УДАЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕИ И КОЛЛОИДНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ВОДЫ
В природной воде находятся минеральные и органические примеси, которые значительно различаются по крупности: грубодисперсные вещества (механические примеси) с размером частии >0,0001 мм; коллоидные примеси с частицами 0,0001 —0,000001 мм. Взвешенные и коллоидные вещества, содержащиеся в большом количестве в природной воде, могут быть удалены путем отстаивания, коагуляции и фильтрования. Отстаивание производят в отстойниках; длительность этого процесса зависит от плотности частиц, величины и формы. Объем отстойника обычно равен полуторной или двойной часовой производительности. Например, при необходимости подачи в котельную 30 т воды в час такой отстойник цилиндрического вида будет иметь при высоте h = 2,5 м диаметр ds=4,0 м. Скорость осаждения частицы находят ориентировочно по формуле
Для частиц d4=0,01 мм при плотности р = 2,0 кг/см2 скорость осаждения составляет wOc — 0,0l мм/с. Следовательно, для осаждения ее из верхнего слоя отстойника потребуется 60 ч, поэтому обычно после отстаивания воду подвергают дальнейшему осветлению — фильтрованию. Фильтрование заключается в том, что воду пропускают через слой мелкозернистого материала (кварцевый песок, мрамор, доломит, антрациты) с размером частиц 0,6—
Значительно быстрее и полнее процессы отстаивания и фильтрования протекают при коагуляции, сущность которой заключается в укрупнении коллоидных частиц и выделении их, а также взвесей в осадок, что происходит при добавке к воде специальных реагентов-коагулянтов. Находящиеся в природной воде в коллоидном состоянии частицы глины, кремниевой кислоты и гуминовых веществ заряжены отрицательно и взаимно отталкиваются, оставаясь во взвешенном состоянии. Осаждение этих частиц возможно после нейтрализации их зарядов электролитами или противоположно заряженными частицами коагулянтов. Наиболее эффективными коагулянтами являются соли алюминия и железа — сульфат алюминия A12(S04)3, сульфат железа FeS04-7H20 и хлорное железо FeCU6H20. Действие коагулянта сульфата алюминия заключается в гидролизе его с образованием гидроокиси алюминия и серной кислоты:
Гидроокись алюминия представляет собой коллоидное вещество частицы которого при определенном значении PH воды имеют положительный заряд и коагулируют содержащиеся в воде отрицательно заряженные коллоиды. Коллоидные гидроокиси переходят в водные окиси АЬОз-ЗНгО, выпадающие в виде хлопьев, которые осаждаются и механически увлекают взвешенные частицы глины, песка, тем самым осветляя воду. Аналогично проте- кает процесс и при применении окиси железа. Таким образом, при применении коагуляции возможно освобождение воды от механических примесей и коллоидных веществ. Образующаяся при гидролизе кислота переводит кислые соли кальция и магния в средние, вследствие чего карбонатная жесткость снижается на величину количества коагулянта, а некарбонатная соответственно увеличивается. При недостатке бикарбонатов вода может иметь кислую реакцию и хлопья будут растворяться. В таких случаях воду подщелачивают, добавляя одновременно с коагулянтом едкий натр, кальцинированную соду или известковое молоко. Успешное протекание процесса зависит от дозы коагулянта, активности водородных ионов, ее температуры, перемешивания и характера взвешенных частиц.
Для удаления гуминовых веществ рекомендуется поддерживать pH=3,5-4-4,5. При коагуляции воды солями железа pH должно быть больше 8,5. Доза коагулянта составляет для сульфата алюминия 30—150 г коагулянта на 1 м3 воды. Коагуляция протекает наиболее полно при температуре воды 35—40 °С. В результате коагуляции содержание органических веществ в воде может быть снижено на 60—80 %, а кремниевой кислоты — на 25— 40 % При обработке подпиточной воды для питания котлов коагуляцию осуществляют одновременно с умягчением воды в фильтрах. Обрабатываемую воду смешивают с реагентами в трубопроводе или смесительном баке, после чего она поступает в фильтры, где происходят одновременно ее коагуляция и фильтрование. Схема установки (прямоточной) для осветления воды показана на рис. 8.3.
Осветлительный фильтр (рис. 8.4) представляет собой металлический резервуар, в котором на дренажной системе располагается слой фильтрующего материала. Вода после предварительного отстаивания и коагуляции или непосредственно в смеси с коагулянтом поступает в верхнюю часть фильтра и с помощью специальных устройств распределяется по его площади. Просачиваясь через фильтрующий материал, имеющий высоту слоя Лф=800—1200 мм, со скоростью 5—12 м/ч, вода оставляет на его поверхности и в толще взвешенные вещества и хлопья коагулянта и осветляется, после чего через дренажную систему отводится в бак. В процессе фильтрации фильтрующий материал загрязняется осадком и требует периодической очистки. Загрязненный фильтр останавливают и промывают потоком чистой воды, направленной снизу вверх. Для улучшения отмывки фильтрующего материала его взрыхляют сжатым воздухом, подаваемым снизу под фильтрующий материал. Операции цикла и режим работы осветлительиого напорного фильтра приведены в табл. 8.2.
Обычно расход осветленной воды на промывку фильтров не превышает 10 % от количества отфильтрованной воды.
