59.4. Сооружения водоподготовки

Водоподготовительные установки (ВПУ), широко применяемые в промышленности, чаще всего требуются для следующих целей:
1) обработки природной воды различными методами для получения воды питьевого качества;
2) умягчения воды со снятием жесткости путем применения реагентов или ионного обмена;
3) общего обессоливания воды различными методами, в частности ионным обменом.

Комплекс вопросов, связанных с водоподготовкой, включая вопросы отведения сточных вод и удаления осадков, в основном изложен в СНиП II-31-74.

При коррекционной обработке воды на ВПУ (подкисление, фосфатировадие, щелочение и т.п.) сточные воды образуются, как правило, только в результате опорожнения и промывки аппаратуры, а также приготовления рабочих растворов, употребляемых в сравнительно небольших количествах.

При сбросе в канализацию наиболее сложна очистка сточных вод ВПУ с обработкой воды ионитами. Количество этих вод составляет от 5 до 20% и более производительности ВПУ.

Сточные воды таких ВПУ могут содержать:
а) отработавшие растворы хлористого натрия, серной или соляной кислоты, едкого натра или соды, сульфата аммония, обогащенные солями (хлориды, сульфаты), образовавшимися при регенерации ионообменных фильтров;
б) отработавшую промывную воду, загрязненную остатками регенерационных растворов и солями;
в) отходы от приготовления регенерационных растворов (отстоявшиеся осадки, смыв аппаратуры, проливы).

Органических загрязнений в стоках, как правило, нет. Взвешенные вещества представлены небольшим количеством выносимых водой зерен ионитов (плотность 1,6 г/см3; размер частиц 0,25 мм и более) и грязи, отстоявшейся после растворения хлористого натрия, или других реагентов.

В зависимости от технологической схемы ВПУ сточные воды могут быть слабощелочными или попеременно щелочными и кислыми. Отмечается высокое солесодержание сточных вод. Так, концентрация хлоридов, в основном хлористых натрия, кальция и магния, может быть в пределах 1,5—15 г/л.

Количество загрязнений в сточной воде, определяемое в каждом конкретном случае, зависит от технологической схемы ВПУ (Na-катионирование, Н-катионирование, NH4 — Na-катионирование, анионирование, комбинации этих способов), а также от условий повторного использования отработавших растворов и промывных вод. В качестве примера в табл. 59.3 приведена характеристика сточных вод ряда ВПУ, работающих по трем разным технологическим схемам (указаны крайние пределы численных значений характерных величин).

В табл. 59.4 дана характеристика сточных вод от отдельных технологических операций ВПУ.

В зависимости от технологической схемы содержание солей в усредненном стоке от регенерации Н-катионитных фильтров составляет до 4,5 г/л по сухому остатку при кислотности 0,5—0,7%, а в усредненном стоке от регенерации последующих анионитных фильтров — до 1,4 г/л по сухому остатку при щелочности около 1%. Сброс сточных вод и концентрация солей периодически изменяются.

В настоящее время на некоторых ВПУ сточные воды сбрасывают в системы гидро-золоудаления или шламоудаления, что не удовлетворяет санитарным требованиям. Представляется возможным при соответствующем местоположении ВПУ сбрасывать сточные воды без очистки в море.

Возможность закачки этих вод в глубокие скважины определяется благоприятными гидрогеологическими условиями, для установления которых необходимы сложные предварительные изыскания.

Очистка сточных вод ВПУ заключается в основном в их обессоливании, которое может быть выполнено методами выпаривания, обратного осмоса (гиперфильтрация) и электродиализа. Первые два способа не требуют усреднения стока (более подробно об обессоливании см. гл. 25).

Выпаривание обеспечивает получение дистиллята с солесодержанием около 1 мг/кг независимо от состава выпариваемой сточной воды. Целесообразно применять многокорпусный испаритель адиабатного типа (мгновенного вскипания). Применение поверхностных испарителей нежелательно из-за сложности борьбы с накипеобразованием. Испарение обеспечивает регенерацию и возвращение на ВПУ 80—85% сточной воды в виде ценного дистиллята и требует удаления концентрированного раствора солей (маточного рассола). Выпаривание предпочтительнее там, где есть отбросное низкотемпературное тепло, так как адиабатный испаритель работает с начальной температурой 95—110° С.

Обратный осмос (использование фильтрующих мембран) позволяет получать дешевый фильтрат в количестве до 80% расхода сточных вод при наличии в нем солей концентрацией 500—800 мг/л (на одноступенчатых установках). При обеспечении меньшего солесодержания (< 200 мг/л) получается более дорогой фильтрат, так как для этого необходимы двух- и многоступенчатые установки.

Электродиализ с применением аппаратов конструкции НИИПМ-ВОДГЕО для опреснения соленой воды обеспечивает получение от 50 до 80% регенерированной воды с солесодержанием от 500 до 1000 мг/л, обычно пригодной для сброса в водоем и для некоторых нужд промышленности. Технологический расчет электродиализа приведен в прил. 10 СНиП II-31-74. Расход электроэнергии составляет не менее 2 кВт • ч на 1 м3 сточной воды; стоимость опреснения не ниже 50 коп/м3, не считая затрат на удаление маточных рассолов. Следует отметить, что уменьшение количества сточных вод и содержащихся в них солей достигается прежде всего совершенствованием технологической схемы водоподготовки, что усложняет и удорожает ее строительство. Однако это удорожание окупается не только снижением стоимости очистки, но и значительным уменьшением расхода реагентов на регенерацию ионитов.

Для совершенствования ВПУ рекомендуется осуществление в первую очередь следующих мероприятий:
а) повторное использование отработавших регенерационных растворов;
б) повторное использование отмывочной воды для взрыхления, отмывки фильтров и приготовления регенерационных растворов;
в) противоточная подача регенерационных растворов с предварительным спуском водяной подушки;
г) мокрое хранение соли и приготовление регенерационных растворов постоянной умеренной концентрации (- 5 %), что обеспечивает оптимальное использование соли и снижает вынос ее со сточной водой;
д) применение предвключенных фильтров (дополнительных фильтров, загруженных ионитами пониженного качества, — мелочью, отсевом) при Н-катионировании и анионировании с регенерацией этих фильтров отработавшими регенерационными растворами от основных фильтров.