РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО КОАГУЛЯЦИИ ВОДЫ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

     
     
     СОСТАВЛЕНЫ водно-химическим отделением Всесоюзного дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнического научно-исследовательского института имени Ф.Э.Дзержинского
     
     Авторы канд. техн. наук В.М.Квятковский и инж. А.И.Баулина
     
     УТВЕРЖДЕНЫ Главным инженером Главтехуправления С.И.Молокановым 10 марта 1972 г.
     
     

ВВЕДЕНИЕ

     
      Руководящие указания по предварительной очистке воды (применяемой, как правило, перед ее ионированием) методом коагуляции с применением в качестве основного реагента сернокислого алюминия предназначены для использования при проектировании, наладке и эксплуатации водоподготовительных установок электростанций системы Минэнерго СССР.
     
     При коагуляции воды перед ионированием и особенно перед химическим обессоливанием требуется глубокое удаление органических загрязнений, соединений железа и нереакционноспособных соединений кремния.
     
     Изучение и совершенствование технологии коагуляции, разработка аппаратуры для современных установок большой производительности еще не закончены. Однако признано необходимым уже на данном этапе выпустить руководящие указания по коагуляции воды, поскольку предыдущий инструктивный материал [Л.1] устарел.
     
     При составлении Руководящих указаний использованы результаты исследовательских работ ВТИ и опыт проектирования, наладки и эксплуатации водоподготовительных установок, а также литературные материалы.
     
     

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА КОАГУЛЯЦИИ ВОДЫ

     
      1. В практике подготовки воды под коагуляцией понимается сумма мероприятий, направленных на очистку воды от грубой и тонкой взвеси, коллоидно-дисперсных веществ, а также обесцвечивание воды путем введения в обрабатываемую воду специального реагента - коагулянта. При введении коагулянта в обрабатываемой воде образуется осадок - коагулят, который содержит как продукты взаимодействия коагулянта с водой, так и примеси исходной воды. Осадок отделяется от воды, как правило, в осветлителях с последующим доосветлением воды в механических фильтрах (рис.1) или, реже, непосредственно в механических фильтрах (рис.2).
     
     

Рис.1. Принципиальная схема коагуляционной установки с осветлителем:

1 - исходная вода после подогрева; 2 - ввод хлора: 3 - ввод щелочи; 4 -осветлитель;
5 - продувка осветлителя; 6 - ввод коагулянта; 7 - ввод флокулянта; 8 - бак коагулированной воды;
9 - насос коагулированной воды; 10 - механический фильтр; 11 - осветленная вода на обессоливание

Рис.2. Принципиальная схема коагуляционной установки без осветлителя:

1 - исходная вода после подогрева; 2 - ввод щелочи; 3 - ввод коагулянта; 4 - смеситель;
5 - ввод флокулянта; 6 - механический фильтр; 7 - коагулированная вода

     
     
     2. На электростанциях коагуляция применяется для предварительной очистки воды перед ее химическим обессоливанием или катионированием. Назначение коагуляции - удаление веществ, которые вредно влияют на состояние ионитов или недостаточно ими задерживаются и, попадая с добавочной водой в конденсатно-питательный тракт электростанции, теплосети и т.п., ухудшают работу теплосилового оборудования. К таким веществам относятся механические примеси (взвесь), органические соединения, соединения железа, нереакционноспособные соединения кремния. Удаление из воды загрязнений трех последних видов особенно важно на предочистках установок химического обессоливания добавочной воды прямоточных котлов.
     
     3. В настоящее время ведутся работы по созданию отечественных макропористых ионитов для поглощения органических примесей с целью защиты анионитов, применяющихся для глубокого обессоливания воды. Однако, судя по зарубежному опыту [Л.2.] , при наличии предвключенных фильтров с макропористыми ионитами исходную воду поверхностных источников также требуется предварительно очищать с помощью коагуляции (в необходимых случаях совместно с известкованием). Только в этом случае может быть получено такое качество воды, направляемой в анионитовые фильтры, при котором достигается достаточно экономичная работа обессоливающей установки.
     
     4. В природных поверхностных водах, используемых для питания водоподготовительных установок электростанций, в коллоидной степени дисперсности (размер частиц 10-10 мм) могут находиться окиси и гидроокиси металлов (в частности, железа), различные органические вещества, кремнекислые соединения.
     
     Грубодисперсные примеси (размер частиц более 10 мм) образуются частицами песка, глины, животными и растительными остатками и организмами, продуктами коррозии конструкционных материалов.
     
     Промежуточные размеры (10-10 мм) имеют частицы песка, пыли, глины, органические остатки. По своим свойствам эти частицы близки к коллоидно-дисперсным.
     
     Тонкая взвесь и коллоидно-дисперсные вещества могут быть удалены из воды только путем ее реагентной обработки, в частности коагуляцией.
     
     5. Состав соединений железа, присутствующих в природных поверхностных водах, изучен недостаточно. Применяемые способы анализа дают возможность определить лишь общее содержание соединений железа (обычно пересчитываемое на Fe). По литературным данным [Л.3-7], в природных поверхностных водах соединения железа могут находиться в различных стадиях дисперсности: в истинно растворенном состоянии - комплексные неорганические и органические, в частности, гуминовые соединения, железофосфатные и другие соединения; в коллоидно- и грубодисперсном состоянии - гидраты окислов, а также сульфид. Последний, находясь в коллоидно-дисперсном состоянии, способен окисляться кислородом воздуха. Обычно в природных поверхностных водах содержится меньше 1 мг/л соединений железа в пересчете на Fe, иногда несколько миллиграммов. Такое содержание железа в основном может быть обусловлено присутствием истинно растворенных комплексных и коллоидно-дисперсных соединений железа. Грубодисперсные железосодержащие соединения в результаты анализа не входят, так как воду перед анализом принято фильтровать. Истинно растворенные соединения трехвалентного железа могут присутствовать лишь в ничтожно малых количествах, так как при рН>3 они гидролизуются с образованием труднорастворимой гидроокиси. В табл.1 приведены расчетные значения концентраций гидроксокомплексов Fe, определенные для температуры 20-30 °С при ионном произведении воды =10 с использованием величин произведения растворимости и констант нестойкости комплексных ионов по [Л.4].
     
     

Таблица 1

     
     
     Растворимость соединений Fe (табл.2) существенно больше, чем Fe (вычислено по тем же данным и при тех же условиях, что и растворимость Fe).
     
     

Таблица 2

     
     
     Однако Fe легко окисляется до Fe. При обычном содержании соединений железа в природных водах для этого достаточно растворенного в воде кислорода (на окисление 1 мг Fe расходуется 0,143 мг кислорода, растворимость кислорода в воде при давлении 760 мм рт.ст. и температуре 30 °С равна 7,5 мг/л, а при 0 °С - 14,6 мг/л). Кислорода может не хватить для окисления лишь при большом содержании железа, вносимого с промышленными стоками, а также в отдельных редких случаях в период зимнего ледостава из-за недостаточной аэрации воды, отделенной от атмосферного воздуха толстым слоем льда. В подземных водах могут содержаться в большом количестве бикарбонаты и сульфаты двухвалентного железа. Эти случаи в Руководящих указаниях не рассматриваются, так как для обезжелезивания этих вод требуются специальные приемы - аэрация для удаления бикарбонатов железа и известкование для удаления его сульфатов.
     
     6. Органические вещества поступают в открытые водоемы в результате:
     
     - вымывания их из почв и торфяников;
     
     - жизнедеятельности, отмирания и разложения водных организмов;
     
     - смывания веществ, применяемых для удобрения почвы и борьбы с вредителями сельского хозяйства;
     
     - поступления неочищенных или недостаточно очищенных бытовых или производственных сточных вод.
     
     Нежелательными загрязнениями, вносимыми этими стоками, являются, в частности, моющие синтетические средства - детергенты, вызывающие пенообразование в осветлителях, затрудняющие очистку воды и применение флокулянта.
     
     Состав органических веществ весьма разнообразен, изменчив во времени и различен для разных водоемов.
     
     Вещества, вымываемые из почв, называют гумусовыми. Они разделяются на гуминовые и фульвокислоты и их соли. Особенно загрязнены ими реки, имеющие сток из болот. Гуминовые кислоты находятся в водоемах в основном в коллоидно-дисперсном состоянии, растворяются при повышении рН, при подкислении образуют осадок в виде темных хлопьев. Молекулярный вес гуминовых кислот 1200-1400, примерная формула СНO(СООН), они содержат 52-58% углерода, 3,3-4,8% водорода, 34-39% кислорода. Водород карбоксильных групп кислот способен замещаться катионами, в результате чего образуются соли, называемые гуматами. Гуматы кальция, железа и алюминия малорастворимы, гуматы натрия - растворимы. Гуминовые кислоты могут образовывать с гидроокисями железа и алюминия коллоидно-дисперсные комплексные соединения.
     
     Фульвокислоты (креновые и апокреновые кислоты) содержат в среднем 45-48% углерода, 5,2-6% водорода, 43-48% кислорода. Они образуют с натрием, калием, аммонием, кальцием и двухвалентным железом растворимые соли, а с трехвалентным железом и алюминием - малорастворимые. Наиболее окрашенные соединения - гуминовые кислоты, наименее - фульвокислоты [Л.3, 6, 8] .
     
     В связи с трудностью раздельного определения различных органических веществ прибегают к суммарной оценке их содержания путем определения окисляемости. Действующая инструкция [Л.9] предлагает: йодатный метод с концентрированием органических веществ на сорбенте, бихроматный и перманганатный методы определения окисляемости.
     
     Перманганатная окисляемость является весьма условной характеристикой степени загрязненности воды органическими веществами, так как в условиях проведения анализа они окисляются не полностью и не в одинаковой мере. Тем не менее только этот метод находит практическое применение при контроле за водоподготовкой на электростанциях ввиду сложности и недостаточной доработки других методов. Отсутствие надежных методов определения полного содержания органических веществ в природных и очищенных водах затрудняет контроль за очисткой воды и совершенствование ее методов.
     
     7. Состав кремниевой кислоты mSiO·nHO может изменяться во времени. Она является веществом агрегативно неустойчивым и может переходить из коллоидного в истинно растворенное состояние и наоборот. В настоящее время нет способов определения состояния дисперсии кремниевой кислоты, известно, однако, что в ионной форме она является вполне реакционноспособной к взаимодействию с молибдатом аммония. Поэтому на основании аналитических определений различают реакционноспособную и нереакционноспособную кремниевую кислоту [Л.9, 10] . В природных водах поверхностных источников содержатся также другие соединения кремния, например алюмосиликаты различного состава и разной степени дисперсности, в том числе и коллоидной.
     
     Методом коагуляции воду можно очистить от взвешенных и коллоидно-дисперсных веществ. Удаление растворенных примесей может происходить лишь в весьма небольших количествах в результате их сорбции образовавшимся осадком.
     
     8. Основные свойства коллоидно-дисперсных частиц и процессы их коагуляции схематично могут быть описаны следующим образом [Л. 3, 8, 11-14].
     
     Основной отличительной чертой коллоидно-дисперсных систем является наличие поверхности раздела между веществом, их составляющим, и окружающей средой, то есть коллоидные системы всегда гетерогенны. Отличительной чертой коллоидно-дисперсных частиц является высокая степень их раздробленности (размеры частиц находятся в пределах 10-10 мм). Если 1 см вещества раздробить на частицы с такими размерами, то общая поверхность их будет весьма велика и составит 6·10-6·10 см.
     
     Гетерогенные системы с большой общей поверхностью раздела твердых частиц и среды обладают большим избытком свободной энергии. Всякая система с избыточной свободной энергией самопроизвольно стремится к ее уменьшению. Наиболее ощутимо избыток свободной энергии уменьшается при укрупнении частиц, когда резко уменьшается их суммарная поверхность, поэтому коллоидно-дисперсные частицы агрегативно неустойчивы. Однако процесс самопроизвольного укрупнения частиц (самопроизвольной коагуляции) проходит очень медленно и неполно из-за наличия препятствующих ему стабилизаторов. Коллоидно-дисперсные частицы приобретают стабильность вследствие адсорбции на их поверхности различных веществ. Адсорбция способствует некоторому уменьшению избыточной свободной энергии (последняя расходуется на удержание адсорбированных молекул или ионов на поверхности частиц), однако адсорбционные слои препятствуют сближению частиц и их укрупнению. В естественных водах в коллоидно-дисперсном состоянии могут одновременно находиться вещества разной природы, которым свойственно различное поверхностное натяжение. На частицах разной природы избирательно адсорбируются из окружающей среды те молекулы или ионы, которые уменьшают поверхностное натяжение частиц. В результате адсорбции ионов коллоидно-дисперсные частицы приобретают электрический заряд, знак которого соответствует знаку адсорбированных (потенциалообразующих) ионов. Окружающая среда приобретает при этом заряд противоположного знака в результате адсорбции части ионов коллоидной частицей и создания избыточной концентрации других ионов с зарядом противоположного знака, так называемых противоионов. Таким образом, возникает двойной электрический слой, обусловливающий разность потенциалов  между зарядом коллоидной частицы и зарядом окружающей среды. Плотный двойной слой образуется только в концентрированных электролитах. В разбавленных растворах, какими являются природные воды, вследствие диффузии и взаимного отталкивания избыточных ионов, ионная обкладка двойного слоя приобретает диффузное строение: чем дальше от поверхности частицы, тем меньше концентрация избыточных противоионов двойного электрического слоя. Коллоидная частица вместе с адсорбционными и диффузными слоями называется мицеллой (рис.3). При тепловом движении частица захватывает часть диффузного слоя, остальная, более отдаленная его часть, как бы отсекается от мицеллы.
     

Рис.3. Строение мицеллы:

а - -потенциал больше нуля; б - -потенциал равен нулю (изоэлектрическое состояние);

1 - потенциалобразующие ионы; 2 - противоионы;

 - адсорбционный слой;  - диффузный слой

     
     
     Устанавливающаяся фактическая разность потенциалов между движущейся коллоидной частицей и окружающей ее средой называется электрокинетическим или дзета-потенциалом, причем  меньше . Чем больше противоионов попадает в движущийся вместе с частицей слой жидкости, тем меньше -потенциал. Состояние мециллы, при котором -потенциал равен нулю, называется изоэлектрическим. При этом в состав движущейся частицы входит такое количество противоионов, сумма зарядов которых равна сумме зарядов ионов адсорбционного слоя.
     
     Коллоидно-дисперсные частицы могут приобретать заряд не только в результате адсорбции ионов, но и вследствие собственной диссоциации. Содержащиеся в природных поверхностных водах частицы глины и гуминовые частицы амфотерны: при одних значениях рН среды они диссоциируют как щелочи, при других, более высоких, как кислоты. Значение рН, при котором амфотерные вещества (амфолиты) не диссоциируют, называется изоэлектрическим. Для гуминовых веществ оно находится в пределах рН=3,54,5, для глины - около 5. Значения рН природных поверхностных вод заметно больше этих величин, поэтому глина и гуминовые вещества диссоциируют как кислоты, их коллоидные частицы заряжены отрицательно (при диссоциации ион водорода отделяется и остается отрицательно заряженный радикал). Коллоидно-дисперсные частицы кремнекислых соединений в природных водах обычно также заряжены отрицательно, а частицы гидратов окислов железа и алюминия - положительно. Одинаково заряженные частицы особенно агрегативно устойчивы из-за наличия между ними электростатических сил отталкивания.
     
     Вследствие дипольности молекул воды коллоидные частицы окружены, кроме адсорбционных, еще и гидратационными слоями, которые также препятствуют сближению частиц и, тем самым коагуляции. Адсорбированные ионы и ориентированные молекулы воды являются стабилизаторами коллоидов, придающими им особую устойчивость против коагуляции. Основной задачей в проведении коагуляции коллоидно-дисперсных частиц является разрушение адсорбционных слоев или ослабление их защитного, стабилизирующего действия. Это может быть достигнуто разными способами. Например, при добавлении электролита увеличивается ионная сила раствора, что приводит к сжатию ионной атмосферы коллоидных частиц. Радиус их диффузных слоев, препятствующих сближению, уменьшается. В результате этого становится возможным такое сближение частиц, при котором энергия их взаимного притяжения становится больше энергии их электростатического отталкивания - происходит соединение частиц, коагуляция. Агрегативная устойчивость коллоидных частиц может снижаться также при механическом воздействии, под влиянием температуры, электрического поля, ультразвука и т.д. [Л.12]. В водоподготовке используется, как отмечалось выше, введение в обрабатываемую воду коагулянта.
     
     9. На водоподгоговительных установках электростанций в качестве коагулянтов применяются соли алюминия и железа, главным образом сернокислые. Для предварительной очистки воды методом коагуляции обычно используется сернокислый алюминий Al(SO)·18НО.
     
     10. При вводе сернокислого алюминия в обрабатываемую воду происходит его гидролиз и образуется гидроокись алюминия Al(ОН)
     

Al+3HО=Al(ОН)+3H.

     
     Наличие в воде бикарбонатов приводит к реакции
     

Н+НСО=НО+СО.

     
     В молекулярной форме эти реакции можно выразить уравнением
     

Al(SO)+3Ca(HCO)=2Al(OH)+3CaSO+6CO .

     
     В литературе [Л.5-7, 13] имеются указания на то, что при рН<7,6 и наличии сульфат-ионов образуются труднорастворимые соединения средних солей алюминия Al(ОН)SO, а при рН<6,3, кроме того, еще и Al(ОН)SO. Эти данные получены расчетным путем и относятся к растворам сернокислого алюминия, не содержащим других примесей. При коагуляции же природных вод, как показала проверка в лабораторных и промышленных условиях, в тех случаях, когда в коагулированной воде остаточная щелочность находится в допустимых пределах (порядка 0,5 и не менее 0,3 мг-экв/л) практически весь отдозированный сернокислый алюминий выделяется в виде Al(ОН).
     
     Гидроокись алюминия - трудно растворимое в воде соединение, произведение его растворимости равно 1,0·10 [Л.4]. Через несколько минут после введения в природную исходную воду раствора сернокислого алюминия в воде появляются хлопья белого или желтоватого цвета. Прежде чем образуются видимые хлопья, частицы гидроокиси алюминия проходят стадию коллоидной дисперсности. Коллоидно-дисперсные частицы Al(ОН) коагулируют, объединяются в более крупные, но еще неразличимые глазом частицы - микрохлопья. Именно в процессе образования микрохлопьев и происходит в основном очистка воды от примесей, находящихся в коллоидной стадии дисперсности. При этом происходит коагуляция разнородных по природе частиц веществ и взаимная коагуляция разноименно заряженных коллоидно-дисперсных частиц, у которых силы гравитационного и электростатического взаимодействий направлены в одну сторону. Коагуляции способствует повышение концентрации сульфатных ионов, происходящее в результате введения в воду коагулянта: двухвалентные сульфат-ионы, а в первый момент - и трехвалентные ионы алюминия способствуют сжатию диффузных слоев коллоидных частиц (так называемая электролитная коагуляция).
     
     Далее частицы укрупняются и образуют макрохлопья размером 1-2 мм и более. При этом происходит очистка природной воды от содержащихся в ней примесей: коллоиднодисперсных частиц и тонкодисперсной взвеси - на стадии образования микрохлопьев, грубодисперсной взвеси - на стадии образования макрохлопьев. Крупные хлопья под действием силы тяжести либо оседают, либо под действием восходящего потока воды остаются во взвешенном состоянии, что наблюдается в осветлителе, и задерживаются в слое ранее выделившихся частиц контактной среды, либо, наконец, задерживаются при пропуске воды через зернистую загрузку механического фильтра.
     
     Как видно из уравнения (см.п.10), при вводе сернокислого алюминия в обрабатываемую воду в ней увеличивается содержание сульфат-иона эквивалентно дозе коагулянта, в такой же мере уменьшается щелочность, возрастает содержание свободной угольной кислоты, в результате чего увеличивается коррозионная агрессивность воды.
     
     Иногда в литературе [Л.8, 9, 13] реагент, используемый для очистки воды методом коагуляции, называют не "коагулянт", а "коагулятор". Такая терминология нежелательна. Коагулятор - вещество, непосредственно участвующее в процессе коагуляции (например, коагулянт - Al(SO), коагулятор - Al(ОН)).
     
     11. Сернокислый алюминий на водоподготовительные установки поставляется двух видов (табл.3):
     
     

Таблица 3

________________
     * Глинозем сернокислый технический (очищенный) твердый сорта В;
     
     ** Глинозем сернокислый неочищенный.
     
      Действует ГОСТ 12966-85. - Примечание .

     
     
     Оба реагента поставляются навалом, первый - в виде плит белого цвета, второй - в виде ноздреватых кусков серого цвета.
     
     12. Соли двухвалентного железа (обычно сернокислого) применяются для коагуляции воды, проводимой при одновременной декарбонизации путем известкования при рН>9. Сведения о таком методе обработки воды содержат "Руководящие указания по известкованию воды на электростанциях" (СЦНТИ ОРГРЭС, 1973). Для коагуляции при известковании используется железный купорос FeSO·7НО (ГОСТ 6981-54*), представляющий собой светло-зеленые кристаллы, которые желтеют при постепенном окислении на воздухе.
________________
     * Действует ГОСТ 6981-94. - Примечание .

     
     При коагуляции без известкования значение рН для окисления двухвалентного железа в трехвалентное и для гидролиза ионов железа недостаточно. С целью ускорения процессов окисления и гидролиза можно прохлорировать раствор реагента или обрабатываемую воду перед введением в нее закисного железа. Последнее будет окисляться хлором
     

2Fe+Cl=2Fe+2Cl.

     
     Теоретический расход хлора по этой реакции составляет 17,75 мг на 1 мг-экв коагулянта. Хлор расходуется также на окисление некоторых примесей природных вод. Так называемая хлоропоглощаемость воды может составлять величину порядка 1-5 мг/л Cl. Таким образом, необходимая доза хлора оказывается высокой. При этом возрастают требования к тщательности дозирования реагентов: всякое нарушение дозирования, при котором хлора не хватит для окисления железа, приведет к недопустимому возрастанию остаточного содержания железа в обработанной воде. Поэтому обработка воды сернокислым закисным железом при одновременном хлорировании на электростанциях не находит применения.
     
     13. Соли трехвалентного железа - сернокислого окисного Fe(SO)·9НО (ВТУ УХКП 52-60) и хлорного FeCL·6НО (ГОСТ 11159-65) пригодны для коагуляции без известкования, они легко гидролизуются при взаимодействии с бикарбонатами исходной воды; уравнения реакций аналогичны приведенным для Al(SO):
     

Fe(SO)+3Ca(HCO)=2Fe(OH)+3CaSO+6CO,

2FeCl +3Ca(HCO)=2Fe(OH)+3CaCl+6CO.

     
     Однако эти реагенты на электростанции централизованно не поставляются, и применение их ограничивается возможными случаями местного снабжения.
     
     При коагуляции окисным сернокислым и хлорным железом в лабораторных условиях были получены примерно такие же результаты очистки воды, как и при использовании сернокислого алюминия.
     
     14. Коагуляция воды возможна с помощью алюмината натрия NaAlO. Преимущество этого реагента в том, что при его введении не увеличивается содержание в воде сульфат-ионов или хлорид-ионов; недостаток - увеличение содержания натрий-ионов, что неблагоприятно для последующего обессоливания воды
     

2NaAlO+Са(НСО)+2НО=СаCO+NaСО+.

     
     Последний недостаток оказывается несущественным в тех случаях, когда при применении других коагулянтов требуется одновременное введение едкого натра из-за недостатка исходной щелочности. Поэтому использование алюмината натрия технологически целесообразно, в частности, для вод с малой исходной щелочностью. Тогда, когда повышение щелочности коагулированной воды нежелательно, алюминат натрия может быть применен совместно с сернокислым алюминием, сернокислым или хлорным окисным железом, например:
     

6NaAlO+ Al(SO)+12НО=8Al(OH)+3NaSO.

     
     В этом случае содержание сульфат-иона в воде возрастает, но меньше, чем при дозировании эквивалентного количества одного сернокислого алюминия. Алюминат натрия не применяется на водоподготовительных установках электростанций из-за отсутствия его поставки.
     
     15. В перспективе (после организации производства) может найти применение коагулянт оксихлорид алюминия [Al(ОН)Cl]·6НО [Л.6], преимущество которого состоит в том, что он лишь минимально увеличивает содержание в коагулированной воде анионов сильных кислот
     

2Al(ОН)Cl+Са(НСО)+2НО=4Al(ОН)+CaCl+2НCО.

II. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС КОАГУЛЯЦИИ

     
     16. На протекание процесса коагуляции (на скорость образования и размеры хлопьев, на полноту выделения коллоидных примесей в осадок) влияют следующие основные факторы: качество исходной воды, величина дозы коагулянта, величина рН-среды, условия перемешивания воды с коагулянтом, температура обрабатываемой воды, применение вспомогательных реагентов, их дозы, порядок ввода реагентов в обрабатываемую воду.
     
     17. Доза коагулянта должна быть такой, при которой достигается приемлемое остаточное содержание в обработанной воде соединений алюминия, железа, "нереакционноспособной" кремниевой кислоты, достаточное снижение окисляемости воды и ее осветление. Необходимая для этого величина дозы зависит от количества и состава (природы) коллоидных примесей в исходной воде, а также от ее мутности и солесодержания.
     
     Отмечено, что степень снижения окисляемости и содержания железа (последнее - в пределах сохранения требуемого резерва щелочности коагулированной воды) находятся, как правило, в прямой зависимости от дозы коагулянта. Так, например, по [Л.13], удельная доза сернокислого алюминия составляет 0,12 мг-экв/л на 1 мг/л O снижаемой при коагуляции окисляемости воды.
     
     Доза коагулянта возрастает с увеличением мутности исходной воды сверх определенного ее значения (порядка 100-200 мг/л и более). Однако доза коагулянта, необходимая для осветления (удаления мутности) воды, обычно оказывается меньше требуемой для достаточного, по условиям последующего обессоливания, снижения окисляемости, удаления железа и "нереакционноспособной" кремниевой кислоты.
     
     Высокое солесодержание исходной воды благоприятно для коагуляции коллоидных примесей вследствие большего сжатия в этом случае диффузного слоя коллоидных частиц.
     
     18. Требуемые дозы коагулянта и вспомогательных реагентов устанавливаются экспериментально для каждого водоисточника в различные характерные периоды года в лабораторных условиях и уточняются при эксплуатации по результатам обработки воды. Методика лабораторных опытов для определения доз реагентов дана в приложении 1. Обычно дозы сернокислого алюминия находятся в пределах 0,5-1,2 мг-экв/л.
     
     Меньшая доза коагулянта достаточна для обработки вод, не загрязненных промышленными стоками, с умеренным содержанием взвеси (до 100 мг/л), с небольшой исходной окисляемостью; большая - необходима для очистки вод с перманганатной окисляемостью примерно 15 мг/л О и выше, для периода паводка, а также для очистки плохо коагулируемых вод (даже если их окисляемость и невысока). Плохая коагулируемость воды может объясняться особыми свойствами содержащихся в воде коллоидных примесей или наличием сильных стабилизаторов коллоидов и обычно связана с загрязнением воды промышленными или бытовыми стоками. В этих случаях иногда требуется повышение дозы коагулянта до 1,5 мг-экв/л.
     
     При эксплуатации водоподготовительной установки следует поддерживать ту минимальную дозу коагулянта, которая обеспечивает необходимый результат очистки воды, так как при увеличении дозы в воде эквивалентно увеличивается содержание сульфатов и, следовательно, возрастает нагрузка на ионитовые фильтры.
     
     19. При проведении коагуляции важное значение имеет величина рН-среды, так как концентрация водородных ионов оказывает влияние на скорость и полноту выделения гидроокиси алюминия при гидролизе коагулянта. Гидроокись алюминия - соединение амфотерное. При низких значениях рН (менее 5,5) оно ведет себя как щелочь и диссоциирует с образованием ионов Al и ОН. Последние в кислой среде образуют с ионами водорода мало диссоциирующие молекулы воды, и, таким образом, гидроокись алюминия растворяется.
     

Al(OH) Al+3OH; OH+H=НО.

     
     При значениях рН>7,5 гидроокись алюминия ведет себя как кислота и диссоциирует с образованием ионов AlO.
     

Al(OH)HAlO+НО,

HAlOН+AlO.

     
     Поэтому для достижения достаточной полноты выделения гидроокиси алюминия величина рН коагулированной воды должна находиться в пределах 5,5-7,5. Значение рН должно быть откорректировано в указанных пределах в зависимости от результатов, которых необходимо достичь при коагуляции воды. Например, для более полного удаления гуминовых соединений следует вести процесс при меньших значениях рН (5,5-6,5). В этом случае гуматы переходят в труднорастворимые и хорошо коагулируемые гуминовые кислоты. Соединения железа обычно полнее удаляются при более высоких значениях рН (6,5-7,5).
     
     20. Оптимальная величина рН (в указанных пределах) устанавливается экспериментально для каждого водоисточника и для каждого характерного периода года при изменении качества воды в источнике по сезонам.
     
     При высокой щелочности исходной воды нужное значение рН может быть достигнуто повышением дозы коагулянта или введением в обрабатываемую воду серной кислоты, которая нейтрализует эквивалентное количество бикарбонатной щелочности исходной воды по реакции
     

HSO+Ca(HCO)= CaSO+2HCO.

     
     При низкой щелочности исходной воды, а также при снижении щелочности в паводковый период резерв щелочности иногда оказывается недостаточным для нейтрализации образующихся при гидролизе ионов водорода и создания нужного значения рН. В этих случаях должно быть предусмотрено подщелачивание исходной воды раствором едкого натра, соды или извести. Итоговые уравнения реакций гидролиза и нейтрализации образующейся кислотности могут быть представлены, соответственно перечисленным выше щелочным реагентам, следующим образом:
     

Al(SO)+6NаОН=2Al(OH)+3NaSO;

Al(SO)+3NаCО+6HO=2Al(OH)+3NaSO+3HCО;

Al(SO)+3Cа(ОН)=2Al(OH)+3CaSO.

     
     Применение для подщелачивания извести вместо едкого натра или соды технологически более целесообразно при дальнейшем обессоливании воды, когда увеличение концентрации ионов натрия в воде нежелательно.
     
     Необходимая доза щелочи обычно находится в пределах 0,3-1,0 мг-экв/л.
     
     21. Воду и реагенты необходимо тщательно перемешать. Интенсивность перемешивания должна быть достаточна для быстрого и равномерного распределения коагулянта в воде, однако она не должна быть излишне большой и приводить к разрушению хлопьев гидроокиси алюминия.
     
     22. Температура коагулируемой воды должна быть достаточна для быстрого и полного гидролиза сернокислого алюминия. При повышении температуры степень гидролиза возрастает вследствие увеличения степени диссоциации воды [Л.3], а степень гидратации коллоидных частиц понижается, что способствует их коагуляции. С другой стороны, при повышении температуры сверх определенного значения адсорбция примесей воды на частицах осадка при коагуляции уменьшается и, кроме того, ухудшаются условия работы анионитов. Поэтому оптимальная температура для коагуляции природных вод с помощью сернокислого алюминия находится обычно в пределах 20-35 °С. Но так как при увеличении температуры воды уменьшается ее вязкость и улучшаются условия отделения взвеси, то в указанных пределах следует принимать ту максимальную температуру, которая приемлема по технико-экономическим соображениям и допустима по условиям сохранности анионитов, т.е. 30-35 °С.
     
     23. При коагуляции, кроме абсолютного значения температуры воды, большое значение имеет стабильность ее подогрева. Всякое колебание температуры приводит к образованию местных токов и замутнению воды, выходящей из осветлителя или механических фильтров (при контактной коагуляции), поэтому заданная температура подогрева воды должна поддерживаться автоматически с точностью ±1 °С.
     
     24. В том случае, когда одной коагуляцией не достигается достаточная степень очистки воды, необходимо применение специальных реагентов - флокулянтов для ускорения образования и укрупнения хлопьев, а также предварительного хлорирования исходной воды.
     
     25. Флокулянты - это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц и тем самим интенсифицирующие процесс образования хлопьев и увеличивающие их размеры. Ввод флокулянта в обрабатываемую воду обычно позволяет увеличить эффект осветления воды и фактическую производительность коагуляционной установки.
     

     26. В качестве флокулянта применяется выпускаемый химической промышленностью полиакриламид (ПАА). Он представляет собой продукт полимеризации моноакриламида и солей акриловой кислоты
     

     ПАА поставляется в виде тягучего вещества желтого и зеленоватого цвета, содержащего от 4 до 9% активного полимера, а также некоторое количество примесей (гипса или сульфата аммония) и мономера. Применяется два сорта ПАА: известковый и аммонийный, выпускаемые по техническим условиям Министерства химической промышленности СССР.
     
     Содержание мономера в обоих сортах не должно превышать 2,8% содержания полимера, т.е. 0,22% для 8%-ного продукта. Известковый ПАА содержит до 0,5% гипса, аммонийный до 13-14% сульфата аммония [Л.15].
     
     27. Необходимая доза ПАА и получаемый эффект от его ввода выявляются экспериментально и зависят от физико-химических свойств обрабатываемой воды, в частности, от ее мутности, дозы коагулянта, а также от схемы установки для предварительной очистки (коагуляция в осветлителях или непосредственно в механических фильтрах). Обычно дозы ПАА находятся в пределах 0,1-1,0 мг/л полимера (в расчете на 100%-ный продукт), причем меньшие дозы соответствуют меньшей мутности исходной воды.
     
     При предварительной очистке добавочной воды котлов перед ее обессоливанием, когда требуется не только осветлить воду, но и максимально очистить ее от соединений железа, кремния и т.д., применение полиакриламида обычно не позволяет снизить дозу коагулянта. В тех случаях, когда не налажен режим коагуляции, то есть когда не найдены или не осуществлены оптимальные условия ее проведения, ввод флокулянта увеличивает эффект очистки воды при той же дозе коагулянта либо позволяет получить при меньшей дозе коагулянта такой же эффект, как без флокулянта.
     
     28. Хлорирование исходной воды интенсифицирует хлопьеобразование вследствие того, что хлор, окисляя, разрушает вещества, препятствующие коагуляции и являющиеся стабилизаторами коллоидов. Кроме того, хлор, по-видимому, разрушает комплексы соединений железа и сложные органические вещества, что приводит к возможности удаления их в процессе коагуляции. Лабораторный и промышленный опыты показывают, что хлорирование увеличивает эффект снижения содержания железа и окисляемости воды. Сущность окислительного действия хлора заключается в том, что атом свободного хлора приобретает электрон от окисляемого вещества и превращается в одновалентный ион
     

Сl+2=2Сl.

     
     В воде молекулы свободного хлора частично гидролизуются с образованием хлористой (соляной) и хлорноватистой кислот
     

Сl+HO=HCl+HOCl.

     
     Хлорноватистая кислота - очень сильный окислитель. В присутствии веществ, способных присоединять кислород, она разлагается по схеме
     

HOCl=HCl+O.

     
     Оставшийся в коагулированной воде свободный хлор устраняется при пропуске ее через Н-катионитовые фильтры, загруженные сульфоуглем, или, если они загружены синтетическим катионитом, например КУ-2, то при пропуске через фильтры активированного угля, установленные перед Н-катионитовыми фильтрами, загруженными синтетическим катионитом. Свободный хлор, взаимодействуя с углем (или сульфоуглем), образует в водной среде соляную кислоту
     

2Сl+C+2HO=4HCl+CO.

     
     Хлорирование воды перед ее коагуляцией может осуществляться или постоянно, или только в периоды повышения в исходной воде содержания железа и увеличения ее окисляемости, когда одной коагуляцией не удается добиться желаемых результатов обработки воды.
     
     Необходимая для обработки воды доза хлора определяется экспериментально. Обычно дозы хлора находятся в пределах 5-20 мг/л, при этом доза ограничивается таким значением, при котором остаточное содержание свободного хлора в коагулированной воде после механических фильтров не более 10 мг/л.
     
     Расход активированного угля или сульфоугля на дехлорирование воды составляет менее 0,5 т в год при производительности установки 100 т/ч по коагулированной воде и при среднегодовой концентрации свободного хлора перед фильтрами 5 мг/л.
     
     Промышленное опробование хлорирования воды перед ее коагуляцией на Тольяттинской TЭЦ Куйбышевэнерго показало, что остаточная окисляемость (по отношению к исходной) при этом дополнительно снижалась на 30%, а содержание железа уменьшалось до 100 мкг/л вместо 300 мкг/л без хлорирования.
     
     29. Порядок ввода, то есть очередность и место ввода реагентов в обрабатываемую воду, влияет на свойства образующегося осадка и, тем самым, на результаты очистки воды.
     
     Окислители (газообразный хлор, хлорная известь) и подщелачивающий (или подкисляющий) реагент вводятся до коагулянта в общий поток исходной воды для того, чтобы разрушить защитные коллоиды и при необходимости создать оптимальное значение рН. Окислитель следует вводить в жидкость с более низким значением рН, то есть после кислоты при подкислении или ранее щелочи при подщелачивании. При хлорировании с целью углубления эффекта обезжелезивания иногда целесообразно вводить окислитель в коагулированную воду перед механическими фильтрами.
     
     Коагулянт предпочтительнее вводить в зону контактной среды (в нижнюю часть осветлителя), чтобы скоагулированные примеси выделялись на поверхности ранее сформировавшихся частиц осадка.
     
     Флокулянт следует вводить спустя 1-3 мин после ввода коагулянта, чтобы к этому времени в основном были завершены процессы образования микрохлопьев и сорбции на них выделяемых веществ.
     
     Необходимые места ввода реагентов должны быть предусмотрены при проектировании и уточнены при наладке предочистки.
     

III. ОСВЕТЛИТЕЛИ

     
     30. Для коагуляции воды на электростанциях применяются осветлители с контактной средой из взвешенного шлама, образующегося при обработке воды, в основном аппараты ЦНИИ-2 (рис.4 и 5) и ЦНИИ-3 (рис.6). Выполнены также проекты осветлителей в модификациях, разработанных ВТИ (рис.7 и 8). Сведения по основным аппаратам приведены в табл.4 .
     
     

Рис.4. Схема осветлителя ЦНИИ-2 производительностью 150 м/ч:

1 - трубопровод исходной воды; 2 - воздухоотделитель; 3 - распределительная труба; 4 - сопло;
5 - смесительная перегородка; 6 - шламоприемное окно; 7 - корпус шламоуплотнителя;
8 - внутренний "стакан" шламоуплотнителя; 9 - распределительная (дренажная) решетка;
10 - отверстие желоба; 11 - заслонка; 12 - калиброванное отверстие; 13 - приемный короб
осветленной воды; 14 - выход воды из осветлителя; 15 - ввод раствора коагулянта;
16 - линия непрерывной продувки с ручным управлением; 17 - дренажная воронка для
тарирования шкалы непрерывной продувки; 18 - линия периодической продувки осветлителя
в шламоуплотнитель; 19 - дренаж шламоуплотнителя; 20 - линия автоматической продувки
шламоуплотнителя с помощью сервопривода и сигнализатора уровня осадка (СУШ);
21 - дренажный канал; 22 - верхняя граница взвешенного осадка; 23 - пробковый кран; 24 - задвижка

Рис.5. Схема осветлителя ЦНИИ-2 производительностью 450 м/ч, усовершенствованного ВТИ:

 1-7, 9-16 см. на рис.4; 8 - шламоприемная труба (8 шт.); 17 - кольцевой грязевик;
18 - переливная линия; 19 - короб для отвода осветленной воды

Рис.6. Схема осветлителя ЦНИИ-3 производительностью 150 м/ч (до реконструкции):

1-14 см. рис.4

   
Рис.7. Схема осветлителя ВТИ производительностью 100 м/ч:

1, 2, 4-7, 9, 10, 13-16, 19, 20 - см. рис.4; 3 - распределительная воронка (4 шт.);
8 - шламоприемная труба (4 шт.); 11 - коллектор шламоуплотнителя; 12 - линия возврата
воды из шламоуплотнителя; 17 - перепускная труба от воздухоотделителя к соплу; 18 - люк

  
Рис.8. Схема осветлителя для коагуляции воды производительностью 350 м/ч (проекты ХО ТЭП по техническому заданию ВТИ):

1, 2 - подвод и отвод воды ( 300 мм); 3- воздухоохладитель; 4 - распределительная труба (12 шт.  150 мм), заканчивающаяся сменным соплом ( 145 и 115 мм); 5 - дроссельная заслонка на трубах (через одну
трубу); 6 - шламоприемная труба (8 шт.  1100 мм), в каждой 8 окон высотой 1000 мм и шириной 120 мм;
7 - шламоуплотнитель; 8, 9 - сборный коллектор  300 мм и труба, отводящая осветленную воду из
шламоуплотнителя с регулирующей задвижкой (на рисунке не показана); 10 - сборный желоб;
11 - распределительное устройство, 12 - вертикальная смесительная перегородка (8 шт.), в каждой
150 отверстий  100 мм; 13 - верхняя распределительная решетка (2400 отверстий  12 мм);
14 - дренажный коллектор; 15 - линии непрерывной и периодической продувки; 16 - ввод раствора
коагулянта; 17 - то же полиакриламида, 18 - в дренаж; 19 - вода на промывку коллектора шламоуплотнителя

     
     
 Таблица 4

     
     
     31. Осветлитель (см. рис.8) работает следующим образом. Подогретая исходная вода подается в воздухоотделитель, расположенный в центральной верхней части осветлителя. Освобожденная от пузырьков воздуха вода вводится по распределительной системе труб в нижнюю часть осветлителя через тангенциально расположенные сопла. Туда же несколько выше горизонтальной оси сопл вводится раствор коагулянта и при надобности несколько выше, чем раствор коагулянта - раствор флокулянта. Возможен также ввод коагулянта перед воздухоотделителем. Раствор щелочи (при подщелачивании воды) вводится в общий трубопровод исходной воды. Вода и коагулянт перемешиваются при вращательном движении потока, при этом происходит реакция гидролиза коагулянта и образование хлопьев осадка - шлама, включающего гидроокись алюминия, а также коллоидно- и грубодисперсные вещества, удаляемые из обрабатываемой воды. Образующийся шлам используется в качестве контактной среды, через которую снизу вверх проходит вода. Из верхней части контактной среды шлам отводится в шламоуплотнитель, а коагулированная вода проходит защитную зону осветления (над зоной контактной среды), верхнюю (дренажную) решетку и по сборному желобу сливается в распределительное устройство, откуда по трубопроводу сливается в бак коагулированной воды.
     
     В нижней части осветлителя расположены горизонтальная решетка (в осветлителях, разработанных ВТИ) и несколько вертикальных, радиально установленных перегородок для выравнивания потока жидкости и преобразования его движения из вращательного в поступательное.
     
     Часть потока жидкости отводится через шламоприемные окна по шламоотводным трубам в шламоуплотнитель. В некоторых аппаратах шламоприемные окна расположены непосредственно в стенке шламоуплотнителя взамен или в дополнение к шламоприемным трубам. Поступившая со шламом вода осветляется в шламоуплотнителе при движении вверх и отводится по коллектору 8 и трубопроводу 9 в измерительный отсек распределительного устройства и далее соединяется с общим потоком коагулированной воды. Шлам уплотняется под давлением собственного веса (в нижней части шламоуплотнителя восходящего движения жидкости нет) и выводится из шламоуплотнителя при его продувке.
     
     32. Осветлители ЦНИИ-2 и ЦНИИ-3, установленные на водоподготовительных установках электростанций, во многих случаях работают удовлетворительно лишь при производительности, уменьшенной до 50-70% проектной.
     

     Анализ условий и результатов работы осветлителей показал, что основные причины неудовлетворительной очистки воды - недостаточные размеры аппаратов и их отдельных элементов: высоты и поперечного сечения воздухоотделителя и зон контактной среды и осветления. Принятая скорость движения и длительность пребывания воды в воздухоотделителе не обеспечивают удаления воздуха; принятая расчетная скорость восходящего движения воды в осветлителях недопустимо велика при обработке вод с небольшим исходным содержанием взвеси, обычно подаваемых на питание водоподготовительных установок. Таким образом, из-за малой высоты зоны осветленной воды и большой скорости восходящего движения воды в ней осветлители оказываются очень чувствительными к изменениям нагрузки и колебаниям температуры, то есть надежность их работы резко снижается.
     
     33. Для приближения производительности осветлителей типа ЦНИИ к проектному значению предложен ряд мероприятий по усовершенствованию их конструкции:
     
     1. В осветлителях ЦНИИ-3 автором конструкции осветлителей типа ЦНИИ Е.Ф.Кургаевым рекомендуется взамен первоначально принятого воздухоотделителя с нисходящим движением воды со скоростью 100 м/ч и длительностью пребывания до 45 с применять открытый желоб для подачи воды и пленочный воздухоотделитель (рис.9) (соответствующие изменения внесены ЛО TЭП в проекты осветлителей ЦНИИ-3 производительностью 150, 230 и 450 м/ч), а также осуществлять с помощью эжектора, установленного на линии исходной воды, подсос из линии продувки осветлителя ранее выпавшего осадка в количестве 20-25 мг/л в расчете на сухое вещество, с целью увеличения объемной и весовой концентрации осадка контактной среды при малом исходном содержании взвеси.
     
     

Рис.9. Схема осветлителя ЦНИИ-3 с усовершенствованным воздухоотделителем (проект ЛО ТЕП по рекомендациям Е.Ф.Кургаева):

Основные размеры (округленно), м

     
     
1 и 2 - исходная и осветленная вода; 3 - подающий короб; 4 - решетка; 5 - перегородка;
6 - воздухоотделитель; 7 - распределительные трубы; 8 - сменные водяные сопла; 9 - вертикальные
перегородки (из досок); 10 - верхняя распределительная решетка; 11 - сборный желоб;
12 - распределительное устройство; 13 - шламоуплотнитель; 14 и 15 - шламоприемные
и шламоотводящие трубы; 16 - труба, отводящая воду из шламоуплотнителя в
распределительное устройство; 17 и 18 - непрерывная и периодическая продувки;
19 - в дренаж; 20 - патрубок с клапаном; 21 - трос

     
     Примечание. Линии ввода реагентов на общем виде осветлителя не показаны.
     
     
     По данным авторов предложения, эти мероприятия при одновременном введении ПАА в количестве 1 мг/л позволили увеличить производительность осветлителя на Киришской ГРЭС Ленэнерго до 83-86% проектной и улучшить качество осветленной воды [Л.16]. Однако эффективность возврата шлама выявлена в условиях эксплуатации еще недостаточно, поэтому производительность вновь устанавливаемых осветлителей ЦНИИ-3 следует принимать без учета влияния этого мероприятия на основании расчета (приложение 2) и опыта эксплуатации идентичных аппаратов в сходных условиях.
     
     По опыту ВТИ, реконструировать воздухоотделители целесообразно по схеме рис.8 и расчетным параметрам по п.37. Кроме того, высоту шламоотвода, принятую в осветлителях типа ЦНИИ равной 1,2 м, целесообразно уменьшить примерно до 0,5 м. Для этого следует перекрыть нижние ряды окон, а площадь "живого" сечения верхних окон увеличить так, чтобы скорость движения воды в них при расчетной величине отсечки была не более 5 мм/с. Эффективность уменьшения высоты шламоотвода путем изоляции нижних рядов окон подтверждается опытом эксплуатации осветлителей ТЭЦ-16 Мосэнерго.
     
     2. Осветлители ЦНИИ-2 проектной производительностью 150 м/ч (N 5 по табл.4), если их фактическая производительность оказывается значительно меньше этой величины (на ГРЭС-4 Мосэнерго, например, она составляла около 50% проектной, то есть 70 м/ч), целесообразно для увеличения производительности реконструировать по схеме, предложенной BТИ для ГРЭС-4 Мосэнерго (рис.10). По условиям расположения дополнительных элементов при реконструкции в пределах верхнего павильона приняты следующие расчетные величины при проектном расходе 150 м/ч: в воздухоотделителе первой ступени скорость движения воды 30 м/ч, длительность пребывания воды 3,2 мин; в смесителе - длительность пребывания 1,75 мин, скорость ввода воды через сопло 2 м/с; в воздухоотделителе второй ступени - скорость 83 м/ч и длительность пребывания 1,5 мин.
          
     

Рис.10. Схема осветлителя ЦНИИ-2 производительностью 150 м/ч, реконструированного ГРЭС-4 Мосэнерго по схеме ВТИ

     
     
     В реконструированном осветлителе исходная вода поступает в воздухоотделители первой ступени 1 по распределительной системе 2 и отводится через дренажную систему 3, перепускную трубу 4 и сопло 5 в смеситель 6. Переливаясь через борт смесителя, вода движется по его наклонной стенке и попадает в воздухоотделитель второй ступени 7, герметично отделенный от шламоуплотнителя днищем 8, откуда по обычной схеме через распределительные трубы 9, оканчивающиеся соплами 10, поступает в нижнюю часть осветлителя. Поднимаясь вверх, вода проходит через верхнюю дренажную решетку 11 осветлителя и по желобу 12 сливается в распределительное устройство 13. Для сбора осветленной воды в шламоуплотнителе имеется коллектор 14, из которого вода также сливается в распределительное устройство 13. Вода, осветленная в шламоуплотнителе, собирается коллектором 15 и по трубе 16 поступает в распределительное устройство, откуда вся коагулированная вода сливается в баки по трубопроводу 17. По нижней образующей коллектора расположено 38 отверстий диаметром 25 мм. В смесителе установлена мешалка с электроприводом (на рис.10 не показаны).
     
     В нижней части осветлителя установлен коллектор 18, соединенный четырьмя патрубками 19 диаметром 46 мм с внутренней полостью осветлителя для периодической продувки его по линии 20. Для промывки дренажного коллектора к нему подведена вода по трубопроводу 21. Коагулянт вводится в обрабатываемую воду перед смесителем по линии 22.
     
     Реконструкция позволила в достаточной мере освободить воду от воздуха перед вводом ее в осветлитель, то есть устранить одну из основных причин неудовлетворительной работы аппарата. До реконструкции из-за присутствия большого количества мелких пузырьков воздуха укрупненные в результате ввода ПАА хлопья шлама выносились из осветлителя вследствие адсорбции ими воздушных пузырьков. Резкое повышение эффекта удаления воздуха дало возможность применить ПАА.
     
      В результате реконструкции при коагуляции воды р.Оки (содержание взвеси в этот период было сначала 100 мг/л, а затем, снижаясь, достигло 14 мг/л) в самый неблагоприятный сезон в отношении отделения воздуха от воды достигнуто повышение фактической максимально допустимой производительности от первоначальной 70 до 110-120 м/ч без ввода ПАА и до 140 м/ч с вводом ПАА.
     
     Такая реконструкция целесообразна в тех случаях, когда наряду с недостаточным удалением воздуха наблюдается замедленное образование хлопьев, что, по-видимому, объясняется наличием в исходной воде стабилизаторов коллоидов, вносимых с промышленными сточными водами. Из-за предварительного отделения воздуха и последующего энергичного смешения воды с коагулянтом хлопья появляются быстрее и шлам, образующий контактную среду, уплотняется (увеличивается его объемная и весовая концентрация).
     
     3. В осветлителях ЦНИИ-2 проектной производительностью 450 м/ч высота зоны контактной среды больше, чем в остальных аппаратах типа ЦНИИ, и поэтому они удовлетворительно осветляют воду при нагрузках, близких к проектной производительности. Имеется положительный опыт их применения на ТЭЦ-20 Мосэнерго, Тольяттинской и Волжской ТЭЦ. В тех же случаях, когда наблюдается недостаточное осветление воды из-за неполного удаления воздуха, рекомендуется увеличить размеры воздухоотделителя, выполнив его, например, аналогично тому, как это принято в осветлителе, показанном на рис.8 или 10.
     
     34. В осветлителях производительностью 100 и 350 м/ч, разработанных по техзаданиям ВТИ (N 7, 8 по табл.4, рис.7 и 8), основные решения и габариты приняты исходя из обеспечения надежной очистки воды с малой исходной мутностью. С этой целью в осветлителях принята уменьшенная скорость движения и увеличенная длительность пребывания воды в воздухоотделителе, уменьшенные скорости движения воды в зонах контактной среды и осветления и увеличенные высоты этих зон.
     
     В осветлителях предусмотрена возможность ступенчатого изменения скорости ввода воды без опорожнения аппарата. Для этого в осветлителе производительностью 350 м/ч установлены дроссельные заслонки на распределительных трубах (через одну трубу), а в осветлителе производительностью 100 м/ч - три сопловых ввода воды, каждый из которых может быть перекрыт задвижкой.
     
     В осветлителях предусмотрена нижняя смесительная горизонтальная решетка (отсутствующая в осветлителях типа ЦНИИ-2 и 3). Как показывают наблюдения за работой осветлителей для известкования воды, наличие решетки способствует равномерности концентрации шлама в контактной среде.
     
     Расчетная производительность осветлителей принята для температуры подогрева воды 30±1 °C и значений показателя  не более 40% (см. п.35). Последнее условие в зависимости от дозы коагулянта  обеспечивается при следующей минимально необходимой мутности () исходной воды:
     

     
     В тех случаях, когда >40%, проектная производительность данного осветлителя должна быть соответственно уменьшена (см. п.36). Расчетное значение остаточного содержания взвеси в воде на выходе из осветлителя до 5 и не более 10 мг/л. Допускается форсировка осветлителя производительностью 350 м/ч до 400 м/ч, при этом остаточное содержание взвеси может возрасти.
     
     Осветлитель производительностью 100 м/ч разработан для ГРЭС-3 Мосэнерго. Осветлитель производительностью 350 м/ч принят для типовых обессоливающих установок ГРЭС мощностью 2400-3600 МВт. В проекте осветлителя производительностью 350 м/ч указаны требования к монтажу аппарата.
     
     35. При проектировании осветлителей для коагуляции воды на электростанциях используется метод их расчета, предложенный в [Л.17], в котором принято, что дозы коагулянта и параметры контактной среды (скорость свободного осаждения частиц шлама , условный объемный вес шлама , коэффициент уплотнения шлама ) зависят от мутности исходной воды.
     
     Этот метод предназначен для определения размеров осветлителей, исходя из заданного результата осветления воды и нуждается в совершенствовании, так как при коагуляции воды перед химическим обессоливанием требуется не только ее осветление, но и максимальная очистка воды от органических веществ, железа, кремния и др. При этом для обычно встречающихся исходных вод с невысокой мутностью нужны большие дозы коагулянта, чем только для осветления воды. С возрастанием же доли Al(OH) в осадке изменяются расчетные технологические параметры шлама. Поэтому в порядке первоочередного усовершенствования методики расчета осветлителей рекомендуется [Л.18] расчетные показатели свойств контактной среды принимать в зависимости от параметра , представляющего собой процентное содержание Al(OH) в образующемся осадке.
     
     При использовании для коагуляции сернокислого алюминия
     

%,

     
где  - вес выделяющейся в осадок гидроокиси алюминия, мг/л;
     
      - доза коагулянта, мг-экв/л;
     
      - содержание взвеси в исходной воде, мг/л.
     
     Значения параметров шлама в зависимости от , полученные путем обработки данных [Л.17], приведены в табл.5. Аналогичные данные, пользуясь методикой [Л.17], можно получить экспериментально для других коагулянтов, а также при применении флокулянта.
     
     

Таблица 5

     
     
     36. Проекты осветлителей (см. табл.4) выполнены исходя из осредненного качества исходной воды и определенной температуры ее подогрева, которые могут отличаться от реальных, поэтому в проекте должен быть выполнен поверочный расчет для каждого случая применения осветлителя с целью уточнения его производительности, учитывающий местные условия. Поверочный расчет следует производить по методике [Л.17], принимая значения параметров шлама в зависимости от  (см. табл.5). Порядок поверочного расчета (основных элементов осветлителя) и расчетные формулы приведены в приложении 2.
     
     Для определения величины  дозу коагулянта  следует принимать по результатам пробной коагуляции воды или по данным эксплуатации водоподготовительных установок, использующих ту же исходную воду; при отсутствии экспериментальных данных - ориентировочно по формуле
     

 мг-экв/л,

     
где  - перманганатная окисляемость исходной воды, мг/л .
     
     Приближенно значения производительности осветлителей при температуре обрабатываемой воды 30 °C, исходя из условий соблюдения допустимой скорости восходящего движения воды, могут быть определены по рис.11. При этом должны быть выявлены также и допустимые значения мутности исходной воды по условиям отведения шлама из осветлителя (см. п.2 приложения 2).
     

Рис.11. Коэффициент () изменения расчетной производительности () осветлителя в зависимости от  при =30 °С

1 - осветлитель ЦНИИ-3, =450 м/ч (N 4 в табл.4); 2 - осветлители ЦНИИ-3, =60 м/ч, =150 м/ч, =230 м/ч; осветлитель ЦНИИ-2, =150 м/ч (N 1-3, 5 в табл.4); 3 - осветлитель ЦНИИ-2, =450 м/ч (N 6 в табл.4); 4 - осветлитель ВТИ, =100 м/ч (N 7 в табл.4); 5 - осветлитель ХО ТЭП - ВТИ, =350 м/ч (N 8 в табл.4);  - проектная производительность осветлителя, м/ч

     
     
     При иных конструкциях осветлителей и другой температуре исходной воды следует производить поверочный расчет по приложению 2. В том случае, если в отдельные недлительные периоды года расчетная производительность осветлителя оказывается несколько меньше требуемой, допустимо учесть ее увеличение в результате ввода флокулянта (ПАА).
     
     Ориентировочно можно считать, что ввод ПАА в надлежащих дозах позволяет увеличить производительность осветлителя и весовые содержания сухого вещества в шламе примерно на 20%.
     
     Предусматривать при проектировании водоподготовительной установки ввод флокулянта в течение всего или большей части года с целью увеличения производительности осветлителя не следует. Это мероприятие должно быть сохранено как дополнительное, чтобы использовать его, если в практике эксплуатации осветлителя фактическая производительность его даже после тщательной наладки окажется меньше проектной.
     
     37. При проектировании новых осветлителей рекомендуется рассчитывать их по [Л.17], принимая:
     
     - расчетные параметры контактной среды в зависимости от  (см. табл.5);
     
     - расчетную прозрачность выдаваемой воды 300 см "по кресту";
     
     - скорость движения воды в воздухоотделителе не более 25 м/ч и длительность пребывания в нем не менее 5 мин;
     
     - защитную высоту зоны осветления не менее 1,5 м (желательно до 2 м), особенно при больших производительностях и диаметрах осветлителя;
     
     - удельную площадь поперечного сечения зоны осветления шламоуплотнителя в процентах от площади поперечного сечения зоны контактной среды осветлителя, равную
     

%,

     
где   - количество образующегося осадка, мг/л сухого вещества;
     

      - условный объемный вес частиц контактной среды, мг/мл;

     
      - объемная концентрация осадка в контактной среде осветлителя, мл/мл;

     
      - размер продувки, % расчетной производительности осветлителя.

     
     38. Метод расчета осветлителей является приближенным. Поэтому, а также и вследствие многообразия качества исходных вод, необходимо в каждом конкретном случае уточнять фактическую производительность осветлителя в эксплуатационных условиях и принимать эту величину в качестве расчетной при дальнейшем расширении водоподготовительной установки.
     
     39. Эффективность очистки воды методом коагуляции помимо полноты прохождения процесса собственно коагуляции определяется также и степенью осветления воды, т.е. отделения ее от образовавшегося осадка.
     
     Степень осветления воды при коагуляции ее в осветлителе в основном определяется физическими параметрами контактной среды, высотой ее слоя, скоростью движения через нее воды, а также своевременным отведением избыточного количества шлама в шламоуплотнитель, а из него - в дренаж. Параметры же контактной среды в осветлителе зависят от качества исходной воды, применяемых реагентов, их доз, условий ввода и перемешивания воды и реагентов.
     
     40. Для приближения к оптимальным условиям перемешивания воды и реагентов скорость ввода воды в осветлитель (на выходе из сопл)  должна быть принята ориентировочно в зависимости от величины исходной мутности обрабатываемой воды [Л.17].
     

     
     Величина  уточняется при наладке на основании наблюдений за характером образующегося осадка. В осветлителе, разработанном ВТИ, величину скорости ввода воды можно изменять путем перекрытия нескольких водораспределительных труб; в осветлителях ЦНИИ для изменения скорости  необходимо установить другие сменные сопла, что требует останова и опорожнения осветлителя.
     
     41. Скорость движения воды в зоне контактной среды определяется нагрузкой осветлителя. Нагрузка осветлителя должна поддерживаться стабильной при возможно более редких и плавных ее изменениях. Рекомендуется применять систему автоматического изменения нагрузки в зависимости от уровня в баке коагулированной воды (при нахождении уровня воды в баке между предельными верхним и нижним его положениями нагрузка осветлителя должна поддерживаться постоянной).
     
     Увеличение нагрузки осветлителя допускается не более чем на 10% расчетной с интервалами не менее 15 мин. Увеличение нагрузки с большей интенсивностью, а также превышение абсолютной величины максимально возможной нагрузки приводит к выносу ранее накопленного шлама из осветлителя в баки коагулированной воды и далее в фильтры.
     
     42. Высота зоны контактной среды должна быть, с одной стороны, достаточна для завершения процесса осветления воды, а с другой стороны (по условию сохранения необходимой высоты защитной зоны осветления), - не превосходить заметно расчетную. При расчете осветлителя граница зоны контактной среды обычно принимается на уровне верхней кромки шламоприемных окон или на уровне верхнего ряда окон, если они расположены в несколько рядов, как в осветлителях ЦНИИ. При значительном уменьшении нагрузки осветлителя граница шлама понижается вследствие его уплотнения, связанного с уменьшением скорости восходящего движения воды. По мере накапливания шлама граница вновь достигает шламоприемных окон, так как только через них осадок выводится из осветлителя, если он специально не удаляется через дренажные трубы собственно осветлителя.
     
     В практике эксплуатации с целью увеличения высоты слоя шлама иногда ограничивают количество воды, отводимой в шламоуплотнитель. Это может привести лишь к нарушению шламового режима работы осветлителя и замутнению выдаваемой осветлителем воды.
     
     43. Шламовый режим осветлителя должен быть налажен так, чтобы соблюдался баланс сухого вещества осадка, образующегося в осветлителе, отводимого в шламоуплотнитель и удаляемого в дренаж с продувкой шламоуплотнителя
     

,

     
где  - количество осадка, образующегося в осветлителе при коагуляции, отнесенное к объему обрабатываемой воды; определяется по формуле
     

 мг/л,

     
здесь  и  - соответственно мутность исходной и осветленной воды, мг/л;
     
      - количество нерастворимых примесей в реагенте при дозировании в осветлитель неочищенного глинозема со взвесью, % по отношению к весу Al(SO)·18HO;
     

%,

     
здесь  - навеска реагента, г;
     
      - вес нерастворимых примесей в ней, г;
     
      - весовая концентрация шлама в верхней части зоны контактной среды осветлителя, г/л;
     
      - то же в продувочной воде;
     
      -  расход исходной воды через осветлитель, м/ч;
     
      - необходимый расход жидкости через шламоприемные окна в шламоуплотнитель, м/ч;
     
       - расход продувочной воды из шламоуплотнителя, м/ч.

     Величины  и  определяются из уравнения баланса следующим образом:
     

 м/ч;

     
 м/ч.

     
     Величина расхода осветленной воды  из шламоуплотнителя в распредустройство определяется по разности
     

 м/ч.

     
     Величины ,  и других параметров контактной среды определяются по методике, приведенной в приложении 3,  и  - по методике, приведенной в приложении 4.
     
     44. Для удаления крупных частиц песка иногда нужна непродолжительная продувка собственно осветлителя. Частота и длительность этих продувок устанавливается на основе эксплуатационных наблюдений, обычно они проводятся один раз в несколько суток в течение 0,5-2 мин.
     
     45. Заполнение и пуск опорожненного осветлителя после монтажа или ремонта производится при нагрузке, равной 50% расчетной, и если позволяет резерв щелочности исходной воды при повышенной в 1,5-2 раза дозе коагулянта. Когда высота зоны контактной среды достигнет примерно половины ее расчетной величины, устанавливается нормальная доза коагулянта и нагрузка осветлителя доводится до требуемой увеличением ее не более чем на 10% и не чаще чем через каждые 15 мин. Доля осветленной воды, проходящей через шламоуплотнитель (так называемая отсечка), по отношению к общему расходу воды на осветлитель устанавливается такой же, какую составляет площадь поперечного сечения шламоуплотнителя по отношению к площади поперечного сечения зоны контактной среды.
     
     46. При выводе осветлителя в резерв на срок более 1 мес осадок из него удаляется полностью; при выводе осветлителя в резерв на срок менее 1 мес осадок удалять не следует. В последнем случае пуск осветлителя из резерва производится при нормальной дозе коагулянта и нагрузке, равной 50% расчетной, с дальнейшим увеличением ее не более чем на 10% и не чаще чем через каждые 15 мин.
     
     

IV. МЕХАНИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

     
     47. На коагуляционных установках следует применять вертикальные и горизонтальные напорные механические фильтры с одно- и двухслойной загрузкой. Высота слоя загрузки не менее 1 м. Применение двухкамерных механических фильтров будет возможно, когда они будут выпускаться с дополнительным люком, наличие которого необходимо для соблюдения требований техники безопасности при нанесении внутренних противокоррозионных покрытий.
     
     48. Дренажи фильтров и детали крепления дренажей должны быть выполнены из коррозионностойких материалов. Внутренняя поверхность фильтров, включая коллектор и патрубок подвода воды, должна иметь антикоррозионное покрытие. Пробоотборные корыта и сливные трубы от них также должны иметь антикоррозионное покрытие или изготавливаться из коррозионностойкого материала.
     
     49. Впредь до организации централизованной поставки фильтрующего материала допускается загружать механические фильтры дробленым антрацитом с зольностью до 10%, содержанием общей серы до 2%, истираемостью до 5%, измельчаемостью до 4% и обладающим достаточной химической стойкостью [Л.19].
     
     В двухслойных фильтрах верхний слой загружается дробленым антрацитом; для загрузки нижнего слоя должен использоваться другой материал с большим удельным весом, химическая стойкость и механическая прочность которого не меньше указанных выше. Этим требованиям удовлетворяет кварцевый песок или дробленый кварц (двуокись кремния).
     
     50. Размер фракций - частиц фильтрующего материала для однослойных фильтров должен находиться в пределах 0,6-1,4 мм, коэффициент неоднородности не более 2, эквивалентный диаметр не более 0,8 мм. Для двухслойных фильтров размер фракций и высота слоя принимаются следующими:
     

     
     Методики определения фракционного состава, химической стойкости и механической прочности приведены в [Л.20].
     
     51. Фильтры с двухслойной загрузкой обладают большей грязеемкостью и особенно рекомендуются для контактной коагуляции. В тех случаях, когда применение двухслойных фильтров затруднительно, на установках контактной коагуляции рекомендуется применять фильтры с увеличенной высотой слоя фильтрующего материала (1,75-2,0 м), используя для этого корпуса фильтров активированного угля (загрузка дробленым антрацитом с размером частиц - 0,6-1,4 мм), или двухступенчатое фильтрование, используя в первой по ходу воды группе фильтров более крупный фильтрующий материал (0,7-1,7 мм), во второй - более мелкий (0,5-1,2 мм).
     
     52. При загрузке фильтрующий материал должен быть тщательно отмыт и из него удалены мелкие пылевидные частицы. Особое внимание должно быть обращено на отмывку песка при загрузке двухслойных фильтров.
     
     53. При эксплуатации следует равномерно распределять нагрузку на механические фильтры и своевременно выключать их на промывку при уменьшении прозрачности фильтра до 20 см по шрифту или при увеличении потери напора до 1 кгс/см.
     
     54. Интенсивность промывки механического фильтра (обычно до 12 л/(с·м) уточняется при наладке и устанавливается такой, чтобы фильтрующий материал расширялся в восходящем потоке воды на 30-40% и достигал уровня примерно на 10 см ниже борта переливной воронки фильтра. Необходимая для этого интенсивность подачи воды может быть определена на лабораторном фильтре при той температуре, которую имеет взрыхляющая вода производственной установки.
     
     55. Промывка фильтров производится в следующем порядке: совместная водовоздушная промывка в течение 2-3 мин при удельном расходе воды до 6 л/(с·м) и воздуха до 10 л/(с·м) и далее водная промывка с интенсивностью примерно 12 л/(с·м), которая заканчивается при достижении прозрачности промывных вод 20 см по шрифту.
     
     При промывке из фильтра должна удаляться мелочь (частицы размером менее 0,25 мм), образующаяся в результате истирания фильтрующего материала. Частицы размером менее 0,5 мм следует удалять, сгребая их с поверхности слоя фильтрующего материала во время ремонта или профилактического осмотра.
     
     56. Последовательное уменьшение длительности фильтроциклов при примерно постоянном качестве поступающей в фильтры воды свидетельствует о накоплении загрязнений в фильтрующем материале. Это обычно наблюдается, если принятая в эксплуатации интенсивность промывки недостаточна и поэтому в подобных случаях она должна быть уточнена.
     
     Для удаления загрязнений рекомендуется во время промывки несколько раз подавать сжатый воздух попеременно с водой, пока не будет происходить заметного замутнения промывочных вод после очередной подачи сжатого воздуха в фильтр.
     
     57. Грязеемкость и, следовательно, длительность рабочих циклов механических фильтров увеличиваются при вводе перед механическими фильтрами флокулянта. При этом уменьшается расход воды на собственные нужды, а при меньших, чем рекомендованные, высотах слоев загрузки или при более крупных размерах частиц фильтрующего материала улучшается и качество фильтрата (увеличивается прозрачность, уменьшается остаточное содержание железа, алюминия и пр.). Поэтому вход флокулянта перед механическими фильтрами рекомендуется использовать в период повышенного содержания взвеси в поступающей на них воде, а также при вынужденной работе с повышенной скоростью фильтрования.
     
     

V. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДОЧИСТКИ

     
     58. При проектировании должно быть тщательно изучено качество исходной воды за предыдущие годы по отдельным сезонам (летняя и зимняя межень, весенние и осенние дождевые паводки), выявлен прогноз изменения качества воды на ближайшие десять лет и изучены данные о работе аналогичных водоподготовительных установок, использующих тот же источник водоснабжения. В сложных случаях (загрязнение водоисточника сточными водами, большое содержание в исходной воде железа, нереакционноспособной кремниевой кислоты и т.п.) должна быть выполнена пробная обработка воды для определения требуемых условий и возможных результатов очистки.
     
     59. Выбор между схемами предварительной очистки известкованием (с одновременной коагуляцией сернокислым железом) и коагуляцией сернокислым алюминием должен быть сделан в каждом случае на основе технико-экономического сравнения, учитывающего возможные результаты обработки воды, первоначальные и эксплуатационные затраты (включая и последующие стадии обработки воды), условия снабжения реагентами и их фактическое качество, условия отведения сбросных вод водоподготовительной установки и т.п.
     
     60. Оба метода технологически применимы для любой исходной воды, исключая воды с избыточной щелочностью (относительно редкие случаи), для которых известкование нерационально.
     
     Предельные (максимальные и минимальные) значения остаточного содержания органических соединений, соединений железа и кремния при том и другом методе примерно одинаковы. Метод, дающий при обработке данной воды лучшие результаты, может быть выявлен только экспериментально. Технологически коагуляция более целесообразна, чем известкование, при значительной мутности, при повышенной окисляемости или цветности, а также при небольшой щелочности исходной зоны, поскольку такие свойства исходной воды неблагоприятны для известкования.
     
     61. Выбор между схемами предочисток с осветлителями и с контактной коагуляцией должен быть сделан в каждом случае на основе технико-экономического сравнения, учитывающего первоначальные и эксплуатационные затраты на предварительную очистку воды, включая затраты на подачу исходной воды и на осветление или сброс от промывки механических фильтров.
     
     При правильной организации процесса результаты очистки воды при обеих схемах примерно одинаковы. Однако условия работы осветлителей при коагуляции воды ухудшаются с уменьшением содержания взвеси в исходной воде - уменьшаются допустимые скорости движения воды и соответственно увеличиваются габариты осветлителей. Особенно существенно габариты осветлителей увеличиваются начиная со значения 55%, чему при =1 мг-экв/л отвечает значение мутности исходной воды около 20 мг/л. Применение же контактной коагуляции ограничивается случаями обработки вод с небольшим исходным содержанием взвеси, при увеличении которой количество промывок фильтров за сутки и расход воды на собственные нужды резко возрастают, вследствие чего схема становится неэкономичной и трудноосуществимой.
     
     Расход промывочной воды и количество промывок механических фильтров зависят (при прочих равных условиях) от грязеемкости фильтрующей загрузки. Приближенная зависимость между количеством выделяющегося при коагуляции осадка ( мг/л), грязеемкостью загрузки ( кг/м), скоростью фильтрования ( м/ч) и необходимым количеством промывок каждого фильтра за сутки () определяется уравнением
     

.

     
     При условии, что число промывок каждого механического фильтра за сутки должно быть не более трех (=3), грязеемкость фильтрующей загрузки слоем 1 м при фракционном составе 0,6-1,4 мм равна в среднем 2,5 кг/м, а расчетная скорость фильтрования - 5 м/ч, допустимое значение
     

 мг/л.

     
     При =1 мг-экв/л и остаточной мутности коагулированной воды =2 мг/л допустимое значение =38 мг/л.
     
     Примерная величина удельного расхода воды на промывку механических фильтров (процент общего расхода исходной воды) определяется как
     

%.

     
     При длительности одной промывки =10 мин, интенсивности промывки =12 л/(с·м) и =40 мг/л расход на промывку составит 12%. Таким образом, применение контактной коагуляции технологически возможно при мутности исходной воды не более 40 мг/л (в том числе и в период паводка), а экономически целесообразно при среднегодовом значении  менее 40 мг/л - порядка 20-25 мг/л. При применении загрузки с большей грязеемкостью и при разработке рациональных систем повторного использования промывочной воды механических фильтров область целесообразного (в экономическом и технологическом отношении) применения схемы контактной коагуляции может быть, по-видимому, расширена.
     
     62. Проект предочистки должен быть подвергнут квалифицированной экспертизе, организация которой является обязанностью дирекции строящейся электростанции и химической службы районного энергоуправления.
     
     63. Единичные мощности аппаратов, сечения основных трубопроводов и размеры помещений принимаются, исходя из конечной мощности электростанции и полной производительности водоподготовительной установки, независимо от того, во сколько очередей предполагается их сооружение.
     
     64. Устройства для подачи исходной воды должны исключать подсос воздуха в воду и самопроизвольное изменение ее расхода. Последнее должно производиться только обслуживающим персоналом или автоматами, регулирующими подачу воды.
     
     65. Подогреватели рассчитываются на подогрев воды до 30°С при максимальной нагрузке предочистки. Отклонения от заданной температуры на предочистках с осветлителями не должны превышать ±1 °С, а на установках для контактной коагуляции ±2 °С.
     
     66. Суммарная расчетная производительность осветлителей, устанавливаемых на предочистке, и резервные места для установки дополнительных аппаратов принимаются согласно нормам технологического проектирования [Л.21]. При пуске сооружается не менее двух осветлителей, а при полном развитии водоподготовительной установки их должно быть не более шести.
     
     67. При использовании ранее разработанных и проектировании новых осветлителей рекомендуется соблюдать указания, приведенные в разделе III.
     
     68. Осветлители, как правило, размещаются вне здания водоподготовительной установки, на минимальном расстоянии от него. Запрещается размещать проезды между осветлителями и зданием водоподготовительной установки. При проектировании предочистки с осветлителями должны быть выполнены следующие требования:
     
     а) предусмотрены отапливаемые и имеющие естественное освещение и вентиляцию верхние (шатры) и нижние павильоны осветлителей, соединенные один с другим и со зданием водоподготовительной установки теплыми переходами. Окна павильонов и шатров должны иметь створные элементы;
     
     б) трубопроводы воды и реагентов размещены в теплых переходах;
     
     в) обеспечен свободный слив коагулированной воды в промежуточные баки (из любого осветлителя в любой промежуточный бак);
     
     г) обеспечено опорожнение одного осветлителя через его дренажи за 4 ч и свободный слив из линии непрерывной продувки при ручном управлении ею;
     
     д) предусмотрена возможность дренирования всех трубопроводов осветлителя при выводе его в резерв или ремонт;
     
     е) предусмотрена система перепуска или перекачки шлама из любого работающего осветлителя в любой другой, пускаемый в работу;
     
     ж) предусмотрена защита внутренней поверхности осветлителя противокоррозионным покрытием. Необходимость нанесения покрытия должна быть учтена проектом осветлителя. Предусмотрено нанесение тепловой изоляции снаружи осветлителя и трубопроводов;
     
     з) предусмотрен подвод осветленной воды к каждому осветлителю для промывки верхней решетки и сборного коллектора осветленной воды в шламоуплотнителе.
     
     69. Общая регулирующая емкость баков осветленной воды принимается равной часовой производительности осветлителей.
     
     70. На предочистках при любом качестве исходной воды предусматриваются устройства для подачи коагулянта и ПAA. Устройства для подачи щелочи предусматриваются при недостаточном резерве щелочности исходной воды. Устройства для хлорирования и устройства для подкисления предусматриваются в тех случаях, когда необходимость подачи активного хлора и кислоты определена проектом (по анализу качества исходной воды или по результатам ее пробной обработки).
     
     71. Для расчета складов и аппаратов реагентного хозяйства принимаются максимальные дозы реагентов, отвечающие наименее благоприятному качеству исходной воды. Если отсутствуют эксплуатационные или экспериментальные данные, рекомендуется исходить из следующих доз реагентов:
     
     коагулянт - подсчитывается по формуле, приведенной в п.36;
     
     ПАА - 1 мг полимера на 1 л воды;
     
     щелочь (едкий натр) подсчитывается по формуле
     

 мг-экв/л;

     
     активный хлор - 10 мг/л;
     
     кислота - до 1,5 мг-экв/л (исходя из расчетного значения рН коагулированной воды, равного примерно 6,3).
     
     72. Склады реагентов проектируются на месячный запас реагентов и должны вмещать содержимое 60-тонного вагона при наличии в складе 15-дневного запаса соответствующего реагента.
     
     73. Доставка реагентов предусматривается непосредственно на склад без промежуточной выгрузки.
     
     74. При проектировании должен быть определен сорт поставляемого коагулянта (очищенный или неочищенный) и в соответствии с этим определены размеры складов и приняты конструкции затворных и расходных баков.
     
     75. Для установок контактной коагуляции применение неочищенного коагулянта не допускается: осветление его технически затруднительно, а подача с осадком увеличит грязевую нагрузку фильтров.
     
     76. Рекомендуется мокрое хранение коагулянта в так называемых ячейках. Ячеек должно быть не менее двух, к ним должен быть подведен сжатый воздух и пар, а также обеспечена циркуляция раствора в них с помощью насосов. Должна быть обеспечена устойчивость и прочность защитного покрытия поверхностей ячеек коагулянта в условиях подогрева раствора паром, загрузки кускового реагента и выгрузки лопатой нерастворившихся примесей.
     
     Расположение ячеек должно обеспечивать удобную разгрузку в них реагента из вагонов.
     
     77. Для приготовления раствора коагулянта устанавливаются две циркуляционные мешалки (возможно также применение мешалок с механическим смесителем) и не менее двух кислотостойких насосов для перекачки раствора из ячеек в затворные мешалки и из последних в расходные, а также для циркуляции раствора в ячейках и затворных мешалках.
     
     78. Расходные баки (расходные мешалки при неочищенном глиноземе) устанавливаются в количестве двух штук на предочистку. Полезный объем каждой затворной мешалки и расходного бака должен быть равен 12-24-часовому запасу раствора при максимальной дозе реагента и работе всех осветлителей с расчетной нагрузкой. Расчетная крепость (по безводному продукту) очищенного глинозема принимается равной 2500 мг-экв/л, а неочищенного - 1500 мг-экв/л.
     
     79. Расходные баки очищенного глинозема должны быть снабжены плавающим шлангом для забора раствора; приемное окончание заборного патрубка должно быть погружено под уровень жидкости. На всасывающей линии к насосам-дозаторам должна устанавливаться фильтр-сетка.
     
     80. В тех случаях, когда на установке для коагуляции воды в осветлителях принято (или не исключается) применение неочищенного глинозема, его следует дозировать вместе с содержащимися в нем примесями. Для этого в качестве расходных баков должны применяться мешалки с механическими смесителями, постоянно поддерживающими примеси во взвешенном состоянии (допустимо также, хотя и менее целесообразно, применение для этой цели циркуляционных мешалок. Перемешивание раствора в расходных баках сжатым воздухом не допускается, так как его попадание во всасывающий трубопровод насосов-дозаторов нарушает их работу.
     
     81. Полиакриламид должен храниться в закрытых емкостях, размещаемых в отапливаемом складе, и быть предохранен от замерзания и высыхания (температура помещения от 5 до 25 °С).
     
     Для приготовления раствора ПАА (рис.12, 13) устанавливается мешалка с гидравлическим и механическим перемешиванием (частота вращения не более 1000 об/мин) и расходный бак (один на предочистку). Перемешивание раствора воздухом не допускается из-за снижения активности реагента в результате окисления. Расчетная крепость рабочего раствора принимается до 1% (считая на полимер). При крепости дозируемого раствора более 0,1% предусматривается разбавление его до этой величины водой "на ходу" перед подачей в осветлитель. Для этого должно быть предусмотрено постоянство давления разбавляющей воды, измерение ее расхода и смешение с отдозированным раствором ПАА в смесителе типа водоструйного насоса (скорость в камере смешения не менее 5 м/с).
     
     

Рис.12. Схема приготовления и дозирования раствора ПАА (вариант I, со смесителем воды и коагулянта):

1 - исходная вода; 2 - ввод коагулянта, 3 - смеситель; 4 - распределительный барабан;
5 - распределительная труба; 6 - сборная решетка; 7 - воздушник; 8 - в дренаж; 9 - мешалка ПАА;
10 - лопасти; 11 - ребро (4 шт.); 12 - отражательный диск; 13 - электродвигатель;
14 - центробежный насос; 15 - расходный бак 1%-ного раствора ПAA; 16 - плавающий шланг;
17 - фильтр-сетка; 18 - насос-дозатор; 19 - осветленная вода на разбавление;
20 - на механические фильтры; 21 - напорный смеситель (по типу эжектора)

Рис.13. Схема приготовления и дозирования раствора ПАА (вариант II, с растворителем):

1 - мешалка; 2 - растворитель; 3 - электродвигатель; 4 - центробежный насос; 5 - расходный бак;
6 - фильтр-сетка; 7 - насос-дозатор; 8 - компенсационный бачок; 9 - смеситель типа эжектора;
10 - насос коагулированной воды на водоподготовительной установке; 11 - коагулированная вода
из баков; 12 - раствор ПАА в осветлитель; 13 - коагулированная вода к механическим фильтрам;
14 - вода от механических фильтров; 15 - пар для подогрева воды

     
     
     Технический ПАА, особенно аммонийный, вызывает коррозию черных металлов. Водные растворы технического ПАА не обладают заметными коррозионными свойствами. Хранение этих растворов допускается в течение 20 дн. Вязкость раствора ПАА при крепости 0,1% (полимера) до 2,5 cП; при крепости 1% - до 58 cП. Потеря напора при подаче по трубам раствора ПАА крепостью 0,5-1% на 30-50% больше, чем при подаче воды.
     
     82. Дозирование серной кислоты и жидкой каустической соды может быть осуществлено непосредственно из мерников без предварительного приготовления слабого раствора. При этом должны быть соблюдены меры по технике безопасности для защиты персонала от ожогов [Л.22].
     
     83. Раствор хлорной извести приготавливается в двух затворно-расходных баках полезной емкостью, рассчитанной на суточный расход по водоподготовительной установке. Расчетная крепость раствора принимается равной 2% по активному продукту.
     
     84. На внутренней поверхности ячеек, мешалок и баков растворов коагулянта, ПАА и хлорной извести должно быть нанесено противокоррозионное покрытие. Трубы для подачи этих реагентов и арматура на них должны быть из неметаллических материалов или из нержавеющей стали.
     
     85. Для дозирования газообразного хлора должны применяться специальные хлораторы, изготавливаемые для городских водопроводов. Система автоматизации подачи газообразного хлора по расходу обрабатываемой воды, разработанная для водоподготовительных установок электростанций [Л.23], на практике еще не проверена.
     
     86. Предусматриваются следующие места ввода растворов реагентов.
     
     На установке с осветлителями:
     
     - щелочь и активный хлор (при их использовании) - в линию исходной воды перед разветвлением по осветлителям (желательно на расстоянии, равном сумме 50 диаметров подающего трубопровода);
     
     - коагулянт - в каждый осветлитель перед воздухоотделителем и в нижнюю часть осветлителя. При эксплуатации ввод реагента осуществляется обычно в одну из этих точек, поэтому для подачи реагента устанавливается один комплект насосов-дозаторов; для каждого характерного гидрологического сезона года место ввода коагулянта определяется экспериментально при наладке осветлителя;
     
     - флокулянт - в нижнюю часть каждого осветлителя, несколько выше ввода коагулянта (желателен трехминутный контакт коагулянта с водой до ввода флокулянта) и перед механическими фильтрами - в общий трубопровод до разветвления по фильтрам.
     
     На установке контактной коагуляции:
     
     - щелочь или кислота, активный хлор (при их применении) и коагулянт - перед смесителем;
     
     - флокулянт - после смесителя.
     
     87. Реагенты рекомендуется дозировать насосами-дозаторами серии НД, выпускаемыми заводом "Ригахиммаш". Для ввода каждого реагента в каждую точку дозирования устанавливаются по два насоса-дозатора (рабочий и резервный), включаемые в работу попеременно.
     
     На предочистках с осветлителями для ввода каждого реагента в каждый осветлитель должны устанавливаться самостоятельные комплекты насосов-дозаторов. При проектировании установки насосов-дозаторов должны быть соблюдены указания [Л.24].
     
     88. В качестве типового решения автоматизации подачи реагентов рекомендуется применять (в том числе и для установок контактной коагуляции) системы индивидуального автоматического импульсного управления подачей растворов насосами-дозаторами по расходу обрабатываемой воды.
     
     В этих системах управления электронный импульсатор [Л.25], получая сигнал от расходомера на линии обрабатываемой воды, выдает импульсы на включение и останов электродвигателя насоса-дозатора. При этом средняя частота вращения электродвигателя (), а следовательно, и величина подачи насоса-дозатора пропорциональны расходу обрабатываемой воды. Величина средней частоты вращения
     

 об/мин,

     
где  - частота вращения электродвигателя, об/мин;
     
      - длительность импульса на включение электродвигателя, с;
     
      - длительность перерывов(остановов) между включениями электродвигателя, с;

      - коэффициент скорости (скважность).
     
     Для дозаторов коагулянта величина  должна быть не более 40 с.
     
     89. Насосы-дозаторы выбираются с подачей, равной (или ближайшей большей) максимальной расчетной подаче () данного реагента в данную точку дозирования.
     

 л/ч,

     
где  - максимальная доза реагента, мг-экв/л;
     
      - максимальный расход обрабатываемой воды, м/ч;
     
     =0,85 - максимальное значение коэффициента скорости (скважности);

      - максимальное значение крепости раствора реагента, мг-экв/л;
     
     =25% - возможное отклонение от , учитывающее как ухудшение качества отдельной партии реагента, так и возможную ошибку эксплуатационного персонала при очередной зарядке расходной емкости, %.
     
     Для расчета рекомендуется принимать максимальные значения крепости растворов реагентов, равные для очищенного глинозема 2500 мг-экв/л, неочищенного 1500 мг-экв/л, полиакриламида 10 г/л, едкого натра 40%, хлорной извести 20%.
     
     90. При соответствующем технико-экономическом обосновании и обеспечении необходимым оборудованием могут применяться другие системы управления насосами-дозаторами. Желательно применение систем управления подачей реагентов по параметрам качества обрабатываемой воды. Однако из-за отсутствия заводского выпуска необходимого оборудования такие системы могут применяться только в индивидуальном порядке, поэтому указаний по их проектированию не приводится.
     
     91. На установках контактной коагуляции устанавливается напорный смеситель воды и реагентов (см. рис.12). Длительность пребывания воды в смесителе должна быть не менее 3 мин, скорость ввода воды через тангенциально направленные сопла 2 м/с и скорость движения воды в отверстиях верхней распределительной решетки 0,4 м/с.
     
     92. Количество механических фильтров выбирается исходя из расчетной скорости фильтрования (при одном фильтре, выключенном на промывку и при максимальном расходе осветленной воды), равной на установке с осветлителями 10 м/ч, а на установке контактной коагуляции 5 м/ч.
     
     Кроме рабочих фильтров, устанавливается один дополнительный фильтр для гидроперегрузки фильтрующего материала.
     
     93. Устройства для промывки механических фильтров должны обеспечивать интенсивность водной промывки 12 л/(с·м), а для фильтров с двухслойной загрузкой - 16 л/(с·м), расчетную длительность промывки 20 мин, интенсивность взрыхления воздухом - 20 л/(с·м). Промывка фильтров должна производиться коагулированной и желательно фильтрованной водой; при промывке нефильтрованной водой на установках для химического обессоливания должен быть предусмотрен расход воды на спуск первого фильтрата.
     
     94. При расчете полезной емкости бака, вода из которого подается на промывку механических фильтров, следует учитывать необходимость создания запаса воды в нем, достаточного для двух промывок одного фильтра.
     
     95. Желательна установка двух промывочных насосов. Второй насос должен быть обязательно предусмотрен при заказе оборудования и может храниться на складе водоподготовительной установки.
     
     96. Желательна установка воздуходувки или компрессора для взрыхления механических фильтров. Возможно также применение для нужд водоподготовительной установки специального ресивера.
     
     97. При повторном использовании промывочной воды механических фильтров на предочистке с осветлителями устанавливаются бак, рассчитанный на прием воды от двух промывок, и насосы (рабочий и резервный) для равномерной откачки воды в течение суток в трубопровод исходной воды. Для предупреждения остывания оборотной воды должны быть предусмотрены специальные меры или установлены подогреватели и устройства для автоматического поддержания заданной температуры воды.
     
     98. На внутренней поверхности баков коагулированной воды, баков для подачи и сбора воды при промывке механических фильтров, а также трубопроводов этих баков для подачи и отведения воды должно быть нанесено кислотостойкое покрытие.
     
     99. В проекте предочистки должны предусматриваться системы [Л.23, 26]:
     
     а) автоматизации поддержания заданной температуры подогрева воды;
     
     б) автоматизации управления подачей реагентов;
     
     в) автоматизации продувки осветлителя (по сигналу от сигнализатора уровня шлама СУШ) и защиты от превышения и упуска уровня контактной среды;
     
     г) дистанционного измерения "отсечки" и управления ею;
     
     д) автоматического или дистанционного управления подачей воды на каждый осветлитель или на установку для контактной коагуляции.
     
     100. Целесообразность применения дистанционного или автоматического управления механическими фильтрами определяется при проектировании одновременно с решением этих же вопросов для ионитовой части водоподготовительной установки.
     
     101. В проекте предочистки должна предусматриваться механизация: а) выгрузки и транспортировки реагентов; б) выгрузки и загрузки фильтров; в) очистки ячеек коагулянта, затворных и расходных емкостей реагентов; г) транспортировки оборудования и арматуры при ремонте; д) уборки помещений.
     
     102. На предочистке устанавливаются следующие контрольно-измерительные приборы:
     
     а) записывающие расходомеры - на общем трубопроводе исходной воды, на трубопроводе подачи воды к каждому осветлителю и на трубопроводе возврата воды от промывки механических фильтров;
     
     б) указывающие расходомеры - на трубопроводе возврата осветленной воды из шламоуплотнителя, на выходе из каждого механического фильтра, на общем участке трубопровода подачи промывочной воды к фильтрам и на трубопроводе сжатого воздуха для взрыхления механических фильтров;
     
     в) регистратор температуры - на общем трубопроводе исходной воды перед распределением по осветлителям;
     
     г) манометры - на нагнетательных линиях насосов, на трубопроводах подачи сжатого воздуха;
     
     д) уровнемеры - во всех расходных баках реагентов (по месту); баках коагулированной воды и баках воды для промывки фильтров (дистанционные);
     
     е) рН-метры - на трубопроводах, отводящих воду из каждого осветлителя и, в случае подщелачивания исходной воды, на общем участке трубопровода после ввода щелочи до распределения воды по осветлителям или по фильтрам в установке контактной коагуляции;
     
     ж) прибор для определения мутности или прозрачности [Л.27] по шрифту или "кресту" с подводом к нему воды после каждого осветлителя и механического фильтра.
          
     Рекомендуемая оснастка осветлителя показана на примере осветлителя производительностью 350 м/ч (рис.14).

Рис.14. Схема оснастки осветлителя производительностью 350 м/ч:

1 - исходная вода (подогретая); 2 - осветленная вода; 3 - возврат промывочной воды механических фильтров;
4 - исходная вода на другие осветлители; 5 - раствор коагулянта; 6 - раствор флокулянта; 7 - разбавляющая
вода (осветленная); 8 - непрерывная продувка при ручном управлении; 9 - то же при управлении от СУШ;
10 - опорожнение шламоуплотнителя (ШУ); 11 - вода на промывку коллектора ШУ; 12 - дренажная линия;
13 - регулирующий клапан с сервоприводом; 14 - показывающий и записывающий расходомер;
15, 15а - показывающий расходомер; 16 - показывающий, сигнализирующий и записывающий термометр;
17 - манометр; 18 - сигнализатор уровня шлама (СУШ); 19 - водяные сопла (сменные); 20 - коллектор
периодической продувки осветлителя; 21 - водяная задвижка; 22 - пробковый кран; 23 - водяной вентиль;
24 - запорный кислотоустойчивый клапан; 25 - обратный клапан; 26 - то же кислотоустойчивый; 27 - смеситель
(типа эжектора); 28 - заслонка на распределительной трубе (устанавливается через одну трубу) с
управлением с верха осветлителя (N 1-11 пробоотборные и импульсные линии  15 мм, их назначение:
N 1-3, 6, 8-11 - для ручного контроля; N 4 и 7 - к СУШ; N 5 - к мутномеру); 29 - рH-метр; 30 - показывающий
ротаметр; 31 - дифференциальный манометр

     Примечания: 1. Самописцы приборов поз.14, 15а (указатель размера отсечки), 16 и 29, а также ключи управления клапанами 13 должны быть вынесены на щит управления водоподготовительной установки. 2. Кран (поз.22) на линии 9 должен быть снабжен сервоприводом МЭО.

     
     
VI. НАЛАДКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРЕДОЧИСТКИ (ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ)

     
     103. Пуск и наладка предочистки должны производиться после полного завершения монтажа технологической, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры, а также систем автоматики и их предварительного опробования. В процессе монтажа дирекция строящейся электростанции должна обеспечить соблюдение требований настоящих Руководящих указаний и последующих директивных материалов.
     
     104. При наладке предочистки должно быть выполнено следующее:
     
     а) проверена законченность и правильность монтажа всей аппаратуры (особенно осветлителей) и правильность загрузки механических фильтров. Устранены выявленные дефекты монтажа;
     
     б) налажена работа всех систем автоматизации (подогрев и подача воды, дозирование реагентов, продувка осветлителей и т.д. [Л.28];
     
     в) налажена работа реагентного хозяйства и дозирующих устройств;
     
     г) определены в лабораторных условиях и в дальнейшем уточнены при пуске и эксплуатации предочистки дозы коагулянта и вспомогательных реагентов в различные сезоны года, в том числе и в паводок;
     
     д) налажена работа осветлителей, определены скорость ввода воды и места ввода реагентов, налажен шламовый режим и установлены необходимые размеры продувки и отсечки, достигнуты близкие к расчетным оптимальные для данных условий параметры контактной среды, а также выявлена возможная производительность осветлителей и достижимое качество коагулированной воды;
     
     е) уточнен режим промывки механических фильтров, установлена допустимая длительность межпромывочного периода и критерии для вывода фильтров на промывку (для установок контактной коагуляции);
     
     ж) налажена работа устройств и установлен режим возврата в осветлители воды, использованной для промывки механических фильтров;
     
     з) уточнен объем технологического контроля и составлена рабочая инструкция по эксплуатации предочистки.
     
     105. При эксплуатации предочистки следует:
     
     а) соблюдать технологический режим работы осветлителей:
     
     - заданную температуру и стабильность подогрева;
     
     - возможно более равномерную нагрузку осветлителей, используя для этого регулирующую емкость промежуточных баков;
     
     - заданную дозу коагулянта (допустимое отклонение дозы коагулянта oт заданного значения ±5%);
     
     - необходимые величины расхода осветленной воды, отводимой из шламоуплотнителя в распределительное устройство, и непрерывной продувки, при которых соблюдается заданный уровень контактной среды в осветлителе и осадка в шламоуплотнителе. Приводить размер расхода осветленной воды, отводимой из шламоуплотнителя в распределительное устройство (и при отсутствии автоматизации - непрерывной продувки), в соответствие с нагрузкой осветлителя при ее изменении. В заданные сроки продувать грязевики осветлителей. При отсутствии сигнализаторов или автоматов защиты от превышения и упуска уровня шлама один раз в смену определять положение верхнего уровня контактной среды. Один раз в смену определять величины объемного содержания осадка  в пробе, отобранной из того верхнего пробоотборного крана осветлителя, в котором обнаруживается взвешенный шлам, образующий контактную среду;
     
     б) следить за качеством фильтрата механических фильтров, своевременно промывать их;
     
     в) своевременно приготавливать рабочие растворы дозируемых реагентов заданной крепости и анализом устанавливать фактическую величину концентрации растворов по методикам [Л.9]. При отклонении крепости растворов от заданного значения во время очередной зарядки расходной емкости корректировать подачу реагентов с помощью задатчиков импульсаторов (при импульсной системе автоматического управления) так, чтобы фактические дозы реагентов были равны заданным;
     
     г) при больших сезонных изменениях (уменьшениях) требуемых размеров подачи реагентов соответственно корректировать установленные подачи насосов-дозаторов (с помощью регулятора длины хода плунжера) так, чтобы при полной нагрузке осветлителя коэффициенты скорости вращения электродвигателей насосов-дозаторов  были около 0,85;
     
     д) следить за правильностью работы насосов-дозаторов (отсутствие течи сальников и перегрева двигателей) и выпускать излишки воздуха из воздушных колпаков на линиях подачи реагентов в осветлитель. При эксплуатации насосов-дозаторов соблюдать указания и требования заводской инструкции;
     
     е) периодически промывать расходные емкости рабочих растворов и суспензий реагентов;
     
     ж) не реже одного раза в месяц промывать сборный желоб, верхнюю решетку осветлителя и коллектор шламоуплотнителя;
     
     з) ежегодно выводить в резерв каждый осветлитель для промывки и осмотра;
     
     и) ежегодно проводить ревизию каждого механического фильтра и производить досыпку фильтрующего материала;
     
     к) своевременно выводить аппараты предочистки в текущий и капитальный ремонт и принимать их из ремонта. На каждый аппарат должен быть заведен формуляр, в котором фиксируются произведенные ремонтные работы и конструктивные изменения;
     
     л) не реже одного раза в смену проверять правильность работы автоматов подогрева и подачи воды, продувки осветлителей и дозирования реагентов. При неисправности переходить на ручное или дистанционное управление до устранения дефектов систем автоматики.
     
     106. Объем технологического и химического контроля предочистки должен устанавливаться в зависимости от степени автоматизации ее работы, оснащенности ее приборами, от налаженности режимов подачи и подогрева воды, работы осветлителей и дозаторов, а также oт постоянства качества исходной воды. Ориентировочный объем химического контроля указан в табл.6.
     
     

Таблица 6

     
     
     107. Наряду с анализом качества воды необходимо примерно один раз в месяц определять гидравлическую характеристику шлама, образующего контактную среду в осветлителях (см. приложение 3). Отбор проб для этой цели производится примерно с глубины 0,5 м под верхним уровнем контактной среды.
     
     108. Все данные по условиям и результатам работы предочистки фиксируются в суточных ведомостях и в журналах химической лаборатории.
     
     109. При эксплуатации предочистки персонал должен соблюдать правила техники безопасности [Л.22].
     
     110. О качестве коагулированной воды следует судить по качеству фильтрата механических фильтров. Показатели качества воды, выдаваемой осветлителем, служат для оценки результатов его работы. Воду, выдаваемую осветлителем, перед ее анализом необходимо профильтровать через бумажный фильтр (за исключением проб, используемых для определения прозрачности или содержания взвеси). Воду после механических фильтров перед анализом дополнительно не фильтруют. Поэтому качество воды после фильтра иногда оказывается хуже, чем после осветлителя, что свидетельствует о неправильной эксплуатации механических фильтров или о неудовлетворительном качестве или состоянии их фильтрующей загрузки. Качество коагулированной воды характеризуют следующие показатели: содержание взвешенных веществ (прозрачность, мутность), окисляемость (при использовании воды для подпитки теплосети с открытым водоразбором также цветность), содержание алюминия, железа и кремния, в том числе и "нереакционноспособной" его доли. Определения производятся по методикам, изложенным в [Л.9, 10, 27, 29] и приложении 4.
     
     В эксплуатации при налаженном режиме работы аппаратов достигаются следующие показатели качества коагулированной воды:
     
     а) прозрачность - 30 см и более по шрифту, содержание взвешенных веществ после осветлителей не более 10 мг/л, после механических фильтров не более 2 мг/л;
     
     б) остаточная окисляемость - 30-50% исходной для малозагрязненных исходных вод и до 80% при загрязнении их промышленными сбросами;
     
     в) остаточное содержание алюминия обычно 50-150, иногда до 300 мкг/л (в пересчете на Al);
     

     г) остаточное содержание железа обычно 100-150 мкг/л (иногда меньше) и во всех случаях не более 300 мкг/л без хлорирования и около 100 мкг/л при хлорировании исходной воды (в пересчете на Fe);
     
     д) сведения по удалению "нереакционноспособной" кремниевой кислоты еще недостаточны. Судя по результатам лабораторных опытов, иногда возможно подобрать такие условия коагуляции, при которых "нереакционноспособная" кремниевая кислота удаляется из воды практически полностью. Для этого могут потребоваться повышенные дозы коагулянта (до 1,2 мг-экв/л) и ввод флокулянта.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

     
МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ОПЫТОВ ПО КОАГУЛЯЦИИ ВОДЫ

     
      1. Отбирают исходную воду в емкость из полиэтилена, нержавеющей стали или другого материала, не загрязняющего воду кремниевой кислотой, железом или другими примесями. Желательно сразу отобрать столько воды, сколько ее понадобится на один день работы.
     
     2. Опыты проводят в стеклянных цилиндрах емкостью 0,5-1,0 л. Определяя условия удаления нереакционноспособной кремниевой кислоты, используют сосуды из полиэтилена или оргстекла той же емкости. Реагенты дозируют в виде растворов, отмеряя их расчетные количества пипетками.
     
     3. Сначала определяют оптимальную дозу коагулянта (1-я серия опытов), создавая при недостаточном резерве щелочности примерно одинаковую величину рН путем ввода раствора щелочи до одинаковой остаточной щелочности воды 0,5 мг-экв/л при различных дозах коагулянта. Затем определяют оптимальное значение рН-среды (2-я серия опытов), вводя всюду оптимальную дозу коагулянта. Далее при оптимальной дозе коагулянта и значении рН определяют дозу флокулянта (3-я серия опытов), затем дозу хлора (4-я серия опытов). В 1-й и 2-й сериях опытов не вводят ни флокулянт, ни хлор; 3-ю и 4-ю серии опытов проводят при необходимости интенсифицировать процесс хлопьеобразования или удаления примесей из воды.
     
     Все опыты проводят при одинаковой температуре и одинаковых условиях перемешивания и фильтрования. Температура может быть комнатной, если она равна 25-30°, в противном случае опыты проводятся при термостатировании сосуда с обрабатываемой водой, подогретой до строго определенной температуры, соответствующей расчетному ее значению для промышленной установки. При необходимости производится дополнительно серия опытов по уточнению значения оптимальной температуры воды (остальные условия - оптимальные, определенные в опытах серий 1-4).
     
     4. Последовательность ввода реагентов (вводятся только те реагенты, которые намечены для каждой конкретной серии опытов) принимается следующей: кислота, хлорная известь (или хлорная вода), щелочь; после ввода каждого реагента перемешивают жидкость в течение 30 с, последним вводят коагулянт. После ввода всех используемых в данном опыте реагентов воду и реагенты перемешивают в течение 5 мин, сначала со скоростью 3-4 об/с в течение 3 мин, а затем в течение 2 мин со скоростью 1-2 об/с так, чтобы не дать осаждаться хлопьям.
     
     В опытах с флокулянтом его вводят после 3 мин перемешивания воды с остальными реагентами и затем перемешивают еще 2 мин с флокулянтом. После окончания перемешивания взвеси дают осесть, воду отфильтровывают через складчатый фильтр и анализируют. Оптимальной дозой реагента в каждой серии опытов признается та минимальная доза его, при которой получены достаточно хорошие показатели качества коагулированной воды.
     

Состав опытов 1-й серии

     
     
Состав опытов 2-й серии

     
     
     Доза коагулянта во всех опытах оптимальная, определенная по результатам опытов 1-й серии. Доза щелочи (или кислоты) экспериментально подбирается такая, чтобы обеспечивались заданные значения рН.
     
     

Состав опытов 3-й серии

     
     
     Доза коагулянта и значение рН во всех опытах оптимальные, по данным опытов 1-й и 2-й серии.
     
     

Состав опытов 4-й серии

     
     
     Доза коагулянта и значение рН во всех опытах, как и для опытов 3-й серии.
     
      

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

     
ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОСВЕТЛИТЕЛЯ ДЛЯ КОАГУЛЯЦИИ ВОДЫ

     
     1. Возможная производительность осветлителя при условии достаточного осветления воды
     

 м/ч,

     
где  - площадь поперечного сечения зоны контактной среды, м;
     

 м,

     
      и  - соответственно площади поперечных сечений осветлителя и шламоуплотнителя, м;
     
      - расчетная скорость восходящего движения воды на выходе из зоны контактной среды осветлителя, мм/с;
     
      м/с (по уравнению 24.II* [Л.17]),
________________
     * Номера формул в тексте приложения 2 указаны по [Л.17].
     
где  - температура воды в интервале 1-30 °C, °С;
     
      - объемная концентрация шлама в зоне контактной среды осветлителя, мл/мл;
     
      - условная скорость свободного осаждения частиц шлама, мм/с;
     

, мл/мл,

     
(определяется по уравнению 22.VII).
     

 см,

     
где  - прозрачность воды по "кресту", см;
     
      - коэффициент моделирования концентрации взвеси в контактной среде осветлителя;

      - приведенная высота зоны контактной среды осветлителя, см.
     
     Величина  и остаточная мутность воды на выходе из осветлителя  находятся в следующей приближенной зависимости (уравнение 24.III):
     

 мг/л.

     
     Для расчета рекомендуется принимать =300 см; в наименее благоприятные кратковременные периоды года минимально допустимое значение =150 см.
     
     Осредненные значения  [Л.17] рекомендуется принимать в зависимости от диаметра  осветлителя
     
     

     
 см

     
(по уравнению 29.III),
     
      - высота контактной среды в верхней ее зоне, имеющей площадь (м) поперечного сечения , см.
     
      и  с другими индексами - высота (см) и площадь (м) поперечного сечения в остальных зонах контактной среды (при конической форме - средняя площадь).
     
     При определении  верхняя граница зоны контактной среды может быть принята в уровне верхней кромки верхнего шламоприемного окна, а также учитывается, что внизу осветлителя над водяными соплами 0,5-0,7 м по высоте занимает зона смешения воды и реагентов.
     
     Проверка расчета производительности осветлителя производится в следующем порядке:
     
     а) по анализам исходной воды определяется исходное содержание взвеси ( мг/л) для характерных периодов года;
     
     б) по данным опытной обработки или ориентировочно расчетным путем (см.п.36), определяется величина  мг-экв/л;
     
     в) вычисляются значения  для основных периодов года и по ним, пользуясь табл.5, определяются значения ;
     
     г) определяются величины  и  по чертежам осветлителя;
     
     д) вычисляется величина , требуемая для соблюдения желаемого значения ;
     
     е) вычисляется величина , и по ней .
     
     2. Допустимое значение мутности воды по условиям отвода шлама в шламоуплотнитель
     
     Количество образующегося при коагуляции воды шлама - осадка приближенно (точнее - см. п.43) определяется как
     

 мг/л.

     
     Количество шлама, которое может быть отведено в шламоуплотнитель
     

 мг/л,

     
где  - исходное содержание взвеси, мг/л;

      - доза коагулянта, мг-экв/л;
     
      - площадь поперечного сечения зоны осветления шламоуплотнителя, % площади поперечного сечения зоны контактной среды осветлителя (определяется по чертежам осветлителя);
     
      - продувка шламоуплотнителя, % производительности осветлителя;
     
      - условный объемный вес частиц шлама, мг/мл (см. табл.5).
     
     Требуется, чтобы  было не более .
     
     Определив , вычисляют допустимое максимальное значение величины содержания взвеси в исходной воде. Вычисленное допустимое значение содержания взвеси в исходной воде  должно быть не менее фактического ее значения, определенного по анализу.
     
     В том случае, если это условие не соблюдается, потребуется увеличить продувку осветлителя. Такое увеличение возможно, если размер продувки не превысит экономически приемлемых пределов (обычно до 3%). В противном случае потребуется применить дозирование ПАА или уменьшить расчетную производительность осветлителя так, чтобы сниженная скорость восходящего движения воды обеспечивала нужное значение .
     
     Порядок определения уменьшенной величины :
     
     а) требуемое значение
     

;

     
     б) допустимая величина
     

 мм/с;

     
     в) допустимая величина
     

 м/ч.

     
     3. Расчетный размер продувки осветлителя
     
     Расчетный размер продувки осветлителя при нагрузке , м/ч
     

 м/ч

     
или
     

 % от ,

     
      - весовое содержание твердой фазы в уплотненном осадке, г/мл. По уравнениям 1.V и 13.V:
     

 г/мл,

     
где
     

 г/см,

     
       - коэффициент уплотнения осадка, см (значения  в зависимости от  принимаются по табл.5);
     
       - время накопления осадка, ч
     

;

      - площадь сечения шламоуплотнителя в зоне уплотнения осадка, м;
     
      - количество выделяющегося при коагуляции воды осадка, г/л;
     
      - объем зоны уплотнения в шламоуплотнителе, м (принимается по чертежам осветлителя).
     
     Зона уплотнения - объем шламоуплотнителя, расположенная* на 0,5-0,75 м ниже низа примыкания шламоотводящих труб к шламоуплотнителю или низа внутреннего стакана шламоуплотнителя.
________________
     * Текст соответствует оригиналу. - Примечание .     
     
     Величина  определяется путем подбора. По заданному значению  определяется , а по величине  определяется . Далее по полученному значению  определяется . При расхождении полученного значения с первоначально принятым расчет повторяется.
     
     Фактическое значение  зачастую существенно меньше, а  больше расчетного. Обычно фактическая величина  составляет 2, иногда 3%.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

     
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЗВЕСИ КОНТАКТНОЙ СРЕДЫ ОСВЕТЛИТЕЛЯ

     
      Для определений используют мерный цилиндр емкостью 250 мл. На цилиндр наклеивают шкалу из миллиметровой бумаги высотой 300 мм. Нулевое деление размещают на уровне внутренней поверхности дна цилиндра. Деления нумеруют через 10 мм в направлении снизу вверх.
     
     Перед отбором пробы продувают пробоотборную линию, устанавливают расход 300-400 мл/мин и через 10 мин отбирают пробу.
     

1. Определение весовой концентрации взвеси в контактной среде () и в продувочной воде ()

     
     Пробы жидкости из зоны контактной среды ( мл) и продувочной воды шламоуплотнителя ( мл) отбирают в количестве 100-200 мл. Объем пробы должен быть точно измерен. Фильтруют пробы через заранее взвешенные бумажные фильтры. Фильтры с осадком доводят до постоянного веса и взвешивают. Вес осадков (без веса фильтров) обозначают соответственно  и , г.
     
     Весовая концентрация взвеси:
     
     а) в контактной среде
     

 г/л;

     
     б) в продувочной воде
     

 г/л.

     
2. Определение объемной концентрации и условной скорости свободного осаждения частиц шлама

     
     Отбирают в цилиндр пробу жидкости из зоны контактной среды, отмечают начальную высоту слоя шлама ( мм) и далее наблюдают за его осаждением; в течение первых 10 мин отсчеты производят через каждую минуту, далее через 5-10 мин и затем записывают конечную высоту слоя осадка через 60 мин () от начала наблюдений ( мм). Температура жидкости во время опыта должна быть постоянной и равной температуре воды в осветлителе.
     
     Строят график (рис.15) изменения высоты слоя осадка во времени и отмечают на прямолинейном участке графика две точки с координатами  и  в начале кривой осаждения и  и  в конце прямолинейного участка.
     
     

Рис.15. График изменения высоты слоя осадка во времени при отстаивании

     
     
     Вычисляют:
     
     а) скорость стесненного осаждения частиц шлама:
     

 мм/с;

     
     б) объемную концентрацию шлама
     

 мл/мл,

     
где  и  - соответственно начальный и конечный объем осадка в цилиндре, мл.
     
     Приближенную величину условной скорости свободного осаждения вычисляют по уравнению
     

 мм/с.

     
     Значение  относится к той температуре, при которой проведено наблюдение (в интервале =130 °С). Пересчет к значениям  при температуре 20 °С, для которых указывается зависимость от  (см. табл.5), производится по уравнению
     

 мм/с,

     
где  - температура воды, при которой выполнено наблюдение за осаждением частиц шлама в цилиндре.
     
     Подробнее о свойствах контактной среды см. [Л.17].
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

     
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МУТНОСТИ ВОДЫ ПО ВЕЛИЧИНЕ ЕЕ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ

     
     
     Определение ведут на электрофотоколориметре, используя синие светофильтры и кюветы длиной 3 см; отсчет производят по красной шкале левого барабана, установку нуля гальванометра - по нулевой и рабочей пробе, измерение - по нулевым пробам.
     
     Перед выполнением определения строят калибровочные кривые. Для этого отбирают пробу жидкости из зоны контактной среды осветлителя и, используя часть ее, определяют параллельно в трех пробах весовым путем содержание взвешенных веществ. Остальную жидкость используют как исходную для приготовления разбавлением (фильтрованной через бумажный фильтр водой, отобранной на выходе из осветлителя) ряда проб с последовательно убывающим содержанием взвеси в количестве от исходного (т.е. ) до близкого нулю. Пробы колориметрируют в сравнении с фильтрованной водой из осветлителя и определяют для каждой пробы величину оптической плотности . Строят два графика зависимости между содержанием взвеси ( мг/л) и величинами : для малого содержания взвеси, примерно до 20 мг/л, и для большого содержания взвеси, от 20 мг/л до величины . Второй график используют для определения содержания взвеси в контактной среде осветлителя, в исходной воде (при большой мутности) и в продувочной воде, при необходимости разбавляя пробу перед колориметрированием.
     
     При приготовлении проб для построения калибровочных графиков и при отборе проб для определения взвеси в испытуемой воде жидкость необходимо перемешивать, чтобы пробы были представительными, т.е. чтобы не происходило осаждения взвеси из испытуемой жидкости в момент отбора и измерения .
     
     Анализируя жидкость, определяют величину оптических плотностей нефильтрованной пробы (с представительным содержанием взвеси в ней)  и фильтрованной пробы , используя в обоих случаях в качестве пробы сравнения конденсат. По величине  определяют содержание взвеси в анализируемой пробе по калибровочному графику.
     
     Светопоглощение жидкости зависит от степени дисперсности и цвета содержащейся в ней взвеси, которые меняются во времени, поэтому определение содержания взвеси описанным способом является приблизительным. Чтобы повысить точность определения, рекомендуется повторно строить калибровочные графики при заметном на глаз сезонном изменении цвета образующегося при обработке воды шлама.
     
     

Литература

     
     1. - Инструкция по очистке воды коагуляцией и методами осаждения накипеобразователей. Госэнергоиздат, 1955.
     
     2. lanssen.С. Vollentsalzung und organische Substanzen. Mitt. VGB, 1959, N 60.
     
     3. Некрасов Б.В. Курс общей химии. Госхимиздат, 1962.
     
     4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Госхимиздат, 1971.
     
     5. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. Стройиздат, 1962.
     
     6. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. Стройиздат, 1971.
     
     7. Шкроб М.С., Прохоров Ф.Г. Водоподготовка и водный режим паротурбинных электростанций. Госэнергоиздат, 1961.
     
     8. Мартынова О.И. Коагуляция при водоподготовке. Госэнергоиздат, 1951.
     
     9. - Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. "Энергия", 1967.
     
     10. - Инструкция по объему эксплуатационного химического контроля пароводяного хозяйства на тепловых электростанциях. СЦНТИ ОРГРЭС, 1970.
     
     11. Песков Н.П., Александрова-Прейс Е.М. Курс коллоидной химии. Госхимиздат, 1948.
     
     12. Дерягин Б.В. Теория гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания разнородных частиц в растворах электролитов. Коллоидный журнал, АН СССР, т.XVI, вып.6, 1954.
     
     13. Мартынова О.И. Некоторые закономерности процесса удаления органических примесей природных вод путем коагуляции. В сб.: "Вопросы проектирования и эксплуатации водоподготовительных установок на тепловых электростанциях". Госэнергоиздат, 1955.
     
     14. - Обработка воды на тепловых электростанциях. "Энергия", 1966.
     
     15. - Технические указания по применению полиакриламида для очистки питьевых вод на городских водопроводах. ОНТИ АКХ им. К.Д.Памфилова, 1966.
     
     16. Фрог Б.Н. Схемы повторного использования осадков осветлителей для улучшения качества коагулированной воды. "Теплоэнергетика", 1971, N 8.
     
     17. Кургаев Е.Ф. Основы теории и расчета осветлителей. Стройиздат, 1962.
     
     18. Квятковский В.М., Баулина А.И. Осветлители для коагуляции в схеме обессоливания добавочной воды котлов. "Теплоэнергетика", 1971, N 9.
     
     19. - Руководящие указания по загрузке дробленым антрацитом механических фильтров и поддерживающих слоев ионитовых фильтров. СЦНТИ ОРГРЭС, 1970.
     

     20. Кастальский А.А., Клячко В.А. Фильтры водоподготовительных установок. Госэнергоиздат, 1953.
     
     21. - Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей. "Энергия", 1967.
     
     22. - Правила техники безопасности для персонала химических цехов электростанций и сетей. "Энергия", 1965.
     
     23. Квятковский В.М., Шевцова А.Г. Системы автоматизации установок для предварительной очистки добавочной воды котлов. Серия "Химия в энергетике", вып.4. БТИ ОРГРЭС, 1967.
     
     24. Квятковский В.М., Шевцова А.Г., Баулина А.И. Насосы-дозаторы серии НД завода "Ригахиммаш". Рекомендации к внедрению. ОНТИ ВТИ, 1965.
     
     25. Шевцова А.Г., Павлова Л.Ф., Федоров В.И. [и. др.] Приборы для автоматического управления дозаторами реагентов, "Электрические станции", 1969, N 4.
     
     26. Квятковский В.М., Шевцова А.Г. Автоматизация установок для предварительной очистки воды. В сб.: "Автоматизация химводоочисток тепловых электростанций". БТИ ОРГРЭС, 1964.
     
     27. - Инструкция по эксплуатации механических фильтров на электростанциях. Госэнергоиздат, 1952.
     
     28. Шевцова А.Г. Наладка импульсаторов в системах автоматического дозирования реагентов на водоочистках электростанций. Рекомендации к внедрению, ОНТИ ВТИ, 1966.
     
     29. Вайнер М.Г., Якимец Е.М. Об определении общего содержания кремниевой кислоты в водах тепловых электростанций. "Теплоэнергетика". 1968, N 9.
     
     
     

Текст документа сверен по:
/ Минэнерго СССР;
Главное управление по
эксплуатации энергосистем. -

М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1973