Физические методы дегазации воды (стр. 1 из 3)
В технике водоподготовки для удаления газов (кроме кислорода) в основном применяют пленочные дегазаторы, а для обескислороживания воды — вакуумные дегазаторы или термические деаэраторы. Барботажные дегазаторы используют в исключительных случаях из-за их сравнительно высокой эксплуатационной стоимости (большой расход электроэнергии накомпрессию воздуха).
Самым совершенным типом дегазатора для глубокого удаления из воды свободного диоксида углерода (IV) считают пленочный дегазатор, загруженный кольцами Рашига. Он обеспечивает наиболее устойчивый эффект дегазации, долговечен, требует меньшей площади и высоты, а также меньшего расхода воздуха, чем дегазатор с деревянной хордовой насадкой. Строительная стоимость его близка к стоимости дегазаторов с деревянной насадкой, а эксплуатационная стоимость ниже, особенно для установок большой производительности. Наиболее целесообразно применять эти дегазаторы на крупных установках и при большом содержании свободного диоксида углерода (IV) в воде, поступающей в дегазатор.
На рис. 19.2, а приведена схема пленочного дегазатора с насадкой из колец Рашига, размещаемой на промежуточной дырчатой перегородке, отстоящей от дна на расстоянии 600 мм. В поддон вентилятором подается воздух. Вода поступает в верхнюю часть дегазатора и равномерно распределяется по сечению плитой, имеющей 48 патрубков для слива воды в насадку и 8 патрубков с колпаками для выхода воздуха. Вода из поддонного пространства отводится через гидравлический затвор, высота которого h=1,2 Н (где Н — максимальный напор, развиваемый вентилятором, Па).
После пленочного дегазатора с кольцами Рашига и подачей воздуха вентилятором содержание диоксида углерода (IV) в воде составляет не более 3...5 мг/л. При удалении сероводорода этим методом следует подкислять воду (до рН=5) с последующим подщелачиванием ее до необходимого значения рН, это дает значительную экономию расхода воздуха.
Для удаления части свободной углекислоты из воды в процессе ее деманганации или обезжелезивания (в целях поднятия значения рН воды до оптимального) также наиболее целесообразно использовать дегазаторы, загруженные пластмассовыми или керамическими кольцами Рашига и работающие при подаче в них воздуха вентилятором или вакуумно-эжекционные аппараты. Применение вакуумных дегазаторов специально для удаления из воды свободной углекислоты целесообразно только в случаях Н—Na-катионного умягчения или ионитового обессоливания подземных вод, когда в обессоленной или умягченной воде лимитируется содержание кислорода. Вакуумные дегазаторы следует применять при необходимости предотвращения кислородной коррозии труб и аппаратуры (при подготовке воды для питания котлов и при обескислороживании воды в системах горячего водоснабжения) либо когда наличие растворенных газов в воде, в том числе и кислорода, является вредным для технологического процесса предприятия (на заводах СК). Для удаления из воды метана или свободного сероводорода также можно рекомендовать пленочные дегазаторы, загруженные пластмасовыми или керамическими кольцами. При водород—натрий—катионитовом умягчении или анитовом обессоливании подземных вод для удаления свободной углекислоты следует применять вакуумные дегазаторы во избежание насыщения их кислородом. При проектировании дегазаторов для удаления из воды свободной углекислоты должны быть заданы параметры: расходводы; концентрация свободной углекислоты в воде, и желательное остаточное содержание свободной углекислоты в воде после дегазатора; наинизшая (расчетная) температура обрабатываемой воды.
Рис. 19.2. Пленочный (а), вакуумный (б) и пенный (в) дегазатор:1 — вентилятор; 2 — насадка из керамических колец Рашига; 3 — газоотводной патрубок; 5, 10 — ввод исходной и отвод дегазированной воды; 7— оросительные патрубки; 4 — удаление воздуха; 9 — поддон; 8 — дырчатое днище; 6 — водораспределительная воронка; 11 — люк; 12 — патрубки для водомерного стекла; 13 — ввод воздуха; 14 — пенный слой
Концентрация свободной углекислоты в воде, подлежащей дегазации, не всегда указывается в анализе. Ее можно определить следующим образом. При дегазации воды после Н-катионитовых фильтров суммарное количество углекислоты будет равно:
где Жк — карбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л; Снач — содержание свободной углекислоты в исходной воде, мг/л, определяемое по номограмме (рис. 19.3). Первый член формулы учитывает свободную углекислоту, образующуюся при распаде бикарбонатов.
Номограмма составлена для плотного растворенного остатка воды 20 мг/л и при температуре ее 22°С. При иных значениях температуры и плотного остатка
где Сном — содержание свободной углекислоты, найденное по номограмме (рис. 19.3); а — поправка на температуру; р — поправка на плотный растворенный остаток.
| Температура, °С | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
| α | 1,65 | 1,44 | 1,29 | 1,16 | 1,06 | 1,00 | 0,95 |
| Плотный растворенныйостаток, мг/л | 20 | 50 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| β | 1,00 | 0,97 | 0,94 | 0,90 | 0,88 | 0,86 | 0,84 |
При отсутствии в анализе данных о значении рН и щелочности воды концентрацию свободной углекислоты в исходной воде (в мг/л) можно ориентировочно определять по формуле:
При дегазации воды в цикле обезжелезивания воды аэрацией
где СFe — содержание железа (П) в обезжелезиваемой воде, мг/л. Первый член формулы учитывает свободную углекислоту, выделяющуюся при гидролизе железа.
Декарбонизаторы с насадкой из колец Рашига обладают большой удельной поверхностью, малой массой в единице объема, значительным свободным объемом.
Кольцо Рашига (табл. 19.1) представляет собой полый керамический цилиндр с равными высотой и наружным диаметром.
Таблица 19.1
Для уменьшения высоты дегазатора выгоднее применять кольца более мелкого размера, так как единица объема насадки из таких колец имеет большую поверхность. Для загрузки дегазаторов наиболее часто применяют кольца размером 25*25*3 мм, так как общее сопротивление насадки из таких колец при наиболее неблагоприятных условиях работы аппарата не превышает значения напора, развиваемого центробежными вентиляторами среднего давления обычного типа.
Площадь поперечного сечения дегазатора, загруженного кольцами, следует принимать исходя из удельной нагрузки 60 м3/(м2*ч). Удельный расход воздуха в этом случае должен приниматься равным 15 м3/м3. Исходя из этой плотности орошения насадки и удельного расхода воздуха, в табл. 19.2 даны некоторые расчетные параметры.
Таблица 19.2
Необходимую поверхность насадки (колец) находят по формуле (19.7), значение Кт — по графику на рис. 19.4, а, ΔСср — по графику на рис. 19.5.
Помимо площади поверхности насадки, нужно учитывать площадь внутренней поверхности самого аппарата, которая составляет около 7,5% от площади поверхности насадки.
При подсчете напора, развиваемого вентилятором, сопротивление колец размером 25*25*3 мм при плотности орошения 60 м3/(м3*ч) и при удельной подаче воздуха 15 м3/м3 можно принимать 30 мм вод. ст. на 1 м высоты загрузки.
К дегазаторам, применяемым при обезжелезивании воды аэрацией, относятся пленочные дегазаторы с загрузкой кольцами Рашига или пластмассовыми кольцами, работающими в Условиях противотока воды и воздуха, подаваемого вентилятором. При известной щелочности исходной воды концентрация свободной углекислоты в ней, соответствующая рН=7,0, может быть найдена по номограмме (см. рис. 19.3). Зная исходное содержание свободной углекислоты в воде и определив по указанной номограмме концентрацию свободной углекислоты (рН=7,0), можно найти количество углекислоты, которое должно быть удалено из воды как разность концентраций начальной и оптимальной, соответствующей значению рН=7,0. Одновременно необходимо удалить дополнительное количество свободной углекислоты, которое образуется при гидролизе бикарбоната, железа, так как наличие ее в воде может препятствовать повышению рН до требуемого предела. Согласно стехиометрическому расчету количество свободной углекислоты составляет 1,57 мг на 1 мг железа (II), содержащегося в исходной воде.
Рис. 19.4. Графики для нахождения KжCO2 в зависимости от tºС при плотности орошения насадки 40 м3/(м2*ч) (а) и 60 м3/(м2*ч) (б) для колец 25*25*3 мм
Следовательно, суммарное расчетное количество свободной углекислоты, подлежащей удалению из воды, может быть определено по формуле:
где С — количество свободной углекислоты, которое -должно быть удалено из воды, мг/л; СFe — количество железа (II) в обезжелезиваемой воде, мг/л; Снач — начальная концентрация свободной углекислоты в обезжелезиваемой воде, мг/л; Сопт — содержание свободной углекислоты, соответствующее оптимальному значению рН=7,0 при данной щелочности воды (находится по номограмме рис. 19.3), мг/л.