Приложение 7 (рекомендуемое). Умягчение воды

Приложение 7
Рекомендуемое

Умягчение воды

1. Количество воды, подлежащей умягчению, , выраженное в процентах общего количества воды, следует определять по формуле

, (1)

где - общая жесткость исходной воды, мг-экв/л;

- общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л;

- жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

Реагентная декарбонизация воды и известково-содовое умягчение

2. В составе установок для реагентной декарбонизации воды и известково-содового умягчения следует предусматривать: реагентное хозяйство, смесители, осветлители со взвешенным осадком, фильтры и устройства для стабилизационной обработки воды.

В отдельных случаях (см. п.8) вместо осветлителей со взвешенным осадком могут применяться вихревые реакторы.

3. При декарбонизации остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0,4-0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8-1,2 мг-экв/л; при известково-содовом умягчении - остаточная жесткость 0,5-1 мг-экв/л и щелочность 0,8-1,2 мг-экв/л. Нижние пределы могут быть получены при подогреве воды до 35-40°С.

4. При декарбонизации и известково-содовом умягчении воды известь надлежит применять в виде известкового молока. При суточном расходе извести менее 0,25 т (в расчете на СаО) известь допускается вводить в умягчаемую воду в виде насыщенного известкового раствора, получаемого в сатураторах.

5. Дозы извести , мг/л, для декарбонизации воды, считая по СаО, надлежит определять по формулам:

а) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью

; (2)

б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью

, (3)

где - концентрация в воде свободной двуокиси углерода, мг/л;

- содержание в воде кальция, мг/л;

- доза коагулянта , или (в расчете на безводные продукты), мг/л;

- эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для -54, для -76).

6. Дозы извести и соды при известковосодовом умягчении воды следует определять по формулам:

доза извести , мг/л, в расчете на СаО

; (4)

доза соды , мг/л, в расчете на

, (5)

где - содержание в воде магния, мг/л;

- некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.

7. В качестве коагулянтов при умягчении воды известью или известью и содой следует применять хлорное железо или железный купорос.

Дозы коагулянта в расчете на безводные продукты или надлежит принимать 25-35 мг/л с последующим уточнением в процессе эксплуатации водоумягчительной установки.

8. При обосновании допускается производить декарбонизацию или известково-содовое умягчение воды в вихревых реакторах с получением крупки карбоната кальция и ее обжигом в целях утилизации в качестве извести-реагента.

Умягчение воды в вихревых реакторах следует принимать при соотношении , содержании магния в исходной воде не более 15 мг/л и перманганатной окисляемости не более 10 мг О/л.

Окончательное осветление воды после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.

9. Для расчета вихревых реакторов следует принимать: скорость входа в реактор 0,8-1 м/с; угол конусности 15-20°; скорость восходящего движения воды на уровне водоотводящих устройств 4-6 мм/с. В качестве контактной массы для загрузки вихревых реакторов следует применять молотый известняк, размолотую крупку карбоната кальция, образовавшуюся в вихревых реакторах, или мраморную крошку.

Крупность зерен контактной массы должна быть 0,2-0,3 мм, количество ее - 10 кг на 1 объема вихревого реактора. Контактную массу надлежит догружать при каждом выпуске крупки из вихревого реактора.

Известь следует вводить в нижнюю часть реактора в виде известкового раствора или молока. При обработке воды в вихревых реакторах коагулянт добавлять не следует.

Примечание. При декарбонизацию воды следует производить в осветлителях с доосветлением воды на фильтрах.

10. Для выделения взвеси, образующейся при умягчении воды известью, а также известью и содой, следует применять осветлители со взвешенным осадком (специальной конструкции).

Скорость движения воды в слое взвешенного осадка следует принимать 1,3-1,6 мм/с, вода после осветлителя должна содержать взвешенных веществ не более 15 мг/л.

11. Фильтры для осветления воды, прошедшей через вихревые реакторы или осветлители, следует загружать песком или дробленым антрацитом с крупностью зерен 0,5-1,25 мм и коэффициентом неоднородности 2-2,2. Высота слоя загрузки 0,8-1 м, скорость фильтрования - до 6 м/ч.

Допускается применение двухслойных фильтров.

Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.

Натрий-катионитный метод умягчения воды

12. Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.

13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05-0,1 , при двухступенчатом - до 0,01 .

14. Объем катионита , , в фильтрах первой ступени следует определять по формуле

, (6)

где - расход умягченной воды, ;

- общая жесткость исходной воды, ;

- рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании, ;

- число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.

15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании , , следует определять по формуле

, (7)

где - коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл.1;

- коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по и вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по табл.2, в которой - концентрация натрия в исходной воде, ;

Таблица 1

Удельный расход поваренной соли на регенерацию катионита, г на г-экв рабочей обменной емкости	100	150	200	250	300
Коэффициент эффективности регенера- ции катионита aльфа_Na	0,62	0,74	0,81	0,86	0,9

Таблица 2

C_Na/ /Ж_о.исх	0,01	0,05	0,1	0,5	1	5	10
бета_Na	0,93	0,88	0,83	0,7	0,65	0,54	0,5

- полная обменная емкость катионита, , определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5-1,1 мм - 500 ; для катионита КУ-2 крупностью 0,8-1,2 мм - 1500-1700 ;

- удельный расход воды на отмывку катионита, на 1 катионита, принимаемый равным для сульфоугля - 4 и для КУ-2 - 6.

16. Площадь катионитных фильтров первой ступени , , следует определять по формуле

, (8)

где - высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 );

- определяется по формуле (6).

Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих - не менее двух, резервных - один.

17. Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:

до 5 - 25 м/ч;

5-10 - 15 м/ч;

10-15 - 10 м/ч.

Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

18. Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл.3.

Таблица 3

Высота слоя, м, кати- онита крупностью 0,5-1,1 мм или 0,8-1,2 мм	Потери напора, м, в напорном ка- тионитном фильтре при скорости фильтрования, м/ч
	5	10	15	20	25
2 2,5	4 4,5	5 5,5	5,5 6	6 6,5	7 7,5

19. В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5-3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч.

20. Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 при крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм и 5 при крупности 0,8-1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит принимать 20-30 мин. Подачу воды на взрыхление катионита следует предусматривать согласно п.6.117.

21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли , кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле

, (9)

где - площадь одного фильтра, ;

- высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п.16;

- рабочая обменная емкость катионита, , принимаемая согласно п.15;

- удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, принимаемый 120-150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой схеме и 150-200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.

Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на рис.1.

Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5-8%.

Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3-4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита - 6-8 м/ч, удельный расход отмывочной воды - 5-6 на 1 катионита.

22. Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно пп.20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита - 1,5 м; скорость фильтрования - не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300-400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора - 8-12%.

Потерю напора в фильтре второй ступени следует принимать 13-15 м.

Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени.

При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них воды следует принимать 0,1 , рабочую емкость поглощения катионита - 250-300 .

23. При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.

Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды

24. Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.

Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°.

Умягчение воды надлежит принимать по схемам:

параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 с остаточной щелочностью 0,4 ; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 и натрия не более 2 ;

последовательного водород-натрий-катионирования с "голодной" регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 , щелочность - 0,7 ;

водород-катионирования с "голодной" регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7-1,5 выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата - 0,7-1,5 . Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.

25. Соотношения расходов воды, подаваемой на водород-катионитные и натрий-катионитные фильтры при умягчении воды параллельным водород-натрий-катионированием, следует определять по формулам:

расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, ,

; (10)

расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры , ,

, (11)

где - полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, ;

и - полезная производительность соответственно водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров, ;

- щелочность исходной воды, ;

- требуемая щелочность умягченной воды, ;

А - суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), .

Примечания: 1. Водород-катионитные фильтры могут быть использованы и как натрий-катионитные, поэтому должна быть предусмотрена возможность регенерации двух-трех водород-катионитных фильтров раствором технической поваренной соли.

2. Расчет трубопроводов и фильтров следует производить на режиме при наибольшей нагрузке на водород-катионитные фильтры, наибольшей щелочности (Щ) воды и наименьшем содержании в ней анионов сильных кислот (А); при наибольшей нагрузке на натрий-катионитные фильтры, наименьшей щелочности воды и наибольшем содержании в ней анионов сильных кислот.

26. Объем катионита , , в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле

. (12)

Объем катионита , , в натрий-катионитных фильтрах следует определять по формуле

, (13)

где - общая жесткость умягченной воды, ;

- число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое согласно п.14;

- рабочая обменная емкость водород-катионита, ;

- рабочая обменная емкость натрий-катионита, ;

- концентрация в воде натрия, , определяемая согласно п.15.

27. Рабочую обменную емкость , , водород-катионита следует определять по формуле

, (14)

где - коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый по табл.4;

- общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м3;

- удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4-5 воды на 1 катионита;

- паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, г-экв/м3.

Таблица 4

Удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв, ра- бочей обменной емкости	50	100	150	200
Коэффициент эффективности регенера- ции водород-катионита, альфа_в	0,68	0,85	0,91	0,92

При отсутствии паспортных данных следует принимать согласно п.15.

28. Площадь водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров , , и , , следует определять по формуле

, (15)

где - высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п.16.

Потерю напора в водород-катионитных фильтрах, интенсивность взрыхления и скорость фильтрования следует принимать согласно пп.18-20.

29. Количество рабочих водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров при круглосуточной работе должно быть не менее двух.

Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать: один - при количестве рабочих фильтров до шести и два - при большем количестве. Резервные натрий-катионитные фильтры устанавливать не следует, но должна быть предусмотрена возможность использования резервных водород-катионитных фильтров в качестве натрий-катионитных согласно примеч. к п.25.

30. Регенерацию водород-катионитных фильтров надлежит принимать 1-1,5%-ным раствором серной кислоты. Допускается разбавление серной кислоты до указанной концентрации водой непосредственно перед фильтрами в эжекторе.

Скорость пропуска регенерационного раствора серной кислоты через слой катионита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмывкой катионита неумягченной водой, пропускаемой через слой катионита сверху вниз со скоростью 10 м/ч.

Отмывка должна заканчиваться при кислотности фильтра, равной сумме концентраций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на отмывку.

Первую половину объема отмывочной воды следует направлять на нейтрализацию, в накопители и т.п., вторую половину - в баки для взрыхления катионита.

Примечание. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение кислот соляной и азотной (для КУ-2).

31. Расход 100%-ной кислоты , кг, на одну регенерацию водород-катионитного фильтра надлежит определять по формуле

, (16)

где - удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв, определяемый по рис.2 в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.

32. Объемы мерника крепкой кислоты и бака для разбавленного раствора кислоты (если разбавление ее производится не перед фильтрами) надлежит определять из условия регенерации одного фильтра при количестве рабочих водород-катионитных фильтров до четырех и для регенерации двух фильтров при большем количестве.

33. Аппараты и трубопроводы для дозирования и транспортирования кислот следует проектировать с соблюдением правил техники безопасности при работе с кислотами.

34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими размером 25х25х4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.

Площадь поперечного сечения дегазатора следует определять исходя из плотности орошения при керамической насадке 60 на 1 площади дегазатора, при деревянной хордовой насадке - 40 .

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу 15 воздуха на 1 воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления керамической насадки, принимаемого равным 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, сопротивления деревянной хордовой насадки - 10 мм вод. ст. Прочие сопротивления следует принимать равными 30-40 мм вод. ст.

Высоту слоя насадки, необходимую для снижения содержания двуокиси углерода в катионированной воде, следует определять по табл.5 в зависимости от содержания свободной двуокиси углерода , , в подаваемой на дегазатор воде, определяемой по формуле

, (17)

где - содержание свободной двуокиси углерода в исходной воде, ;

- щелочность исходной воды, .

Таблица 5

Содержание (СО2) в воде, подаваемой на дегазатор, г/м3	Высота слоя насадки в дега- заторе, м
	кислотоупорная керамическая	деревянная хор- довая
1	2	3
50 100 150 200 250 300	3 4 4,7 5,1 5,5 5,7	4 5,2 6 6,5 6,8 7

35. При проектировании установок для умягчения воды последовательным водород-натрий-катионированием с "голодной" регенерацией водород-катионитных фильтров следует принимать:

а) жесткость фильтрата , , водород-катионитных фильтров по формуле

, (18)

где и - содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, ;

- остаточная щелочность фильтрата водород-катионитных фильтров, равная 0,7-1,5 ;

- содержание натрия в умягченной воде, ;

б) расход кислоты на "голодную" регенерацию водород-катионитных фильтров - 50 г на 1 г-экв удаленной из воды карбонатной жесткости;

в) при "голодной" регенерации "условную" обменную емкость катионитов по иону (до момента повышения щелочности фильтрата) для сульфоугля СК-1 - 250-300 , для катионита КБ-4 - 500-600 .

36. Для предупреждения попадания кислой воды на натрий-катионитные фильтры установок последовательного водород-натрий-катионирования, на случай регенерации водород-катионитных фильтров избыточной дозой кислоты, следует предусматривать подачу осветленной неумягченной воды в поток фильтрата водород-катионитных фильтров перед дегазатором.

37. Аппараты, трубопроводы и арматура, соприкасающиеся с кислой водой или фильтратом, должны быть защищены от коррозии или изготовлены из антикоррозионных материалов.

38. При параллельном водород-натрий-катионировании ионитные фильтры допускается при обосновании предусматривать с противоточной регенерацией или по схеме ступенчато-противоточного ионирования.

39. Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность обработки концентрированной части вод для их повторного использования.

Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.

Осветленные растворы хлорида натрия (из сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров) надлежит повторно использовать для регенерации натрий-катионитных фильтров (при необходимости после нейтрализации).