ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД И ВОДОПОДГОТОВКА

Очистка природных вод и водоподготовка - комплекс физических, химических и биологических процессов для снижения содержания в воде вредных примесей и обогащения ее недостающими инградиентами, чтобы сделать ее пригодной для хозяйственно-питьевого, промышленного или сельскохозяйственного использования. В поверхностных и подземных природных водах обычно присутствуют во взвешенном состоянии песчаные и глинистые частицы, ил, планктон, коллоиды органического и минерального происхождения, в том числе: гуматы, кремнекислого, гидроксид трехвалентного железа; в истиннорастворенном состоянии — минеральные соли натрия, магния, кальция, фтора, двухвалентного железа, хлориды, сульфаты, бикарбонаты и другие. В воде нередко присутствуют также антропогенные загрязнения: соединения азота, фосфора, нефтепродукты, пестициды, СПАВ, токсичные вещества: мышьяк, стронций, бериллий, тяжелые металлы. Обычно в воде обнаруживаются также бактерии и вирусы. Растворенный в воде газы — кислород, диоксид углерода, сероводород — интенсифицируют процессы коррозии металлических трубопроводов и оборудования. После хлорирования цветных вод, а также вод, загрязненных нефтепродуктами и планктоном, образуются канцерогенные хлорорганические соединения (хлороформ). В ряде случаев в воде обнаруживается метан, что иногда является взрывоопасным.
Для очистки природной воды применяют реагентные и безреагентные методы. Безреагентные с медленными фильтрами отличаются простотой устройства и эксплуатации, дают значит, меньше отходов, загрязняющих окружающую среду, но имеют ограничения по цветности и мутности исходной воды. Методы обработки 15 м/ч и выше, без реагентов (медленное фильтрование) — 0,1—0,2 м/ч. Реагентные методы очистки воды можно разделить на двухступенчатые (коагуляция — осветление — фильтрование) и одноступенчатые (контактная коагуляция — прямоточное фильтрование). Аппаратное оформление двухступенчатой схемы очистки: смесители — камеры хлопьеобразования — отстойники (осветлители, флотаторы) — скорые фильтры. Одноступенчатая схема прямоточного фильтрования включает коагуляцию — фильтрование. Коагуляция происходит непосредственно в фильтрующей загрузке. Аппаратное оформление: смесители — скорые фильтры. Область применения прямоточного фильтрования — невысокая мутность воды при дозе коагулянта до 20 мг/л (по Al2(S04>2). Ввиду эффективности контактной коагуляции при прямоточном фильтровании нормальная скорость фильтрования может достигать 25 м/ч (форсированная 40 м/ч), экономия коагулянта — до 20%. Для маломутных высокоцветных вод нашел применение метод, включающий коагуляцию, крупнозернистые и мелкозернистые фильтры. Конструкции смесителей обеспечивают практически мгновенное смешение реагентов с исходной водой. В отечественной практике успешно применяют фильтры с плавающей загрузкой, например, из пенополистирола, а также контактные осветлители. В качестве загрузки скорых фильтров используют песок, керамзит, антрацит, гранодиарит, габбродиабаз, шунгизит, горелые породы, вулканические шлаки, фосфорит, цеолит, дробленый гранит. Большое разнообразие фильтрующих материалов позволяет применять высокоэффективные многослойные фильтры. Обработка воды раствором коагулянта, подвергнутым магнитно-электрической активации, позволяет увеличить крупность взвешенных веществ и улучшить работу фильтров водопроводных станций. Обработку воды коагулянтами применяют для очистки воды от взвешенных веществ пестицидов, нефтепродуктов, снижения цветности и для интенсификации процесса реагентного умягчения воды.
Для улучшения качества воды, используемой для хозяйственно-бытовых целей, применяют фторирование и дефторирование воды. Заключительным этапом очистки воды является обеззараживание газообразным хлором, хлорной известью, гипохлоритом кальция или натрия и гипохлоритами, полученных путем электролиза непосредственно на станции в специальных электролизерах, озоном, ультрафиолетовыми лучами.
Вода, используемая в промышленности, подвергается обработке для устранения из нее растворенных и взвешенных примесей, а также агрессивных газов (О2, СО2), предупреждения отложений в теплосиловом оборудовании, ухудшающих теплообмен, и снижения интенсивности коррозии внутренних поверхностей. Снижение содержания в воде свободного диоксида углерода называется декарбонизацией. Для снабжения городов вода забирается из поверхностных или подземных источников и подвергается очистке, часть ее (около 20—40%) направляется на водо-подготовку для питания теплосиловых объектов. ТЭС и АЭС с тепловыми сетями обеспечиваются водой обычно от специального комплекса сооружений, включающего очистку и подготовку воды. Жесткость воды нормируется для теплоэнергетического оборудования всех видов, некоторых производительных процессов и для хозяйственно-питьевого использования. Снижение ее обеспечивается умягчением, для чего применяются как ионообменные так и реагентные методы. Прозрачность, содержание соединений железа и марганца — нормируемые показатели для хозяйствено-питьевого водоснабжения и добавочной воды для всех парогенераторов, ядерных ректоров, испарителей; цветность — для тепловых сетей открытого типа с водозабором у потребителей; содержание кремния — для парогенераторов высокого, сверхвысокого и сверхкритического давления.
Для удаления грубодисперсных и коллоидных веществ осуществляется осветление. Эффективность осветления контролируется содержанием взвешенных веществ. Очистка воды от них происходит в отстойниках или специальных осветлителях (осадок в них поддерживается во взвешенном состоянии потоком поступающей снизу вверх воды), в напорных или открытых фильтрах и контактных осветлителях с загрузкой из зернистых материалов, а также во флотаторах, гидроциклонах и фильтрах намывных (напорных), которые позволяют добиться более глубокой очистки от взвешенных веществ.
Для устранения цветности воды, если она обусловлена гуминовыми соединениями, применяют коагуляцию солями алюминия (при рН около 5) или озонирование. Если причина цветности воды — соединения трехвалентного Fe, то ее устраняют при обезжелезивании.
Одна из основных задач при эксплуатации систем охлаждающей воды — предотвращение образования карбонатных отложений в теплообменных аппаратах и парогенераторах, которое вызывается распадом бикарбоната кальция и увеличением концентрации карбоната кальция, а также гидроксида магния. Одной из причин, вызывающих распад бикарбоната кальция, является недостаток растворенного в воде диоксида углерода. Чтобы предотвратить распад бикарбоната кальция, в воде поддерживают необходимую концентрацию растворенного диоксида углерода, то есть равновесную концентрацию. На ТЭС недостаток диоксида углерода в охлаждающей воде восполняют обработкой ее дымовыми газами. Введение в воду диоксида углерода называют рекарбонизацией. Наряду с умягчением рекарбонизация служит для предотвращения образования карбонатных отложений.
Расход воды на собственные нужды станций очистки воды (промывные воды фильтров, воды от обезвоживания осадков сточных вод и т.д.) составляет 10—14% ее пропускной способности, станций умягчения — 20—30%. При повторном использовании воды расход сточной воды сокращается до 3—4%.