книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

Щелочность оборотной воды находится совместным решением уравнений (33) и (42)

ботки — дегазацию воды перед отстаиванием для повышения pH и улучшения отстаивания, рекарбонизацию подаваемой на гра­ дирни нагретой воды и рекарбонизацию охлажденной воды с целью сохранения углекислотного равновесия.

В условиях Кузнецкого металлургического комбината кон­ центрация свободной углекислоты 90— 120 мг/л в горячей (пер­ вая ступень) и 60—80 мг/л в охлажденной воде (вторая ступень) обеспечивает полное устранение образования отложений в соору­ жениях и коммуникациях и не вызывает коррозии углеродистой стали. Рекомендуемая схема обработки оборотной воды в систе­ ме водоснабжения доменной газоочистки приведена на рис. 22.

Установлена возможность борьбы с карбонатными отложе­ ниями путем обработки воды внутри оборотного цикла аммоний­ ными солями сильных кислот, вступающими с бикарбонатом кальция в обменную реакцию с образованием бикарбоната ам­ мония и растворимых солей кальция по схеме:

Са (НС03)2 + 2NH4C1 ^ NH4HC03 + СаС12;

Са (НССу, + (NH4)2S 0 4 ^ 2NH4HC03 + CaS04.

Действие солей аммония в этом процессе аналогично подкис­ лению воды. Однако при обработке солями аммония уменьшает­ ся агрессивность воды, так как растворы бикарбоната аммония имеют слабо щелочную реакцию, что позволяет поддерживать более высокое значение pH обрабатываемой воды. Дозы солей аммония определяются аналогично дозам кислоты, расходуемой на подкисление воды по формуле

жесткость в циркуляционной воде, м г -э к в / л ; <р — коэффициент упаривания.

Недостатком метода обработки охлаждающей воды солями аммония является увеличение в сбрасываемых в водоем проду­ вочных водах концентрации ионов аммония, содержание которых в воде водоемов строго ограничивается (П Д К = 2 мг/л).

ОБРАБОТКА ВОДЫ ФОСФАТАМИ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Образование отложений солей кальция на стенках трубопроводов предотвращается при введении в оборотную во­ ду фосфатов щелочных металлов. При фосфатировании воды на поверхности зародышевых микрокристаллов карбоната каль­ ция образуется малорастворимая адсорбционная пленка, кото­ рая замедляет дальнейший процесс их роста. Взвесь мелких кристаллов карбоната кальция выносится вместе с массой воды из системы при ее продувке. Для предотвращения накипеобразования и других отложений кальциевых солей эффективно ис­ пользование различных полифосфатов, в частности гексамета­ фосфата и триполифосфата. В связи с тем, что гекса метафосфат

натрия сорбируется кристаллами карбоната кальция с образо­ ванием поверхностного комплексного соединения, расход его должен превышать количество, необходимое для поддержания оптимальной концентрации (1,0—2,5 мг/л) в циркуляционной воде в установившемся процессе. Фосфатирование охлаждаю­ щей воды в соответствующих условиях способствует постепенно­ му размягчению и удалению старой, ранее отложившейся на­ кипи. Предельная щелочность воды, при которой отложения карбоната кальция не образуются в случае обработки гексамета­ фосфатом натрия, не превышает 5,5 мг-экв/л. Стабилизирующее действие различных фосфатов неодинаково (рис. 23). Во всех случаях доза фосфата соответствовала 2 мг/л Р2О5; температу­ ра воды была 60°, солесодержание равнялось 2420 мг/л\ NB (кар­ бонатная жесткость) = 4 ,7 мг-экв/л, в пересчете на СаО =

=2 20 мг/л[1].

Врезультате исследований, проведенных во Львовском поли­ техническом институте, по изучению действия фосфатов в усло­ виях приближения системы к равновесному состоянию в при­ сутствии и отсутствии взвеси в воде, было установлено, что кар­ бонатная жесткость сначала увеличивается пропорционально упариванию до величины 7,3 мг-экв/л. После начала распада бикарбонатной жесткости различие в поведении воды при нали­ чии и отсутствии взвеси исчезло. Концентрация бикарбоната

кальция стабилизировалась в пределах 5,0 мг-экв/л-, остальное

карбоната кальция в виде слизи и шлама и к последующему по­ нижению жесткости. Увеличение концентрации фосфатов свыше 1— 1,2 мг/л Р20 5 не усиливало стабилизирующего действия, а приводило к выпадению фосфатов кальция, т. е. к умягчению воды.

При обработке воды гексаметафосфатом или триполифосфатом натрия величина А принимается 6 мг-экв/л, при обработке тринатрийфосфатом или суперфосфатом — 5 мг-экв/л.

Сильное понижение стабилизирующих свойств полифосфатов вызывают ионы магния. При концентрации ионов Mg2+ более 5 мг-экв/л стабилизировать воду фосфатами не удается.

Величину продувки при фосфатировании оборотной воды ре­ комендуется рассчитывать по методу максимально допустимого

концентрирования солей в оборотной воде. Если р г > -^ 52^—— ,

ЦЦц—щ доб

то потери на унос обеспечивают удаление нужного количества циркуляционной воды из системы, и производить продувку не требуется. При щелочности воды, достигающей 5,9 мг-экв/л, фосфатированием можно добиться предотвращения карбонат­ ных отложений; необходимая для этого величина продувки не превышает 3% расхода оборотной воды. Фосфатирование обо­ ротной воды на практике обеспечивает полную стабильность во­ ды с умеренной жесткостью, а в жестких водах уменьшает ин­ тенсивность отложений.

Комбинированная фосфатно-кислотная обработка применяет­ ся с целью сокращения величины продувки в том случае, если щелочность добавочной воды относительно высока. При комби­ нированной фосфатно-кислотной обработке воды доза кислоты может быть определена по формуле

ды, при которой предотвращение карбонатных отложений может быть достигнуто с помощью фосфатов, мг-экв/л-, е — эквивалент­ ный вес кислоты, мг-экв/л-, Ti — температура оборотной воды перед охлаждением, град С; Ж доб — общая жесткость подпиты­ вающей воды, мг-экв/л-, Ск — содержание кислоты в техническом продукте, проц.; Р1+ Р 2+ Р 3 — потери на испарение, унос ветром, сброс воды из системы с продувкой, проц.

При Щдоб.р < Щ Доб комбинированная обработка воды не про­ изводится, так как необходимого эффекта можно достичь одним фосфатированием. При Щдоб.р > 0 следует производить только подкисление воды. Метод комбинированной фосфатно-кислот­ ной обработки применяется при условии 0>Щ дОб.р>Щдоб.

При технико-экономическом сравнении вариантов обработка воды необходимо учитывать следующее: подкисление, рекарбсг низация, а также комбинированная фосфатно-кислотная обра~ ботка воды требует строго постоянной дозы кислоты (или углекислоты), поскольку превышение может вызвать коррозию труб и теплообменных аппаратов. Доза этих реагентов в процесс^ эксплуатации должна изменяться в зависимости от химического состава подпитывающей воды и температуры оборотной воды* Кроме того, величина дозы кислоты должна изменяться с изме' нением параметров водного режима системы — размера про" дувки и потерь воды вследствие капельного уноса и испарения*

В патенте США приводятся сведения об использовании для торможения роста кристаллов карбоната кальция реагента, при­ готавливаемого в виде кашеобразной массы смешением порош­ кообразного гексаметафосфата натрия или калия с водным раст­ вором катионного поверхностно-активного вещества, получаемо­ го на базе четвертичного аммониевого основания и мочевины. Кашеобразная масса вводится в воду с помощью дозатора-кон­ тейнера, в котором масса отделяется от потока подпитывающей воды пористой мембраной. Через пористую мембрану происхо­ дит диффузия реагента в обрабатываемую воду.

С целью повышения стабильности воды и предотвращения от­ ложений в системах оборотного водоснабжения в качестве за­ травки рекомендуется применять кристаллы, полученные в при­ сутствии поверхностно-активных веществ. При этом эффектив­ ность реагентной обработки воды повышается за счет увеличе­ ния активной поверхности затравочной массы, обладающей мел­ кокристаллической структурой. Поверхностно-активные вещест­ ва [ПАВ] замедляют выпадение кристаллов вследствие сорбции на микрокристаллах либо образования на поверхности сольват­ ной оболочки комплексных соединений. В некоторых случаях ПАВ придают поверхности испарения свойства, ослабляющие притяжение к ней образовавшихся кристаллов накипи. Эффек­ тивность действия синтетических ПАВ для предотвращения от­ ложений карбоната кальция 90%; эффективность затравки круп­ ных кристаллов— 17%; эффективность мелкокристаллической затравки, приготовленной в присутствии синтетических ПАВ — 98,3%.

Эффективность действия поверхностно-активных веществ в ан-

Очевидно, что Са+2 содержится лишь в анионоактивных ве­ ществах, что указывает на химическую реакцию этого основного компонента накипеобразующих солей и ПАВ в процессе испа­ рения.

Для защиты открытых циркуляционных систем с испаритель­ ными градирнями от коррозии и отложений накипи и шлама ре­ комендуется проводить обработку охлаждающей воды цинк- натрий-полифосфатами или смесью их с хроматными ингибито­ рами и водорастворимыми ПАВ. Применение этих веществ по­ зволяет удалять отложившийся шлам с поверхностей древесины градирен. В качестве ПАВ могут быть применены алифатические эфиры полиэтиленгликоля, продукты конденсации окиси этилена с амидами жирных кислот, продукты конденсации окиси этиле­ на с алифатическими спиртами. Введение в воду полиэтиленгли­ коля (0,6 мг/л) и полифосфатов (20 мг/л) либо хромата натрия (20 мг/л) и полифосфатных и хроматных ингибиторов (2 мг/л) снижает образование отложений на 48% и полностью прекра­ щает коррозию материалов.

РЕАГЕНТНОЕ УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ КАК МЕТОД БОРЬБЫ С ИНКРУСТАЦИЕИ

Пополнение количества бикарбоната кальция в обо­ ротной воде за счет подпитки системы водоснабжения неумягченной природной водой приводит к тому, что инкрустация труб и теплообменных поверхностей карбонатом кальция протекает с постоянной интенсивностью. Уменьшение же объема подпиты­ вающей воды и соответствующее сокращение величины продувки оборотных систем возможно только при условии, если подпиты­ вающая вода практически лишена бикарбонатной (временной) жесткости.

Чем меньше бикарбонатная жесткость воды, тем больше до­ пустимый коэффициент упаривания и, следовательно, тем мень­ ше необходимая величина продувки оборотной системы.

Простейшим путем сокращения продувки является уменьше­ ние или полное устранение временной жесткости подпитываю­ щей воды [1]. Для этого достаточно реагентного умягчения, на­ пример известкования, если в системе водоподготовки преду­ смотрены сооружения для отстаивания шлама, выпадающего в

результате реакции нейтрализации ионов HCQT гидроксильны­ ми ионами и кристаллизации образующего СаС03, а также при образовании M g(O H )2. В СНиП Н-Г 3—70 сказано, что в тех случаях, когда имеется необходимость в осветлении добавочной воды и для этой цели предусмотрены отстойники или осветли­ тели со взвешенным осадком, может быть целесообразно при­ менение известкования для умягчения подпитывающей воды с последующим подкислением для устранения пересыщения воды

карбонатом кальция. При таком понижении pH осветленной во­ ды до величины 7— 7,5 находящиеся в растворе незначительные остаточные количества СаС03 переходят вновь в относительно хорошо растворимый бикарбонат:

СОз_ + Н+^НСОз_ .

В результате известкования концентрация бикарбоната каль­ ция снижается до 0,7— 1,1 мг-экв/л, а кристаллизующийся оса-

юч

^К) А

2>

II Рис. 24. Влияние известкования на термостабилыность оборотной воды:

/ — природная речная вода; 2 — вода, предварительно известкованная или подкисленная серной кислотой.

О 20 40 60 80 100

Число циклов оборотной воды

дюк имеет рыхлую структуру и выпадает вместе с гидратом оки­ си магния в виде шлама.

Опыт эксплуатации систем оборотного водоснабжения пока­ зал, что уменьшение продувки до 0,5—0,8% обеспечивает со­ хранение достаточной чистоты поверхности трубок конденсато­ ров. На рис. 24 показано, как влияет известкование на термо­ стабильность оборотной воды.

Природная вода при непрерывном нагреве и охлаждении раз­ брызгиванием до первоначальной температуры давала отложе­ ния карбоната кальция на охлаждаемых поверхностях; та же во­ да, предварительно умягченная от 28 до 2,8 мг-экв/л карбонат­ ной жесткости, совершив более 90 циклов, отложений карбона­ та кальция не образовала.

Вместо извести для умягчения воды, обладающей значитель­ ной временной жесткостью, могут быть использованы и другие щелочи. На ряде предприятий, особенно в производствах азот­ ных удобрений, для этой цели может применяться аммиак, одна­ ко при этом необходимо предварительно решить вопрос о путях утилизации воды, сбрасываемой из оборотных систем при про­ дувке, учитывая довольно жесткие предельно допустимые кон­ центрации аммиака и солей аммония в водоемах.

Поведение воды, умягченной дозами аммиака 105— 117 мг/л (pH 9,2—9,5), при циркуляции в оборотной системе без продув­ ки было исследовано на пилотной установке в течение 216 и 408 ч работы, что соответствовало 112 и 127 циклам «нагрев — охлаждение». Потери воды из-за испарения и капельного уноса составляли 0,65—0,7% количества циркулирующей в установ­ ке воды. Тем не менее, как видно из табл. 14 и из сопоставления

кривых нарастания концентрации ионов Cl- , SOl~ и Са2+ в оборотной воде (рис. 25), за время исследований предельная

pH Время, ч pH Время, ч pH Время, ч pH Время, ч

Количестбо циклоб использобания боды

Р и с . 25. Изменение ионного состава воды,. умягченной аммиа­ ком, при циркуляции в оборотном цикле полупроизводственной установки. Доза NH3=105 м г/л, рН=9,24:

Х“ — хлориды; S O ?- — сульфаты; С — солесодержание; NH3— аммиак; О — окисляемость мг{л.