книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

Т а б л и ц а 16. Зависимость изменения pH в единицу времени от pH рециркулируемой воды

док. Скорость десорбции аммиака существенно зависит от того, в какой форме он находится в воде. При pH=9,04-10,5 тангенс угла наклона наибольший, что свидетельствует о максимальной скорости десорбции свободного аммиака; в области рН = 9,04-8,5, соответствующей десорбции аммиака из буферного раствора смеси аммиака и карбоната аммония, тангенс угла наклона уменьшается, что указывает на затухание этого процесса, и на-

рн

11

в результате гидролиза соли, тангенс угла наклона стремится к нулю, т. е. в этой области десорбция аммиака на градирнях прак­ тически отсутствует.

ПРИМЕНЕНИЕ Н-КАТИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, ПОДПИТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

При использовании ионного обмена на природных или синтетических ионообменных материалах ионы кальция и маг­ ния практически полностью извлекаются из воды, т. е. может быть достигнута любая степень умягчения воды. При использо­ вании в качестве ионообменников сильнокислотных синтетиче­ ским смол, содержащих ионы водорода, последние вытесняются в воду в обмен на ионы Са2+, переходящие в смолу, т. е. осу­ ществляется Н+-катионирование воды. В воде образуется сво­ бодная кислота в количестве, эквивалентном количеству погло­ щенных катионов жесткости. Катионообменная смола регенери-

руется промывкой 5— 10-процентной минеральной (обычно сер­ ной) кислотой. Если Н-катионированием извлекают из воды только то количество ионов кальция и магния, которое компен­

сируется ионами НСОз , т. е. катионы временной жесткости, то

вследствие реакции НСОзГ + Н += Н г 0 + С 0 2 образуется свобод­ ная углекислота, которая может быть отдута в атмосферу. В этом случае вода не только освобождается от временной жест­ кости, но и уменьшается ее общее солесодержание. В связи с этим рекомендуется подвергать Н+-катионированию лишь часть подпитывающей воды, определяемую соотношением карбонат­ ной и некарбонатной жесткости воды. При этом расход серной кислоты на регенерацию катионита оказывается несколько мень­ шим, чем затраты кислоты на непосредственное подкисление во­ ды, не подвергавшейся катионированию, так как уменьшение общей жесткости Н-катионированной воды повышает допусти­ мую величину щелочности. Кроме того, существенное преиму­ щество Н+-катионирования по сравнению с подкислением воды заключается также и в том, что катпонирование исключает обо­ гащение воды сульфатами.

На современных Н+-катнонитовых установках в результате «голодной» нормы регенеращш и повторного использования кислоты расход кислоты на регенерацию катионита снижается почти до стехиометрически необходимого.

Расход серной кислоты в условиях «голодной» регенерации оп­

где А — расход 100-процентной серной кислоты на регенерацию фильтра, кг; 49 — удельный расход серной кислоты на 1 г - ж е

поглощенных катионов, г; енсо, — условная емкость поглощения

катионита по НСОз" , г-экв/ж3; v — объем катионита в фильт­

ре, л 3.

В табл. 17 приведены результаты промышленной проверки ус­ ловной емкости сульфоугля в условиях «голодной» нормы реге­ нерации [26].

При Н-катнонировании вод разного состава и «голодной» ре­ генерации катионита фильтрат не содержит свободных сильных минеральных кислот — наблюдается лишь образование углекис­ лоты, сопровождающееся соответствующим уменьшением ще­ лочности и солесодержания воды. Особенности Н^-катионирова- ния воды при «голодной» норме регенерации объясняются тем, что нижние нерегенерированные вследствие недостатка кислоты слон катионита находятся в кальциевой, магниевой или натрие­ вой форме. При пропускании природных вод через Н+-катиони- товые фильтры, регенерируемые уменьшенным количеством кис­ лоты, получается фильтрат с относительно высокой остаточной жесткостью.

СНИЖЕНИЕ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛА И ТЕПЛООБМЕННОИ АППАРАТУРЫ

Снизить коррозию стали в системах оборотного водо­ снабжения можно упариванием воды до такой степени, чтобы индекс насыщения воды карбонатом кальция (/) находился в пределах 0,75— 1,0, либо применением ингибиторов коррозии. Первый способ используется обычно в системах оборотного во­ доснабжения при охлаждении технологических продуктов; ре­ комендуется упаривание до такой степени, чтобы обеспечить защиту от коррозии теплообменных аппаратов с высоким нагре­ вом воды путем создания на их поверхности тонкой пленки СаСОз. При сильной коррозии трубопроводов и теплообменных аппаратов с низким нагревом воды целесообразно применять ингибиторы коррозия [28].

В СНиП П-Г. 3— 70 «Водоснабжение. Нормы проектирования» рекомендуется защиту теплообменной аппаратуры и трубопро­ водов от коррозии осуществлять созданием на их поверхности карбонатной, силикатной или метафосфатной пленки регулиру­ емой толщины или нанесением защитных покрытий.

При упаривании оборотной воды углекислотное равновесие нарушается вследствие повышения концентрации бикарбоната кальция, его диссоциации на карбонат и углекислоту, усиливаю­ щейся с нагреванием и удалением свободной углекислоты при разбрызгивании воды в процессе охлаждения на градирнях. Об­ разующийся карбонат кальция осаждается на поверхности ста­ ли в виде защитной пленки. Регулируемую толщину (до 0,5 мм) карбонатной пленки следует создавать за счет выбора размера продувки системы оборотного водоснабжения.

Необходимость защиты от коррозии теплообменных аппаратов и трубопроводов или мероприятий по предотвращению отложе­ ния карбоната кальция в системах оборотного водоснабжения определяется по индексу насыщения оборотной воды карбона­ том кальция

I = рНоб — pHs ,

где рНо6 — экспериментально определенное значение pH в обо­ ротной воде; pHs — величина pH, соответствующая воде, рав­ новесно насыщенной карбонатом кальция. Эта величина зависит от общего солесодержания, температуры нагреваемой воды, со­ держания кальция в воде и ее щелочности. Данные для опреде­

ция, при /< 0 возникает коррозия. Однако индексом стабильно­ сти можно пользоваться только при решении вопроса о необхо­ димости обработки воды, поскольку он не является количествен­ ным показателем.

до 400 мг/л. Продолжительность опытов составляла 7 сут. Удов­ летворительный результат был достигнут при концентрации би­ хромата калия 0,25— 1 мг/л и сернокислого цинка — 0,25— 0,5 мг/л.

Сочетание различных ингибиторов эффективнее тормозит кор­ розию. Так, использование хроматоцинковой смеси не только затормаживает коррозию стали, но и обеспечивает ее равномер­ ное распределение по поверхности, тогда как применение одних хроматных ингибиторов способствует тому, что остаточная кор­ розия приобретает «язвенный» характер. В водах щелочностью 1,5 мг-экв/л при содержании хлоридов и сульфатов 100—400 мг/л удовлетворительная защита стали от коррозии достигается при концентрациях 0,5—2 мг/л бихромата калия или натрия и 0,5 мг/л сульфата цинка (в расчете на цинк). Торможение кор­

стали защитной пленки следует в течение первых четырех суток в оборотную воду вводить 40 мг/л бихромата калия и 4 мг/л сульфата цинка, если в оборотной воде содержание хлоридов и сульфатов достигает 400 мг/л. В дальнейшем при постепенном снижении концентрации бихромата до 0,5 — 4 мг/л и сульфата цинка до 0,25 — 1 мг/л в течение последующих 25 суток проис­ ходит уплотнение защитной пленки. Для обеспечения сохранно­ сти защитной пленки необходимо поддержание таких же кон­ центраций и в последующие периоды эксплуатации.

Применение таких рецептур ограничивается необходимостью соблюдения условий защиты от загрязнения водоемов и воздуха соединениями хрома. Поэтому применять их можно только при эксплуатации систем оборотного водоснабжения без продувки или при таком разбавлении продувочной воды, при котором концентрация хрома и цинка в воде водоема не превышает до­ пустимых норм. Необходимо также осуществлять систематиче­ ский контроль количества хрома и цинка в водоеме и хрома в воздухе в зоне расположения градирен. Концентрация их не должна превышать предельно допустимых величин, утвержден­ ных Главрыбводом Министерства рыбного хозяйства СССР и Главсанэпидуправлением Министерства здравоохранения СССР

(ПДК цинка 0,01 мг/л, хрома (VI) — 0,5 мг/л).

Метафосфаты кальция и марганца интенсивно сорбируются гидроокисью железа в процессе ее осаждения на поверхности металла. Накапливаясь в рыхлой массе железистого осадка, они постепенно уплотняют его и коррозия металла затормаживает­ ся [50]. При повышении концентрации метафосфатов в воде до 35—400 мг/л на металле сразу же образуется тонкая равномер­ ная метафосфатная пленка, которая предотвращает условия воз­ никновения коррозии — металл остается чистым и не покрывает­ ся железистыми коррозионными отложениями.

Подсчитываем требуемую дозу извести М = 0 ,5 9 :3 0 = 1 7 ,7 мг/л.

Пример 2. Определить дозу извести для создания карбонат­ ной пленки при следующих показателях качества воды: рН о= = 6 ,5; Щ = 2 мг-экв/л; С = 30 мг/л-, pHs = 9 .

По графику рис. 27, б определяем величину т2 при

Microcystis aeraginosa Kiitz, emd Elank. Coelosphalium dubium Grun, Aphanizamenon Loosagnal Kalfs.

Борьба с цветением водоемов осуществляется путем введения химических препаратов в воду; однако применение химикатов ограничивается величиной сброса в водоем продувочных вод и потому наиболее пригодно в замкнутых системах оборотного во­ доснабжения, не сбрасывающих воду при продувках. Из неор­ ганических гербицидов наиболее эффективен арсенат натрия в концентрации 1—6 мг/л. Он вызывает гибель многих водных растений, и особенно представителей низших растений, во всей массе воды. Для уничтожения водной растительности успешно используются удобрительный гипс, хлораты, пербораты, медный купорос и другие химические вещества.

Для очистки водоемов и водотоков от водорослей можно вво­ дить в воду полиметаллические медьсодержащие рудные кон­ центраты — медистую окись цинка, содержащую ионы Си, Zn, Ag, либо конжольский концентрат, содержащий ионы Си, Pb, Zn, Sn, Ag [57]. Введение в воду медьсодержащего концентрата в концентрации 3—4,5 мг/л снижает количество водорослей через 28 дней на 95—99%.

В качестве альгицидов для устранения обрастания и «цвете­ ния» воды за рубежом используются органические вещества, например хлорпроизводные бензола, на основе которых с до­ бавлением эмульгирующих веществ в США выпускают гербици­ ды «Бенохлор» и «Бенохлор Зс».

В качестве биоцида был также предложен 2,4-динитрохлор­ бензол, выбор дозы которого зависит от характера системы и от вида микроорганизмов. Для охлаждающих систем рекомендует­