АНАЛИЗ РАБОТЫ ПРЕДОЧИСТКИ ВПУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ КОАГУЛЯНТОВ

Содержание в природных водах примесей различной степени дисперсности вызывает необходимость очистки ее в несколько стадий. На начальном этапе из воды удаляются коллоидные и грубодисперсные вещества, на последующих - ионодисперсные вещества и растворенные газы. Такой системный подход к выбранной последовательности технологических приемов водоподготовки связан с оптимизацией технико-экономических показателей на разных этапах очистки, с возможностью автоматизации работы отдельных устройств и повышения надежности водоочистной установки в целом.

Неэффективная очистка воды от коллоидных и грубодисперсных веществ является одной из причин появления отложений на поверхностях нагрева и коррозии поверхности элементов проточной части турбин, дает представление о важности первого этапа очистки воды от коллоидных и грубодисперсных примесей, называемого предочисткой.

Предварительная обработка проводится на основе методов, в результате которых при дозировании специальных реагентов из воды выделяются примеси в виде хлопьев размером 0,1 - 1 мм. Предварительная очистка воды предназначена для подготовки воды к ионообменным фильтрам для удаления из нее солей жесткости.

На этом этапе вода обрабатывается методом осаждения.

 Коагуляция (для удаления каллоидных примесей) и известкование (для предварительного частичного умягчения воды и удаления свободного CO2) являются наиболее часто используемыми в промышленной предварительной обработке. Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция (укрупнение) коллоидных примесей и известкование, которые обычно объединяются одновременно в одном устройстве - осветлителе с целью повышения общего технологического эффекта и снижения денежных затрат.

Осветлитель - это аппарат, в котором протекают химические реакции, связанные с введением реагентов, а также физические процессы образования образовавшихся отложений (шлама) в объеме воды осветлителя и фильтрации обрабатываемой воды через их слой. Контактная среда в осветлителе, называемая шламовым фильтром, создается из ранее возникших и вновь возникающих частиц шлама, содержащихся во взвешенном состоянии за счет действия восходящего пото­ка воды. Вода, прошедшая через шламовый фильтр, освобождается от грубодисперсных частиц, содержащихся в исходной воде и образующихся в результате химических реакций в осветлителе. Их остаточная концентрация обычно находится в пределах 5-10 мг/дм, если не нарушены химический и гидравлический режимы в осветлителе. При проектировании осветлителя учитывается, что гидравлические процессы, которые он содержит, включают:

 -поддержание во взвешенном состоянии твердых частиц, образую­щих контактную среду, восходящим потоком воды;

-удаление избытка этих частиц из зоны контактной среды;

-режимы движения воды в контактной среде, а также на входе в

осветлитель и на выходе из него.

Установка предварительной обработки воды (далее установка) предназначена для снижения щелочности (карбонатной жесткости), взвешенных веществ, органических соединений, железа, кремнекислоты и цветности воды.

Источником водоснабжения для осветлителей служат водоемы, реки. Химический состав исходной воды:

  щелочность общая -1,5 – 3,0   мг – экв / л;

       жесткость общая - 2,5 – 5,0    мг – экв / л;

       жесткость карбонатная - 1,5 – 3,3   мг – экв / л;

       сумма хлоридов и сульфидов - 3,4 – 5,6   мг – экв / л;

       солесодержание - 400 – 600 мг – экв / л;

       окисляемость -  6,5 – 15 мг0₂ / л;

       кремнекислые соединения - 4–10 мг / л;

       железо (в пересчете на Fe ³⁺) - 0,7 – 1,0 мг / л;

       кальций - 2,5 – 4,6 мг – экв / л;

       магний - 0,6 – 1,7 мг – экв / л;

Вода после осветлителей должна отвечать требованиям «Руководящих указаний по известкованию воды на электростанциях»  М.: 1973. [1]

Щелочность общая карбонатная не более - 0,6- 0, 7   мг – экв / л;

Щелочность гидратная - 0,1 – 0,3   мг – экв / л;

Содержание взвешенных веществ менее - 10    мг / дм³;

Прозрачность по кольцу не менее - 30 см;

Остаточное содержание железа менее - 300 мкг / дм³;

Снижение окисляемости на  40 – 60 % от исходной;

Снижение содержания кремниевых соединений не менее 25% от        исходной;

Нестабильность (снижение щелочности воды до и после        механических фильтров) -  = < 0,1 мг – экв / л.

Коагуляция – это физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счет их слипания под воздействием молекулярных сил притяжения в результате обработки воды специальными реагентами – коагулянтами.

К числу сернокислых железосодержащих коагулянтов, используемых в промышленности, используется железный купорос FeSO₄ или сульфат двухвалентного железа, который в присутствии окислителей восстанавливается до трехвалентного железа, которое, в свою очередь образует нерастворимый осадок гидрооксида железа, обладающий коагулирующими свойствами.

Так же используется хлорное железо FeCl_3. Безводный хлорид железа и 6-водное хлорное железо применяют также как и раствор в качестве коагулянта в промышленной водоподготовке.

Раствор хлорного железа FeCl₃ – жидкость буровато-коричневого цвета, имеющая рН около 1.

Коагулянт хлорид железа (3) PIX-111 (хлорное железо) является эффективным первичным коагулянтом на основе трехвалентного железа (Fe3+). Хлорид железа PIX-111 (хлорное железо) подходит для использования при производстве питьевой воды, в установках для очищения канализационных и сточных вод, а также при обработке активного ила. Хлорид железа 3 устраняет запах исключением сероводорода В результате коагуляции в объеме осветлителя образуется шлам определенной структуру, при взаимодействии с которым вода очищается от взвешенных веществ, соединений железа, органических веществ.

Реакции, проходящие при коагуляции совместно с известкованием, выражаются уравнением:

  FeSO₄   +    Са (ОН)₂  =  Fe(ОН)₂   + Са SO₄

FeCl₃ + Ca(OH)_{2 =} Fe(OH)₃+CaCl₂

Под действием кислорода воздуха, растворенного в воде Fe(ОН)₂ окисляется до Fe(ОН)₃,

                    4 Fe(ОН)₂ +  О₂  +  2Н₂О    →         4 Fe(ОН)₃ ↓

Удаление из воды коллоидных веществ, происходит в результате взаимной нейтрализации зарядов частиц природных коллоидов и противоположено заряженных частиц коллоида гидрата окиси железа. Лишенные зарядов частицы коллоидов быстро укрупняются силами молекулярного сцепления и выделяются в осадок.

При эксплуатации осветлителя фактическая величина дозы коагулянта может быть определена по увеличению некарбонатной жесткости воды:

                    Дк  =  (Жост  -  Щост )  - ( Жисх  - Щисх )       где,

Дк – доза коагулянта, мг – экв / л;

Жисх,  Жост  - жесткость исходной и обработанной воды, мг – экв / л;

Щисх, Щост  - щелочность исходной и обработанной воды, мг –экв/л.

Неэффективная очистка исходной воды от коллоидных и грубодисперсных веществ является одной из причин образования отложений на поверхностях нагрева парогенераторов и коррозии поверхностей элементов проточной части турбин, что характеризует важность первого этапа очистки воды – предочистки. 

В Химическом цехе №1 на Нижнекамской Тэц 1 для предварительной обработки воды в осветлителях дозируются следующие реагенты:

1.Железный купорос(коагулянт) технический Гост 6981-94 сорт2- Настоящий стандарт распространяется на купорос железный технический (железа (II) сульфат гептагидрат) (далее - железный купорос), получаемый путем утилизации отработанных сернокислотных травильных растворов, предназначенный для применения в химической промышленности, цветной металлургии, электроэнергетике.

Железный купорос должен быть изготовлен в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

 По физико-химическим показателям железный купорос должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Наименование показателя	Норма
	1-й сорт ОКП 21 4122 0130	2-й сорт ОКП 21 4122 0140
1 Внешний вид	Кристаллы, зеленовато-голубые
2 Массовая доля сульфата железа (II), %, не менее	53	47
3 Массовая доля свободной серной кислоты, %, не более	0,3	1,0
4 Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более	0,2	1,0

Табл. 1.

Преимущества Железного купороса:

-не чувствителен к Ph в отличии от извести.

Недостатки:

- увеличивает содержание нерастворимых твердых частиц (солей) в воде.
.Хлорное железо техническое  ГОСТ 11159-76. В 2018 году в химическом цехе НК ТЭЦ 1 произвели замену коагулянта сернокислого железа (железного купороса) на хлорное железо. В результате этого улучшился режим на осветлителях, облегчило эксплуатацию.

Настоящий стандарт распространяется на техническое хлорное железо, предназначенное для очистки промышленных и городских сточных вод и обезвоживания выделяющихся из них осадков, в качестве катализатора в процессах органического синтеза, для травления печатных плат в радиопромышленности, авиационной промышленности и приборостроении.

Формула FеСl3.

Молекулярная масса (по международным атомным массам 1971 г.) - 162,21.

По физико-химическим показателям хлорное железо должно соответствовать нормам, указанным в таблице.

Наименование показателя	Норма
	1-й сорт	2-й сорт
1. Внешний вид	Кристаллы фиолетового цвета с темно-зеленым оттенком
2. Содержание хлорного железа, %, не менее	97,3	95
3. Содержание хлористого железа, %, не более	0,6	1,0
4. Содержание не растворимых в воде примесей, %, не более	1,7	Не нормируется

Преимущества :

-высокая скорость осаждения разнообразных примесей;

-удобен в эксплутации(поступает готовый водный раствор в емкостях).

Недостатки:

-необходимо правильно дозировать реагент, так как недостаток или избыток может привести к ухудшению качества обрабатываемой воды.

Изучив процесс коагуляций было выявлено, что необходимость подбора коагулянтов для очистки воды, использование которых приведет к увеличению эффективности процесса.

Была исследована эффективность очистки воды Нижнекамского ТЭЦ – 1 следующими коагулянтами: хлорное железо и железный купорос. Исследования показали, что использование железного купороса требует высокого (более 10 значения рН). В случае меньшего значения возможен проскок железа. Избыток или недостаток извести приводит к тому, что процессы известкования могут завершаться в механических, а иногда и в ионообменных фильтрах, о чём также свидетельствуют значительные отложения извести в трубопроводах.

Использование хлорного железа создает высокую скорость осаждения хлопьев гидроксида и обуславливает преимущество хлорного железа перед железным купоросом. Процесс осаждения шлама при помощи хлорного железа протекает быстрее и глубже, кроме того, хлорное железо благоприятно влияет на биохимическое разложение шлама.