Обезжелезивание воды в технологии водоподготовки котельных
Для большей части природных вод характерно такое свойство катионита: ион железа поглощается раньше и лучше, чем ионы, определяющие жесткость воды, -кальций и магний. И, следовательно, катионит <отравляется> железом, его обменная емкость (по кальцию и магнию) уменьшается.
СНиП 2.04.02-84 <Водоснабжение. Наружные сети и сооружения>, СНиП 11-35-76 <Котельные установки> и другие нормативные документы ограничивают содержание железа в воде перед натрий-катионированием с параллельноточной регенерацией фильтров значением 0,3 мг/л.
И при других способах деминерализации воды (обратный осмос, электродиализ) требуется наиболее полное обезжелезивание исходной воды. Так лимитирует содержание железа перед обратноосмотической мембраной - 0,05 мг/л. Такое же значение железа в воде перед электродиализным аппаратом регламентирует СНиП 2.04.02-84.
Поверхностный слой катионита загрязнен, в основном, соединениями трехвалентного железа, и общее количество железа составляет 1,85 г в 1 л катионита.
Присутствующие в воде ионы двухвалентного железа адсорбируются катионитом лучше других двухвалентных
ионов. В то же время при регенерации хлоридом натрия они несколько хуже десорбируются в отработанный регенерационный раствор. И под действием кислорода воздуха и остаточного хлора, присутствующих в исходной воде, часть двухвалентных ионов железа подвергается окислению с образованием трехвалентных соединений в виде гидрата окиси железа.
Для вытеснения из катионита сорбированного железа за рубежом используют дитионит натрия. Однако этот реагент дорог и поставка его из-за рубежа сопряжена с определенными трудностями.
Существует российский аналог, предназначенный для одновременной регенерации и очистки воды от железа. Этот
продукт представляет собой хлорид натрия с добавками тиосульфата натрия и лимонной кислоты и может использоваться как самостоятельный регенерирующий агент. Профилактически для предотвращения загрязнения катионита соединениями железа фирма рекомендует использовать его при каждой пятой регенерации.
При проведении регенерации указанным реагентом удельный расход хлорида натрия составлял 123 г/г-экв, концентрация - 16 %. В процессе регенерации вытеснено 4789 мг-экв солей жесткости. При аналогичном удельном расходе товарной соли на регенерацию было вытеснено 3600 мг-экв солей жесткости. В следующем после рассматриваемого фильтроцикле поглощено 4025 мг-экв солей жесткости. В процессе регенерации из слоя удалено 14 г железа или 3,78 г/м3 загрузки. Следовательно, отмывка катионита от железа произведена достаточно эффективно.
Однако использование описанного метода не отменяет необходимости предварительнои очистки исходной воды от взвешенных примесей и железа.
Традиционный способ уменьшения мутности воды, в том числе содержания взвешенных примесей железа, - фильтрование воды в осветлительных фильтрах. Как правило, используются или кварцевый песок с фракциями 0,5-1,2 мм, или антрацит с фракциями 0,6-1,4 мм, или песок и антрацит совместно.
В последние годы для загрузки осветлительных фильтров используют гидроантрацит А, не уступающий по своим физико-химическим и технологическим свойствам зарубежным аналогам. При этом повышенная плотность позволяет проводить взрыхляющую промывку с большей интенсивностью. По данным эксплуатации Каширской ГРЭС и ТЭЦ-27 Мосэнерго, применение гидроантрацита А позволило снизить содержание взвешенных веществ на 75-85 %, железа -на 80-95%.
Представляет интерес сопоставление расхода воды на собственные нужды фильтров при их загрузке антрацитом в условиях традиционной водо-воздушной промывки и при загрузке гидроантрацитом А в условиях раздельной промывки водой и воздухом. Пример: фильтр ФОБ - 2,6-0,6 (площадь фильтра - 5,3 м2). При традиционной водо-воздушной промывке расход воды на ее проведение равен 82 м3. При промывке гидроантрацита А водой и воздухом раздельно расход воды на собственные нужды составит 60 м3.
В качестве альтернативы удалению загрязнений из исходной воды ВПУ при использовании противоточных фильтров или мембранных аппаратов следует рассмотреть, например, органопоглощающие аниониты, так как они способны удалять из воды не только органические вещества, но и железо, в том числе железоорганические комплексы. Такой опыт применения анионита марки Amberlite IRA 958 накоплен на ряде ТЭС Мосэнерго.
Анионит Amberlite IRA 958 имеет акриловую матрицу, способствующую достаточно полной десорбции органики во время регенерации, и макросетчатую структуру, обеспечивающую эффективное удаление крупных органических молекул. Анионит поставляется в С1-форме и, по данным фирмы-производителя, регенерируется 2-процентным едким натром и 10-процентным хлоридом натрия. Удельный расход хлорида натрия составляет 160-300 г/л, едкого натра - 6-40 г/л.
Линейная скорость потока в течение фильтроцикла, по рекомендациям фирмы-
изготовителя, выбирается исходя из содержания <органики> в исходной воде и ожидаемой емкости по <органике>. Следует считать реальной среднюю емкость по <органике> от 10 до 40 г (по КМп04) на литр смолы. Глубина удаления <органики>, в свою очередь, в значительной степени зависит от рН исходной воды. По данным фирмы-изготовителя, при рН=6,8 удаляется 25 % <органики>, при рН=10 - 45 %.
Кроме способности обратимо сорбировать <органику>, на этом анионите происходит и частичное удаление железа, в особенности присутствующего в воде в виде железоорганических комплексов. Полная обменная емкость анионита -800 г-экв/м3. Эта емкость относится к сорбируемым.сульфатам, которые здесь также наблюдаются.
Были проведены стендовые испытания анионита Amberlite IRA 958 в наименее выгодных для него условиях - на воде после водород - катионитных фильтров 1-й ступени. Вода, подаваемая на органопо-глощающий анионит, характеризовалась следующими основными показателями: кислотность - 1,6 мг-экв/л; хлориды - 18 мг/л; сульфаты - 53,3 мг/л; JACK =1,61 мг-экв/л; железо общее - 175 мкг/л; цветность - 90 град; перманганатная окисляемость - 19,5 мг КМп04/л.
Скорость потока в течение фильтроцикла составляла 40 м/ч.
Как показали результаты испытаний, в процессе обработки воды наблюдался обмен аниона сульфата на хлорид с одновременным поглощением органических соединений, железа и практически полным удалением цветности. К концу фильтроцикла наблюдались постепенное снижение концентрации хлоридов и повышение содержания органических веществ, железа и цветности в обработанной воде.
Рабочая обменная емкость анионита по сульфатам составила 440 г-экв/м3, емкость по <органике> - 6390 г/м3 смолы, емкость по железу - 55,2 г/м3. Эффективность удаления органических веществ за фильтроцикл составила 38 %, соединений железа - 50 %, цветности - 90 %. Эффективность десорбции органических веществ при регенерации составила 95 %, железа - 45 %. Следовательно, даже в таких неблагоприятных для анионита условиях могут быть получены вполне приемлемые результаты по всем основным технологическим параметрам.
В обоих случаях характер снижения содержания <органики> в течение фильтроцикла лишен какой-либо закономерности, а удаление железа в начале фильтроцикла менее эффективно и стабилизируется после пропуска порядка 20 % объема обрабатываемой воды.
Результаты промышленной эксплуатации анионита Amberlite IRA 9581
показали, что регенерация может успешно производиться рассолом из скважины. При этом следует отметить, что жесткость регенерационного раствора вплоть до 1000 мг-экв/л при концентрации хлорида натрия 18 % не оказывает отрицательного воздействия на процесс регенерации. Следовательно, есть все основания предполагать, что в котельных регенерация органопоглощающих анионитов может производиться концентрированной частью отработанного регенерационного раствора натрий-катионитных фильтров, имеющих жесткость менее 1000 мг-экв/л. Этот раствор перед использованием для регенерации анионита подлежит доукреплению хлоридом натрия.
Периодически регенерацию анионита можно производить тем же комплексом, что и катионита для глубокого удаления соединений железа. Опытные данные пока отсутствуют, но имеются теоретические предпосылки того, что такой процесс может оказаться эффективным.
Все вышеизложенное позволяет нам сделать следующие основные выводы.
При использовании в схемах ВПУ технологии параллельноточного или противоточного натрий-катионирования, обратного осмоса или электродиализа необходимо предусматривать специальную стадию предподготовки воды от нерастворимых примесей, соединений железа и органических загрязнений.
Для очистки сильнокислотных катионитов от соединений железа можно рекомендовать проведение периодических регенераций с использованием комплекса хлорида натрия и тиосульфата натрия. При использовании на стадии предочистки осветлительных фильтров рекомендуется в качестве загрузки применять гидроантрацит А.
Для конкретных условий (высокая пермаганатная окисляемость, цветность и содержание железа) возможно применение в качестве ступени предочистки фильтров, загруженных высокоосновными анионита-ми-органопоглотителями, регенерируемыми растворами хлорида натрия или отработанными регенерационными растворами.
