась в суде, с которым ученый работал до этого опыта в течение 10 лет. Следовательно, можно было предположить, что из стенок сосуда выпариваемую воду ничего не перейдет. Степень частоты воды, полученной в опыте Кольрауша и определенной по электропроводности оказалась 100 раз больше, чем у моно дистиллированной (один акт дистилляция) воды.

Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютно чистой: в дистиллированной воде сразу же растворяются газы земной атмосферы и, вероятно, все-таки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона - Н+ и ОН-. Ион Н+ немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксонияН3О+

Состав природной воды. Изотопы

Вследствие существования изотопов водорода и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Искусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые.

Соотношение этих стабильных изотопов в природной воде, % мол.:

1Н216О- 99,73; 1Н218О - 0,20; 1H217O - 0,043B

1H2H16O -0,03%. Другие изотопы присутствуют в ничтожном количестве.

Физико-химические показатели качеств природных вод.

Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17110177), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

Взвешенные примеси вод

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.

Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами в основном условным диаметром более 1104 мм.

При содержании в воде взвешенных веществ менее 2-3 мг/л или больше указанных значений, но условный диаметр частиц меньше 1* 10-4 мм, определение загрязненности воды производят косвенно по мутности воды.

Мутность и прозрачность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.

Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опапесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть.

Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их определение затруднительно, пользуются показателем «прозрачность».

Мера прозрачности - высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах.

Запах

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы:

Естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)

Искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351741 оценивают в пятибалльной шкале. Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах вещества: хлорный, бензиновый и т.д.

Вкус и привкус

Интенсивность вкуса и привкуса в соответствии с ГОСТ 3351-74* определяется также по шестибалльной шкале.

Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений- привкуса - выражают описатель- но: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький-сульфатом магния, кислый - избытком свободного диоксида углерода и т.д. Порог вкусового восприятия солевых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl - 165; CaCl2, - 470; MgCL2 - 135;MnCL2 - 1,8; FeCl2 - 0,35; MgSO4 - 250;CaSO4-70;MnSO4-15,7: FeSO4,-1,6;NaHCO3,-450

По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды: катионы: NH+4>Na+> K+; Fe2+> Mn2+> Mg2+> Са2+; анионы: ОН-> NO3-, >CL- > HCO3-, -> SO42-.

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов.

Минерализация.

Минерализация - суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удивительную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/л до сотен г/л (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от3 до 60 мг/л составляет значения 10-120мкСм/см.

Согласно ГОСТ 17403-72 природные воды по минерализации разделены на группы. Предел пресных вод-1 г/кг - установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен - соленый или горько-соленый.

Граница между солоноватыми и солеными водами принята на том основании, что при минерализации около 25 г/rк температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, а при этом месте некоторые свойства воды.

Граница 50 г/кг между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

Электропроводимость

Электропроводность это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимостьводы зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+,Mg2+,

CL-, SO42-, НСО3+,. Этими ионами и обусловливается электропроводимость природных вод. Присутствие других ионов, например Fe3+ , Fe2+ , Mn2+,Al3+, NO3- , HPO42-,Н2PO4-, не сильно влияет на электропроводимость, если эти ионы не содержатся вводе в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерализации воды.

Жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Ca2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ba2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов - и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов. По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом.

В России жесткость воды выражают в ммоль/л.

В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически - до 530.

Но, конечно, основные неприятности - от накипеобразования.

Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды только отдельно содержание в воде ионов кальция (Ca2+) и магния (Mg2+): нормы качества питьевой воды. Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США.

По значению общей жесткости природные воды делятся на группы:

Табл. 1. Классификация воды по жесткости

Щелочность

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная - в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно< 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды.

Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

Органические вещества

Спектр органических примесей очень широк:

· группа растворенных примесей:

- гуминовые кислоты и их соли - гуматы натрия, калия, аммония;

- некоторые примеси промышленного происхождения;

- часть аминокислот и белков;

· группа нерастворенных примесей:

- фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли - гуматы кальция, магния, железа;

- жиры различного происхождения:

- частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO2-, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение -- обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0,1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки.

Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Растворенный кислород

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции).а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/n. В артезианской воде кислород практически отсутствует.

Водородный показатель (рН).

Величина рН - один из важнейших показателей качества воды для определения со стабильности накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рНможет быть описана следующим образом.

Вода, хотя и весьма незначительно,- приблизительно одна миллионная часть молекул диссоциирует (распадается) на ионы водорода Н+и гидроксила ОН- по уравнению:

H2O-H++ OH-

Но такое же количество молекул воды одновременно снова образуется, Следовательно, состав воды при определенной температуре и в отсутствие примесей не изменяется:

Kw=(H+)*(OH-)=10-14.

Произведение концентраций этих ионов есть величина постоянная и называется ионным произведением воды-К Так как распадается незначительное количество молекул воды, то концентрация ионов Н+ и ОН- малы, тем более мало их произведение. При температуре 24.8°CK = 10:1.

Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидрокcид-ионов и наоборот.

Для нейтральной среды:

[H+]=[OH-] = v10-14 = 10-7 г. ион/л.

Для оценки кислотности и щелочности среды удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем pH. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обратным знаком.

pH= -lg[H+].

Если в воде растворено какое-либо вещество, которое само источник ионов Н+ и ОН- (примеры: кислоты HCl, H2SO4, HNO3 и др.; щелочи: NaOH,

Каон, Ca(OH)2, и др.), то концентрации ионов Н+иОН- не будут равны, но их произведение к будет постоянно.

Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп.

Табл. 2

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы выделяются из общей группы металлов по специфической вредности для живых организмов.

Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см, выделяя при этом под группу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец. электропроводность тонкодисперсный водный

Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природу среду тяжелых металлов, включает в эту группу также

Цинк, мышьяк, селен, сурьму.

Есть и другие классификации.

Размещено на Allbest.ru