ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

 «Алматы энергетика және байланыс институтының»

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

 

Л.Р. Жүнісова 

СУ  ДАЙЫНДАУ  ҚОНДЫРҒЫЛАРЫ  МЕН  ЖҮЙЕЛЕРІ

Оқу құралы 

 

 Алматы 2009

 

Суды өңдеудің қазіргі заманғы әдістері, конденсаттарды тазалау және ақаба суларды электростанцияларда залалсыздандыру қарастырылған. Қондырғылардың жұмыс жасау принциптері және ионитті, мембраналық су дайындаулардың алдын ала тазалау сүлбелеріне қосылған негізгі қондырғылардың оптимизациясы бейнеленген, олардың эксплуатациясы бойынша нұсқаулар берілген. Су дайындаудағы маңызды жетістіктер бейнеленген.

050717 – «Жылуэнергетика» мамандығы бойынша барлық оқу түрінің бакалаврларына арналған оқу құралы.

 

 

Алғы сөз

 

«Су және отын технологиясы» - 050717 бағыты бойынша оқитын студенттер үшін оқу бағдарламасына, «Су дайындау қондырғысы  мен жүйесі» атты пәні енгізілген. Ағынды су көлемінің азаюы, су өндегенде реагент қолдануының қысқартылуы, негізгі жылу энергетикалық қондырғының экономикалық және тоқталусыз ұйымның сенімді жұмыс істеу электр станция қызметкерлерінің алдына қойылған мақсат осы пән мағынасына қатысты.

Өндірістің энергетикалық жылу жүйе шаруашылығының интенсивті өсуі су қажеттілігінің өсуімен және оның жоғары сапасы болуын талап ететін жаңа су дайындау қондырғы жүйесі мен технологиясын және бар қондырғыларды кеңейту және реконструкциялау.

«Су және отын технологиясы» бойынша білім алып жатқан болашақ талап келесі бағдарламадан міндетті түрде білімі болуы керек: су дайындау жүйелерінің элементтері, олардың өзара байланысы, су сапасын жоғарылату тәсілімен, су дайындау қондырғыларын пайдалануды және есептеуді қалыптастыру.

КЭС, ЖЭО және АЭС циклдерінде қолданылатын су дайындау қондырғының технологиялық сүлбесі мен жүйесі, суды сапалы дайындаудың жаңа технологиясы осы кітапта келтірілген.

Бұл кітап «Су дайындау қондырғысы мен жүйесі»  бағдарламасы бойынша оқу құралы болып табылады.1 - тарау. КЭС, ЖЭО, АЭС-тің технологиялық сұлбасы

 

1.1  ЖЭО және АЭС циклында су айналымының типтік сұлбасы

 

Жылу электр орталығының (ЖЭО) және шықтық электр станцияларының (ШЭС) жұмыстық циклында су айналуының типтік сүлбесі В1 және В2 суретте көрсетілген. ШЭС-ң (көп аналогтық сүлбесінде) сүлбесі көбінесе су-бу трактысының принциптік сүлбесі бір контурлы АЭС (ЖҚКР) және екі контурлы АЭС (ССЭР) мен тәріздес екенін белгілеу қажет.

Табиғи (техникалық) су (Dбаст.) - су дайындау қондырғысына технологиялық шикізат ретінде жіберілетін су және ЖЭС пен АЭС-ң басқа мақсаты үшін қолданылатын су.

Қосылатын су (Dқ.с.) - өндеуден кейін физика – химиялык тазалау әдісін қолдану арқылы бу мен шықтың шығынын толықтыру үшін қондырғы бағытталады.

Шығыр шығы (Dш.ш.) - құрамында сапасы аз ерітілген және қалдық қоспалары бар қоректі судың негізгі құрамдасы.

Қайтару шығы (Dқ.ш) - сыртқы тұтынушылар буды енгізілген ластанудан тазалағаннан кейін қолданады. Ол қоректік судың құрамдас бөлігі болып табылады.

Қоректік су (Dқ.с.) – қазандарда, бу өндіргіштерде, тектегіштерде буланған судың шығынын өту үшін берілетін қоректік су. Қосылатын судың шығырлы және қайтарылатын шығын қоспасын, сонымен қатар жаңғыртулық бу қыздырғыштардың шығы болып табылады.

Қазандық су – тектегіште, бу өндіргіште болатын су элементтің көрсетілген күйінде болатын су.

Үрлеу суы (Dү.с.) – қоспалардың концентрациясын үзбей тұрақты ұстау үшін бу өндіргіштерден, тектегіштерден, қазандардан тазалау және құрғату үшін шығарылатын су. Қазандық немесе үрлеу суында қоспалардың концентрациясы және құрамы бірдей болады.

Салқындататын және айналып келетін су – істеп шыққан будың шықтануы үшін бу шығырларының шықтағыштарында қолданылатын су.

Қосылатын қорекі су - айналып келетін жүйелік судың шығынын толықтыру үшін жылуландыру жүйесіне жіберілетін су.

ЖЭО және АЭС пайдаланғанда бу мен шықтың ішкі станциялық шығыны болуы мүмкін: а) көмекші механизмнің жетегі үшін, сұйық отынды тозаңдату үшін қазанда үздіксіз немесе периодтық үрлеу кезінде сақтандырғыш клапандарды ашқанда, сумен жуғанда немесе сыртқы қыздыру беттерін күл мен қождан бумен үрлегенде; б) шығыр өндіргіштерде лабиринттік тығыздау немесе бу-ауалық эжектор арқылы; в) сынама алу нүктелерінде; г) бактарда, сорғыларда құбырлардың деңгейден асып кетуі ыстық судың булануы, флацтарға, жалғауыштарға өтіп кетуі және т.б. [2].

Пайдаланудың әртүрлі кезеңінде ішкі станциялық бу мен шықтың шығынын қосылатын қоректік сумен толтыру үшін әдетте жалпы бу өндірулік ЖЭС-те 2-3% , АЭС-те ,0,5-1%.

Өндірістік мекемелердің әртүрлі тәсілдемелік қажеттіліктеріне бу жіберетін өнеркәсіптік ЖЭС-да бу мен шықтың сыртқы шығындары да болады, сондықтан мұндай ЖЭС-да қосылатын судың мөлшері өндірілетін будың 10-50% не жетуі мүмкін.

 

1.1 Сурет - ШЭС трактісінде су айналуының принциптік сүлбесі

1-қазан, қайнау түрінің тектегіші, бу өндіргіш

2-шықтық шығыр;

3-электр өндіргіш;

4-су дайындау қондырғысы (СДҚ)

5-шығырдың электр өндіргіші;

6-шықтық сорғы;

          7-блоктық тұзсыздандырғышқондырғы(БТҚ); 

8-ТҚҚ;

                                                                   9-деаэратор;

                                                                   10-қоректік сорғы;

                                                                   11-ЖҚҚ.

 

1.2 Сурет - ЖЭО айналымында су айналуының принциптік сүлбесі

1-қазан;

2-өзіндік өндіріске және жылуландыруға шығырдан алынатын бу;

3- электр өндіргіш;

4- электр өндіргіш;

5- шықтық сорғы;

6-өндірісте қайта лайланған            шықтағышты тазалау қондырғысы;

7- деаэратор;

8-қоректік сорғы;

9-қосылған суды қыздыру;

                                                                10-СДҚ;

                                                                11-қайтарылған шықтың сорғысы;

                                                                12-қайтарылған шықтың бакы;

                                                               13-жылуландыру буды тұтынушы;

                                                                14-өндірістік буды тұтынушы.

1.2 ССЭР реакторы бар АЭС-тің технологиялық жүйесі

 

Жылу берудің сенімділігін арттыру үшін жылу бөлгішті жиынтықты сулы жылу тасығышы бар бір контурлы реактордың технологиялық сүлбесін бірнеше тәуелсіз айналмалы контурларға бөледі (петель).

 

 

1.3 Сурет - ССЭР-440 реакторы бар бір контурлы АЭС-тің сүлбесі: 1— барботажды бак, 2 — сақтандырғыш қақпақша, 3 — реттегіш, 4 — қысымды конденсатор, 5—басты бекітуші тығындар, 6 — көмекші сорғы, 7-БЦН, 8–БЦН подшипнигінің суыту контурының жылуалмастырғышы, 9—бугенераторы, 10—реактор, 11—реакторға кіретін қосалқы су кірісі.

 

Бұл қондырғыны жөндеу үшін жұмыс істеуші реакторда кез келген контурды өшіруге мүмкіндік береді (1.3сурет). Әрбір алты айналмалы контурдан (петель) (ССРР -1000 реакторында 4 петлядан турады) БЦН (7) тұрады, жатық бугенераторы (9), электрприводы бар екі басты бекітуші тығын (5), электржылытқышы бар қысымды (көлемді) бу конденсатор (4) және қосалқы су (11) беретін жүйесі бар реактордан (10) тұрады [15].

Басты айналмалы сорғы сенімділігі жоғары болу керек, себебі белсенді аймаққа берілетін судың тоқтатылуы, температураның жоғарылауына және нөлдік қатардан шығуына әкеледі, сонымен қатар сорғының тұрғысынан радиоактивті жылу тасығыштың минималды ағуын қамтамасыз етеді.

Қазіргі заманғы БЦН-де ағуы бақыланатын радиоактивті емес суы бар  гидромеханикалық тығыздалған  білік және электр қозғалтқыш маховигі бар (ондағы cорғының шығу уақыты 120 с-қа дейін). Осының арқасында электр қоректендіргіш өшкенде активті аймақтың су шығынының салқындатылуы қамтамасыздандырылады. ССЭР-440-ге сәйкес әрбір БЦН-нің өнімділігі 1,95 м3/с (7000 м3/сағ), ал реактордың гидравликалық кедергісі арқылы анықталатыны 1,5 МПа-ға жуық. БЦН подшипниктерін салқындату үшін арнайы контур ішінде сорғысы бар жылуалмастырғыш 8 қолданылады.

Реактордың бірінші контурында қысым (көлемді) қарымталуының жүйесін қолданады, ол стационарлық және өтпелі жүйеде температураның өзгерісін реттейді. Бірінші контурда су қысымының төмендеуі оның қайнауына әкелуі мүмкін, ол жылу беру шартын нашарлатады, ЖШЭ қабықшасының аса қызуына, олардың қирауына, ал жоғары номиналды болуы механикалық қирауына әкеледі [15].

Жүйенің негізгі элементі қысым компенсаторы (көлем) болып табылады, ол өзімен жоғары қысымға есептелген тік орналасқан цилиндрлік ыдысты ~ 50 м3 көрсетеді. Жұмыстық жағдайдағы компенсатордың  2/3 суға толтырылған, ал судың жоғарғы деңгейі – бу. Будың генерациясы су көлемінде орналасқан электр жылытқышпен қамтамасыздандырылады. Қысымды компенсатордың сулы бөлігі реактор шығысындағы «ыстық» жіп бір айналмалы тұзаққа  қосылған, ал булы-құбыр жолы сол тұзақтың «суық» жібі, компенсатордың булы кеңістігі алдындағы ССЭР реакторлық судың бүркуін қамтамасыздандырады. Компенсатордың реттелетін параметрлері судың қысымы және деңгейі болып табылады. Бірінші контурдың қысымын импульстің реттеуішіне берілетін компенсатордың электр жылытқыш  автотрансформаторына әсер етуі арқылы ұстайды. Шекті қысым жоғарылағанда компенсатордың булы бөлігінде орналасқан сақтандырғыш қақпақша 3 іске қосылады, ал бу конденсациялану үшін желдетумен 2 барботажды бакка барады.

 

1.3 ЖҚКР, ССЭР және СН реакторлары бар АЭС-тің жылулық сұлбасы

 

Реакторлық кондырғының қолданылуына байланысты оларды бір, екі және үш контурлы АЭС деп ажыратады.

Бір контурлы АЭС-терде қаныққан бу қысымы 7,0 МПа және температурасы 284°С, 1 (ЖҚКР) реакторында өндірілген, құбыр жолы 2 арқылы екі шығырға барады(1.4 сурет). Жоғарғы қысымды цилиндрде (ЖҚЦ) 3 жұмыс істеліп, бу аралық бу қыздырғыш сеператорына 4 барады, ЖҚЦ – да пайда болған ылғал тамшыларынан ажыратылады, сонымен қатар  250°С-қа  дейін қыздырылады. Соның арқасында шығырдың экономикалық жоғарылауы мен жұмыстың сенімділігі артады. Әрі қарай, шығырдың төменгі қысымды цилиндрінен 5 (ТҚЦ) өтіп, бу шықтағышқа 6 бағытталады және сонда терең вакуумде шықталады. Шықтағыш жұмысының ерекшелігі, ол салқындаушы су мен шықталатын будың қысымдарының әртүрлілігі, аз мөлшердегі салқын судың жорғары тұздылығына алып келеді, ал шықтағышта осының салдарынан шық ластанады. Шықтағыштан 6 алынатын шық сорғы 7 көмегімен  тазалауға арналған қондырғы 8 арқылы сорылады, сонымен қатар төмен қысымды регенеративті жылытқыштар 9 арқылы өтіп, шықтағы ерітілген газдарды жоғалту және жылыту үшін газсыздандырғышты 10  пайдаланады.

 

1.4 Сурет - ЖҚКР-1000 реакторы бар бір контурлы АЭС-тің жылулық сүлбесі

 

Осыдан кейін қоректі су сорғы 11 арқылы барабанды-сеператорға беріледі, сол жерде көпсатылы еріксіз айналымы бар контурда айналып, жылу тасығышпен араласады. РБМК- 1000 үшін өндірілетін бу шығыны 1560 кг/с (5600 т/сағ) тең.

ЖҚКР-сы бар бір контурлы АЭС-тің жылулық сүлбесінің кемшілігіне реакторда шығарылатын будың радиоактивті қоспаларының ластығы, реактордағы судан буға беріледі. Бу шығыры қондырғысы (шығыр генератор, шықтағыш, регенерациялық жылытқыш қондырғы, айдаушы сорғы) орнатылған бөлмеде осындай бу өндірмеу үшін шығыр цилиндрінің шығысына тығыздалуы радиоактивті емес арнайы буландырғыш қондырғыда өндірілетін бу беріледі [15].

ССЭР реакторлары белгілі бір қысымда сумен салқындатылады, активті аймақта сулы жылу тасығышты 270-тен 300°С-қа дейін жылытады. Бұл температураның өзгеруін сәйкесінше бу генераторындағы  температура мен қысымда  қаныққан бу алу үшін қолданады, АЭС энергоблогында олардың саны айналмалы тұзақтар санына сәйкес келуі керек. Бу шығырлы контурдың бірінші контурмен байланысы болмағандықтан, оны екінші контур деп атайды.

ССЭР екі контурлы АЭС-тің жылулық сүлбесі 1.5 суретте көрсетілген.

Екінші контурда негізгі және қосымша қондырғылардың реттілік қосылуымен сипатталады, АЭС-тегі ЖҚКР реакторларындағыдай. Олардың айырмашылығы, ССЭР реакторы бар АЭС-тің екінші контурында радиоактивті емес бу қолданылады, сондықтан қондырғы биологиялық қорғанысты қажет етпейді.

 

 

1.5 Сурет - ССЭР реакторлы екі контурлы АЭС-тің жылулық сүлбесі: 1 — реактор, 2 — қысымды компенсатор,  3— бу генераторы, 4 — бу генераторына көршілес бу құбыры, 5— ГЦН, 6 — негізгі бекітуші тығындар ,  7 — тұзаққа көршілес реакторлық судың кірісі-шығысы, 8—шығырдың  ЖҚЦ-сы, 9 — аралық бу қыздырғыш  сепаратор, 10 — шығырдың ТҚЦ, 11 — конденсатор, 12 —су салқындатушы құбыр, 13, 17 – шықтағыш және қоректік сорғы, 14 — шықтазалағыш жүйесі, 15 —ТҚБ, 16 — газсыздандырғыш,  18 — ЖҚБ, 19 — шығырдың тоқтатушы қақпақшасы,  I, II — бірінші және екінші контурлар.

 

АЭС және ЖЭС-тің жылулық сүлбелердің бу шығырлы бөліктері де ұқсас,бұл оларда бірдей қондырғыларды қолдануына рұқсат береді [15].

АЭС-тің көп контурлы сүлбелерінде жылутасығыш ретінде судан басқа да заттарды қолдануға болады.Солай жылдам нейтронды реакторларда жылутасығыш ретінде сұйық (ерітілген) натрий қолданылады, өйткені іс жүзінде жылдам нейтрондарды ақырындатпайды. БН реакторларының ерекшелігіне оларда ақырындатудың болмауы және екіншілік ядролық отынды (плутоний-239) алу мүмкіндігі жатады. Реактордан шығардағы сұйық металды натрийдің температурасы 550°С-қа дейін және соған  сәйкес жоғары параметрлі бу аламыз, сонымен қатар блоктың ПӘК-ін 41% апарып және сериялық бу шығырлы қондырғыны қолданамыз. Сұйық натрийдің жоғары температурасын қысымды төмендету арқылы аламыз (0,5 МПа жуық), сондықтан БН реакторының корпус қабырғасының қалыңдығы кішкене болу мүмкін. Сұйық радиоактивті натриймен субулы (үшінші) су арасында реакция жүруі мүмкін, олардың арасында аралық (екінші) контур қосылған және ол радиоактивті емес сұйық натриймен толтырылған.

 

 

1.6 Сурет - БН-600 реакторлы энергоблоктың үш контурлы жылулық сүлбесі: 1— реактор, 2, 4 — бірінші және аралық контурлардың натрийлік сорғысы,   3 — сіңіргіш жылуалмастырғыш, 5  — қоректік сорғы,  6 — аралық буды асақыздырғыш бу генераторы,  7, 8 — ЖҚЦ және ТҚЦ шығырлары, 9-регенеративті жылыту және газсыздандыруды конденсациялау жүйесі, /. //, ///— бірінші, екінші және үшінші контурлар.

 

БН реакторынан бірінші контурдан шыққанда натрийдің температурасы 380 - нен  550°С-қа дейін өседі, аралық контурдың жылуалмастырғыштағы кірісі - 520°С, ал шығысы - 320°С болады, ол қысымы 14 МПа температурасы 510°С жылытылған сулы буды жаңартып, шығырдағы ТҚЦ және ЖҚЦ арасында  505°С қыздырады. БН-600 реакторының жылулық қуаты жұмыстың артықшылығын, АЭС-те (БН реакторларымен жоғары, ССЭР және ЖҚКР-ға қарағанда) электр энергиясын шығарудағы шығынын қамтамасыз етеді. 

 

1.4 Суды дайындау және оның қоршаған ортаға әсері

 

Жылу электрстанциясында суды өңдеудің әртүрлі әдістері қолданылады, бірақ оларды негізінен реагентсіз немесе физикалық әдіс әртүрлі препараттарды (химиялық тектескіштер) қолдануға болатын әдіс. Реагетсіз (физикалық) әдістер суды өңдеудің жалпы технологиялық құбылыс жеке этап ретінде қажетті сапалы суды алуды қамтамасыз ететін өз еріктігі бар әдіс ретінде қолданылады. Химиялық өндеуді қолдана отырып (сонымен қатар ионалмасу әдісін қоса), қалай жұмсартылға, солай терең тұзсыздандырылған суды алуға болады; ЖЭС-да белгілі бір көп таралған физикалық әдіс – суды термиялық өндеу - әрқашан тазартылған, яғни құрамында қоспасы көп емес су алуға болады. Бірақ кейбір жағдайда терең тұзсыздандыру мақсатымен өткізгенде термиялық өндеу кезінде жұмсартылған су, яғни толық химиялық өндеуден және иондаудан өткен суда қолданады [2].

Дамыған ірі ЖЭС-да бу шығырлық қондырғының контурын толықтыру үшін және сондағы шығынды толықтыру үшін  терең тұзсыздандырылған су қолданылады. Қазіргі кезде мұндай суды көбінесе химиялық және термиялық тұзсыздандыру әдісі арқылы алады. Жылулық жүйеде шығынның орнын толықтыру әдетте жұмсартылған иондалған сумен жүргізіледі.

Су дайындау қондырғыларында фильтрлерді регенерациялағанда өнделген суда 5-20 % мөлшерде қалдық су шығындалады, өйткені оның құрамындағы 10 г/дм3-қа жететін кальций және магний карбонаты, магний гидроксиды, темір, аллюминий, органикалық заттар, тұз және күкірт қышқылының концентрациясы ағынға өтуі мүмкін. Белгілі шектеулі мүмкін концентрациясына (ШМК) байланысты суаттардағы зиянды заттарды СДҚ-ң ағынына түсіру алдында, сәйкесінше тазалану қажет, еске сала кетсек, зиянсыздандырылған ағынның шығындары әдетте қажетті сапамен дайындалған судың шығынымен салыстырмалы, сондықтан аз ағынды СДҚ құру аса маңызды болып табылады. Осы мақсатта қолданылатын суды өңдеу құбылысының физика-химиялық негіздері (табиғи, ағындық, шықтық) сүлбелері, технологиялық процестер мен аппараттары ЖЭС және АЭС контурларының басқа-басқа түрлерінің іске асырылуы осы кітапта толық қарастырылады.

 

2-тарау. Су дайындау тәсілдері

 

Су дайындау тәсілдері нормативті құжаттар немесе тұтынушы таңдаған сапа бойынша бастапқы судың құрамы және сапасына байланысты тандалады. Суды тазарту тәсілін таңдағаннан кейін берілген есепке сәйкес олардың мүмкіншіліктері мен қолдану шарттары тексеріледі. Көбінесе нәтижеге жету үшін бірнеше тәсіл кезекпен орындалуы керек.  Осыған орай, суды тазалау тәсілдерін таңдау және олардың кезектілігі маңызды болып табылады [2].

Суды дайындау тәсілдері 40-қа жуық. Мұнда олардың тек ең көп қолданылатындары қарастырылған.

 

Суды коагуляция және тұндыру әдістерімен алдын ала тазалау

 

2.1 Тазалау алдындағы ағартқышы бар қондырғы және оның пайдаланылуы

 

Ағартқыш құрылымы. Ағартқыш бір уақытта химиялық реакция ағып өтетін аппарат болып табылады, ол енгізілген реагентпен байланысты.

Шламды сүзгіш деп аталатын ағартқышқа байланысты орта ерте түзілгендерден құралады және қайтадан пайда болатын шлам бөліктерінің өлшенген жағдайындағы су ағынының арқасында пайда болады. Шламды сүзгіш арқылы өтетін су  ірідисперсті бөліктерден босатылады, олар шығыр судың құрамында және ағартқышта химиялық реакциялардың арқасында құралады [12]. Сондықтан олардың қалған шоғыры 5 – 10 мг/дм3 мүмкіндігінде табылады, егер ағартқыштағы гидравликалық және химиялық тәртіптері бұзылмаса. Ағартқышты құрылымдау кезіндегі гидравликалық үрдіске келесілер жатады:

а) байланысты ортаны түзетін, шығатын су ағынындағы қатты бөліктерді өлшенген жағдайда ұстау;

ә) байланысты орта аймағынан осы бөліктердің шығуын жою;

б) байланысу ортасындағы су қозғалысының тәртібі, сонымен қатар ағартқышқа кірердегі және шығардағы.

 

 

2.1 Сурет - Коагуляциялық қондырғының сүлбесі

 

Ағартқыштар суды коагулянт, гашенді әкпен, содамен, магнетизммен өңдеу кезінде тұну үрдісіндегі гидродинамикалық және химиялық тәртіптерді іске асыру үшін қолданылады. Ағартқышты коагулянтті қондырғысының сұлбасы 2.1 суретте келтірілген. Ағартқышта су және реагенттердің араласуы болады, шламның түзілуі және оның судан бөлінуі, яғни ағару. Ағартқыштағы су коагулянған судың багына түседі. Сорғылар  КСБ – дан суды ағартқыш сүзгіге береді, мұнда олар ағартқыштан коагулянтті суға түскен өлшенген заттардан (5 – 10 мг/дм3) босатылады. Механикалық сүзгідегі ұсталынған өлшем қайтымды су ағынын жуу кезінде жойылады. Шайылатын сулар арнайы бакқа жиналады және бір тәулікте сорғымен ағартқышқа теңдей шайқатылады [12].

Қазіргі уақытта әртүрлі су дайындайтын қондырғыларда ағартқыштың екі түрі қолданылады: ЦНИИМПО – да жасалынған (коагуляция үрдісін іске асыру үшін) және БТИ–да жасалынған (оларда әктеу немесе коагулянтты әктеу іске асырылады). Ағартқыштың осы екі түрінде принципиалды айырмашылықтар болмайды, бірақ ағартқыштың әртүрлі аймағындағы судың қозғалыс жылдамдығы әртүрлі болып таңдалынған. Бұл ағартқыш шламындағы түзілудің сипаттамасымен байланысты: коагуляция кезінде ол жеңілірек, сондықтан көтерілудегі судың қозғалыс жылдамдығы әктеуге қарағанда төмен болуы керек, ағартқыштағы судың қозғалыс жылдамдығы ағартқыштан су ағынымен кететін бөліктегі тұнбаның жылдамдығынан аспау керек. БТИ құрылымын әктеу үшін ағартқыштарды ондағы алюминий сульфатының коагулянтін жүргізу үшін қолданады, бірақ мұндай ағартқыштардың есептік өндірулігі әктеу кезінде 0,7 номиналдылығына түседі.

 

 

 

2.2 Сурет - Ағартқыштың коагуляция үшін сүлбесі

 

Коагулянтты әктеу үшін ағартқыштың қалыпты қатарындағы жұмыстық сұлбалар СКБ ВТИ екі құрылым сұлбасымен жасалынған (2.3 сурет):

ағартқыштар 63,100,160 және 250 м3/сағ өндірулігімен;

ағартқыштар 400, 630 және 1000 м3/сағ.

 

 

2.3 Сурет - СКБ БТИ ағартқыштардың әктеу үшін сүлбесі

 

2.3 суреттен көріп отырғанымыздай, БТИ ағартқыш құрылымдық сұлбасының айырмашылығы тек шлам қабылдайтын қондырғымен байланысты, олар шлам қабылдағыш корпусында орналасқан (2.3 сурет, а) немесе шлам қабылдағыш құбырында (2.3 сурет, б) орналасқан. Берілген ыстықтыққа дейінгі қыздырылған шығар су l ауа суытқыштағы 3 ауа суытқыш воронкаларына беріледі, соның арқасында ауа көбіршіктерінен босатылады. Түсетін құбыр арқылы ауа суытқыштан енгізілген тангенциалды бағыт арқылы реттегіш қондырғымен 9 шығар су аппараттың төменгі жағына барып түседі, 5 – (судың қосылыстары және реагенттер). Ағартқыш сүзгіде шайылатын суды қолдану кезінде ол құбыр 4 бойынша араластырғышқа бағытталады. Әктелген сүт 6, коагулянттің ерітіндісі 7 және ПАА 8 радиалды бағытталған құбыр өткізгіш бойынша араластырғышқа барып түседі, олар әртүрлі деңгейде орналасқан. 7а шығар суындағы құбыр өткізгішіне коагулянттің енгізілуі қарастырылған. Химиялық реакциялардың комплексі араласу аймағында бітеді, шығу кезі ұлпа түріндегі өзара әсерлесу өнімінің бөлінуінен басталады, көлемнің үлкеюінде және су қозғалысының жоғары өрлеу кезіндегі ұсталымдар. Суға тангенциалды енгізілген айналма қозғалыс- тік 10 және көлденең 11 қоршаулармен сөндіріледі, олардың диаметрі 100 – 150 мм [2].

Ағартқышқа байланысты орта түзетін 12 өлшенген шламның жоғарғы шекарасы 12а шлам тығыздағыштағы 15 шлам қабылдайтын саңылаудың деңгейінде табылады. Шламның шығысы үзіліссіз шлам жоятын қондырғының 14 көмегімен шығарылады, бұл үшін бөліктегі судың жалпы шығысы байланысты аймақтан шлам тығыздағышқа шығарылады. Өлшенген шлам қабатынан кейін су ағартқыш аймағы арқылы 16 жоғары үлестірілген тордан 17 өтеді және қима арқылы су ағызатын науаға 18 құйылады. Содан кейін ол үлестірілетін қондырғыға 19 бағытталады, шлам тығыздағышқа түсетін ағарған сумен араласады және құбыр өткізгіш бойынша 20 әктелген судың багына әкетіледі.

Бөлінген бөлікпен бірге түсетін шлам, шлам тығыздағыштың төменгі бөлігінде және құбыр өткізгіш 23 бойынша (үздіксіз үрлеу) тұнбаланады және 24 (периодты үрлеу) сол жерден өлшенетін шайба 25 арқылы жойылады. Шлам тығыздағышты босату және толтыру үшін құбыр өткізгіш 29 қарастырылған. Шлам тығыздағыштағы ағарған су тесіп шығарылған жинағышпен 21 жиналады және құбыр өткізгіш 22 бойымен үлестірілетін қондырғыға 19 шығарылады.

Әкетілінген құбырда ағып өтетін суды жапқыш болады 28, үнемі аралықта басқарылады, ол шлам тығыздағыш арқылы түсетін судың шығысын реттейді. Осы құбыр өткізгіште ысырма 31 қондырылған, ол ағартқыш жұмысы кезінде ашық болады және құбыр өткізгіш 30 бойымен берілетін шлам тығыздағыш суының жинағышын шаю кезінде жабық. Осы құбыр өткізгіш арқылы су ағызатын науаны жуу 18 және тор 17 үшін су беріледі [2].

Шығар су арқылы түсетін шлам және құмның тұнбаларын жинау үшін лайлағыш 26 қызмет етеді, одан өрескел бөлігі құбыр өткізгіш 27 бойымен жойылады, оны ағартқышты босату үшін қолданады.

Ағартқыштың дәлдік жұмысының шартын сипаттайтын негізгі көрсеткіштері (өндірулігі, шлам сипаттамасы, үзіліссіз үрлеудің мәні және лайлағыштан, шлам тығыздағыштағы кезеңді үрлеулер, өңделген судың сапасы) ағартқышты жөндеу кезінде анықталады.

БТИ құрылымды ағартқыштың сипаттамасы 2.4 кестеде келтірілген.

Бактағы және сорғыдағы ағарған судың ағартқыштың суммарлы өндірулігі СДҚ–ның өндірулік есептелуінде 10% қормен таңдалынады. Ағартқыш жұмысы БТИ  құрылымын әктеу үшін өңделген судың ыстықтығының  тұрақтылығының талабына қосымша келесі шарттарды орындау қарастырылады:

Шығар судағы өлшенген заттардың маңызының шектеуі 800 мг/дм3 дейін, ал қалған уақыт жылдарында 200 мг/дм3 дейін жалпы түзілетін тұнбаның саны 1500 мг/дм3 дейін;

 

2.2 Ағартқыш қондырғыларын эксплуатациялау

 

Ағартқышты эксплуатациялау кезінде басқарудың екі түрі қолданылады: технологиялық және химиялық, олар берілген график бойынша жүргізіледі. Олардың нәтижелері берілген тәртіптік картамен салыстырылады.

 

 

2.4 Сурет - Ағартқышта нүктелердің сынақтан өткізуінің орналасу сұлбасы: l - нүктесі грязевиктегі алымның пробасы үшін, 2 – реакция аймағынан, 3 – отсечканың құбырынан.

 

Ағартқыш қондырғысындағы оперативті технологиялық бақылау қарастырады:

- коагулянтті, әктелген сүттің жұмыстық ерітіндісін дайындау, ПАА және сілтілік қажеттілік кезінде;

- өңделетін судың ыстықтығын 30–400С интервалында және  тербелісінде ұстап тұру қажет.

Жүктеменің өзгеру тәртібін сақтау. Судың шығынының өсуі шламның шығарылуына әкеліп соғады. Жүктемені үлкейту кезінде судың шығынын да бірқалыпты секірусіз 10% - дан 10 – 15 минут аралығында үлкейтіп отыру керек. Жүктеменің төмендеуін жылдамырақ жүргізу керек:

- бактағы ағарған судың бірқалыпты деңгейін сақтау;

- ағартқыш реагенттеріне енгізілген мөлшерлеу қондырғысын қатаң сақтау;

- үрлеу тәртібін сақтау, ол үзіліссіз және периодикалық үрлеудің көмегімен және шлам тығыздағыштың отсечкасындағы судың өзгеруімен;

- шлам қабылдайтын терезелердегі шламның жоғарғы шекарасын ұстау;

- шламның қажетті сипаттамасын ұстау. Шлам оның сапасын бақылау кезінде сүзбе түріндегі құрылымы болу керек және оның барлық массалары тұнуында біркелкі болуы керек;

- шламның сапасын визуалды бақылау кезінде шлам алымындағы су цилиндрде 40 – 60 мм диаметрімен, биіктігімен 250 – 350 мм болу керек. Тоқтаудың белгілі бір уақытынан кейін шлам бағанасының биіктігі өлшенеді.

Сигнал беретін құралды қолданумен автоматты жүргізілетін немесе шлам тығыздағыштағы және оның үзіліссіз үрлеуіндегі бөлікті қолмен өзгертудегі шлам деңгейін реттеу [2].

Шламның жоғарғы деңгейін жоғарылату кезінде үрлеу үзіліссіз үлкейеді, ал бөлік бұл кезде толығымен ашық болады. Шлам шекарасының төмендеуі кезінде үзіліссіз үрлеу төмендейді, ал бөлік қалпына келтіріледі. Үзіліссіз үрлеудің өзгеруін 10% - бен 10 – 15 минут ішінде бірқалыпты жүргізу керек. Шлам деңгейінің номиналдылығы төменгі ағартқыштың жүктемесі кезінде шлам қабылдағыш терезелер деңгейі төмендеп кетуі мүмкін, бұл кезде сәйкесті нүкте алымының суындағы шламның болмауы анықталады. Бұл жағдайда шлам қабылдағыш терезесі деңгейіндегі шлам пайда болғанға дейінгі үзіліссіз үрлеу толығымен жабылады.

Химиялық бақылаудың көлемі ағартқыштың түріне тәуелді, бақылаудың периодтылығы су сапасының (Ж0, С0 фенолфталиен сілтілігі бойынша Сфф, ОК, СГДП және т.б.) көрсеткіштерінің әртүрлілігінен 2–ден 24 сағатқа дейін тербеледі. Ағартқыштың жұмысынан бақыланып және жазылып алынған анализдер ағартқыш жұмысының тәуліктік ведомосына әкетіледі.

 

2.3 Реттеу, ерітіндіні дайындау және реагенттерді мөлшерлеу үшін қондырғы, тазалау алдындағы үрдісте қолдану

 

Ағартқыштағы мөлшерленген реагенттерді автоматты басқару ағартқыштағы жүктеме 50 – ден 100% - ға болғандағы өңделген судың шығыны бойынша әртүрлі жүйелердегі сорғы – мөлшерлегіштермен іске асады. Өңделген судың шығыны бойынша сұлбадағы әктің мөлшерлеу дәлдігін көтеру үшін рН түзету сигналы енгізіледі.

 

 

 

 

2.3 Кесте – Ағартқышқа берілетін беттік сулар реагенттерінің мөлшері

Реагент

Суспензия немесе ерітіндінің шоғыры

мг – экв/дм3

Өнімнің сусыздығы бойынша, %

Әктелген сүт

200 – 2000

0,6 – 6 (СаО бойынша)

Темір сульфаты

200 – 2000

1,5 – 15

Алюминий сульфаты

250 – 2500

1,3 – 13

Полиакриламид

10 000

1

 

Ағартқышқа берілетін беттік сулардың (2.3 кесте) реагенттерінің мөлшерлерін басқару сапасының маусымдық өзгерісі кезінде, сонымен қатар сорғы – мөлшерлегіштегі плунжер жүрісінің өзгеруінде шығын багындағы мөлшерленген реагенттің шоғырлары өзгеруі мүмкін. Мөлшерленген реагенттерді басқарудың үш түрінің қосылуы оларды кең мөлшерде қолдануға мүмкіндік береді [2].

НД сериялы плунжерлі сорғыдан басқа су дайындау практикасына көрсететін сызықты электромагнит приводы бар және микропроцесорлы қондырғыны басқара алатын мембранды сорғы – мөлшерлегіш пайдаланыла бастады.

 

2.4 Коагулянтті шаруашылық

 

СДҚ коагулянтті шаруашылық құрамына кіреді:

а) тереңдетілген темір бетонды резервте (ұяшық) орналасқан коагулянтті дымқыл қоймада сақтау;

б) коагулянт ерітіндісін мөлшерлейтін және шайқататын сорғылар;

в) ерітіндіні ағарту үшін қондырғы;

г) коагулянттің шығынды бактары.

Дымқылда сақтау қоймасының және коагулянт ерітіндісін мөлшерлеу сұлбасы 2.5 суретте келтірілген [3].

 

 

2.5 Сурет - Дымқылда сақтау қойма және коагулянт ерітіндісі мөлшерлеуінің сүлбесі

 

Реагенттерді дымқылда сақтау үшін темір бетонды резервтің сандары ең аз дегенде екіден кем болмауы қажет. Олар ауысым бойынша жұмыста болуы мүмкін, реагенттермен толтырылады немесе ластанудан тазаланады. Қышқылды реагенттердің іс - әрекетінен сақтау үшін барлық коагулянттің темір бетонды ұяшықтары ішінен резинамен желімделген және резина бойынша қышқылды тіректік кірпішпен футерленген. Ұяшықтардағы ерітіндіні дайындау оларды сумен толтыру жолымен жүргізіледі, (1000 – 1300 мг-экв/дм3) шоғырлы ерітіндісін алу үшін араластыру және толтыру керек. Содан кейін ерітінді коагулянттің шығын багына сорғымен шайқатылады. Коагулянт шығын багындағы жұмыстық ерітіндіні дайындау кезінде оған қоймадан тығыз ерітіндінің анықталған көлемі жіберіледі, содан кейін коагулянт ерітіндісі сығылған ауамен араластырылады, дайындалған жұмыстық ерітіндінің шоғыры тексеріледі және бак дайын болған коагулянт ерітіндісімен жұмысқа қосылады [2].

 

2.5 Әктеудің шаруашылық қондырғысы және оған қызмет көрсетілуі

 

Химиялық цехтың әктелу шаруашылығы (2.6 сурет) сөнбеген әкті сақтау, әктелген сүтті дайындау және оны ағартқышта мөлшерлеу үшін жасалынған. Осы шаруашылықтың қызмет көрсетілуі көпірлік крандағы кран айдағышпен жүргізіледі, СДҚ аппаратшы. Әктеу шаруашылығының ғимараты шаңдалғанға жатады, сондықтан дәл сорып алатын желдеткішпен жабдықталуы керек. Құрғақ сөнбеген әкті жеткізу вагонды – хопрамен 1 іске асырылады. Әрбір түскен вагонға оның сапасын анықтау үшін алымдарына сынама жүргізіледі. Әкті темір бетонды ұяшықтарға түсіру керек 2, тереңдігі 3 метрге дейін бағаланған. Құрғақ әкті сақтау үшін ұяшықтың көлемі 15 тәулік ішінде СДҚ жұмысының үзіліссіздігі үшін оның қорын төмендетпеуін есепке ала отырып таңдалынуы керек. Әктеу шаруашылық қондырғысын жұмысқа қосу кезінде алдымен 1/3 темір бетонды металдандырылған ұяшықтардың көлемі сөнген әкпен 3 толтырылады, сосын оларда көпірлік крандағы 5 грейфермен 4 құрғақ әктің есептік саны беріледі (сөну ұяшығының көлеміне және түскен әктің сапасына тәуелді) [12].

 

 

2.6 Сурет - Әк қоймасының сүлбесі

 

Енгізілген барлық әк суда болу үшін ұяшықтар құбыр бойынша 9 сумен толтырылады. Ары қарай ұяшықтардағы қысылған ауамен 10 сөнетін әкті араластыру жүргізіледі. Осыдан кейін әкті толық өшіру үшін 3 – тен 24 сағатқа дейін қажетті уақыт ұстап тұрады және өшу ұяшықтарындағы әктелген сүттің шоғыры тексеріледі. Әктелген сүттің жұмыстық шоғыры алғашқы судың сапасына тәуелді 900 – 1300 мг – экв/дм3 (2,5 – 3,5%) құрайды. Дайындалған әкті сүт жетіспеуі мен құмдарды жоюға қызмет ететін циркуляционды араластырғышқа 7 сулы циклон 8 арқылы сорғымен шайқатылады. Араластырғыштың шығыны 11 әктелген сүттің циркуляционды сорғысымен және сорғы – дозалағышпен 12 жинақталады. Ұяшықтарды қалдықтардан тазалау қалдықтарды ұяшықтардағы қалдықтармен араластыратын грейфермен жүргізіледі, ол жерден олардың жиналуы кезінде өзі аударғышпен шығарылады.

Әктің өшуіндегі СДҚ – дың қызметі әктелген сүттің ұяшықтарына қондырылған МИК аппараттың көмегімен жүргізіледі.

 

3-тарау. Үйме материалдың дәнді қабаттары арқылы суды түссіздендіру

 

Су дайындаудың бастапқы сатысы - оны өлшенген қоспалардан босату. Ол  дегеніміз суды түссіздендіру болып табылады, кейде ол алдын ала тазарту деп те аталады. Сүзудің бірнеше түрі бар:

1) тұндыру – сүзуші материал саңылауларының өлшемдері ұсталып қалатын бөлшектердің өлшемінен кіші болу керек;

2) қабықшалы – белгілі жағдайда бірнеше уақыт өткеннен кейін сүзуші материал өлшенген заттар пленкасымен оралады, онда өлшемі сүзуші материалдың гранулалары мен талшықтары арасындағы қуыстардан да кіші заттар ұсталады, осылайша сүзгінің кір сыйымдылығы үлкен болуы мүмкін.

 

3.1 Дәнді жүктемелі сүзгілерді топтастыру

 

Дәнді сүзгілерді негізінде қатты фазасы өте аз тұнбасы ешқандай құндылық көрсетпейтін сұйықтарды тазалауда қолданады және ол негізінен табиғи суларды түссіздендіруге арналған. Дәл осылар су дайындау техникасында кеңінен қолданылады.

Негізгі белгілеріне сәйкес сүзгілердің топтастырылуы:

♦сүзу жылдамдығы:

баяу (0,1-0,3 м/сағ);

жылдам (5-12 м/сағ);

өте жылдам (36-100 м/сағ);

♦олар жұмыс істейтін қысым:

ашық немесе тегеурінсіз;

тегеурінді;

♦сүзгілеуші қабаттар саны:

бір қабатты;

екі қабатты;

көп қабатты.

Көп қабатты сүзгілер көбінесе әсерлі және экономды, олардың кір сыйымдылығын және сүзудің нәтижелілігін көбейту үшін материал тығыздығы мен бөлшек өлшемдері әртүрлі жүктемелерден құрайды: қабат үстінде жеңіл ірі, астында ауыр ұсақ бөлшектер орналасады. Өтпейтін сүзуді жіберу кезінде ірі ластанулар жүктеменің жоғарғы қабатында, ал ұсақтары төменгі жағында ұсталады. Осылайша, жүктеменің барлық көлемі жұмыс істейді. Түссіздендіруші сүзгілер өлшемдері >10 мкм бөлшектерді ұстауда нәтижелі.

 

3.2 Сүзу жылдамдығы

 

Сүзуші қабаттардан судың өту жылдамдығы бірнеше факторларға байланысты: сүзуші зат материалына; судың ластануына («алмасатын» бөлшектер, мысалы, темір гидроксиді (Fe3+), немесе «алмаспайтын», мысалы кварцтың ұсақ ұнтақтары); сүзуші қабаттың қалыңдығына; судың температурасына (мысалы, ұнтақты сүзгіге су температурасы 20 - 60°С көбейгенде сүзу жылдамдығын - сүзудің сондай нәтижелілігінде екі есеге арттыруға болады) [2]. 

Ұнтақты сүзгі үшін сүзу жылдамдығын мына формуламен есептеуге болады:

V= 3600 • c • d2h,                      (3.1)

                                I*(0.7+0.03*t)

мұнда v – сүзу жылдамдығы, м/сағ; c – еселеуіш, жуықтап 40 тең; d – сүзуші құмның түйіршіктер диаметрі, м; l – сүзуші қабаттың қалыңдығы, м; h – сүзу кезіндегі тегеуріннің азаюы, м су. бағ.; t – су температурасы, °С.

 

3.3 Қолдану шарттары

 

Сүзу түссіздендіруші сүзгілерде қалдық 100 мг/л (екіқабатты сүзгілер) және 50 мг/л (бірқабатты) дейін қоспаларды жою үшін қолданылады. Егер бастапқы судағы перманганат қышқылының мәні15 мг О/л көп болса немесе түстілігі  30 градустан жоғары платинокобальттың шкаласының қышқылдығы  15 мг О/л немесе түстілігі 20 градус - (бірқабатты сүзгілер), онда оны алдын ала коагуляциялау керек. Ашық суаттағы су жиналғыны алюминий сульфатымен немесе алюминий оксихлоридімен коагуляциялайды, негізінде ол бастапқы судың сапа көрсеткіштері көрсетілгенде судың түстенуі немесе тасу кезінде қолданылады: сілтілігі 2 ммоль/л дейін; түстілігі платинокобальттық шкаланың 30 градусынан жоғары; перманганаттық қышқылдығы келесілерде 5 мгО/л көп иондау немесе кремнийсіздендіру, перманганаттық қышқылдығы келесілерде 12 мгО/л жоғары натрий немесе сутегіні катиондауда. Бұл кезде көмекші реагенттер де қаралуы керек: натрий гидроксидінің, корбанат және натригидрокорбанатының, кальций оксидінің сілтілігі (1 ммоль/л-ден аз) жеткіліксіз кезде; хлор және хлорлы ізбестің нашар коагуляциялануында; ұнтақтарды қатайту (егер бастапқы судағы өлшенген қоспалар 20 мг/л аз болса) үшін – флокулянт қаралады [3].

 

3.4 Сүзгілердің конструкциясы

 

Сүзгілеумен суды ағартудың технологиялық үрдісі үйілген тік ағартқыш сүзгісіндегі сүзгілеудің көлемдік адгезионды әдісімен іске асады (3.1 сурет). Сүзгі сферикалық түбімен пісірістірілген цилиндрлік корпустан тұрады. Өндірісте бір камералы тік, диаметрі 1,0;1,4;2,0;2,6;3,0; және 3,4 м сүзгілер шығарылады.  

         

3.1 Cурет - Біркамералы тік ағартқыш сүзгі

                                                                                                                                   Сүзгінің ішінде қабатты сүзетін материал және дренажды – үлестіргіш қондырғы қойылған, ол сүзгінің көлденең қимасының ауданындағы жиналған суды бірқалыпты үлестіруге арналған. Жоғарғы дренажды қондырғы су ағыны түсетін энергияның өшуіндегі щиттің тоқтау түрінде жасалған, ал төменгі жағы судың кетуі үшін және арнайы қалпақшалы сүзгіленетін материалдың сапасының шығуы немесе 0,4 мм енді ойықтың тесігі үшін қырлы шығынды жинағыштан тұрады [3].   

Үйілген сүзгідегі сүзілетін материал гранулометрлі құрамнан тұрады, ол дәннің механикалық беріктілігіне және химиялық тұрақтылығына қажетті. Мұндай талаптарды ұнтақталған антрацит және кварцты құм қанағаттандырады, бірақ соңғы ерітіндідегі судың кремниймен байланысын байытады. Бір қабатты сүзгі үшін антрацит дәнінің өлшемі 0,6 – 1,4 мм құрау керек. Механикалық беріктілікке талаптандырылған сәйкестік бойынша сүзілген материалдың жылдық шығыны 2,5% - дан аспау керек.

Ағартқыш сүзгідегі сүзілетін материалдың биіктігі 1 м құрайды. Сүзгінің қуыс бөлігі бос болып (сулық жастық) қалады, бұл сүзгіге түсетін судың жылдамдығының эпюрін тегістеу үшін және қабаттың жұмсаруы кезіндегі кеңею мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін қажет.

Ағартатын сүзгінің жұмысы үш кезеңге бөлінеді:

1) ағарған су бойынша сүзгінің пайдалы жұмысы;

2) сүзілетін материалды жуудағы жұмсару;

3) бірінші сүзгілеудегі түсу.

Үйілген сүзгідегі пайдалы жұмыс (Т*жұм) суды сүзудің жылдамдығы 10 м/сағ болған кезде және ағартқыштағы алғашқы өңделуі және 4 – 5 м/сағ алғашқы емес өңделуі кезінде іске асады.

Сүзгі циклінің ұзақтығы  сүзгі жұмысы кезіндегі материалдық теңдесуліктен шығады:

                                          (3.2)

мұнда  бос жуудың ұзақтығы;  есептік көрсеткіштігі, м3/сағ;  қоспалардың шоғыры, г/м3;  сүзгі қимасының ауданы, м2;  қабаттың биіктігі, м; Г – сүзілетін материалдың меншікті ластану сыйымдылығы, г/м3.

Ластану сыйымдылығының мәнін келесі жағдайлардан бағалауға болады. Суды ағарту кезіндегі қосылыстар сүзілетін материалдың дәнінің аралығында ұсталынады. Мұндай жағдайда, 1 м3 сүзілетін материалдағы жиналатын тұнбаның көлемі 450*1/4=110 дм3 құрайды. Егер де өлшенген заттар құрғақ заттардың массасында 1 дм3 - қа 10 г ұлпа түрінде пайда болса, онда ұсталған қосылыстардың саны 1 м3 материалға 110*10=1100 г/м3. Ұлпаның маңызында тығыздалған минералды материалдардағы ластану сыйымдылығы саны өседі (мысалы, кальций карбонаты). 40 г/дм3 тұнбаның меншікті массасы үшін құрғақ зат бойынша ластану сыйымдылығы 1100*40=4400 г/м3 өседі. Эксплуатациялық тәжірибе бойынша ағартқыш сүзгідегі антрациттың меншікті ластану сыйымдылығы алғашқы емес өңдеудегі су үшін 1000 г/м3 құрайды, ал кварцты құм үшін – 750 г/м3. Судың алғашқы өңдеуі кезінде ағартқыштағы меншікті ластану сиымдылық антрацит және құм үшін 1500 және 1250 г/м3 мәніне дейін өседі [2].

Ағартқыштағы сүзгілеудің жұмысы кезінде сүзгілеудің бірқалыпты жылдамдығын ұстап тұру қажет, сүзілетін материал қабатындағы қысым құлауын және су шығынын бақылау керек, мөлдірлігін анықтау үшін фильтраттан және шығар судан оның сынамасын алу керек.

Қысым құлауы 0,1 МПа дейін көтерілу кезінде 1 мг/дм3 дейінгі ГДП мазмұны немесе шаюдағы ұсталған ГДП жою үшін сүзгі сұлбасы бойынша сөндіреді.

Жуудың негізгі этапы су ағынын «жоғарыдан төменге қарай» жуу болып табылады. Шайылған судың интенсивті ағыны көтерілуінде үйіледі және барлық сүзілген қабаттың жағдайын өлшемді түрге ауыстырады, бұл кезде 40 – 50% -ға кеңейеді. Бұл сүзілген материалдың су ағынында бос араласуына мүмкіндік береді. Жұмсартып жуу кезінде судың жылдамдығы интенсивті жуумен iпр, дм3/ 2*с) сипатталады, 1 м2 сүзгі қимасының ауданы арқылы судың секундтық шығыны тұспалданады. Жуудың интенсивтілігі тұнбаның жуылуын қамтамасыз етуі керек, бірақ сүзгі материалындағы жұмыстық фракцияны шығарады.

Жуудың интенсивтілік мәні материалдың түріне тәуелді, антрацит үшін оның дәнінің өлшемі 10 – 12 дм3/(м2с), ал ауыр кварцты құмдар үшін 15 – 18 дм3/(м2с). Жуудың есептік ұзақтығы  20 минутты құрайды. Ағартқыш сүзгісінің жұмсаруындағы судың көлем шығыны және алдында белгіленген м3 үйілген сүзгі келесі кейіптемемен анықталады.

                                    (3.3)

Сулық жуу біткеннен кейін бірінші бұлдыр фильтрат 5 минут ішінде бакқа түседі, сосын судың жұмсаруы жиналады. Экономиалық мақсатта шайылған су шламмен бірге және бактағы бірінші фильтрат бір тәулік ішінде сорғымен бірқалыпты шайқатылып ағартқышқа түседі.

3.2 Cурет - Екікамералы ағартқыш сүзгі

 

3.3 Cурет - Мұнай өнімдерінен  суды тазалаудың сүлбесі

 

Мұнай өнімдері бар (май ,мазут) шоғыр және суды өңдеу, бірінші дәрежедегі сүзгі мұнай өнімдерінің мазмұнын 10 – 15 – тен 2 – 4 мг/дм3 дейін төмендетіп жібереді, ал екінші дәрежедегі сүзгілер – 2 – 4 –тен 0,5 мг/дм3, ол ТЭС цикліндегі тазаланған суды қайтадан қолдануға мүмкіндік береді.

 

3.5 Электромагнитті сүзгімен шоғырларды тазалау

 

ЖЭС және АЭС қуатты қайрат құрамаларындағы ферромагнит өнімінің коррозиясын құбырлық шоғырдан жою үшін бірлік өндіруі бар 1000 м3/сағ электромагнитті сүзгі (ЭМС) қолданылады. ЭМС корпусы жүктеме қабатына тең электромагнитті катушканың биіктігіне бекітіледі. ЭМС – дегі шоғырды темірлендіру болат шаригінің жүктемесіндегі диаметр 6 – 7 мм болғанда магниттеудің арқасында болады және ондағы ферромагнит темір оттегісінің және шпинелдің бөліктері шатикті байланыстыратын магнит өрісінің айналасындағы бу аралық көлемге жіберіледі.

Сүзгілеу жұмысы кезінде соңғы шоғыр 1,0 МПа қысымымен ЭМС өңделуіне түседі, жоғарыдан төменге қарай шариктегі жүктеме арқылы өтеді және қысым 0,13 МПа жоғалған кездегі сүзгілеудің номиналды жылдамдығы 1000 м/сағатты құрағанда сүзгіден шығарылады. Эксплуатациялық үрдіс кезінде шоғырды темірлендіру дәрежесі бақыланады, ол Ғе 5 мкг/дм3 кем емес қалған маңызы 50 – 90 % жетеді. ЭМС темір сыйымдылығы шариктің жүктемесі 2 г/кг айналасында құрайды, оның массасы 6500 кг ЭМС – 1,1 – 1,0/1000 болғанда. Жұмыстық цикл біткен кезде ЭМС сөндіріледі, содан кейін оны шаю жүргізіледі, ол келесі түрде жүргізіледі (3.4 сурет):

а) байпасты ысырманы 7 және 1 және 2 сызықтарындағы ысырмаларды жабады;

ә) шарикті жүктемені шайқау үшін электрлі кернеуді катушкадан шешіп алады;

б) 3 және 4 сызықтарындағы ысырмаларды ашады және сүзгі 2 минут аралығында жоғары төмен бағытпен 800 – 1400 м3/сағ шығынында сумен шайылады;

в) шайылып болғаннан кейін 3 және 4 сызықтарындағы ысырмалар жабылады;

г) катушкаға электрлік кернеу беріледі;

д) 1 және 2 сызықтарындағы ысырмаларды ашады және байпасты ысырманы жабады 7, содан кейін ЭМС жұмысқа енгізілді деп есептейді [3].

                  

3.4 Cурет - Электромагнитті сүзгі құбырларының сүлбесі

                                        

Электр магнитті катушка 150 00 А/м номиналды кернеуіндегі магнитті өрісті тудыруға есептелген. ЭМС үлкен қауіпсіздігіне 0,5 м қашықтықта қоршау болу керек, бұл кезде қоршаудағы магнит өрісінің кернеуі (8 кА/м) кем болады. Автоматты қондырғы және электрлік кернеуді 380 В щиттан қоректендіру кем дегенде 5 м қашықтықта қондырылады.

 

3.6 Шайылған сүзгідегі шоғырларды тазалау

 

Өндірістегі және құбырлардағы шоғырлар темір оттегісімен және мыстармен ластанады, олардың нәтижесінде құбыр өткізгіштерінде, бактарда, шықтағыштарда және жылу алмастырғыштарда коррозия пайда болады. Қышқыл және су қышқылы Ғе коллоидты және өрескел дисперсті формада шоғырларда болады. Коррозия өнімдері қазандардағы, реакторлардағы, су генераторларындағы суларға түсіп жылу бергіш беттің шөгінділерін пайда болдырады. Қайрат қондырғыларының жұмысқа қосылу кезеңінде шықтағыштағы коррозия өнімінің шоғырлары 100 – 1000 мкг/дм3 жетуі мүмкін, тұрақты эксплуатацияның төмендеу кезеңінде 10 – 30 мкг/дм3 дейін олардың мәндері 2 – 10 мкг/дм3 нормасы кезінде [9].

Шықтағыштағы үйілген суларды тазалау үшін шаятын механикалық сүзгілер қолданылады, оның құрылымында қабыршақты 3 – 5 мм қалыңдықпен сүзгілеуді іске асырады, олар 10 – 60 мкм өлшемді бөліктегі жұқа дисперсті материалдарды пайда болдырады. Мұндай материал сүзгілі перлит болып табылады – ұнтақ тәрізді материал, ол техникалық перлитті ұнтақтаудан алынған – таулы минералдардың шөгінділерінен, кремний және алюминий оксидінен тұрады.

Шайғыш сүзгі құрылымы (3.5 сурет) цилиндрлік корпустан 1 тұрады. Сүзгінің көлемінің жоғарғы және төменгі жақтары құбырлы тақташалармен 2 бөлінген. Құбырлы тақташалардың төменгі жағына оның беті бойымен 100 мм адыммен шайылатын қабатты ұстайтын сүзілген элементтер 3 қосылған. Төменнен берілетін өңделген судың ағыны өлшенуден босап, шайылған материалдың қабаты арқылы өтеді, сүзілетін түзгілердің босауы арқылы және элементтің ішкі каналы бойынша құбырлы тақташалардың көлеміне шығарылады және құбыр өткізгіш арқылы шайылған сүзгіден шығарылады.

Шағыш сүзгі типті қондырғының жұмысы үш жүргізілетін операциядан тұрады:

1) сүзгіленетін қабатты шаю;

2) сүзгілеу;

3) сүзгіленген қабатты ұсталған қосылыстармен бірге жуу.

 

               

 

3.5 Cурет - Электромагнитті сүзгінің сүлбесі

 

Араластырғышты жуар алдында сүзілетін ұнтақ тәрізді қойыртпақ материалдың шоғырын 3 г/дм3 дайындайды. Дайындалған қойыртпақты судың ағаруына дейін сүзілетін түзгілерге циркуляциялық сорғылармен шаяды, сосын араластырғышқа сүзгіден қайтарылады. Ұнтақ тәрізді сүзілген материалдың шығыны 0,5 кг 1 м2 сүзілген беттің «шамдарына».

Шайылған сүзгідегі суды тазалау сүзгілеудің жылдамдығы 5 – 10 м/сағ кезінде жүргізеді. Сүзгінің жұмысы кезінде сүзгіленген қабаттағы қысым құламасын және сүзгіге кірердегі және шығардағы коррозия өнімінің шоғырын, сосын сүзгіні өшіріп берілген қысым құламасына жетуге болады. Жұмыстық материалды жою ауаның және судың қайтымды ағынымен жүргізіледі, яғни оның сыртқы бетіне бағытталған сүзгіленетін элементтермен. Тазаланып сүзгіленген элементтер ұнтақ тәрізді материалдың жаңа қабатымен шайылады [2].

Сүзгінің шайылу эксплуатациясын ұзақ жылдық өндірістік тәжірибеде Ленинградтық АЭС – да алынған, онда байпасты жүйедегі реактор суын тазалау және басқару жүйесін контурлау және сақтау. Эксплуатацияның сүзгіні перлитті шаю тазаланған шоғырдағы коррозия шоғырын 5 мкг/дм3, ал майды – 0,1 мг/дм3 сақтауға көмектеседі.

 

3.7 Натрий-катиондау

 

3.7.1 Әдісті қолдану критерилері

Натрий-катиондауды қолдану шегі бу қазандарындағы қосалқы суды және басқа да энергетикалық объектілерді дайындауда бір жағынан, катиониттің жұмысының нашарлауы немесе уақытынан бұрын тоқтауының алдын алуына, екінші жағынан, қазан конструкциясының техникалық ерекшеліктеріне тәуелді. Бес критерийдің бағасы қаралады [9].

3.7.2  Бастапқы судың карбонатты кермектілігі

Натрий-катиондауда және одан кейінгі атмосфераның термиялық газсыздануы кезінде бастапқы судың корбанатты кермектілігі келесі мәндерге ие болуы мүмкін:

а) бу қазандары және жылумен жабдықтаудың жабық жүйелері үшін – барлығыда (сілтілі карбонатты тұздардың ерігіштігі мынадай, дұрыс шарттарда бетіндегі сулардағы сілтілі карбонаттардың мәні 7 ммоль/л көп болмайды; жерасты суларының (артезиан) оның бетіне түскенде карбонатты сілтілігі де 7 ммоль/л мәніне дейін азаяды);

ә) жылумен жабдықтаудың ашық жүйелері және ыстық сумен жабдықтау жүйелері үшін 4 ммоль/л кем емес.

Сүлбенің карбонатты сілтілігін азайту керек болған жағдайда аммоний-натрий-катиондау немесе натрий-катиондаудың қышқылдануы «аштық» регенерациясы бар  сутегі-катиондау сүлбесіне қарағанда экономды болуы мүмкін [1].

Вакуумды термиялық газсыздандыруда, ол дегеніміз 65-70°С температурада натрий гидрокарбонаты жайылмайды және судың рН көбеймейді. Бірақ вакуумдық газсыздандырудың бұл қасиеті шектік мәннің көбеюіне негіз бола алмайды. Коррозиялық жарықтар дамымайды, егер мына қатынас орындалса:

([NaSO4 ]+ [NaCO3 ]+ [Na3PO4]+ [NaNO3]) / [NaOH] ≥ 5,    (3.4)

Мұнда NaSO4, NaCO3, NaPO4, [NaNO3] [NaOH] – қазандық судағы натрий сульфаты, карбонатты сілтілігінің ұсталуы (4 ммоль/л көп), өйткені натрий гидрокарбонатының жайылуы жылытушы қазанда өтеді, ал сапа нормалары бойынша қоректік және желілік су бір болуы керек .

Жылуалмастырғыштағы судың жылуы 65-70°С температурада болғанда, натрий-катиондаудың вакуумды термиялық газсыздандыруы бастапқы судың кез келген карбонатты сілтілігінде болуы мүмкін .

3.7.3 Ағынды сулардың саны мен сапасы

Ион алмасу әдісінің ең қарапайым түрі – натрий-катиондау, бірақ оны орындауда минералданған  ағынды  сулар пайда болады, оларды канализация мен суаттарға тастау шектеулі. Ағынды суларды тазалау  әдістері қиын, қымбат және көп жағдайда ағын суларын канализацияға тазаламай лақтырады.

3.7.4 Бастапқы судың жіберу сапасы

Катионитті сүзгі алдында бастапқы судағы катиониттің ластануын азайту үшін норма шектерінде мыналардан кем болмау керек:

-өлшенген  қосылыстардың құрамы - 8 мг/л;  

-түстілігі платинокобальт шкаласында – 30о С;

-темірдің құрамы - 0,3 мг/л;

-пермангатты қышқылдығы - 5 мгО/л. 

Натрий-катиондаудың нақты параллельдеу көмегімен бастапқы судың жалпы сілтілігі 3.1-кестеде көрсетілген шектерге дейін азайтуға болады.

 

3.1 Кесте- Судың натрий-катиондаудан кейінгі сілтілігі

Судың натрий-катиондау сүзгісінен кейінгі жалпы сілтілігі

Бастапқы судың минералдануы

≤200

200-500

500-800

800-1200

>1200

10

20

30

50

>50

1 - саты мкм моль/л

10

20

30

50

>50

2 - саты  мк моль/л

2-4

5

10

20-30

>30

 

Бастапқы судың минералдану мәніне өңделген судың сілтілігінің нормативті мәніне жету үшін мынадай әдістер қаралуы мүмкін (бөлек немесе бір-бірімен үйлескен): қарсы ағынды сүзу, үш сатылы натрий-катиондау, өңделетін сумен регенерецияланатын реагент қоспасы сүзгісінің құрылысы және сүзуші материал температурасына  дейін қыздыру, натрий-катиондау алдындағы магнитті өңдеу, үлкен көлемді алмасуларда катионнитерді қолдану.  

3.7.5 Сүзгідегі катионит көлемі

Сүзгідегі катионит көлемін мына формуламен анықтау керек:

Wк = 24 • qу Жбас / nқ ЕжұмNa, м3,   (3.5)

мұндағы q - жұмсартылған су шығыны, м3/сағ; Жобас –бастапқы судың жалпы сілтілігі, моль/м3; ЕNa жұм. натрий-катиондаудағы катиониттің жұмыстық алмасу сыйымдылығы, моль/м3; пқ қолмен басқарғандағы тәуліктегі сүзгінің регенерация саны – тәулігіне бірден үшке дейін, ал автоматты басқаруда  - қондырғы өндірушінің техникалық құжаттары бойынша

Ежұм =α βNa  • Етолық   - 0,5 • q∙ Жи ,               (3.6)

мұндағы aNa – натрий-катиондаудың әсерлілігінің еселеуіші, ол катионитті регенерацияның кемшілігін ескереді және мына қатынас бойынша алынады (нақтыпараллелді катиондау кезінде):

 

3.2 Кесте - Регенерация еселеуішінің регенерациялауға кеткен хлоридтің меншікті шығынына тәуелділігі

Натрий хлоридінің регенерацияға кеткен меншікті шығыны, г/моль

100

150

200

250

30

Катионит регенерациясының әсерлік еселеуіші,  aNa

062

074

081

086

0,9

 

βNa - Са2+ и Mg2+  бойынша катиониттің алмасу сыйымдылығының азаюын ескеретін еселеуіш, Na+ катиондары бөлшектерінің ұсталып қалуы, мына қатынас бойынша алынады:

 

3.3  Кесте

CNa2 / Жобас

0,01

0,05

0,1

0,5

1,0

5,0

10,0

ΒNa

0,93

0,88

0,83

0,70

0,65

0,54

0,50

 

Мұнда  CNa – бастапқы судағы натрий концентрациясы (моль/м3), ол  дегеніміз CNa = [Na+]/23; [Na+] – натрий иондарының концентрациясы, мг/л; Еполн – катионитті өндірушінің құжаттағы берілгендері бойынша катиониттің толық динамикалық сыйымдылығы (моль/м3); дуд - катионитті өндірушінің құжаттағы берілгендері  бойынша катионитті жууға кеткен судың меншікті шығыны.

Натрий-катионды  нақты параллелдеу де қалыпты тәртіп кезінде күштік сүзгінің катионит қабаты арқылы сүзу жылдамдығын жалпы сілтілік бойынша былай аламыз  Жобас:  5 ммоль/л - 25 м/сағ; 5-10 ммоль/л - 15 м/сағ; 10-15 ммоль/л - 10 м/сағ.

Бір сүзгіні регенерациялау үшін өшіргенде басқа сүзгілерде сүзудің жылдамдығының  10 м/сағ аз уақыттық  өсуі мүмкін болады.  

Қарсы ағынды натрий-катиондау кезінде  катионит қабаты арқылы сүзілетін судың жылдамдығын  35-40 м/сағ көбейтуге болады, басқа теңескен жағдайларда қарсыағынды сүзгінің мәні нақты пареллелді сүзгіден 50-100%-ға дейін көп болады [1].

3.7.6 Катионитті регенерациялау үшін кеткен натрий хлоридінің шығыны

I сатылы сүзгіні бір рет регенерациялау үшін кеткен натрий хлоридінің шығыны мына формуламен анықталады:

Рc = fк Нк ∙ Ежұм NaQc / 1000, кг/рег.,   (3.7)

мұндағы  f к – сүзгінің сүзу ауданы, м2; Нк – сүзгідегі катионит қабатының биіктігі, м; ЕжұмNa - катиониттің жұмыстық алмасу сыйымдылығы, моль/м3; Qc – 1 моль катиониттің алмасу сыйымдылығына кеткен натрий хлоридінің меншікті шығыны, г/моль, катионитті өндірушінің құжаттағы берілгендері бойынша, әдетте  (бастапқы судың кермектілігіне байланысты ): 100-300 г/моль - I сатылы сүзгілер үшін, 300-400 - II сатылы сүзгілер үшін, 90-130 – қарсы ағынды сүзгілер үшін [1].

3.7.7 Натрий-катиондаудан кейінгі судың сапасы

Кермектілік. Тікағынды натрий-катиондаудан кейін бастапқы судың жалпы кермектілігі бастапқы судың минералдануына байланысты белгілі шекке дейін азаюы мүмкін. Ол 2.1 кестесінде көрсетілген.

Бір сатылы қарсы ағынды натрий-катиондау кезінде осы сияқты кермектіліктің азаюына жетуге болады, екі сатылы тура ағынды натрий-катиондау кезіндегі сияқты.

Судың сілтілігі және сутектік көрсеткіші (рН) циклдың орташа кезінде өзгермейді,  бастапқы мәнге тең болып қала береді.

Натрий-катиондаудан кейінгі минералдану натрий ионының эквиваленттік салмағы Ca2+ и Mg2+ иондарының эквиваленттік салмағынан көп болғанда көбейеді. Өсу мына мәндерде болады:

М = 0,148 • [Ca2+] + 0,891 • [Mg2+],(3.8)

теңдіктен мынаны аламыз:

М = (Ca2+/20,04) • 23 + (Mg2+/12,16) • 23,   (3.9)

мұндағы Ca2+, Mg2+ - кальций және магний иондары; 20,04; 12,16 - кальций және магний иондары эквиваленттік салмағы, мг/ммоль (мг/экв); 23 – натрий ионының экви­валенттік салмағы, мг/ммоль (мг/экв).

Егер судағы калий иондарының бар екенін ескерсек, онда натрий және калий иондарының эквиваленттік салмағының қосындысы 25-ке тең деп алуымызға болады.

Бір цикл үшін сүзгідегі жұмсартылған судың көлемі, м3:

Q = (ЕжұмNaWк) / Жо бас,             (3.10)

Катиониттің жұмыстық алмасу сыйымдылығы, моль/м3; (басқа белгіленулер жоғарыда көрсетілген).

3.7.8 Карбоксильді катиониттерді «аштық» регенерациямен сутегі -катиондауы

Сутегі - катиондауы күкірт қышқылының катионитімен «аштық» регенерациялауы дәстүрлі түрде сульфокөмірде жүргізіледі. Бұл әдістің  негізгі кемшілігі – сульфокөмірдің жұмыс алмасу шамасының аз болуы және сүзгінің өз мұқтаждығына кететін су шығыны, сүзгілердің көп саны болып табылады [4].

«Аштық» регенерацияны күшті қышқылды катионитті КУ-2-8 катионит маркасы мысалында қолдану, ол технологиялық және экономикалық тұрғыдан ақтамады. Катиониттің гипсталуын болдырмау үшін күкірт қышқылының концентрациясымен шектелу керек, оның мөлшері регенерация ағынының жылдамдығы 9 м/сағ болғанда 1% аспау керек. Катиониттің жұмыс алмасу сыйымдылығы 160 моль/м3 аспау керек.

10%- ды тұз қышқылын (регенерация ағынының жылдамдығы 2 м/сағ) қолдана отырып, жақсы нәтижелер алынды. Катиониттің жұмыс алмасу сыйымдылығы шамамен 500 моль/м3 тең болды.

Соңғы жылдарда әлсіз қышқылды карбоксильді катиониттердің «аштық» регенерация әдісін қолданады.  Көбінесе Амберлайт IRC-86 катионит маркасын – гельді – акрильді - өндіруші фирмасы «Ром және Хаас» қолданылады [1].

Катиониттің жұмыс алмасу сыйымдылығы кальций және магний бойынша - 1600-2600 моль/м3 тең. Сонымен қатар катионит суды темірсіздендіреді –Fe2+ иондарын жұта алады. Катиониттің гранулометриялық құрамы сульфокөмірге қарағанда әлдеқайда жақсырақ, ол суда үлкен жылдамдықпен (40 м/сағ дейін) сүзіледі.

 

3.4 Кесте

 

Сүзгіге түсірілетін иондық жүктеме (ммоль/л), сағ

В еселеуіші

30

0,58

60

0,79

80

0,87

100

0,93

120

0,97

>140

1,00

IRC-86 катионитінің регенерациясын күкірт қышқылының стехиометриялық мөлшерінде жүргізіледі - 4-10% артуы мүмкін.

Катиониттің толық жұмыс алмасу сыйымдылығы - 4100 моль/м3.

Жұмыс алмасу сыйымдылығы - өндіруші фир­масының мәліметтерімен анықталады:

Е б = Ежұмнег • А • В, моль/м3,                (3.11)

Мұнда Ежұмнег - «негізгі» жұмыс сыйымдылығы, бастапқы судың кермектілігінің сілтілігіне қатынасымен анықталады, моль/моль, А – бастапқы судың катиондар және температуралар қосынды  функция еселеуіші, өлшемсіз, В - өлшемсіз еселеуіш, сүзгіге түсірелтін иондық жүктемеге байланысты (судың карбонатты кермектілігі шамасының және сүзгінің жұмыс істеу уақытының көбейтіндісіне тең) 2 – кесте.

Катионит қабатын қопару 15 м/сағ жылдамдықпен жүреді. Регенерация кезінде күкірт қышқылының концентрация судың температурасы 15°C  қа тең болған жағдайда  -  0,7%  аспау керек. Катионит қабатының биіктігі, регенерация ағынының жылдамдығы және күкірт қышқылының концентрациясы гипстелу қаупімен анықталады: онда сульфат каль­ций CаSO4 • 2 H2O түрінде тұнба түзілуін болдырмау үшін регенерация жылдамдығы 15 м/сағ аз болмауы және қабаттың биіктігі 1,5 м аз болмауы тиіс.

3.7.9 Сүзуші материалдар және  регенеранттар

Сутегі – катиондау үшін регенерант ретінде күкірт қышқылын қарастырады (немесе хлорлысутекті қышқылды қолданатын қондырғыны қарастырамыз). «Аштық» регенерациясы бар  сутегі – катиондаудауда сүзуші материал ретінде күкірт қышқылымен регенирленетін әлсіз немесе орташа қышқылды катиониттерді қолдану керек.

 

4 Суды декорбонизациялау

 

4.1 Әдісті қолдану

 

Декарбонизация – көміртегі оксидін (IV)жою, сутегі катиондау және аниондау процестерінде ерекшеленеді. Әлсіз негізді анионитті фильтрлеудің алдында міндетті түрде судағы көміртегі оксиді жойылуы керек, себебі суда CO2  болған жағдайда  аниониттің жұмыс алмасу сыйымдылығының бір бөлігі мына реакцияларға сәйкес (31) және (48)жұтылуға жұмсалады. Дәстүрлі түрде судағы көмірқышқыл газынан арылу үшін декарбонизатор пайдаланылады. Декарбонизаторлар – ол әртүрлі су шашыратқыш аппараттармен толтырылған, (көбінесе, имелі, мысалы; Рашиг және Палля сақиналары). Олар қалпақша деп аталады немесе толтырмасыз және су ағынына қарсы ауамен үрленетін деп аталады. Декарбонизатор сұлбасына байланысты сутегі катиондаудың бірінші немесе екінші сатысынан кейін орнатылуы мүмкін немесе аниондаудың бірінші (әлсіз негізді) сатысынан кейін орнатылады. Соңғы сұлба көбінесе, шетелдік қондырғыларда қолданылады.   Эжекторлы аппараттар (вакумды,ағыншалы) кеңінен қолданылады. Олардың жұмысы эжекторлық қондырғыларда жоғарғы жылдамдықтағы ағындарды туғызуға негізделеді, оның ішінде ағынды вакуумдау-ауаны суға сору және оны үрлеу арқылы жүреді.  Аз өлшемдері бұл конструкциялық жоғары өндірулікті газдардан жойылту әсерінен қамтамасыз  етеді. Осы жағдайда еркін   CO2   қарастырылады. Су дайындаудың кішкентай станцияларында  және бастапқы судың құрамында бикорбанат мөлшері аз болған жағдайды су дайындау сұлбасын декарбонизаторсыз қолданылады [15].

 

 

 

 

4.2 Есептеу параметрлері

 

Сутегі катиондаудан кейін көмірқышқыл  газының суда ерітілген  концентрациясы, аналитикалық мәліметтер жоқ болған жағдайда мына формуламен анықталады:

CO = (44 Жк + COбас 2 )/1000,                  (4.1)

мұнда CO2 – судағы декорбанизаторға баратын көмірқышқыл газының концентрациясы, мг/л; Жк – сутегі катиондау процесінде бүлінетін бастапқы судың корбанатты кермектілігі, ммоль/л; COбас – бастапқы суда ерітілген көмірқышқыл газының бірқалыпты еркін концентрациясы, мг/л.

Бастапқы судың құрғақ қалдығының басқа шамаларында еркін көмірқышқыл газының концентрациясы мына формуламен анықталады:

CO2бас = CO2таба,                  (4.2)

мұндағы 2таб – номаграмма бойынша анықталатын концентрация, мг/л; а – түзету еселеуіші, ол қүрғақ қалдық шамасына байланысты анықталады:

 

4.1 Кесте

Құрғақ қалдық, мг/л

100

200

300

400

500

750

1000

Түзетуші коэффициент а

1,05

1,0

0,96

0,94

0,92

0,87

0,83

 

Жоғарыда көрсетілген сүлбелерде тұзсыздандыру кезінде судан бос көмір-қышқылын кетіру үшін арнайы аппараттар қолданылады, олар декарбонизациялар деп аталады.

Қазіргі уақытта суды тұзсыздандыру кезінде жоғарғы көздер көп қолданады, оларды қабықшалы декарбонизаторлар деп атайды. Олар ағаш кермелерінен немесе Рашина дөңгелектерінен жасалған. Мұндай декарбонизаторлар су ағысына қарсы және ауа ағынына қарсы арнайы вентелятор көмегімен жұмыс істейді.

4.1 суретте ағаш кермемен жасалған декарбонизатор көрсетілген, ГПИ жасалған 7-9  кестеде өлшемдері мен мінездемелері көрсетілген.

4.1 суретте көрсетілген декарбонизатор болат цилиндрлік корпустан жасалған кейбір бөліктерін ағаш кермелерімен толықтырып жасаған. Бір қабырғаның тақташасымен екінші қабырғаның тақташасын қалқандар арқылы бір-біріне жалғастырады.

Декарбонизацияланған су жоғарыдан жанындағы құбыр арқылы кірсе және бір тиіс тарату плиталарымен жоғары саптамамен таратады. Ары қарай жұқа қабықшамен төмен қалқанды тақталармен ағады, оларды жуып өтеді. Жанындағы төменгі құбырмен үрлегіштен ауа жіберіледі, ол жоғары қарай суға қарсы бет алады.

Осылай ауада көмірқышқылы болмағандықтан, сумен жанасқанда көмірқышқыл судан шығып, диффузияланып ауаға келеді және олар бірге құбырмен тарату плитасына және үлкен ортаның құбырынан өтіп, атмосфераға жіберіледі.

 

4.2 Кесте - Ағаш кермеден жасалған декарбонизатордың мінездемесі мен мөлшері

Көрсеткіштер

Декарбонизатордың ішкі диаметрінің сипаттамасы

1000

1500

2000

Өлшемі, мм:

h1

h2

l1

l2

l3

l4

d1

d2

d3

d4

a×b

Өлшемдер, кг:

Металл....................

Ағаш........................

Құрылым................

Жүктеме өлшемі, м

Өндірістік, м3/сағ

 

1198

1698

2228

680

750

800

762

892

1042

120

120

180

370

570

780

480

500

530

262

262

260

80

100

150

125

200

250

25

25

25

300

350

400

250*250

300*400

325*400

 

 

 

720

1075

1785

335

875

1445

4 5

1950

3230

30-35

10

19

 

70-75

125

 

Декарбонизатордан өткен су резервуарға жабысады, ол үнемі декарбонизатордың түбінде орнатылады. Түбіндегі сулы ағыс резервуардағы декарбонизацияланған судағы  ауаны тоқтатады.

Болат қабықтан жасалған декарбонизатордың ішкі беті коррозияға қорғаныс болады (иониттік фильтрді қабаттан сақтайды).

Ағаш кермеден жасалған декарбонизатордың кемшілігі майысуға келмейді. Рашиг дөңгелегі жақсы саптама болып табылады. Рашиг дөңгелегімен жасалған декарбонизаторлар кішкене ауданды қамтиды және биіктігінде төмен. Олар көп тұрақты эффект дегазациясын қамтамасыз етеді. Рашиг дөңгелегі тең биіктікпен және сыртқы диаметрмен жасалады (ГОСТ-748-41 Рашиг дөңгелегі қышқылды тірек керамикалық).

 

 

4.1 Cурет - Ағаш кермеден жасалған декарбонизатор

 

Біздің өнеркәсіп керамикалық Рашиг дөңгелегін шығарады, өлшемдері 25*25*3 биіктігі сыртқы диаметр қабырға қалыңдығы, мм 35*35*450*50*5 және үлкен өлшемдер. 

Декарбонизатордың биіктігін қысқартқан кезде ұсақ өлшемді дөңгелекті   қолданады, себебі көлем бірлігінде саптаманың дөңгелек беті үлкен. Оның қалай өзгеретіні өлшемдерге байланысты 4.3 кестеде көрсетілген, онда керамикалық 3 дөңгелектің мінездемесі келтірілген, отындық өнеркәсіптен шығады. 

Декарбонизаторларды жүктеу үшін өлшемді қолдануға болады, суландырылған саптаманың жалпы кедергісі мұндай дөңгелекте жағымсыз жағдайда аппарат жұмысы орталық вентилятордың орташа қысымның кәдімгі типінен өсіп келе жатқан тегеурін өлшемінен аспауы қажет.

 

4.3 Кесте

Сақина өлшемі мм

Сақина саны, м3 бассыздық жүктеме

 

Сақина өлшемі, кг/м3

25*25*3

35*35*4

50*50*5

53200

20200

6000

204

140

87,5

532

505

530

 

4.2 - суретте көрсетілген декрбонизатор сүлбесі, Рашиг дөңгелегімен жүктелген. Декарбонизатор Харьков бөлімшесінің жылуэнерго жобасы бойынша жасалған. Негізгі өлшемдері және мінездемелері 4.4 кестеде көрсетілген [15].

Жер асты суларын тұзсыздандырғанда, әдетте ерітілмеген оттегіні қолданады, себебі су аэрация кезінде декарбонизаторда толық қанықпаған оттегімен және оның коррозиялық қабілеттілігі өспей жатып вакууымдық дегазаторды қолдануды  ұсынады.

 

 

4.2 Сурет - Рашиг сақиналары бар декарбонизатор

 

Вакуумдық газсыздандыру жұмысы келесідей болады. Газсыздандырылған су газсыздандырудың жоғарғы бөлігіне түседі (4.2 суретті қараңыз) және осы немесе басқа құрылғының көмегімен аппараттың барлық аудан қимасына шашыратылады.

Соңында ішіне кермені жүктейді, Рашиг дөңгелегін, ағаш кермені немесе басқа конструкцияны газсыздандырылған су төменгі қабық сияқты ағады.   Газсыздандыру қабатынан құбыр қондырғыға жүргізіледі, ол ішкі вакуумдық аппаратты түзеді. Ол үшін ваккумдық насостар, су өткізгіш немесе бу өткізгіш эжекторлар қолданады.

Дегазатордағы вакуум газдалған судың қайнау нүктесіне сай болуы керек немесе жақын болу керек. Қайнап жатқан сұйықтағы газдар ерітіндісі нөлге дейін төмендейді, сол себепті судың қайнау нүктесінде жасалған вакуум жақын болған сайын, сонша газсыздандыру эффектісі жоғары болуы мүмкін. Газсыздандыруда вакуум өлшемінен қарсылықсыз резервке ағады, газсыздандыру резервуардан биік жерде орналасады, себебі шығар өткізгіштегі су бағанасының қысымы газсыздандырудағы вакуум өлшемінен аспауы керек. Бұл биіктікті қысқарту кезінде насос көмегімен газсыздандырудан суды сорып алуы мүмкін.

Тұзсыздандыру құрылғысының негізгі элементтері болып құбырлар мен арматуралар жатады.

Құбыр өткізгіш ққрылғысының үлкен бөлігі суды иониттік тұзсыздандыру арқылы су тасымалданады, ол болат немесе шойын құбырларды немесе арматураларды коррозияға ұшыратуы мүмкін, ол әдетте су өткізгіш тәжірибесінде қолданылады.

Сол себепті су өтетін барлық құбырлар мен арматуралар болаттан жасалғандықтан тотығады, сондықтан олар тотықтануға тұрақты материалдан жасалады. Осындай материалдан тұзсыздандырылған сумен жанасатын құбырлар мен арматуралар жасалу қажет. Құбырлар мен арматура,күкірт қышқылы концентрациясымен, бастапқы сумен сілтілік ерітіндісімен қалпына келтірілген және сумен жуылған иониттік сүзгілермен жанасуы, бейтарапталған суда қалай қолдану керек болса, солай қолданады.

 

4.3 Кесте - 25х25х3 мм мөлшерлі Рашиг сақиналары бар декарбонизаторлардың негізгі мөлшерлері мен мінездемелері

Көрсеткіш

Декарбонизатордың ішкі диаметрі DВНВ мм

1500

2010

 

Өлшемі мм:

h1........................................................

h2........................................................

h3........................................................

d1……………………………………

d2……………………………………

d1…………………………………...

a×b……………………

Құрылым салмақ кг.....

Жүктемелік салмақ м...

Өндірістік м3/сағ............

 

 

450

250

200

150

200

300

300*300

2400

8

100

 

 

  400

250

250

200

300

400

400*400

4400

13

200

 

Винипластан жасалған құбырлар қышқыл қалдықты құбырлардан алынып кеңінен қолданады. Винипласт барлық қышқылмен сілтімен, тұз ертіндісімен әрекеттеседі (тек азот концентрациясы 50- ден жоғары болғанда және олеума). Винипласт жақсы   қайнатылады және жабысады. Ол жеңіл әрі арзан құбыр, таттанбайтын болат. Оны теріс температурасы бар бөлмеде қолданбайды, себебі ол шартты 300 t сұйықпен тасымалдағанда да қолданбайды. Винипласт өнеркәсіптік және тұзсыздандырылған ауыз су құрылғысында қолданады.

Винипласттан жасалған құбырлар машина жасау құрылғысына сай болуы қажет. Винипласттан жасалған құбыр өткізгіштің бөлшектері Ру=2,5,6 және 10 кг/см2(МН 1427-61). 

Винипласт құбырларының және қосылыстың түрі аз көлемді жабысқақ қосылыс. Сондай-ақ гайканың жапқыш түрінде немесе қалайы түрінде де қосылады.

Винипласт құбырын монтаждауға кілегей ретінде 86 салмақ метилихлорид қолданылады.

 

 

4.3 Сурет - Вакуумдық газсыздандыру қондырғысының сүлбесі

 

Құбырлардың соңын бір-біріне жалғау үшін алдымен оны үйкеу қағазымен бұдыр беті шыққанша үйкейміз және де ацетон арқылы майсыздандырамыз.

МН 1427-61 арнайы фасонин шығаруға қарастырылған, оны қиылған винаплас құбырының немесе қалайы арматурасының көмегімен жалғауға болады.

Соңғы жылдары көп таралған полиэтиленнің төменгі тығыздығы бойынша жасалған құбырлар алынады. Бұл құбырлар винипласт құбырымен немесе басқа металдан жасалған құбырлармен зат қатарын қамтиды [15].

Полиэтилен құбырлары 40% жеңіл винипластқа қарағанда, 8 рет жеңіл болады. Полиэтиленнен жасалған мұзқатырғыш құбырлар өзінің майысқақтылығын 40 0С та сақтайды. Мұз қатқан құбырды қолданбайды, ол созылмалы болғандықтан, диаметрі ұзарып, құбыр ішіндегі мұз еріп, бастапқы қалпына келеді.

 

5 - тарау. Суды иондау арқылы минералсыздандыру

 

Бұл әдіс судың минералдығын азайтуға арналған, сонымен қатар жалпы кермектілікті, жалпы сілтілікті, құрамында кремнийлі қоспаларды жоюға арналған.

Минералсыздандырудың ионалмасу әдісі суды тізбектей жалғанған сутегі-катионитті сүзгі арқылы, содан  кейін HCO3-, OH- немесе CO32- - анионитті фильтр арқылы жүреді. Сутегі – катионитті  сүзгіде бастапқы судың құрамындағы катиондар, ол негізгінде Cа+2, Mg+2, Na+1, олар сутегі – катиондарына  (28) - (30) реакциялары арқылы алмасады. Сүзгіште аниондардан қышқылдың эквивалентті саны түзіледі, олармен катиондар байланысқан. Гидрокарбонаттар бөлінгенде түзілетін CO2  декарбонизаторларда жойылады [1].

Анионитті сүзгіштерде  (гидроксид-аниондалуы) түзілген қышқыл аниондары OH- иондарына алмасады (сүзгішпен тоқтатылады). Оның нәтижесінде минералсыздандырылған  (тұссыз)  су пайда болады.

 Бұл әдіс іс жүзінде  «өз бетінше емес», синтетикалық. Ол өзімен әртүрлі дәрежелердегі нұсқалардың суды мақсатына қарай, сутегі-катиондау және гидроксид-аниондау әдістері арқылы өңдеудегі сұлбалық қатарын қарастырады

 

5.1 Әдістің қолдану шарттары

 

Ион алмасу қондырғыларына су берілу керек, оның құрамындағы тұздар мөлшері - 3 г/л дейін, сульфат пен хло­ридтер -  5 ммоль/л дейін, өлшенген заттар - 8 мг/л көп емес, түстілігі  - 30 градустан жоғары емес, перманганатты қышқылдылығы  -  7 мгО/л дейін.

 Қажеттілік тереңдікте сұзды тұзсыздандыру бір, екі, үш сатылы түрде жобаланады, бірақ ол барлық жағдайларда металл иондарын жою үшін күшті қышқылды сутегі – катиониттер қолданады.

Өндірістік және энергетикалық қолданушыларға су бір катионды және бір анионды сүзгі, бір сатылы сұлбамен; екі  катионды және екі анионды сүзгі, екі  сатылы сұлбамен; үш катионды және үш анионды сүзгі, үш сатылы сұлбамен дайындалады; сонымен қатар үшінші саты екі нұсқамен жасалады: жеке түрдегі катионитті және анионитті фильтрмен немесе бір фильтрдің ішінде катионит пен аниониттің орнатылуы. 

Бір сатылы сұлбасынан кейін судың құрамындағы тұз мөлшері  - 2-10 мг/л; меншікті электр өткізгіштігі - 1-2 мм/см; кремний қоспаларының құрамы (SiO2 және SiO2-3) өзгеріссіз.

Екі сатылы сұлбаны судың құрамында, мына мөлшердегі  тұзды 0,1-0,3 мг/л; меншікті электр өткізгіштігі 0,2-0,8 мм/см; кремний қоспаларының құрамы (SiO2 + SiO32-)  0,1 мг/л дейін алу үшін қолданады.

Үш сатылы сұлба тұз мөлшерін 0,05-0,1 мг/л дейін; меншікті электрөткізгіштігі -  0,1-0,2 мм/см дейін; кремний қышқылының концентрациясын (SiO32-) - до 0,05 мг/л дейін азайтуға мүмкіншілік береді.

 Тұрмыстық сүзгіштер  үшін сүзгіге катионит пен анионит біріктірілген бір сатылы минералсыздандыру қолданылады.

 

5.2 Ионалмасу технологиясының ерекшеліктері

 

Ионалмасу технологиясы – қазіргі кездегі суды жұмсарту және минералсыздандыруға ең көп қолданылатын технологияның бірі. Бұл технология өндірістегі және энергетикалық нысаналарда судың қажетті сапасына қол жеткізуге болады.

Тарихқа жүгінсек ионалмасу сүзгілерінің барлық құрылыстары – нақты параллельді  (тура ағынды) болып келеді, яғни өңделген су және регенирленген ерітінді сүзгі ішінде бір бағытта – жоғарыдан төмен қарай қозғалады.

Сұйытылған тегеурін регенирацияланған ерітіндінің жоғарыдан төмен қарай ионит қабаты арқылы қозғалуына байланысты алдын ала ұсталып қалатын иондар (мысалы, кальций және магний) және регенирленген ерітіндінің ығыстырып шығатын иондары (мысалы, натрий) арасындағы  концентрациялар айырмашылығы кішірейе түседі.

 Жүріс соңында «әлсіз» регенирациялық ерітінді иониттің қабатымен кездеседі, оның құрамында шамалы болса да иониттен бөліп шығатын иондар кездеседі. Бірақ та ол бөлініп шықпайды. Соның нәтижесінде өңделген судың ағыны қажетті сапаға жетпейді.

 Бұл ионалмасу технологиясының ерекшеліктері, сонымен қатар ионитттердің, регенеранттардың және лиотропты қатарлардың қасиеттері суды тазартудың ионалмасу технологиясының принципиальді кемшіліктерін  анықтайды: реагенттердің үлкен шығынын, суды регенирациялық ерітіндіден қалған қалдықтардан және көп мөлшердегі ақаба сулардан иониттті шаю үшін қолданылады. Олардың сапасы нормативті құжат сұраныстарына сәйкес келмейді [1].

 Бұл жағдайдан шығу келесідегідей технологиялардан табылған: екі сатылы – натрий – катиондауы және үш сатылы – суды иондау – сүзгісі  арқылы  минералсыздандыруға арналған. Екі сатылы жұмсартудың түрлері деп нақты параллельді – тура ағынды сүзгілеуді: атына қарамастан, әрбір сүзгі сыңарында нақты параллельді сүзгілеу жүреді.

 

5.3 Қарсы ағынды сүзгілеу

 

Қарсы ағынды сүзгілеу әртүрлі бағыттағы регенирацияланған ерітінді мен өңделген судың берілуіне негізделген.

Қарсы ағынды сүзгілеудің қасиеттері бұрыннан белгілі, бірақ ол өндірісте  сүзгілердің арнайы конструкциясы пайда болғанда және әртүрлі жоғары әсерлі иониттер өндірісі дамығанда қолданыла бастады.

Қарсы ағынды иондау технологиясында жоғары сапада регенирленген катионит сүзгінің шығар қабатында орналасқан.  Өңделген су ионит қабатынан жоғары сападағы регенирация тереңдеуімен өтеді, яғни сұйытылған тегеурін судың бүкіл жүрісінде сақталады. Осыған байланысты жұмсарту мен минералсыздандырудың жоғары сапасы қамтамасыз етіледі, көбінесе иониттің толық жұмыс алмасу сыйымдылығы қолданылып, өз мұқтаждығына жұмсалатын және ақаба сулардың реагенттер  шығыны азаяды. Осы уақытта бірнеше қарсы ағынды сүзгілеудің конструкциялары белгілі, олар бір – бірінен принципиальді түрде ағын бағыттарымен ажыратылады: су ағыны – төменнен жоғарыға қарай, ал регенерация – жоғарыдан төмен қарай; су ағыны – жоғарыдан төмен қарай, ал регенерация – төменнен жоғарыға қарай қозғалады.

 

 

 

 

 

5.4 Швебебет технологясы

 

 

5.1 Сурет - Швебебет технологиясы

 

Бұл қарсы ағынды технологиялар ішіндегі бірінші патент алған (ХХ ғасырдың 60 жылдары) – «Байер АГ» фирмасының  Швебебет технологиясы (неміс тілінен.: Schwebebett -өлшенген, қалқып жүретін қабат). Түрлері: Лифтбет, Ринзебет, Мультистеп.

  Сүзгідегі өңделген су төменнен жоғарыға қарай бағытталады.

  Сүзгідегі ионит массасы екі дренажды – таратушы жүйелер арасында орналасқан (құбырлар немесе  перфорациялар бар тақташалар немесе тесіктері бар қалпақшалардан тұрады). Ионит қабаты және жоғарғы дренажды – таратушы жүйенің арасында биіктігі 100-300 мм инертті түйіршіктелген материал қабаты (полиэтилен), ол жоғары жүйені ұсақ ион бөлшектерімен бітеліп қалмауынан және бастапқы судың ластанып кетпеуінен сақтайды. Белгілі бір дәрежеде «инерт» қабаты сүзгінің қимасындағы ағынның таратылуын жақсартады. Сонымен қатар сүзгіде иониттің кеңеюі (ісінуі)  үшін кішігірім бос кеңістік бар [1]. 

Бұл технологияның кемшіліктерін қарастырайық:

Ионит қабаты өңделген судың шығын өзгерісіне және жұмыстағы үзілістерге  сезімтал: қарсы ағынды иондаудың әсерін азайтатын  ішкі қабаттың араласуы байқалады (күшті  регенерация керек);

 Үнемі қопарыла шаюды жүргізіп отыру керек, себебі қабаттың жоғарғы бөлігінде жиналатын «ұсақ – түйек» және лас заттардан алдын ала ионит қабатын қопарып шайып отырмаса, жұмыс циклы кезінде келесі сүзгіге немесе тұтынушыға  өтіп кетуі мүмкін;

Қопаруды арнайы ыдыста жүргізілуі керек, яғни капитальді шығындар өсуі мүмкін.

 Мүмкіндігінше бір сүзгіде катиондауды да, аниондауды да – екі қабатты сүзгілеуді орындау қажет. Осыған байланысты капитальді шығындар өседі.

 

Лифтбет технологиясы

Лифтбет технологиясы бойынша сүзгінің конструкциясы (нем тілінен Liftbett –көтерме қабат) ол  бір – бірінің үстінде орналасқан және дренажды таратушы жүйесі жоғарғысы төмен камераға арналған екі камераны  қарастырады. Бұл жүйе және жоғары камераның жоғары жүйесі «инерт» қабатымен қорғалған.  Төменгі камера биіктіктің үштен бір бөлігі ионитпен толтырылған, қалған бос кеңістік қопару кезіндегі ионитті кеңейту үшін қолданылады. Бастапқы су төменде тізбекті түрде екі камерадан өтеді, төмендегі камера судағы ластануларды жинап, жоғарғы камерадағы ионит қабатын қорғайды. Жоғарғы камера түгелімен ионит және «инертпен» толтырылған.   Қопару үшін ионитті басқа ыдысқа аудару керек емес.

Ринзебет технологиясы

Ринзебет технологиясы үшін (неміс тілінен Rinsebett – шайылатын қабат ) келесідей сүзгі кон­фигурациясы жасалған.  Сүзгі биіктіктігінің ортасынан жоғары перфорлы тақташа орнатылған, суды төменнен жоғарыға сүзген кезде саңылаудан еркін түрде ионит түйіршіктері өтуі мүмкін. Оның астында өңделген суды сыртқа шығаратын дренажды – таратушы жүйе орнатылған.  Беттік қабат деп аталатын ионит бөлігі перфорлы тақташа үстінде орнатылады. Жұмыс циклы кезінде бұл қабат негізгі ионалмасу қабатының шамадан тыс кеңейіп кетпеуіне кедергі жасайды және ионитті «ұсақ – түйек» және лас заттардың қажет мөлшерін жұтады.  Сонымен қатар ол сүзгідегі қопарып шаюды, арнайы ыдысқа аударуды қамтамасыз етеді. Басқа қарсы ағынды технологиялардан айырмашылығы реагентті жұмсақ емес сумен араластыру және осындай сумен ионттерді регенирацияланған ерітіндіден шаю болып табылады.  Мұның мүмкін болу себебі иониттің жоғарғы беттік қабаты бастапқы су иондарын жұтады және регенирацияланған ерітінді және өңделген су иониттің негізгі қабатына жұмсақ күйінде барады. 

Мультистеп технологиясы

Мультистеп технологиясымен жұмыс істейтін сүзгі  (неміс тілінен Multistep – көп сатылы, көп кас­кадты қабат) екі немесе одан да көп камерадан тұрады, олар перфорлы тақташалармен немесе қалпақшалы қондырғылармен бөлінген. Әрбір камерада, жоғарғы камерадан басқасында дренажды – таратушы жүйе бар, ол арқылы регенирацияланған ерітінді келеді және алдыңғы камерадағы регенерациядан кейінгі ақаба сулар шығарылады.

Ионитті жоғарыдан төмен қарай регенерациялағанда төмен жақта орналасқан ионит камерасы су ағынын баяулататын регенерация өнімдерінен қорғайды.

Мультистеп технологиясы бойынша бір сүзгіде жұмсарту және минералсыздандыру бойынша барлық операцияларды жүргізуге болады.

Амберпак технологиясы

Rohm & Haas фирмасының («Ром және Хаас») Амберпак технологиясы (ағылшын тілінен Amberpack - янтар­лы қабат) сүзгінің бүкіл көлемін ионитпен, инертсіз материалмен толтыруды қарастырады. Жоғарыда суреттелген технологиялардағыдай өңделген су төменнен жоғарыға қарай, ал регенирленген ерітінді жоғарыдан төмен қарай қозғалады.  Бұл сүзгіде қопарыла шаю мүмкін емес, ионит кеңейетін жер жоқ. Сондықтан иониттің төменгі қабаты өлшенген қоспаларды периодты түрдегі арнайы ыдысқа  жүктеледі. Судың құрамында өлшенген заттарға бұл технология өте сезімтал болып келеді.

АПКОРЕ технологиясы

АПКОРЕ технологиясы (ағылшын тілінен UP.CO.RE. - Inflow COurtercurrent REgeneration – бастау ағынының қарсы ағынды  ре­генерациясы) фирмы Dow Chemical Co. («Дау Кемикал Компани») фирмасының гол­ландттық  патенті бойынша қарастырылады.

 Осы технология бойынша жұмыс істейтін сүзгіде өңделген су жоғарыдан төменге қарай, ал регенирацияланған ерітінді төменнен жоғарыға қарай қозғалады.

 Бұл технология барлық қарсы ағынды технологиялардың артықшылықтарымен, сонымен қатар жоғарыда айтылған кемшіліктерден арылған.

 Жұмыс циклы кезінде су жоғарыдан төменге қарай (30-40 м/ч) қозғалады, ионит қабаты жүктеме ауытқуларының барлық мәндерінде және су берісін толығымен тоқтатқан кезде  сығылған күйде сығылған күйде қалады. Осыған байланысты сүзгінің төменгі жағындағы жақсы регенирленген ионит қабаты бұзылмайды [1].

 Сүзгіге регенирацияланған ерітінді берілмес бұрын, ионит қабаты 3-5 мин. аралығында 30 м/сағ жылдамдықтағы су үлкен ағынмен инертті материалмен соқтығысқанға дейін жоғарыға көтеріледі. Осындай материалдың болуы технологияның принципиальді ерекшеліктерінің бірі болып табылады. Жоғарғы дренажды – таратушы қондырғы жабылған және сонымен қатар инертті материалдың қалқыған қабатына енгізіліп тұр. Бұл қабат арқылы су, өлшенген қоспалар, ионитті «ұсақ - түйіктер» еркін өте алады, олар «инерт» жоқ кезде сүзгіден ағын алып кетуі мүмкін.

Екі әртүрлі концентрациядағы регенерацияланған ерітінді 30-40 мин. аралығында (мысалы 10 м/ч) жылдамдықпен төменнен жоғарыға қарай өткізіледі, осы кезде алдыңғы операциядағы көтерілген  ионит қабаты инертті материал қабатына жабысқан күйде қалады.

 Осы екі операция өзінің тура функцияларымен қатар, қопарып шаю мұқтаждығынан айырады.

 Регенерацияның келесі этаптары:  ионитті 10 м/сағ жылдамдығымен 30 мин аралығында регенерацияланған ерітінді қалдықтарынан арылу үшін төменнен жоғарыға қарай шаю; ионит қабатының 5-10 минутта тұнуы; ионитті жоғарыдан төменге қарай 30-40 мин. аралығында шаю.

АПКОРЕ технологиясының ең маңызды ерекшелегі – бір сүзгіде қабатты түрде анионитті  ешқандай айырғыш қондырғылар көмегінсіз енгізу мүмкіншілігі. Әлсіз негізді және күшті негізді аниониттерді арнайы іріктеуге байланысты тығыздықтардың қажет мәніне сәйкес әлсіз негізді анионит қабаты күшті негізді анионит қабатынан әрқашан өз орнын сақтай отырып, органикалық заттардың ақырғы жөнелтілуінен қорғайды. Технологияның қарапайымдылығы, конструкцияның әмбебаптылығы стандартты нақты пареллельді сүзгілерді қарсы ағынды технологияларда қолдануға мүмкіндік береді.  

 

5.2 Сурет - АПКОРЕ технологиясы бойынша суды тазарту:

- инертті материал қабаты;

- жоғарғы дренажды – таратушы жүйесі;

- бос кеңістік;

- ионит (бір немесе екі қабат);

- төменгі дренажды – таратушы жүйесі.Жұмыс циклы: өңделіп жатқан судың сүзгіге жоғарыдан берілуі.

Регенерациялық цикл:

1 қадам – тұзсыз (жұмсартылған) суды сүзгіге төменнен жоғарыға қарай  беру;

2 қадам – реагенттің регенерацияланған ерітіндісін төменнен жоғарыға қарай  беру;

3 қадам - тұзсыз (жұмсартылған) суды сүзгіге ионитті алдын ала шаю үшін төменнен жоғарыға қарай  беру;

4 қадам – иониттің тұнуы;

5 қадам -  түссіз немесе жұмсартылған суды сүзгіге ионитті ақырғы рет шаю үшін жоғарыдан төменге қарай, тек ғана ішкі дренажды таратушы қондырғыны алмастырып отырып беру [1].

Арнайы АПКОРЕ технологиясы үшін Dow Chemical Co. («Дау Кемикал Компани») фирмасы ионалмасу смолалар сериясын жасап нарыққа жеткізеді, олардың тамаша  грануметриялық (монодисперстті), физика-механикалық және  кинетикалық қасиеттері бар.  Негізінде 90%  ионит түйіршіктерінің  ±10% - ының өлшемдері орташа, бұл екі қабатты сүзгіні енгізуі де мүмкін.

Гетеродисперстті  иониттерді  монодисперстті иониттермен алмастыру тенденциясы қазіргі кезде көп кездеседі. Алғы қатардағы дүниежүзілік ионит өңдейтін фирмалар («Байер», «Пьюролайт», «Ром и Хаас», «Дау Кемикал Компани») монодисперстті иониттер өңдірісін кеңейтуде.

Қарсы ағынды және нақты параллельді технологияларының салыстырмалы сипаттамасы

Қорыта келсек қарсы ағынды және басқа бұл жерде айтылмаған технологиялардың сипатталған қасиеттері, нақты параллельді технологиямен салыстырғанда  келесі көрсеткіштерді қамтамасыз етеді:

Қайтадан жаңартылатын сүзгілер санының 1,5-2,5 есе азаюы (суды сүзгілеу жылдамдылығы - 40-50 м/ч дейін );

Реагент шығынын екі және одан да көп мөлшерге азайту (қышқылдың меншікті шығыны - 1,3-1,6 моль/моль, сілтіліктің - 1,4-1,5 моль/моль, натрий хлоридінің - 1,2-1,3 моль/моль);

Иониттер қасиетіне байланысты сүзгінің жұмыс алмасу сыйымдылығы шамамен екіге көбейту және сүзгіні толығымен ионитпен толтыру мүмкіншілігі;

өз мұқтаждығына кететін су шығынын шамамен екіге азайту және  екіге ақаба сулар санын азайту;

- өңделген судың нормативті сапасы, бір сатылы сүзу кезінде алынатын  екі сатылы сүзуге қарағанда жақсығырақ.

Жоғарыда сипатталған барлық қарсы ағынды технологиялардың қасиеттері тек ғана толық түрде грануметриялық біркелкі (моносфералары) иониттерді  қолданғанда байқалады. Олар алғы қатардағы барлық фирмалармен шығарылады («Дау Кемикал», «Пью-ролайт», «Ром и Хаас», «Байер» және т.б.).  Ресейде мұндай иондар өңделмейді, сондықтан да сүзгілерде ВНИИАМ және  БТИ технологиясы бойынша ресей және украина зауыттарының гетеросферлі иониттері қолданылады [1].

Бастапқы суды сүзгілеу жоғарыдан төменге қарай, ал регенирацияланған ерітіндісі және шаю суы төменнен жоғарыға қарай бағытталады. Инертті материал ионит қабатының үстіне сүзгінің пайдалы сыйымдылығы 10%  шамасында енгізіледі.

Өлшенген қоспалар иониттің гетеросферлі қабатында тек қана жоғарғы қабатпен сүзілмейді, сонымен қатар иониттік жүктеменің тереңдігіне енеді, сондықтан ионитті периодты түрде арнайы ыдысқа қопарып шаю үшін жүктеу керек. Иониттің ластануына байланысты (қабаттың гидравликалық кедергісінің көбеюі) гидрожүктеуге 20-80%  ионит көлемі сәйкес келеді.

Сүзгі диаметрлері және ыдыстарды тандағанда, олардың жүретін шаю сүзгіге қарағанда белсенді жүретіндей етіп тандаған. Шаю кезінде су ағыны сүзгіге мынандай белсенділікпен 1,25-2,50 л/(м2-с) тізбектей түрде өтеді, содан кейін ыдыс 2,5-5,0 л/(м2-с) белсенділікпен өтеді.

Жуылған ионит сүзгіге қайтып келгенде оны екі ретті регенерациядан өткізу керек.

Тұрмыстық ионалмасу сүзгілер конструкцияларында әдетте қарсы ағынды технологиялар  қолданылады. Сондықтан жоғарыда сипатталған қарсы ағынды технологияларда осындай сүзгілердің ешқандай мәні жоқ, себебі:

 - сүзгі диаметрлері өте кішкентай болғандықтан жатық қимасы бойынша су ағынының бірқалыпты таралу әсері сезілмейді;

- тұрмыстық сүзгіде иониттер кей кезде регенирленбейді, бірақ оны кей кезде алмасу сыйымдылығы таусылғанша қолданады.

 

          6 - тарау.  Су дайындаудың баромембраналық әдістері

 

 6.1 Әдіс топтарының құрамы

 

 Суды ионалмасу әдісімен минералсыздандыру және термиялық минералсыздандыру (дистилляция) суды тұзсыздындыруға мүмкіншілік береді, оны тіпті толығымен тұзсыздандырады. Бірақ бұл әдістерді қолдану кемшіліктерді туғызды: регенерация қажеттілігі, үлкен және қымбат қондырғы, қымбат иониттер және т.б. Осыған байланысты су дайындаудың баромембраналық әдістері кеңінен тарала басталады.

Баромембраналық әдіс топтары кері осмос, микро сүзгілеу, ультрасүзгілеу және наносүзгілеуден тұрады.

Кері осмос (кеуек өлшемдері 1-15 А, жұмыстық қысымы 0,5-8,0 МПа) суды минералсыздандыру үшін қолданады, барлық иондарды 92-99% - ға ұстап қалады, ал екі сатылы жүйеде 99,9% - ға дейін ұсталынады.

Наносүзгілеу (кеуек өлшемдері 10-70 А, жұмыстық қысымы 0,5-8,0 МПа)  бояғыштарды, пестицидтерді, гербицидтерді, сахарозаны, кейбір ерітілген тұздарды, органикалық заттарды және вирустарды ажырату үшін қолданылады [1].

Ультрасүзгілеу (кеуек өлшемдері 30-1000 А, жұмыстық қысымы 0,2-1,0 МПа)  кейбір коллоидтарды (мысалға, кремнийді), вирустарды, күл қожын ажырату және сүтті фракцияларға бөлу үшін қолданылады.

Микросүзгілеу (кеуек өлшемдері 500-20000 А, жұмыстық қысымы от 0,01 до 0,2 МПа) вирустар және бактерияларды, жұқа дисперсті пигменттерді, белсенді көмір шаңдарын, асбесті, бояғыштарды ажырату және майлы су эмульсияларын бөлу үшін қолданылады.

Мембранада түзілетін кеуектер неғұрлым үлкен болса, соғұрлым мембрана арқылы сүзу процесі түсінікті және ол мағынасы бойынша механикалық сүзуге жақындай түседі.

 

6.2 Кері осмос

 

Кері осмос әдісі ацетилцеллюздық мембрананың жартылай өткізгіш қасиеттерін Рейд және Бретон ашқан кезде 1953 ж пайда болды. Жартылай өткізгіш мембраналарды жасау технологиясын Маникян жетілдірді, ол формамид және ацетондағы ацетилцеллюлозы қоспасынан мембраналарды өнеркәсіпте жасау әдісін ойлап тапты. Ары қарай құрғақ түрде ұзақ уақыт сақтауға болатын мембраналарды және құрама мембраналар мен толық талшық түріндегі мембраналар шығарыла бастады. Мембраналардың сапасы біртіндеп жетілдірілді және түрлері көбейді [2].

Кері осмос – суды өңдеудің ең оңтайлы тәсілдерінің бірі, оның артықшылығы энергияның аз кетіруінде, аппараттар мен қондырғылардың конструкцияларының жеңілдігінде, олардың кішкентай габариттары және эксплутацияның жеңілдігінде.

 

6.3 Әдістің негізі

 

Егер қоспа мен еріткішті жартылай өткізгіш бөлікпен бөлсе, онда мембрананың екі жағына қоспалардың концентрациясы теңеспегенше еріткіш қоспаға бөгет арқылы өте бастайды. Концентрациясы әртүрлі екі қоспаны бөлетін жартылай өткізгіш мембрана арқылы заттардың өз еркімен ағу процесі осмос деп аталады.(грекше «осмос» - қысым) [1].

Егер қоспа үстінде қарсы қысым жасаса, еріткіштің мембрана арқылы өту жылдамдығы азаяды. Тепе-теңдікті орнатқан кезде, оған жауап беретін қысым кері осмос құбылысының сандық сипаттамасы қызметін атқаруы мүмкін. Ол осмотикалық қысым деп аталады және қоспаға қойылатын қысымға тең. Су дайындау жүйесінің қолданылуы, ондағы еріткіш – су. Кері осмос процесін мына түрде көрсетуге болады: егер табиғи су аппараты арқылы өтетін қоспалардың құрамына қысымды қояды, осмотикалықтан жоғары, онда су мембрана және концентрациясы көбейе береді.

Кері осмос процесін түсіндіретін кейбір гипотезалар.

Ситалы гипотеза

Су молекулаларының өлшемдері барлық заттардың молекулаларымен иондарынан кіші. Мембрананың уатпаларының диаметрі мембранадағы шекаралық қабаттың екі еселенген қосындысынан және ұсталып қалған ион диаметрлерінен кіші болады. Кері жағдайда гидратталған ион қатпарлар арқылы өтіп кетуі мүмкін.

6.2 Сурет – Осмос

 

Еріткіштің қоспаға ауыстыру және қоспамен араластыру жолдары арқылы жүйе тепе-теңдікке өтуге талпынады.

 

6.3 Сурет - Тепе теңдік

 

6.4 Сурет - Кері осмос

 

Басқа жағынан салынған қысым және осмотикалықтан асатын, кері бағытта еріткіштің ауысуына алып келеді және қоспа концентрацияланады, ондағы ионның гидраттық қабықшасы және судың шекаралық қабаты Н2О  молекулалары ауысады. Мұнда жұқа қабаттардың ерекше қасиеттері көрінеді. Онда су тығыздығы және басқа физикалық қасиеттерін өзгертеді.

Кері осмостың негізін қарағанда ондағы қатпарларды мембранадағы тулельдердің аналогтары деп айтудың мағынасы жоқ. Бәрінен бұрын судың молекулалары мен иондары мембрана материялының молекулярлық құрылысында бос кеңістік арқылы өтеді. Бұл процесс гидратация энергиясы аз болғанда жеңіл.

Энергетикалық гипотеза

Мембрана арқылы молекулаларды «күштеп өткізу» қоспа бөлшектерінің гидротациялық энергиясымен шартталған. Гидротация энергиясы неғұрлым аз болған сайын, процесс соғұрлым оңай.

Мембраналардың ерітілген заттардың ұстап қалу қабілеті гтдротация энергиясының өсуімен сәйкес келеді:

H+ < NO3- < J- < Br- < Cl-< K+ < F- < Na+ < SO42- < Ba2+ < Ca2+ < Mg2+ < Cd2+ < Zn2+ < Al3+ < Fe3+.

Бәрінен де көп валентті иондар жақсы ұсталады (қатпарлардан қиын немесе тіптен өтпейді). Н2О молекулаларынан басқа, өлшемдері осыған келетін Cl-, F-, Na+, K+ гидратталған иондары өте алады.  Н2О молекулаларының радиустары - 1,36 А.

Капиллярлы-сүзгілі  (сорбциялық) тұжырымдама

Қалындығы бірнеше ондық молекула болатын мембрана алдындағы су қабаты және кеуектер ішіндегі су бастапқы сумен салыстырғанда төмен еріткіштік қасиеті бар, сондықтан қоспа иондары кеуектер арқылы өтпейді, өйткені еріткіш (капиллярлы су) оларды нашар ерітеді [1].

Әрбір тұжырымдама белгілі бір факторға негізделеді және осылардың әрқайсысында негізгі болып саналады, әрине процестің берілгендерінің арқасында барлық факторлардың жиынтығын құрастыру керек. Осыдан басқа да әртүрлі дәрежелі негіздемелері бар жорамалдар болады. Практикада мембраналар әдеттегідей идеалды жартылай өткізгіштігі болады және мембрана арқылы еріген заттың кейбір өтуі байқалады. Бұл жағдайда АР-дің қозғаушы күші былай анықталады:

AP = P - (Tt1 - Tt2) = P - An,                         (6.1)

мұнда P – бастапқы қоспа астындағы артық (жұмыстық) қысым; Tt1 – қоспаның осмотикалық қысымы; Tt2 – мембрана арқылы өткен сүзгінің осмотикалық қысымы.

Қоспаның осмотикалық қысымы бірнеше ондық МПа-ға жетуі мүмкін. Кері осмотикалық қондырғылардағы жұмыстық қысым жұмыстық және осмотикалық қысымдардың айырымдарынан көп болу керек, өйткені оның өндірулігі процестің қозғалтқыш күші арқылы анықталады. Осылайша, теңіздегі су үшін осмотикалық қысым 2,45 МПа, құрамында 3,5% тұздар, тығыздалатын қондырғыларда жұмыстық қысымды 6,85-7,85 аралығында ұстап тұру ұсынылады.

Ультрафильтрация

Ультрасүзгілеу- мембраналардың бөліну процесі, сонымен қатар қоспаларды фракциялау және концентрациялау. Ол жоғарғы молекулалық және төменгі молекулалық қосылыстардың қоспалардың қысымының айырымы әсерінен өтеді (мембранаға дейінгі және кейінгі).  Ультрасүзгі кері осмостан мембрананы алу әдістерін алды, сонымен қатар көп жағдайда оған ұқсас және аппаратты орындалуы бойынша байланысты болады. Айырмашылығына әкетуге қойылатын жоғарғы талаптар мембрана бетіндегі заттардың концентрацияланған қоспасы жатады, ол ультрасүзу кезінде гель тәрізді қабаттар мен нашар еритін қалдықтар жасай алады. Процестің жүрісі мен параметрлеріне байланысты ультрасүзгіш сүлбе бойынша пайдалану кері осмос және сүзгілеу арасындағы аралық буын.

Ультрасүзгінің технологиялық мүмкіншіліктері көп жағдайда кері осмосқа қарағанда кең ауқымда, осылайша, кері осмоста ережедегідей шамамен барлық бөлшектерін ұстайды. Бірақ, практикада көбінесе қоспадағы компоненттерде селективті бөлінуі пайда болады, ол дегеніміз фракциялану.  Бұл мәселені шешу өте маңызды, өйткені кездеспейтін және бағалы заттардың ажыратылуы және концентрациялануы мүмкін (ақуыз, физиологиялық активті заттар, полисахаридтар, кездеспейтін металдардың кешені және т.б.).

Ультрасүзгіні кері осмосқа қалағанда ажырату үшін қолданады, олардағы ерітілген компоненттердің молекулалық массасы   500-ден көп болған жағдайда ультрасүзгі қолданылуын қарастырады. 

Ультрасүзгіні қозғау күші мембрананың екі жағындағы   қысымдар айырымы болып табылады. Негізінде ультрасүзуді 0,3-1 МПа жоғары емес қысымда жүргізеді [1].

Ультрасүзу кезінде сыртқы факторлардың ролі жоғарылайды, осылайша, жағдайларға байланысты (қысым, температура, турбуленнттік белсенділігі, еріткіш құрамы және т.б.), сол мембранада заттардың толық бөлінуін, басқа параметрлердің  үйлесімділігі мүмкін емес.

Ультрасүзудің шектелуіне жіңішке технологиялық диапазон-нақты процесс шарттарын ұстап тұру концентрлеудің салыстырмалы жоғарғы емес шегі жатады, ол гидрофильденген заттар 20-35% аспайды, ал гидрофобдалғандар үшін 50-60% мембраналардың ұзақ емес қызмет ету мерзімі кеуектер мен олардың бетінде тұнба түзілуі мен сипатталады.

Мембраналар

Мембрана әдістерін іске асыру кезінде жартылай өткізгіш мембраналар жасау мен құрастыру келесі негізгі сұраныстарға жауап береді:

- жоғарғы айырғыш қабілеттілігі (селективтілік);

- жоғарғы меншікті өндірулігі;

- ажыратылатын жүйе компоненттеріне химиялық тұрақтылығының әсері;

- эксплуатациялау процесіндегі сипаттамаларының өзгеріссіздігі;

- жеткілікті механикалық беріктілігі, монтаж шарттарына жауап беретін мембрананы тасымалдау және сақтау;

- арзандылығы.

Қазіргі кезде нарықты мембрананың ацетил- целлюлозамен ароматталған полиамидтерден жасалатын екі негізгі түрлері бар.

Ацетилцеллюлозалық мембраналарға жоғарғы меншікті өнімділік сай келеді. Формаларына қарай мембраналар құбырлы, жапырақты (спираль сияқты оралған) және талшық түрінде жасалған болып бөлінеді. Полиамидті мембраналар төмен меншікті өнімділікке ие. Оларды рулондық элементтер түрінде шығарады; ол беттің максималды ауданын қамтамасыз етуге рұқсат береді; ол құрылғысы жазық элементтерге қарағанда 15 есе көп.

Мынаны міндетті түрде ескеру керек: полиамидті мембраналар химиялық және биологиялық факторларға өте төзімді, ол олардың ацетилцеллюлозалық мембраналармен салыстырғанда минимумға жетсе де, егер температура мен pH мәнін қатаң түрде қарап отырса ұзақ уақыт жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, оларда гидролиз жүргізуге міндетті.

Сонымен қатар теңіз өңдеуге арналған мембраналар да бар. Сондай полимерлардан жасалған; теңіз суы сияқты және 1 л-да оншақты грамм тұзы бар қоспаларды тұзсыздандыру үшін арналған тығыз негізі бар. 1975 жылдан бастап полиамидті мембраналарды қолдану минералсызданған суды алу үшін жасалған өнеркәсіптік қондырғыларды жасауға негіз болды.

Уақытша кері осмостық мембраналар композитикалық бірнеше қабаттардан тұрады. Барлық қалыңдығы – 10-15 мкм, мембрананың селективтілігін анықтайтын қабаттың қалыңдығы 1 мкм көп емес.

Практикалық тұрғыдан қарағанда процестің екі көрсеткіші қызықтырады: ерітілген суды ұстау коэффициенті (селективтілік), ол былай анықталады:

R= 1- c”/c’ және R= (1-c”/c’)*100% ,                (6.2)

Және мембрана арқылы өндірулік (көлемдік ағыс)

Jv= Dq/SDt,                                                            (6.3)

c’ және c” – сүзгідегі және бастапқы қоспадағы ерітілген зат концентрациясы;

Dq – ауданы S мембрана арқылы өткен сүзілген зат көлемі (Dt уақытында).

Бұл екі көрсеткіш те мембрананың жартылай өткізгіштік қасиетін сипаттайды. Олар көп деңгейде процестің берілгендеріне байланысты (қысым гидродинамикалық орналасуы, температура және т.б.)

Мембраналық аппараттар мен  қондырғылар

Өндірістік масштабтағы баромембраналық процестерді орындау үшін апараттарға олардың жасалу мүмкіндігі мен эксплуатация шарттарына байланысты талаптар қойылады.

Баромембраналық процестерді орындайтын аппараттар мембраналардың үлкен бетін алу керек және монтаждау мен жиналуы оңай болу керек.

Сұйық секциялар және элементтер аппараттарымен жүргенде мембрананың жоғарғы қабатында қалыпты жайылуы керек және концентрациялық поляризацияның әсерін азайту үшін ағу жылдамдығы жоғары болу керек.

Аппараттағы қысымның төмендеуі көп болмау керек. Жоғарғы қысымдағы аппараттар жұмысымен байланысты барлық міндеттердің орындалуы тиіс: механикалық беріктілігі, герметикалығы және т.б. қамтамасыз етіледі [2].

Шарттардың барлық түрлерін қанағаттандыратын аппараттарды жасау мүмкін емес. Сондықтан әрбір бөлігі бөлуші процеске осы процесті жүргізудің қолайлы шарттары қамтамасыз етілетін конструкцияны таңдау керек.  

 

6.5 Сурет -  Мембрана элементінің конструкциясы

 

Жарғақтардың салыну тәсілі бойынша аппараттардың негізгі төрт түрі:

- сүзгіш элементтері тегіс камералы «сүзгі-пресс»;

- сүзгіш элементтері түтікше түріндегі;

- сүзгіш элементтері шиыршықты немесе спиральді;

- жарғақтары қуыс талшық түріндегі.

Тегіс камералылар: жарғақтық элемент арақашықтықтары 1,5-5,0 мм екі тегіс жарғақтан тұрады. Бұл аралықта кеуекті немесе торлы дренажды материал орналасқан. Жарғақтар орамының тығыздығы (аппарат көлемінің бірлігіне келетін бет) онша жоғары емес және 60-300 м²/м³ тең. Сондықтан да мұндай типті аппараттардың өнімділігі төмен болады. Олар минералсыздандырылған суға деген қажеттілік аз жерлерде қолданылады.

Түтікшелі аппараттар диаметрі 5-20 мм кеуекті түтіктерден тұрады. Жарғақтың қызметін атқаратын материал түтіктің бетіне (ішкі немесе сыртқы) жағылады. Аппараттардың мұндай түрінің орамының тығыздығы да болмашы: 60-200 м²/м³.

Шиыршықтылар: жарғақтық элемент үш жиегі герметизацияланған, ал төртіншісі тазартылған суды – пермеатты (сүзіндіні) бұрып әкетуге арналған перфорланған түтікке бекітілген пакет түрінде болады. Түтіктің шеңбері бойында мұндай пакеттер бірнешеу, олардың барлығы торлармен бірге түтікке оралады. Айырылатын су жарғақ аралық арналар бойымен бойлық бағытта қозғалады, ал пермеат бұрып әкететін түтікке келіп түседі. Мұндай аппараттардың тығыздығы жоғары болғанымен (300-800 м²/м³), даярлануының қиындығы салдарынан олар негізінен орташа және үлкен өндірісте қолданылады.

Талшықтылар: жарғақтық элементтің түрі қуыс талшық түрінде болады. Аппарат сыртқы диаметрі 80-100 мкм және қабырға қалыңдығы 15-30 мкм кеуекті қуыс талшықтардың шоғырымен толтырылған цилиндр түрінде болады. Айырылатын су талшықтың сыртқы бетін шаяды, ал оның ішкі арнасы бойымен пермеат шығарылады. Өте үлкен тығыздыққа – 20000 м²/м³ дейін ие бола отырып, бұл аппараттар тұщылау қондырғыларында, мысалы теңіз суынан және тұздықтардан ауыз суын алу кезінде  кеңінен қолданылады.

Қондырғылар белгілі бір сұлба бойынша батареяларға біріктірілетін бірыңғай сүзгіш элементтердің немесе модульдердің көп санынан тұратынын айта кеткен жөн. Осы себептен оларды жеңіл қажетті (кез келген) өнімділікке дейін өсіруге болады [1].

Қарапайым нұсқада модульдерді параллельді сұлба бойынша жинақтайды. Бұл жағдайда олардың барлығы бірдей жағдайларда: бірдей қысымда және сүзіндінің шығу коэффициентінде  жұмыс істейді. Мұндай жүйе көпшілік төмен өнімділікті қондырғылар үшін жарамды. Қондырғының кірісі мен шығысында орналастырылған екі манометр жүйедегі қысымның құлауын үздіксіз өлшеу мен реттеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Сәйкесінше, өңделетін су мен концентраттың шығындарын өлшейтін екі шығын өлшеуіш екі клапанмен реттелетін сүзіндінің шығу коэффициентін көрсетеді.

Көбіне қондырғылардың басқа да сұлбаларын қолданады. Мысалы, сүзіндінің шығу коэффициентін ұлғайту үшін модульдердің тізбектеле жалғануы қолданылуы мүмкін. Бірінші сатыдан алынған концентрат ерітіндісі екінші саты үшін бастапқы судың қызметін атқарады. Бірінші сатының шығысындағы қысымның екінші сатының кірісіндегі қысымнан (арын шығындары – 0,2-0,3 МПа) айырмашылығы шамалы болғандықтан, аралық сорғы қажет болмайды. Мұндай типті жүйелерді әдетте «сатылы концентратор» деп атайды. Олар полярлану коэффициентінің елеулі артуынсыз 70-90% (екі немесе үшсатылы қондырғылар үшін) сүзіндінің шығу коэффициентін қамтамасыз етуге қабілетті.

Шиыршықты қондырғыларға мысал. Әрбір стандартты шиыршықты жарғақтық элемент шамамен 15% пермеат береді. Аппараттың және жалпы алғанда жүйенің пайдалы өнімділігінің артуына элементтерді бірінің артынан бірі тізбектеле орналастырылған 1-ден 9-ға дейінгі элементтерден тұратын модульдерге құрастыру арқылы қол жеткізіледі. Әрбір элементтен пермеат жинақ түтігіне келіп түседі, ал концентрат келесі элементке бағытталады, яғни пермеат бойынша модульдер параллель жалғанған, ал концентрат бойынша – тізбектеле жалғанған.

Басқаша жағдайларда, мысалы ультратаза су өндіру үшін екі сатылы өңдеу қолданылуы мүмкін. Тазартылған су бірінші сатыдан сорғымен екінші сатыға беріледі, онда қайтадан тұзсыздандырылады, соның арқасында минералсыздандырудың тереңірек дәрежесіне қол жеткізіледі.

Құрылыстардың үнемділігі сондай-ақ аппараттарды тізбектей қосу есебінен пермеатты да, концентратты да рециркуляциялау– екі ағыстың бірін бастапқы сумен араластыру есебінен оңтайландырады.

Концентрациялық полярлану

Ерітіндіні тұзсыздандыру кезінде еріткіш суды жарғақ арқылы тасымалдау салдарынан оның бетінде бастапқы ерітіндінің көлеміндегі олардың мөлшерімен салыстырғанда еріген заттардың концентрациясы артады. Мұндай құбылыс концентрациялық полярлану деп аталады [1].

Жарғақ бетіндегі еріген заттардың концентрациясы артуы салдарынан оның сұрыптау қабілеті мен меншікті өнімділігі төмендейді. Жарғақ бетіндегі және айырылатын ерітіндінің көлеміндегі еріген заттардың концентрацияларының қатынасы меншікті өнімділіктің артуымен бірге экспоненциалды өсетіндіктен, концентрациялық полярлану жарғақтардың өтімділігін шектейтін фактор болуы мүмкін. Жарғақтың айырғыш бетіндегі заттардың жоғары концентрациясы кезінде алғашқысы ішінара бүлінуі немесе өзгеруі мүмкін. Егер бір мезетте концентрациялық полярланудың кері әсерін төмендететін шаралар қолданылмаса, жаңа жоғары өнімділікті жарғақтар жасауға бағытталған тырысулар зая кетуі мүмкін. Бұл үшін, әдетте, қарқындандырумен байланысты тәсілдер қолданылады.

Мембрананы пайдаланғанда сипаттамаларының өзгеру себептері

Мембранаға Физика-механикалық әсер. Қысымның ықпалы. Мембрананы сүзгенде қысым ықпалымен оның құрылымы деформация әсерінен және мембранадағы жеке тығындарға су молекулаларының түсіретін қысым әсерінен болады. Бүкіл процестердің жиынтығы мембрана деформациясына қысым әсерінен болуы ол крип мембранасы деп аталады. Крип кезінде гидравликалық кедергісі артады, бұл процесс мембрана сұрыпталумен жүреді [10].

 

 

6.6 Сурет - Екі сатылы тұсыздандыру бар кері осмос қондырғысы

 

1- 1 сатылы мембраналық  элементтер, 2- 2 сатылы.

Бірақ өндірулілік азайғанда ең көп крип байқалады.

Температура ықпалы. Ацетатцеллюлоздық  мембранада бастапқыда темпераура өскен сайын  өтімділік сұйық тұтқырлығына кері пропорционалды болып өседі. Осыдан кейін өтімділік кеміп, 85°С маңында нөл болады. Бұл эффекті полимердің құрылымдық процесінде кеуектің тұнуына және толық созылуымен  және белгілі температурада тоқтайды, бұл 50°С жоғары температурада мембрананың қасиеттерінің өзгеруіне алып келуімен түсіндіріледі.  Температура артқанда ацетатцеллюлоздық  мембрананың сұрыптаулығы бастапқыда артады, кейін тұрақты қалыпқа келеді [1].

 

6.4 Мембрананың химиялық және биологиялық деструкциясы

 

Табиғи суды минералсыздағанда кері-осмостық аппараттар қолданылмайды, тазаланатын судағы 50 г/л астам болған жағдайда, ал судың рН мәні 5,5 – 8,5 аралығында болады. Осындай ерітінділерде өндірісте шығарылатын кері осмостық мембраналар химиялық тұрақты болады. Біздің мемлекетте көп тараған түрі ол - ацетилцеллюлозды мембраналар болып табылады, рН = 5-8 мәндерде тұрақты жұмыс істейді береді. Қышқылды ортада ацетилцеллюлоза гидролизданады, сілтілік ортада жуылу. Есептеу жолмен келесі берілгендер табылды: бастапқы мәнге қарағанда фильтрат сапасы екі есеге кеміген кездегі мембрананың жұмыс істеуін алсақ,

рН = 4-5   ацетилцеллюлоздік  мембрана 4 жыл жұмыс атқарды,  рН = 3 - 2,5 жыл,  рН = 1 немесе  рН = 9 болғанда бінеше күн жұмыс атқаруға жарайды [1].

Қышқылдық және сілтілік ортада тұрақты ароматикалық  полиамидтан жасалған мембрана болып табылады. Олар рН 2-ден 11-ге аралығында көп уақыт өзгеріссіз жұмыс істей алады. Сонымен қатар, ароматикалық  по­лиамидтен жасалған мембраналар су құрамындағы хлордың аз концентрациясында бүлінуде душар. Бұл ацетилцеллюлоздық мембранаға  қарағанда маңызды кемшілігі, ацетилцеллюлоздық мембранаға судың құрамындағы 20 мг/л дейінгі хлор концентрациясының ешқандай әсері тимейді. Бірақ, 10-15 мг/л бос хлор концентрациясы ацетилцеллюлозаның белсенді қабатының бүлінуіне алып келеді.

Озонда  полиамидтердің құрамын өзгертеді, рН = 5,8 болғанда ацетицеллюлоздық  мембранаға әсерін тигізеді

Есепке алатын жайт, ацетилцеллюлоздық мембраналар ацетон, диметилформамид және т. б. Полярлы органикалық еріткіштерде тұрақсыз.  Ароматикалық полиамидтен жасалған мембраналар тұзды бір уақытта концетрлейді және суды тұзсыздандырады.

Көптеген полимерлі материалдар, соның қатарында ацетилцеллюлоза- микроорганизмдерге қолайлы жер болып табылады. Осы жағдай микроорганизмдердің тазаланатын сумен кері осмостық аппаратқа кездейсоқ келіп, мембрана бетіне жинақталуына алып келеді. Микрофлора, микрофауна және басқа  өнімдер мен олардың өмір сүруі мембрана полимерінде өзгеріске ұшырайды және де белсенді  қабатының құрылымына кері әсерін тигізеді, бұл тұзсыздандыру процесінің нашарлауына алып келеді. Микроорганизмдердің биохимиялық әсері жартылай өткізгіш мембранаға, оның деструкциясына қарағанда  өте қауіпті. Осының салдарынан  мембрананың белсенді қабатының бұзылуына әкелетіні соншалық, кейбір бөліктерде кеуекті мембраны ұстап тұратын қабат және оның қабаты бактериямен тең келеді. Соңғы жағдайда тұщы суды қолданғанда өте қауіпті болатыны, сүзгіге вирус пен патогенді микробтардың түсуі мүмкін [13].

Биологиялық және агрессивті организмдерге төтеп бере алатын мембраналар ойлап шығарылған, олар полимерлі материалды қолдану арқылы іске асады.

Пайдаланудағы мембрананың ластануы

Мембраналық қондырғылардың өндірулілігі азайып отырады, ол  аз еритін тұздар мен микробөлшектердің қалыптасып, әсіресе, бастапқы тазалау жүйесі мен  пайдаланудың  есептік тәртібі бұзылғанда мембраналық ластануымен түсіндіріледі. Мембрана бетінде тығыз тұнбалар кедергі туғызады, сүзгілеу бетін азайтып, мембрана өндірулігін азайтады. Мембрана беті ластанғанда аппаратта концентрациялық поляризация интенсивті түрде артады, себебі шекаралық қабаттың жуандығы тұнба қабатының жуандығынан асады [1]. 

Бактерияларда тазартатын судың құрамындағы сульфатты күкіртісутекке дейін  қалпына келтіре алады және судың қышқылдануын тудырып, сүзгінің органолептикалық қасиетін кемітеді. Микроорганизмнің метобализм өнімдері, сонымен қатар кері осмостық қондырғының периодтық жұмысында сүзгіде жағымсыз иіс пайда болуына алып келеді.

Ластанудың табиғаттық және химиялық құрамы

Тазаланатын су құрамында әртүрлі дисперсті заттар болуы мүмкін, ол  темір қоспалары, кальций тұздары, магний, жартылай өткізгішті мембрананың бетінде  тұзсыздандыру кезінде пайда болған үйінділер   фито және зоопланктонды тудыруға әкеледі, сонымен қатар аппараттың басқа элементтерін ластайды. Барлық үйінділерді,  химиялық құрамы, құрылымы және тұнба бөлшегінің өлшемі, оның пайда болуы механизмі бойынша  ажырататын үлкен үш топқа бөлуге болады.

Бірінші топқа микроорганизмдердің әсерінен пайда болатын  коллоидты тұнба және өлшенген бөлшектер кіреді және олар мембранаға активті түрде әсерін тигізеді. Бірақ осы топтағы тұнбаның көбісі бастапқы судағы органикалық және бейорганикалық бөлшектер болып келеді және олар атмосфера мен қондырғы элементтерімен әсерлесіп, кері осмос алдындағы тазалауда пайда болады. 

Екінші топқа тез ерімейтін қоспалар, ал үшінші топқа жоғарғы молекулярлы органикалық заттардың үйінділері жатады.

Кері осмостық аппараттардағы ластану құрамына металл құбырлардың, арматуралардың және қондырғы элементтер кіреді.

Кері осмостық аппараттың  мембрана бетінде ластанудың гидродинамикалық шарттардың әсері.

Жартылай өткізгіш мембранада жылдамдық қалыптасуы мен ластану сипаттамасы аппараттағы гидродинамикалық шарттармен табылады.

Мембрана бетіндегі иондардың  концентрациясының өсуі көлем ішіндегі концентрацияға қарағанда ерітіндінің аз ерігіш қоспалар арасындағы процесс өседі.

Аппараттың ластануы жартылай өткізгіш мембрананың тұз ұстауына және тегеурін құтысының тең бөлуіне кері әсерін тигізеді. Тегеурін каналында сұйық қозғалысының тең болмауы келесідей түсіндіріледі, қондырғы құрылымы толық жетіліп жасалмаған немесе жартылай өткізгіш мембрананы жасау кезінде интенсивті ластануы мүмкін. Ағынның  тең бөлінбеуінің пайда болу себебі, тар каналда кішкене қисаю әсерінен ағын мембрана бойымен кетеді [2].

Тұрақталу аймағы пайда болады және онда тұнба түзілуге жақсы жағдайлар жасалған. Шекті жағдайда ағынның қайта бөлуі көп болғаны сонша, тұрақталу аймағынан келетін сүзгінің тұздылығы тазаланатын судың тұздылығына тең.

Тұзсызданған тең бөлінбеген судың  ағанының басқа түрі – параллель қосылған аппараттардың шығыны немесе фильтр-прессті аппараттың құтысы. Бұл  теңсіздік аппараттың дефектісі немесе оны дайындаудағы қателіктермен түсіндіріледі. 

Қысым каналының ластануы кейбір жағдайда кері осмостық аппараттың жұмыстан шығуына алып келеді. Турбулизатор-бөлгіш рулонды сүзгілі элемент  ластанғанда тесіктерінің қысымдары рулон қабатының қозғалуына байланысты элемент бүлінбегенше артып отырады, сонымен қатар сүзгінің тұздылығы мен өндірулілігі көп артады.

Аппараттардың ластануы оның элементтеріне және процестерінің бәріне әсер етеді, ол аппараттың пайдалы өнімділігінің кемуі мен сүзгінің сапасының төмендеуіне алып келеді.

Мембрана ластануының алдын алу

 Процесс өтуін дайындау. Бастапқы су мембрана бойымен ағады немесе үйінділерді  шаяды. Сонымен қатар судың бір бөлігі мембрана арқылы өтіп, таза су түзеді, ал басқа бөлігі мембрана бойымен толық өтіп, концентрат күйінде дренажға түседі.

Тұнба түзілмеудің ең жақсы тәсілі – ол жұмсартылған су мен қондырғыны  қамтамасыз ету.

Қорек суын қышқылдандыру. Қышқыл дозасы, кальций карбонатының ерітіндісін қанықтындыратын сипаттайтын  Ланжанье индексі, қондырғы концентратында теріс мән болғаннан  кейін алынуы қажет. Мембрана қолданатын бастапқы судың рН-ын берілген қышқыл көлемі шектен төмен түсірмеуі керек. Көтеген процестерде тұзсыз судың жоғарғы  қышқылдығы процесс жүруге кедергі болады [5].

Ингибитрді дозалау, ерітіндідегі тұздардың кристалдануын алдын алады немесе тежейді. Ингибитр ретінде жоғарғы молекулалық органикалық қышқылды комплексті қосылыстар қолданылады, мысалы, фосфонды қосылыстар. Айтып кететіні,  ингибитр улылығына көніл бөлу керек.        Құрылымдық қолдану – мембрана арасындағы турбуленттейтін сетка.

Сетка су ағынын мембрана маңында тубуленттейді. Құбыр мен жылу алмастырғыштардағы су қозғалысына ұқсас болады. Қақ пен үйінді, құбыр мен  жылу алмастырғыштардың бетіне төгілсе, соншалық су қозғалысы, жылдамдығы мен турбуленттік құрылымы жоғары болады. Жылу алмастырғыштардың кейбір жерлерінде қақ үйінділері көп болады. Сетка мембранаға бекітілген жерлерде қақ үйінді болады, себебі ол жерлерде турбулентті эффект жоқ.

Мембрана сипаттамасының қалпына келуі

Тұщыту станциясының көптеген жылдардағы тәжірибесі көорсеткендей, технологиялық сүлбе мен су дайындау режимін дұрыс таңдағанда кері осмостық аппараттардың жұмыс істеу қабілеті 5 жылға созылады. Көп жыл қондырғының  жақсы жұмыс істеуі үшін пайдаланудағы барлық  қажеттіліктерді орындау қажет.

Мембрананы регенерациялау кезінде дұрыс алынбаған интервал әсерінен оның эффективтілігі кемиді, мембрана сипаттамаларының өзгеруі қалпына келмеуі мүмкін. Мембрананы тазалау оның өнімділігі 10-15%-ға түскенде жүзеге асуы керек. Ренерация аралық периодының созылу уақыты бастапқы судың құрамымен кері осмос алдындағы  дайындау технологиясына байланысты. Егер, тұзсыздандырғыш аппараттардың жұмыс тұрақтылығы, тазалау айына бір реттен көп болмаса, су дайындау сапасы жоғары деп айта аламыз.

 

6.5 Химиялық тәсілдер

 

Жартылай өткізгішті мембрананың бетін тазалау және қасиеттерін қалпына келтіру үшін көп тараған тәсілі әртүрлі реагенттердің ерітінділерімен шайып тазалау. Дұрыс таңдалған реагентке байланысты бұл тәсілдің эффектифтілігі артады. Реагент таңдау алдында лас заттың құрылымы мен құрамын білу міндетті және реагенттің мембранаға әсер етуін білу керек.

Физика-химиялық  тәсілдер

Физика-химиялық тәсілдерге біріншіден, мембрана бетінде жинақталған тұнбаларды механикалық кетіру болып табылады.

Мысалы, құбырлы мембрананың бетіндегі тұнбалардан диаметрі құбырлы мембранаға қарағанда үлкен полиуретандық шарик көмегімен тазалау жатады.  Бірақ бұл тәсіл қолданғанда жинақталған тұнбаны толық тазаламайды, ал тұзсыздандыру тек уақытша тазалау сипат алады. Бұл тәсілді құбырлы аппарат түріне қолдануға болады.

Жоғарғы қысымды ауаны периодикалық беру арқылы мембрананы  жинақталған тұнбадан тазалауға болады. Осы жағдайда тазаланатын су мен берілетін ауа интенсивті түрде араласады. Ауалы қоспа мембрананы жинақталған лас заттардан тазалайды, механикалық және химиялық тәсілдерге қарағанда мембрананың зардап шегуін біршама азайтады.

Жоғарғы қысымда суда ерітілген оттегі диоксидті ауаның орнына қолдануға болады. Аппарат ішінде қысым түскенде, СО2 газдары бөлінеді және олар лас заттарды жуып шаяды. Тағы бір тәсіл – аппараттарды гидравликалық  жуу: арнайы жуғыш қондырғы арқылы мембрананың  бойымен жылдамдығы 3-5 м/с болатын сумен тазалау. Гидравликалық жуу нұсқасы – аппаратта пульсациялық қысым тудыру. Жоғарыда айтылған барлық физика-химиялық тәсілдердің бәрінің өздерінің артықшылығы мен кемшілігі бар. Тазаланатын су құрамына байланысты жоғарыдағы тәсілдерді таңдаймыз.

6.1 Кесте - Мембрананы химиялық тазалау  

Ластану

Химиялық тазартқыш

Тазалаудың эффективтілігі

Бейорганикалық тұздар – кальций сульфаты мен карбонаты (кермектілік тұздары)

0,2 % - ды тұз қышқылының ерітіндісі,

0,5 % - ды фосфор қышқылының ерітіндісі,

2,0 % - ды лимон қышқылының ерітіндісі,

Өте жақсы

 

Қанағаттанарлық

 

Қанағаттанарлық

 

Металдардың гидроксидтері (темір)

0,5 % - ды фосфор қышқылының ерітіндісі,

1,0 % - ды натрий гидросульфитінің ерітіндісі,

Жақсы

 

Жақсы

Бейорганикалық коллоидтар

1,0 % - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

0,025 % - ды  натрий додецилсульфатының ерітіндісі,

1,0 % - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

Жақсы

 

Жақсы

Биологиялық ластанулар

0,1% - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

1,0 % - ды Na4ЭДТА қышқылының ерітіндісі,

0,1% - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

Өте жақсы

 

Өте жақсы, егер құрамында бейорганикалық бөлшектер болса

Органикалық ластанулар

0,025 % - ды  натрий додецилсульфатының ерітіндісі,

0,1% - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

0,1% - ды натрий үш фосфатының ерітіндісі,

1,0 % - ды Na4ЭДТА қышқылының ерітіндісі,

Жақсы

 

 

Жақсы

Кремний қышқылы

0,1% - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

1,0 % - ды Na4ЭДТА қышқылының ерітіндісі,

0,1% - ды натрий гидросидінің ерітіндісі; 30°С

Қанағаттанарлық

 

Қанағаттанарлық

 

  

6.6 Судың тазалығына баға беру

 

Көп жылдық кері осмостық тұзсыздандыру қондырғыны қолдану тәжірибесіне қарамастан, қазіргі уақытта  тазаланатын судың жеке компоненттерін тазалау жайлы сұрақ шешілген жоқ. Лас заттардың кейбір түрлерінде тек құрылғы жасайтын фирмалардың тәжірибелік мағлұматтары бар, басқа түрлерінде компоненттері бойынша жіберілетін құрамы бар. Көптеген инградиенттердің ықпалы кері осмостық  аппараттарға келетін судың шекті концентрациясы әлі толық зерттелмеген. Минералдық суды кері осмостық тұзсыздандыру практикада көрсеткендей, су дайындаудағы мембрананың өндірулілігі мен эффективтілігі жайлы сапалық қөрсеткіштерін байқай алмаймыз [1].

Кері осмостық аппараттардың өндірулілігі мен селективтілігінің азаюына алып келетін тұзды судың бірдей мәндері әртүрлі дәрежеде болады. 

Сондықтан  түссіздендіру дәрежесі, кері осмостық тазалау беру алдында әртүрлі арнайы көрсеткіштер қолданылады.

 Судың ең жай көрсеткіші, (Membrane Fouling Time) мембрананың ластану уақыты, «Миллипор» фирмасының 0,45 мкм болатын өлшемдегі 70 кПа қысымдағы 1 л тазартылатын судың  сүзілу уақытымен анықталады. 25°С  температурада судың тұтқырлығын, алынған уақытты табар алдында есепке алу керек. 

«Курита» (Япония) фирмасы 210кПа қысымдағы 1 л суды 0,45 мкм болатын «Милли-пор» мембраналық сүзгісінде пайда болған тұнбаның интенсивтілік түсін бағалайды.  Тұнбаның алынған интенсивтілік түсі фирманың стандартты шкаласымен салыстырылады. Осы тәсілдің айқын кемшілігі – лас заттың химиялық құрамының  түсінің өзгерісі есепке алынбайды. Бірақ ол тұзсыздандыру стансасын пайдаланғанда өте тиімді болуы мүмкін, коллоидты және өлшенген заттардың құрамы белгіленгенде, кері осмостық тазалау алдында тұнбаның интенсивті өзгерісі анықталса. «Пермутит» (США) фирмасы  «фактором закупоривания» (Plugging Factor, PF) деп аталтын кері осмос критерийі алдындағы судың түссіздену сапасын анықтайды.

Бос талшықтары бар аппараттар үшін PF = 50-60%;  құбырлы конструкциясы  PF = 45-50% болғанда пайдалануға беріледі.

«Дюпон»  фирмасы  «ин­декс плотности осадка» (Silt Density Index - SDI)

Пайдалануды ұсынды.

SDI = 4-5 болғанда суды кері осмоста тұзсыздандыруға болады.

Бұл судың сапалық көрсеткішін «индексом загрязненности» (Fouling Index) деп атайды. FI = 3 болғанда кері осмостық аппараттың жұмысы тұрақты болып табылады [1].

 

6.7 Кері осмосты пайдалану шарттары

 

Төменде кері осмостық мембранаға берілетін бастапқы судың ориентирлік көрсеткіштері берілген:

бұлдырлығы – ЕМФ-(1-5) дейін;

перманганаттық қышқылдық - 3 мгО/л-ге дейін;

сутектік көрсеткіш  (рН)  -  (3-10),

(кей жағдайларда 2-11);

Мұнай өнімдері - (0,0-0,5) мг/л күшті қышқылдар (бос хлор, озон, калий -марганец қышқылы) - 0,1 г/л дейін; жалпы марганец (Mn) - 0,05 мг/л дейін; жалпы темір (Fe) -  (0,1-0,3) мг/л дейін (кейбір фирмаларда  0,05 мг/л аспауы керек); кремний қосылыстары  (Si) -  (0,5-1,0) мг/л дейін; күкіртті сутек - 0,0 мг/л; индекс SDI - (3-5) ед. дейін; жалпы минералдану - до (3,0-20) г/л (кей жағдайларда 50 г/л дейін); минералданудың көрсеткіштері 2-3 г/л аз болғанда аппараттың экономикалық көрсеткіштері нашарлайды;

су температурасы - 5-35 (кей жағдайларда  45 дейін) °С; қысым- (0,3-6,0) МПа (ми­нералдануға тәуелді);

бөлмедегі ауа температурасы - 5-35°С; бөлмедегі ауа ылғалдығы - < 70%; мембрана кебуі және көп уақыттық тұруы жіберілмейді.

Тұзсыздандыру тәсілдерін салыстыру (иондық алмасу және кері осмос)

Кері осмос артықшылықтары:

- Алынатын судың өте жоғары сапалылығы, физи­ка-химиялық процестің өту шарттары бойыша  «жұмсақ» көзқарас;

- шексіз өндірулік және біруақытта кішкене өлшемдері; қатынасы: өндірулілік/өлшем – басқа тұссыздандыру тәсілдерге қарағанда (дистиляциялау, ион алмасу, электродиализ) тиімді.

Пайдалану шығыны салыстырмалы төмен; үйінді ингибитрінің және мембранадағы үйінділерін жуу үшін реагенттің аз шығыны; төмен энергосыйымдылық;  концентрацияны өңдеусіз канализацияға жіберудің барлық жағдайлары бар.

Баромембрандық тәсілдің кемшіліктері:

мембрананың көп уақыт жұмыс істеуі мен үлкен көлемдегі өндірулігін  қамтамасыз ету үшін суды алдын ала дайындау қажет; қоршаған ортаға тасталынатын концентраттың үлкен көлемі және бастапқы судың көп шығыны; көп каражат шығыны; қондырғының үздіксіз жұмыс істеуі.

Ион алмасу тәсілінің артықшылығы:

Жоғары сапалы су алу мүмкіндігі, сонымен қатар, кез келген қысымдағы  қазандар және электронды жабдықтардың баспа тақташаларын жуу; қорек суының тез ауысу кезінде жұмыс істей алу қабілеті; аз қаражат және энергошығын; өз қажеттілігіне аз көлемдегі су, әсіресе кері ағынды сүзгілер үшін;

Кемшіліктері:

Реагенттердің салыстырмалы көп шығыны, әсіресе параллель ағынды натрий-катионитті сүзгілерде; пайдалану шығындары бастапқы судың тұз құрамына  пропорционалды артып отырады және керек болған жағдайда өңделген судың тұзсыздандыру шегін азайту; бастапқы судың сапасына байланысты алдын ала дайындау кейде өте қиын болады; 

 

7 - тарау. Суды темірсіздендіру

 

Судың құрамында темір болғанда жағымсыз дәмі бар, өндірістік процестерде қолдануға болмайды, себебі қақ дақтары пайда болуына және дайын өнімнің ыдырауына әкеледі. Темір иондары мен марганец иондары ионалмасын смоласын ластайды, сондықтан ионалмасу процестерінің  суды өңдеудің алдыңғы сатысы ол оны жою.

Жылу энергетикалық қондырғыда темір ол – жылу бетінде темір қақ үйінділері пайда болуға себепкер.

Баромембраналық, электродиализдік, магниттік аппараттарда берілетін судан темірдің шектелуі.

Темір қосылыстарынан суды тазарту – өте қиын мәселелердің бірі болып табылады және оны комплексті түрде ғана шешеді. Табиғи суларда темір қосылыстарының көптеген формалары болуымен байланысты. Суды экономды және пайдалы темірсіздендіру үшін темірді үлгілі  жою қажет.

СНиП 2.04.02-84* суды темірсіздендіру шарттары бойынша, есептік параметрлер мен реагент дозасын технологиялық табыстар негізінде алынады.

 

  7.1 Темірдің қатысуымен судағы болатын химиялық процестер

 

 Суда беттік темір көзі органо-минералдық коллоидты комплекс түрінде, көбінесе темір гуминқышқылы және жұқа дисперсті темір гидроксид түрінде кездеседі. Өзендік суда, қышқылмен ластанған  ағында суда екі валентті темір сульфаты FeSO4 кездеседі. Өзен суындағы еріген оттегі әсерінен екі валентті темір Fe2+ үш валентті темірге Fe3+ қышқылданады. Суда күкіртті сутек болса, жұқа дисперсті темір сульфиді FeS пайда болады.  Жер асты сулар көбінесе, еківалентті темірдің бикарбонатты ерітіндісімен сипатталады, рН>7,5 және тотықтырғыш болмағанда тұрақты болады. Үлкен карбонатты кермектілікте рН>10 және Fe2+>10 мг/л бикарбонат көмірқышқылмен гидролизденеді:

Fe(HCO3)2 + 2 • H2O = Fe(OH)2 + 2 • H2CO3 ,               (7.1)

Темір концентрациясы жер асты грунттік суда 0,5-тен 50 мг/л-ге дейін болады. Орталық ресей регионында Мәскеу маның қосқанда, бұл көрсеткіш 0,3-10 мг/л диапозонында өзгереді, көбінесе географиялық орынға және көздің тереңдігіне байланысты 3-5 мг/л арасында өзгеріп отырады. 1,0-1,5 мг/л концентрациядан бастап су темірдің бір түрлі сұмдық дәмі шығады. Темірдің 0,3 мг/л өлшемнен көп болғанда санитар-техникалық жабдықтарға және киімдерге дақ түсіреді. Темірдің 0,3 мг/л-ден аз болғанда иіс байқалмайды, бірақ судың бұлдырлығы мен түстілігі байқалады.

Анаэробтық мөлдір грунтты суда 1 литрге бірнеше милиграммы бар екі валентті темір (Fe2+) құрамы болады. Бірақ, ауамен нақты айтсақ, ауа құрамындағы оттегімен әсерлесіп, екі валентті темір үш валентті темірге қышқылданады және суға қызыл-қоңыр түс береді:

4 • Fe(HCO3)2 + O2 + 2 • H2O = 4 • Fe(OH)3+ 8 • CO2↑,       (7.2)                                               

Аэрировалық  CO2 жою өте қажет, себебі рН < 7,0 болғанда Fe2+ дан Fe3+ ке ауысу процессі азаяды.

Судағы қөмірқышқылының (СО2) мөлшері, темірсіздендіруге берілетін мәні, мг/л:

С = 1,57 CFe + C,                                                                     (7.3)

СFe бастапқы судағы темірдің қоспасы, мг/л; Снсудағы бос СО-нің бастапқы концентрациясы, мг/л.

Жуық шамамен :

Сн = 0,268 • Ж к3,                                                                    (7.4)

Жксудың карбонаттық кермектілігі, ммоль/л.

Fe(OH)3 темір гидроксиді коагулияцияланады да, Fe2O3 • 3 H2O темір оксидіне өтеді. Пайдаланатын адам келесі жағдайды көреді: скважинадан алынған су бастапқыда таза және мөлдір болып көрінеді, бірақ уақыт өте келе су бұлдырланады. Суды тұндырған соң бұлдырлық жоғалады да, қопсытылған тұнба пайда болады.

Темір «темір­бактериясының» дамуына әсер етеді және Fe2+ден Fe3+ге қышқылдану жүреді.

Қышқылдану процесінде 1 мг Fe2+ 0,143 мг оттегі (О2) шығындалады, бос көмірқышқыл (CO2) құрамы 1,6 мг/л-ге көбейеді, сілтілігі 0,036 ммоль/л-ге азаяды.

Мыс тұздарының суда болуы және әсерлесуі Fe(OH)3 түзілген тұнбаны қышқылдану Fe2+ ден Fe3+ дейін процесін каталитикалық  жылдамдатады. Шарттардың тәуелділігіне байланысты қышқылдану гидролизденудің алдында болады, параллель жүруі мүмкін немесе екі валентті темір гидролизі қышқылдануы мүмкін. Табиғи судағы темір мөлшеріне байланысты темірсіздендірудің тиімді тәсілін таңдау қажет.

 

7.2     Суды  темірсіздендірудің  тәсілдері

 

Беттік суды темірсіздендіру үшін кезектілік сүзгісі бар реагенттік тәсіл қолданады. Жер асты суларды темірсіздендіру алғашқы өңдеумен  бірге сүзеді:

- жеңілдетілген аэрация;

- арнайы құрылғылардағы аэрация;

- коагуляция және түссіздендіру;

- хлор, натрий гипохлоритін немесе кальций, озон,  калий перманганаты тәрізді тотықтырғыш-реагент қолдану.

Ынталандырылған негізде катиондауды, диализді, флотацияны, электркоагуляцияны және тағы басқа әдістерді қолданады. Судың құрамындағы темірді аластау үшін темір гидроксидінің коллойдты Fe(OH)3 немесе коллойдты органикалық қосылыстар түріндегі, мысалы темір гуматтары үшін алюминий сульфатымен немесе алюминий оксихлоридімен коагуляциялауды қолданады немесе хлор мен натрий гипохлоридін темір купоросына қосу арқылы жасайды [1].

Сүзгілерді толықтырушылар ретінде негізінде құмды, антрацитті, сульфокөмірді, керамзитті, пиролюзитті, сонымен қатар катализатормен өңделген сүзгілеуші материалдарды екі валентті темірді үш валенттіге тотықтыру үрдісін тездету үшін қолданады. Соңғы уақытта каталитикалық қасиеттерге ие толықтырғыштар кең таралуда: Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ, МЖФ және тағы да басқа. Судың құрамында коллойдты екі валентті темірдің бар болған жағдайында сынама темірсіздендіруді жүргізу қажет болады. Егер де оны жобалаудың бірінші сатысында іске асыру мүмкін болмаса, онда жоғарыда көрсетілген бір тәсілді таңдайды, зертханада өткізілген сынама немесе ұқсас қондырғылардың жұмыс істеу тәжірибесіне байланысты негізделе отырып. Жеңілдетілген аэрация (СНиП 2.04.02-84* қара) аэрациялау үрдісі кезінде ауадағы оттегі екі валентті темірді тотықтырады, осы кезде судан көмірқышқылы аласталады, бұл өз кезегінде тотығу үрдісін тездетеді және темір гидроксиді түзілуімен келесі гидролизді тездетеді. Бұл әдіс судың мүмкіндіктеріне байланысты, құрамында екі валентті темірі мен ерітілген оттегісі бар, түйіршектер қабаты арқылы сүзгілеу кезінде тиеме дәндерінің бетінде темірді бөледі, осы кезде иондардан каталитикалық қабықша түзеді және екі және үш валентті темір гидроксидтерін түзеді. Қабықша тотығу үрдісін тығыз әсерлестіреді, сонымен қатар судан темірдің бөлінуін тездетеді. Сүзгіге алғашқы тазаланатын судың көлемі түскен кезде темірсіздендіру үрдісінің басында толықтырғыштың үстінде мономолекулалы темір қоспасы пайда болады (физикалық адсорбция). Таза толықтырғышқа қарағанда үстіңгі қабат химиялық активті, ол темірді тұндыру процесін тездетеді. Қабықшаның бетінің шын мәні темір қоспасы 200 м2/г, оның мықты тотықтырғыш губка түрдегі екенін көреміз. Бұл қабыршақ бір кезде екі валентті темірді тотықтыру катализатор ретінде қолданады. Атап өту керек: тазаланатын судағы бірқатар қосылыстар, еркін көмірқышқылы, коллойдты кремний қышқылы, аммиак, қабықшаның каталитикалық қасиеттерін нашарлатады. Жазылған әдіс судың келесі есептік мәндерінде мүмкін: темірдің жалпы құрамы 10 мг/л (соның ішінде екі валентті темір 70% дан кем емес).

 

 

 

 

 

 

7.1 Кесте

Аэрациямен жеңілдетілген суды темірсіздендіру кезіндегі сүзгілеу қабатының  сипаттамасы

Сүзгілеудің есептік жылдамдығы, м/сағ

Бидайлардың минималды диаметрі, мм

Бидайлардың максималды диаметрі, мм

Бидайлардың эквивалентті диаметрі, мм

Біркеліксіздік коэфициенті

Қабаттың биіктігі, мм

0,8

1,8

0,9-1,0

1,5-2

1000

5-7

1

2

1,2-1,3

1,5-2

1200

7-10

 

рН мәні – 6,8 кем емес; жалпы сілтілігі - (1 + Fe2+/ 28) ммоль/л ден артық; күкіртті сутек құрамы  -  2 мг/л артық емес; перманганаттық  қышқылдану  -   (0,15 • Fe2+ + 3) мгО/л артық емес.

Аммоний тұздарының  мөлшері  ( NH4-)  1 мг/л артық емес;

сульфидтер мөлшері ( H2S) - 0,2 мг/л артық емес.

Осы шарттардың тағы біреуі тұрақты болмайды, қажет реагенті (хлор, натрий гипохлориты, калий перманганаты және т. б.) бар суды аэраторда алғашқы аэрациядан өткізу керек. Судағы темірдің  FeSO4 сульфатында суды темірсіздену  аэрация жүргізбейді: гидролиз жүргенде темірдің еріген тұзында қышқыл пайда болады және ол судың  рН-ын 6,8-ге кемітеді де, сол уақытта процесс аяқталады. Судан қышқылды жою үшін CaSO4 гипстің жаман еритін  тұнбасы қажет:

FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4,                             (7.5)

Ізбестеуден соң суды тұндыру және сүзу қажет.

Су деңгейінен 0,5-0,6 м жоғары орналасқан аэрацияны орталық каналға ағызады.

Қысымды сүзгіні қолданғанда 2л-ге 1 г темірдің (Fe2+) нормасына тең ауа құбырға беріледі. Егер бастапқы судың құрамында 40 мг/л бос көмірқышқыл және 0,5 мг/л күкірт сутек болса, онда құбырға ауа берілмейді.  Бұл жағдайда қысымды сүзгі алдына жоғарылатқыш сүзгі мен бос ағызуы бар аралық сыйымдылық орнатылады.

СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» 2.9. кесте арқылы  суды темірсіздендіру жеңілдетілген аэрация кезінде сүзгінің есептік жылдамдығы табылады. Толықтыру сүзгінің нақты сипаттамалары мен 2.9 кестені қолдана отырып, сүзгі стансасын есептеуге болады. СНиП 2.04.02-84* қажеттілігі, сүзгінің нормальді режимде жұмыс істеу уақыты  8-12 сағаттан кем болмауы керек, ал форсирді режимде немесе толық автоматты тазалау 6 сағаттан кем болмауы керек. Толық сүзгі бетін келесі кейіптеме арқылы табуға болады:

F = Q / (Tст vн- nпр qпр – nпр tпр vн),                (7.6)

Q – сүзгілік стансаның пайдалы өндірулілігі, м3/тәулік; Гст – бір тәуліктегі сүзгілік стансаның жұмыс уақыты, сағат; vH – нормальді режимдегі сүзгінің сүзу жылдамдығы 2.9 кесте бойынша алынады; ппр – пайдаланудағы нормальді режимдегі бір тәуліктің ішіндегі жуу саны; дп – бір сүзгіні жууға кеткен су шығыны, м32; t – сүзгіні жууына байланысты тоқтау уақыты, сағат.

Арнайы құрылғыдағы аэрация

Су құрамында концентрациясы 10 мг/л көп болғанда оны жою және рН-ын 6,8-ден жоғарылату үшін аэрация арнайы қондырғыда жүреді. Ол үшін табиғи желдеткіші бар контакты градирнялар немесе желдеткіш градирняларды қолданады. Бастапқы су керамикалық қондырғымен жабдықталған желдеткіш градирнялардың бас жағынан беріледі. Желдеткіш көмегімен су ағынына қарсы ауа беріледі. Аэрация процесінде көмірқышқыл бөлінеді, су оттегімен қамтамасыз етіліп, темір тотығуы жүреді. Содан кейін су сүзгіге беріледі, сол жерде үш валентті темір гидроксидінің түзілуі аяқталады.

«Құрғақ» сүзу тәсілі

Бұл тәсіл жұмысы ауалы-су эмульсиясы «құрғақ» дән арқылы өтіп, сүзгіде вакуум түзіледі. Сонымен қатар, сүзгі бетінде темір және марганец қоспасынан адсорбционды-каталитикалық пленка түзіледі, деманга-нацийын және темірсіздену процесінің эффективтілігін арттырады. Дән рентінде құм, керамзит, антрацит, винипласт және т. б. қолданылады.

Процесс ерекшелігі  - геметит, гетит, магнетиттен тұратын дегидратациялық пленка енгізілетін дәндерден түзіледі. Айтылған қосылыстар толық құрылымы бар, ал олардың көлемі темір гидроксидіне қарағанда 4-5 есе аз. Сондықтан, процестің осындай сүлбесінде ағын қысымының шығыны аз.

 

7.3     Тотықтырғыш-реагенттер. Темірді жою

 

 ХХ ғасыр басынан Ресейде су арқылы ауру жұқтырмау мақсатында қолдана бастады, Л.А. Кульский жеткізуі бойынша: су құрамындағы темірді хлор көп жағдайда жояды. Әртүрлі суды осы тәсілмен өңдеген соң темір құрамы 0,1 мг/л-ден аз болады, осы тәсіл басқа тәсілдер жүрмегенде тиімді болып табылады. Хлор әсерінен гуматтар және темірдің органикалық қосылыстары бұзылып, оңай гидролизденетін темірдің үш валентті бейорганикалық тұздарына айналады. Гидролиз әсерінен темір гидроксиді немесе тұнба жоғалады немесе темір құрамындағы негізгі тұздары – гидролиздің толық емес өнімдері болып табылады. Осы процестерді шартты түрде келесі түрде көрсетуге болады:

4 Fe(HCO3)2 + 2 Cl2 + 4 H2O  = 4 Fe(OH)3T + 8 CO2T + 4 HCl,   (7.7)

Осы теңдеуден байқалғандай, су қышқылданады. Стехиометрия бойынша 1 мг екі валентті темір тотығу үшін 0,64 мг/л хлор шығындалады, бірақ сілтілігі 0,018 ммоль/л-ге азаяды.

Хлор сонымен бірге органикалық заттармен күкіртті сутекті жоя отырып, екі валентті марганецті тотықтырады.

Хлор дозасы темір құрамына байланысты 1 м3  суда 5-20 мг арасында болады, ең жоқ дегенде 30 мин. араласқан түрде  тұруы керек.

СНиП 2.04.02-84* темірсіздендіру үшін  хлордың есептік дозасын анықтайды:

Дх = 0,7 • [Fe2+],                                                            (7.8)

[Fe2+] – екі валентті темір концентрациясы, мг/л.

Суды хлормен өңдеуді хлораттармен өңдейді, онда газ тәріздес хлор сумен абсорбцияланады. Хлораттағы хлорлы суды қолдану орнына береді. Әйткенмен бұл әдіс көп таралғанымен, ол бірқатар кемшіліктерге ие, бірінші кезекте өте қиын тасымалдау мен өте жоғары токсикалық заты көп мөлшерде сақталуы. Соңғы жылдарда жаңа нұсқа ретінде суды натрий гипохлоритімен (NaClO) өңдеуді қолдануда, бір шетінен бұл әдіс көп көлемдегі су дайындайтын станциялармен қатар кішкене көлемдегі мекемелерде, соның ішінде үйлерде қолданылуда. Гипохлориттің сулы ерітіндісін химииялық жолмен табады:

Cl2 + 2 NaOH = NaClO + NaCl + H2O,                  (7.9)

немесе электрохимиялық әдіспен келесі тектесумен:

NaCl + H2O = NaClO + H2,                                   (78)

Екі валентті темірдің тотығуы келесі теңдеумен орындалады:

2 Fe(HCO3)2 + NaClO + H2O = = 2 Fe(OH)3T + 4 CO2T + NaCl, (7.10)

Гипохлориттің мөлшерін темірсіздендіру кезінде есептеуде міндетті түрде деманганация шығынын, күкірт сутегін аластауды (өңделетін суда марганец пен күкірт сутегі болса ) есепке алу керек. Активті хлордың (АХ) суды(в 100%-ды хлорға есептеумен, г/сағ)  өңдеуге керекті  шығыны келесі өрнекпен көрсетіледі:

AX = Осағ {Дх  + [Fe2+]   ∙КFe ]+ [Mn2+] •   KMn  + [H2S] • Kcb),   (7.11)

мұндағы Осағсудың көлемдік шығыны (максималды), м3/сағ; Дхсуды залалсыздандырудағы активті хлор дозасы, мг/л; [Fe2+] – бастапқы судағы екі валентті темірдің құрамы, мг/л; KFeтемірді тотықтандыру үшін активті хлор шығыны (1 мг еківалентті темірге 0,64 мг активті хлор); [Mn2+] - – бастапқы судағы екі валентті  марганецтің құрамы, мг/л; KMn екі валентті марганецті тотықтандыру үшін активті хлор шығыны (1 мг екі валентті марганецке 1,3 мг активті хлор); [H2S] - бастапқы судағы күкірт сутегінің  құрамы, мг/л; KCBкүкірт сутегін бұзу үшін активті хлор шығыны (2,1 мг активті хлорға  1 мг күкірт сутегі).

(79) теңдеуге байланысты, темірді натрий гипохлоридімен тотықтыру кезінде судың қышқылдануы жүрмейді, ал бұл сүзгілеу үрдісі үшін өте маңызды. Одан басқа, натрий гипохлориді ерітіндісі – сілтілі.

 

7.4     Суды катиондаумен темірсіздендіру

 

Темір иониті қабықшасы арқылы суды катиондау кезінде литотроптық қатарға сәйкес кальций және магний иониттеріне қарағанда тез жұтылады және ұсталады. Сондықтан иондық сыйымдылық кальций және магний бойынша азаяды. Сондықтан судан темірді иондық әдіс бойынша аластау тек суды жұмсартуды қатар жүргізу керек жағдайда жасалады. Бірақ та бұл кезде темірдің екі валентін тек ерітілген күйінде алуға болады. Судың құрамында оттегі болған болған жағдайда Fe2+ ионы тотығып, темір гидроксидін түзеді, ол өз кезегінде суда нашар ериді және иониттердің дәндеріне тұну арқылы олардың кеуектерін бітеп тастайды. Ионалмасу жадығатының жұмыс істеу қоры төмендеп кетеді. Сол себептен өндірушілер темірді бастапқы судағы мәнін 0,05-0,3 мг/л шектеп шығарады. Сәйкесінше бұл әдісті қолдану экономикалық негізделді. Қазіргі заманғы жаңа органикалық темірді аластаудың тиімді әдістері арнайы әлсіз негізді аниониттерде (мүше сіңіргіштерде) сорбциялайды және ультрафильтрациялау [1].

 

8 – тарау. Суды озондаумен өңдеу

 

Темірді тотықтандырудың пайдалы әдістерінің бірі – озондау. Озон (О3) – ең мықты тотықтырғыштардың бірі. Залалсыздандырумен бірге екі валентті темір мен марганецтің тотығуы, суды мөлдірлету, сонымен қатар дезодорация мен органолептикалық қасиеттерін жақсарту жүреді. Стехиометриялық екі валентті темірді тотықтыру мөлшерін келесі өрнекпен анықтауға болады:

ДО = 0,14 • [Fe2+], мг/л,             (8.1)

Мұндағы [Fe2+] – бастапқы судағы екі валентті темірдің концентрациясы, мг/л.

 

8.1 Каталитикалық тиемелерді қолданумен сүзгілеу

 

Каталитикалық тиемелерді қолданумен сүзгілеу- темір мен марганецті аластаудың ең көп таралған әдісі, ол өндірулігі жоғары шағын жүйелерде қолданылады. Бұл  коммерциялық  аспекттілермен қатар үрдістердің жоғары технологиялығына шартталады.

Каталитикалық толықтырғыштар – табиғи жадығаттар, құрамында марганец диоксиді мен тиемесі бар, оның құрамына марганец диоксиді сәйкесінше өңдеулер кезінде енгізілген:

Уатылған пиролюзит, «қара құм», сульфокөмір и МЖФ (отандық тиемелер); Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (шетелдік тиемелер);

Бұл сүзгілеуші «себінділер» бір-бірімен физикалық қасиеттерімен қатар марганец диоксидінің құрамымен ерекшеленеді, сондықтан әртүрлі аймақта жұмыс істейді. Алайда жұмыс істеу қағидалары бірдей. Валенттілік күйін жеңіл өзгертуге механизмі негізделген. Екі валентті темір бастапқы суда марганецтің жоғарғы оксидтерімен тотығады. Соңғылары тотығудың төменгі деңгейіне дейін қалпына келеді, одан кейін калий перманганатымен ерітілген оттегімен жоғарғы деңгейге дейін тотығады:

 

4 Fe(HCO3)2 + 3 MnO2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3+ Mn2O3 + MnO + 8 CO2; (8.2)

3 MnO + 2 KMnO4 + H2O = 5 MnO2 + 2 KOH,        (8.3)

3 Mn2O3 + 2 KMnO4 + H2O = 8 MnO2 + 2 KOH,     (8.4)

 

Соңында тотыққан және ұсталған темірдің көп бөлігі дренажда кері жууда жуылады. Осы себептен, түйіршіктелген катализатор қабықшасы бір кезде сүзуші орта болып табылады. Тотығу үрдісін жақсарту үшін суға қосымша тотықтырғыштар қосуы мүмкін. Үрдісті жүргізу кезінде есте ұстайтыны, темір (марганец) қосылыстарын әсерлі тотықтыру үшін катализатормен қатар тотықтырғыш-реагенттің болуы. Соңғысының орнында ерітілген оттегі, марганецтің жоғарғы қоспалары, хлор, гипохлориді  болуы мүмкін. Бұл көзқарас бойынша темірсіздіру шартты мінезге ие болады. Кез келген жағдайда тектесу кезінде тотықтырғыш шығындалады. Соңғы жағдайда тиеме қорын анықтау қажет, сонымен қатар уақытылы регенерациялау мен сүзгіш жадығатты ауыстыруды қадағалау қажет. Каталитикалық тотығу кезіндегі барлық жүйелер марганец диоксидімен тотыққан бірқатар шектеулерге ие.

Органикалық темірге қарағанда тиімсіз болып келеді, оның үстіне судың құрамында кез келген органикалық темір қосылысының болуы, уақыт өте келе сүзгіш жадығаттың бетінде қабықшаның пайда болуына әкеледі, ол катализаторды сумен араласуын шектейді.

Темірдің суда 10-15 мг/л болуы жағдайында орындай алмай қалады, ол әбден болуы мүмкін.

Каталитикалық толықтырғыштар («қара құм» және сульфокөмір) сүзгілеу үрдісін10 м/сағ жүргізуге мүмкіндік береді, тотықтырғыштың биіктігі 1 м. «Қара құмды» бөлшектер өлшемі 0,5-1,2 мм кварц құмдарынан өңдеу арқылы, калий перманганатының 1% ерітіндісін аммиакпен рН 8,5-9 дейін сілтілендіріп алады.

Сульфокөмірді өңдеу үшін марганец хлоридінің (MnCl2).10% ерітіндісін қолданады. Содан кейін ол арқылы калий перманганатының 1% ерітіндісін өткізеді. Марганец толықтырғыштың құрамынан көмірдің бетінде қабыршақ түрінде аласталады.

 

8.2 Суды озондау

 

Суды озондау қоректік суды, жүзу бассейндерінің суын, ағын суларын т.б.залалсыздандыру кезінде, бір кезде түссіздендіру, марганец пен темірді тотықтыру, судың дәмі мен иісін аластау кезінде, озонның өте жоғары тотықтырғыш қасиетіне байланысты қолданыста жиі пайдаланылуда [1].

Алғашқы рет қоректік суды тазалау үшін озондау үрдісі Францияда іске асырылды, 1916 ж. өзінде 26 озондау қондырғысы іске қосылып тұрды. Еуропада барлығы - 49

Озон (O3) – көгілдір немесе ақшыл күлгін түстегі газ, ол өз кезегінде өз еркімен ауады және сулы ерітіндіде диссоцияланып, оттегіге айналады. Сілтілік ортада және температураның жоғарылауымен озонның ыдырау жылдамдығы лезде артады. Жоғары тотықтырғыш қасиетке ие, табиғи және ағынды суларда кездесетін көптеген органикалық қосылыстарды бұзады, суда нашар ериді және тез өздігінен бұзылады, күшті тотықтырғыш бола тұрып көп уақыт әсер кезінде құбырлардың коррозиясын күшейтіп жіберуі мүмкін.

Озон мөлшері озондалған судың қолданылуына байланысты болады. Егер де озонды сүзгіленген суды (оны алдын ала коагуляциялау мен түссіздендіргеннен соң) залалсыздандыру үшін енгізсе, онда озонның мөлшерін 1-3 мг/л, жерасты суы үшін -0,75-1 мг/л деп қабылдайды, лас суды түссіздендіру мен залалсыздандыру кезінде озонның мөлшерін 5 мг/л ге дейін қабылдайды. Озонмен залалсыздандырылатын судың әсерлесу уақыты 8-12 мин. дейін созылады.

Озонның суда ыдырауы рН және температураның әртүрлі мәндері 2.4.1 және 2.4.2. суреттерінде көрсетілген.

Екі электрод: екі параллельді тақташа түрінде немесе екі концентрлік құбырлар түрінде, бір-бірінен алыс емес арақашықтықта орналасқан. Құрылғылардың өнімділігі мен электр энергиясының меншікті шығыны озондаушыға берілетін ауаның ылғалдылығына, ыстықтығына, оттегінің бар болуына, озондаушы жобасына тәуелді болады.

Сондықтан ауаны озон генераторына берместен бұрын сүзгі арқылы өткізіледі және силикогелмен немесе алюминий оксидімен (Al2O3) кептіріледі. Генераторда тыныш электр разрядының әсерінен озон алынады, бірақ таза күйінде емес, ауамен қоспасында. Бұл озон-ауа қоспасындағы озонның шоғыры 2 ден 12 г/м3 аралығында тербеледі.

 

8.1 Сурет - Әртүрлі ыстықтықтағы озонның суда ыдырауы

 

 

 

 

 


8.2 Сурет -  рН тың әртүрлі мәндеріндегі озонның суда ыдырауы

 

Графиктер бойынша озонның сумен әсерлесу уақыты рН мәнінің төмендеуімен азаяды. Озонның ерігіштігін қысымды арттыру арқылы көтеруге болады.

Бұл әдістің суды өңдеудегі артықшылықтары: суға әдетте бөгде химиялық реагенттер енгізілмейді, ал озонның қалыпқа келу өнімі – ауа.

 

 

8.3 Озонды алудың принципі

 

Озонды экономикалық барынша тиімді өнеркәсіптік алу әдісі ауаны немесе оттегіні озон генераторы арқылы (озондашы) өткізу, ол жерде жоғары вольтті (5000-25000 В) электр разряды жүреді. Электр разряды жылу бөлінумен жүретін болғандықтан, құрылғыларда электродтарды сумен салқындату қарастырылған. Озон токсикалық газ болғандықтан (ауадағы ШРК – 0,0001 г/м3 ), суды озондау үрдісінің сызбалары оның толық қолданылуы мен рекуперациясын қарастырады. Сонымен қатар, озондаушы қондырғының құрамына арнайы дегазатор (де негіз) кіреді.

 

8.4 Озонның залалсыздандыру әсері

 

Су көзінің жоғары бактериялды ластану немесе онда патогенді микроорганизмдердің; энтеровирустар және цист лямблий бар болу кезінде, дәстүрлі хлорлау әдісіне тұрақты кезінде озондау ерекше әсерлі.

Озон хлорға қарағанда барынша мықты тотықтырушы (қолданылатын реагенттердің бірдей мөлшерінде).

Тез әсер етуіне байланысты озон хлорға қарағанда эффективті: залалсыздандыру 15-20 есе жылдам өтеді. Бактериялардың споралық формасына  озон  хлорға қарағанда 300-600 есе бұзушы әсер етеді. Бұл олардың тотықтырушы потенциалдарымен расталады: хлорда Cl2 - 1,35 В, озонда O3 - 1,95 В.

Судағы озонмен тез әрекеттесетін заттардың жоқ болуы ерітілген озонның 0,01-0,04 мг/л шоғырында эффективті бұзуды қамтамасыз етеді [1].

Полиомиелита бактериясын бұзу үшін (штамм Le и Mv) суды хлордың әсерінде 1,5-3 сағ тотықтырғыш дозасы 0,5-1 мг/л ұстау қажет. Сол кезде озон  осы бактерияларды шоғыры 0,05-0,45 мг/л кезінде небары 2 минутта бұзады.

Озонның вирусқа қарсылығы маңызды қасиеті екендігін атап өту керек Энтеровирустар, жиірек адам ағзасынан шығарылатын, ағын сулар арқылы су көздеріне түсуі мүмкін.

Көптеген зерттеулердің нәтижелері бойынша орнатылған: 0,4-1,0 мг/л мөлшеріндегі қалдық озон 4-6 минутта ауру тудыратын көптеген вирустарын жоюға әсер етеді, көптеген жағдайларда бұл жеткілікті болады.

Тазаланатын судың токсикалығын жоғарылататын, хлорды қолданумен салыстырғанда, озонды қолдану токсикалығын төмендетеді.

Гигиеналық көзқарас бойынша озондау қоректік суды залалсыздандырудың  ең үздік әдісі. Залалсыздандырудың жоғары деңгейінде ол органолептикалық көрсеткіштері мен жоғары токсикалығының жоқтығын және тазаланатын судағы канцерогенді заттардың жоқтығын қамтамасыз етеді.

 

8.5 Суды түссіздендіру

 

Судың түстілігі табиғи көздерге сазды су қоспалары бар тән. Оларда әрқашан гумусты заттар болады, фульвоқышқылдары мен коллойдты бөлшектермен ұсынылған гумин қышқылдары суға сарғыш түс береді.

Гумус заттарының тотықтырғыштарға тұрақтылығы әртүрлі. Табиғи сулардағы ерітілген заттар (гуматтар), салыстырмалы озонмен тотығуға тез беріледі. Соның арасында, фульвоқышқылдармен шақырылған түстілігінің 1 градусқа азаюы, гумин қышқылдарына қарағанда 1,5 есе озонды көп қажет етеді.

Суды озонмен өңдеудің эффективтілігі гумин қосылыстарының табиғи құрамына тәуелді, оның тұрақтылығы озонға қарағанда біркелкі емес. Озондау кезінде түстілігінің салыстырмалы төмендеуі рН мәнінің артуымен байланысты.Судың түстілігінің азаюы 1 мг/л озонды енгізгенде рН 3 мәнінде 0,5 градус, рН 7- 1,1 градус, және рН 8 – түстілігі 1,8 градусқа артады.

Судың ыстықтығының 40-5°С аралығында төмендеуі озонмен түссіздендіруді арттырады. Түссіздендіру деңгейінің өсуімен озонның меншікті шығыны артады.

 

 

 

 

8.6 Судан темір мен марганецті жою

 

Су құрамында темір мен марганец органикалық немесе коллоидты бөлшек түрінде кездессе, онда суды қарапайым тәсілмен (аэрация, ізбескелеу  немесе катиондау)  темірсіздендіру жүзеге аспайды.  Бұл жағдайда озондауды қолданған дұрыс. Тотығу процесі темір және марганец қосылыстарын ерімейтін формаға айналдырады,  ондағы түзілген тұнбаларды сүзіп алу үшін   суды қайта сүзу керек. Сонымен қатар, озонның бір массалық үлесі темір немесе марганецтің бір массалық үлесіне сәйкес келеді [1].

Судағы жағымсыз дәм мен иісті жою

Кейбір табиғи судағы жағымсыз дәм мен иістің болуы, ерітілген немесе коллоидты күйде кездесетін органикалық және минералды қоспалардың болуымен түсіндіріледі. Бұл қоспаларды тотықтыру кезінде судағы жағымсыз иіс пен дәмнің жоғалуына алып келеді. Кейбір химиялық реагенттермен әсерлеспейтін қоспаларға, жоғары тотығу дәрежесі бар озон эффективті болып табылады.  Мұндай қосылыстарға жататындар: күкіртті және цианисті қосылыстар, фенолдар және жағымсыз иісті тудыратын басқа да қосылыстар. Мөлшерден көп озонмен өңдеу жаман жағдайға әкелмейді: артық озон тұрақсыз болуымен бірнеше минут ішінде оттегіне айналады.

 Хлор, озонға қарағанда кейбір заттармен ауыр қосылыс түзіп, жағымсыз иіс шығарады. Мысалы – фенол қоспасы бар суды хлорлау. Бұл жағдайда (1:100 000) пропорциядағы аз мөлшерде фенол бар болса да, суды хлорлағанда суда жағымсыз иіс пен дәм болады [11].

Озондау ерекшелігі

Озондау тәсілі техникалық қиын және жоғарғы білімді маман мен қиын қолданатын аппаратура қажет және көп мөлшерде электр энергиясы шығындалады.

Бірақ озондау тәсілінің кейбір ерекшелігін ескеру керек. Біріншіден, озонның тез бүлінуі, яғни хлор тәрізді ұзақ уақыт әсерлеспейді.

Озондау қосымша тұнба түзуі мүмкін, сондықтан суды активті көмір сүзгісінен сүзу қажет. Озондау процесінен кейін қосымша өнімдер түзіледі: альдегидтер, кетондар, органикалық қышқылдар, броматтар, пероксидтер және т. б. қосылыстар. Фенол типті ароматикалық қосылыстар бар жерде гумин қышқылдары әсерінен фенол түзілуі мүмкін.

Кейбір заттар озонға тұрақты болып келеді. Бұл жеткіліксіздікті үш камералы реакторда «Дегремон» (Франция) фирмасының технологиясы бойынша суға су ерітіндісін қосумен жойып отыр.

 

9 - тарау. Суды деманганациялау

 

Марганец жер қыртысында көп көлемде кездеседі және көп жағдайда темірмен бірге кездеседі. Ерітілген марганецтің жерасты және жерүсті суларындағы құрамы оттегісі аз бірнеше мг/л жетеді. Марганецтің 0,1 мг/л мәнінде санитарлы-техникалық құрылғыларда, сонымен қатар судың керексіз дәмі шығады. Құбырлардың ішкі қабырғаларында тұнба қара қабықша түрінде пайда болады [1].

 

9.1 Деманганация үрдісінің химизмі

 

Жерасты суларында марганец жақсы еритін тұздар екі валентті түрінде кездеседі (Mn2+). Судан марганецті аластау үшін оны ерімейтін үш немесе төрт валентті (Mn3+ және Mn4+) күйге тотықтыру керек. Марганецтің тотыққан түрі іс жүзінде ерімейтін гидроксидтерге Mn(OH)3 мен Mn(OH)гидролизденеді. Соңғысы сүзгінің тиеме дәндерінде шөгілген кезде каталитикалық қасиет көрсетеді, яғни екі валентті марганецті оттегімен тотықтыру үрдісін жылдамдатады. Марганецті оттегімен эффекті тотықтыру үшін тазаланатын судың рН-ы 9,5-10,0 деңгейінде болуы қажет. Калий перманганаты, хлор немесе оның туындылары (натрий гипохлориті), озон – деманганация үрдісін рН- тың аз мәндерінде 8,0-8,5 жүргізуге мүмкіндік береді. 1 мг ерітілген марганецті тотықтыру үшін 0,291 мг оттегі қажет.

Деманганация әдістері

Тізбектей сүзгілеумен терең аэрациялау

Тазалаудың бірінші кезеңінде судан вакуум жағдайында еркін көмірқышқылын шығарады,  бұл дегеніміз рН мәні 8,0-8,5 көтерілуіне әсер етеді. Бұл мақсатта вакуумдық-эжекционды қондырғыны қолданады, бұл кезде  эжекционды бөлігінде суды диспергирациялау мен оны ауаның оттегісімен қанығу жүреді. Әрі қарай су дәндік тиеме арқылы, мысалы кварц құмы, сүзгілеуге барады. Бұл тазалау әдісі бастапқы судың перманганатты тотығушылығы 9,5 мгО/л –дан артық емес кезінде қолданылады. Суда міндетті түрде екі валентті темір кездеседі, оны тотықтырған кезде темір гидроксиді түзіледі, Mn2+  адсорбциялайды және оны каталитикалық тотықтырушысы.  [Fe2+] / [Mn2+] қатынасының шоғыры  7/1-ден кем болуы тиіс. Егер де бастапқы суда мұндай қатынас орындалмайтын болса, онда суға қосымша темір сульфатын (темір купоросы) қосады.

Калий перманганатымен деманганациялау

Бұл әдіс жерүстілік пен жерасты суларында қолданылады. Суға калий перманганатын енгізгенде ерітілген марганец аз еритін марганец оксидінің түзілуімен тотығады, ол келесі теңдеуде көрсетілген:

3 Mn2+ + 2 KMnO4 + 2 H2O = 5 MnO2+ 4 H+,                   (9.1)

Тұнба MnO2 • 2 H2O және Mn(OH)4 қоспа түрінде болады.

Марганецтің оксиді тұнған қауыздар түрінде жоғары дамыған меншікті бетке ие –300 м2 1 г тұнбаға жуықтап, бұл оның жоғары сорбциялық қасиеттерін көрсетеді. Тұнба - өте жақсы катализатордемангацияны рН = 8,5 мәнінде жүргізуге болады.

(4.89) теңдеуіне сәйкес 1 мг Mn2+ аластау үшін 1,92 мг калий перманганаты қажет. Атап өтілгендей, калий перманганаты судан марганецті аластауды қамтамасыз етумен қатар темірдің әртүрлі формаларында аластайды. Сонымен қатар иісі кетеді және сорбциялық қасиеттеріне байланысты судың дәмі жақсарады. Іс жүзіндегі марганецті калий перманганатымен аластау мәндері келесіні көрсетеді, оның мөлшері марганецтің әр мг на 2 мг ы құрауы қажет, сол кезде 97% Mn2+ тотығады. Калий перманганатынан кейін тотықтыру өнімдерімен теңгерілген заттарды аластау үшін коагулянт енгізеді, әрі қарай құмдық тиемеде сүзгілейді.

Жерасты суларын марганецтен тазалау кезінде  калий пермангатымен параллельді активтендірілген кремний қышқылын 3-4 мг/л есебімен немесе флокулянттар енгізеді.

Марганецтің каталикалық тотығуы

Темірден тазалау үрдісі кезіндегі сияқты деманганация кезінде алдын ала марганецтің оксидтерінің тұндырылған фильтрлеуші тиеме дәндері үстінде екі валентті марганецтің тотығуына ерітілген оттегімен үрдіске каталитикалық әсер етеді. Фильтрлеу үрдісінде алдын ала аэроланған және сілтілік судың жүрмеуі кезінде құмдық тиеме дәндерінде марганец гидроксиді Mn(OH)4 тұнба қабаты пайда болады. Ерітілген Mn2+ иондары марганец гидроксидінің үстінде адсорбцияланады және гидролизденеді, одан Mn2O3 үш валентті марганец оксидін түзеді. Соңғысы ерітілген оттегімен қайтадан Mn(OH)4 дейін тотығады, ол өз кезегінде қайтадан каталитикалық тотығу процесіне қатысады. Кез келген классикалық катализатор сияқты, Mn(OH)4 шығындалмайды деуге болады. Бұл тектесулердің кейіптемелерін келесі түрде көрсетуге болады:

 

Mn(OH)4 +Mn(OH)2= Mn2O3 +3H2O ,        (9.2)

2Mn2O3+2O2+8H2O= Mn(OH)4 ,                (9.3)

 

Мұндай үрдістерді іс жүзінде асыру каталитикалық толықтырушыларды қолдану кезінде  мүмкін болады. Бір атап өтетіні, тазаланатын судың рН мәні, дәстүрлі деманганация үрдістеріне қарағанда төмен болады.

Модификацияланған тиеме арқылы сүзгілеу

Сүзгілеуші тиеме жұмысының қорын үлкейту үшін темір гидроксидімен марганец  оксидінің  дәндерінің бетінде катализатор қабықшасын бекіту арқылы, сонымен қатар калий перманганатының шығынын азайту үшін келесі тәсіл ұсынылады:

- сүзгілеудің басында сүзгілеуші тиеме арқылы тізбектей астынан үстіне қарай темір купоросы (FeSO4 ) ерітіндісі мен калий перманганатын жібереді, содан кейін тиемені үш натрий фосфатымен (Na3PO4) немесе натрий сульфитімен  (Na2SO3) өңдейді;

- бастапқы судың  сүзгілеу жылдамдығы астынан үстіне берілетін 8-10м/сағ құрайды. Каталитикалық қабыршақты сүзгі тиемесі арқылы 0,5% марганец хлориді ерітіндісі және калий перманганатын өткізу арқылы жасауға да болады.

 

 

9.2 Реагент – тотықтырғыштарды енгізу

 

Тотықтыру үрдісінің жылдамдығы  екі валентті марганецті бір қатар реагент тотықтырғыштар: хлор, хлор диоксиді, натрий гипохлориді, озон – бастапқы судың рН мәніне тәуелді болады. Хлормен натрий гипохлоритін енгізгенде тотығу әсері рН-тың 8,0-8,5 кем емес және тотықтырғышпен су әсерленуі 60-90 мин. кезінде толық орындалады. Көп жағдайларда  (егер тотықтырғыш тек оттегі және рН<7) өңделетін су сілтілік болып келеді. Реагенттің мөлшері Mn2+ -ті  Mn4+ -ке дейін тотықтыру үшін стехиометрия бойынша 1,3мг әр ерітілген 2 валентті марганецтің әр мг-на нақты мөлшері әлдеқайда жоғарырақ.

Суды озонмен немесе хлор диоксидімен өңдеу әлдеқайда тиімдірек. Марганецтің тотығу үрдісі судың рН 6,5-7,0 мәнінде 10-15 минутта аяқталады. Стехиометрия бойынша озон 1,45 мг, хлор диоксиді 1,35 мг екі валентті марганецтің 1 мг на құрайды. Бірақ та суды озондау кезінде озон марганец оксидтерімен бөлінуге ұшырайды, сондықтан мөлшері үлкейтілуі керек. Көрсетілген KMnO4, ClO2, O3 тотықтырғыштарының мөлшері теориялық болып келеді. Іс жүзінде тотықтырғыштар мөлшері рН, судың тотықтырғыштармен әсерлесу уақыты, пайда болған қалдықтарға, органикалық заттардың болуынан, құралдардың құрылысына байланысты болады, сондықтан теориялық мәнге қарағанда, іс жүзінде KMnO4 – үшін 1-6 есе, ClO2 - үшін 1,5-10 есе, O3 - үшін 1,5-5есе үлкеюі мүмкін.

Иондық алмасу арқылы марганецті аластау

Екі валентті марганецті иондық алмасу арқылы аластау, екі валентті темірді аластау сияқты натрий және сутегі катиондау арқылы жүреді Бұл әдіс суды терең жұмсарту және темірсіздендіру үрдісі мен деманганация кезінде тиімді болады.

 

10 – тарау. Суды ультракүлгін сәулесімен залалсыздандыру

 

Толқын ұзындығы 10-нан 400 нм-ге дейінгі электромагнит толқынды –ультракүлгін деп аталады. Залалсыздандыру үшін «жақын аудан» қолданады: 200-400 нм. Көп бактерицидті әсермен 200-315 нм толқын ұзындығында электромагниттік сәулелену және 260+10 нм ауданында максималды көрсетілуі болады. Жаңа УФ-құрылғыларда 253,7 нм толқын ұзындығындағы сәулеленуді қолданады [1].

УФ-дезинфекция 1910 ж. белгілі, Франция және Алмания елдерінде артезиан суларын өңдейтін алғашқы станса салынған. Ультракүлгін сәулеленудің бактерицидтық әсері ДНК және РНК құрылысындағы молекулаларға фотохимиялық реакциялардың әсерімен түсіндіріледі, тірі организмдердің шығаратын универсалды информациялық негізінің құраушысы. Бұл тектесудің әсерінен ДНК мен РНК-ның қайтымсыз бүлінуі. Сонымен қатар, ультракүлгін сәулелену әсері мембраналар құрылымы мен микрорганизмдердің торлық қабырғаларында бұзылуға әкеледі. Соңында мұның бәрі олардың жойылуына әкеледі.

 

10.1 Жүргізу технологиясы

 

УФ-стерилизатор бактерицидтік шамы бар, металл корпусты болады. Ол өз кезегінде қорғалатын кварцты түтікшеге орналастырылады. Су кварц түтікшесін жуады және ультракүлгінмен өңделеді, сәйкесінше су залалсыздандырылады. Бір қондырғыда бірнеше шам болуы мүмкін. Суды залалсыздандырудың эффективтілігін анықтаушы басты көрсеткіш – УФ (D, мДж/см2)-сәлелену дозасы. Бактерицидті сәулеленудің интенсивті ағыны  сәулелену уақытына

 

D = E • t,                                  (10.1)

 

(E - УФ-сәулеленудің интенсивті ағыны, мВт/см2; t – уақыт әсері, с).

УФ-сәулелену микрорганизмнің жойылуы немесе инактивация дәрежесі сәулелену интенсивтілігі және уақыт әсеріне пропорционал болып келеді. Бактериялардың жойылу процесі келесі теңдеумен сипатталады

 

Р=роехр (- ЕТ),                          (10.2)

мұндағы р – бактерия саны, бактерицидтік жарықталудан кейінгі тірі қалған бактериялар, көлем бірлігінде; р0 – көлем бірлігіндегі бактериялардың бастапқы саны; E – бактерицидті сәулелердің ағын интенсивтігі; T – әсер ету уақыты; k – бактериялардың кедергілік коэффициенті.

Сәйкесінші залалсыздандырылған микроорганизмдер мөлшері жарықталу дозасы экспоненциалды өседі. Инактивациялауға қажетті микроорганизмдердің әртүрлі кедергілеріне байланысты ультрокүлгін дозасы, мысалы 99,9%, бактерияларға аз мәндерден споралар үшін күшті варияцияланады.

УФ-сәулелену су арқылы өткенде жұтылу және шағылуға байланысты әлсірейді. Бұл әлсіреуді есепке алу үшін сумен жұтылу еселеуіші а енгізіледі, оның мәні судың сапасына тәуелді, әсіресе ондағы темірдің, марганецтің, фенолдың, сонымен қатар судың лайлығына байланысты болады.

Тәжірибелік мәліметтер жоқ болған жағдайда а,см-1 қолдануға болады:

Темірсіздендіруді қажет етпейтін түссіздерге жерасты терең жатқан суларға - 0,1;

Бастаулық, қыртыстық және инфильтрациялық су үшін - 0,15;

Жерүстілік өңделген (тазаланған) су үшін - 0,2-0,3.

 

10.2 Әдісті қолдану шарты

 

УФ-сәулеленумен залалсыздандыру келесі талаптарға сай келетін сулар үшін қолданылады:

- лайлылығы - 2 мг/л кем емес (шрифт бойынша мөлдірлігі > 30 градус);

- түстілігі - платинокобальтты шкала бойынша 20 градустан көп емес;

- темірдің құрамы (Fe) - 0,3 мг/л (по СанПиН 2.1.4.1074-01) және 1 мг/л (УФ қондырғыларының шарттары бойынша);

- коли-индекс - 10 000 тал./л.  

Ультрофиолетпен өңделген судың сапасын бақылау үшін қолдану, Е-коли тобындағы бактериялы кедергісі бойынша ең үлкен еселеуішке ие жалпы қатарда интеробактерияларды, соның ішінде патогендік [1].

Ультрокүлгінді қолдану тәжірибесі бойынша: егер де қондырғыда жарықталу дозасы белгілі бір мәннен төмен болмаса, онда тұрақты залалсыздандыру эффектісі кепілденеді. Әлемдік тәжірибеде жарықталудың дозасына ең төменгі мәні 16 до 40 мДж/см2аралығында өзгереді.

 

10.3 Әдістің оң және теріс қасиеттері

 

Басымдықтары:

- барынша аз «жасанды» - ультрафиолет­сәулелері;

- әртүрлі микроорганизмдерді жоюдың әмбебаптығы мен эффектілігі - УФ-сәулелері тек қана вегетативті емес, сонымен қатар хлорлау кезінде өміртіршілігін сақтайтын споротүзгіш бактерияларды да жояды;

- өңделетін судың физико-химиялық құрамы сақталады;

- жоғарғы дозалау шегінің болмауы;

- озондау мен хлорлау кезіндегі сияқты арнайы қауіпсіздік жүйесін қажет етпейді;

- екіншілік өнімдер жоқ;

- реагентті шаруашылықты құру қажет емес;

- қондырғы арнайы қызмет көрсету персоналынсыз жұмыс жасайды;

- «сапа залалсыздандыру баға» қатынасы бойынша ең үздік әдіс.

Кемшіліктері:

- нашар тазаланған суды өңдегенде эффективтілігінің төмендеуі (лай, түсті су нашар «жарықталады»);

- лай және кермекті суды тазалау кезінде, шамдарды қақтар мен тұнбалардан кезеңдік тазалау;

- екіншілік залалсыздандырудың реттілігінің жоқтығы (сәулеленумен өңделгеннен кейін).

 

10.4 Бактериялық сәулелену көзі

 

Қазіргі күнінде суды жұқтыруды залалсыздандыру үшін екі шам түрі қолданады: төменгі (ТҚШ) және жоғарғы (ЖҚШ) қысымды газ-разрядты шам түрлері. ТҚШ-ның электр энергиясының бактериялық сәулелену диапазонына айналу ПӘК-і  (40% дейін)  жоғары және бірлік қуаты салыстырмалы төмен  (200 Вт дейін). ЖҚШ-ның аз ПӘК (8% дейін) пен бірлік қуаты (10 кВт дейін)  жоғары болады. ТҚШ спектрінде қысқа толқынды сәулелену бар ол озон қабатын түзе алады. Бұл жұмыс істеуге  қосымша қиындықтар туғызады.

Шамның жаңа түрлері 253,7 нм толқында сәуле туғыза алды және бұл қуат 3-5 с аралығында 99,9% вирус пен бактерияларды өлтіру эффективтілігі максималды болуын қамтамасыз ете алады. Осындай толқын ұзындығында қорғау қаптамалар арнайы материалдан ( флюо­рит, кварцтық әйнек және т.б.) дайындайды, өйткені жай терезелік әйнектерден 320 нм-ден қысқа ультракүлгін толқындар өтпейді.

 

 10.1 Кесте - Ультракүлгін сәлелену шамдарының сипаттамалары

Көрсеткіш

ЛНД

ЛВД

Электр энергиясынан бактерицидикалыққа ауысуының ПӘЕ, %

40 дейін

6-8

Шамның бірлік қуаты, кВт

0,2 дейін

10 дейін

Беткі қабаттың жұмыстық ыстықтығы, °С

40

600

Пайдалану мерзімі, сағ

12000 дейін

3000 дейін

Пайдалану мерзімінің аяғында қарқындылығының төмендеуі, %

15-20

30-50

Озонның генерациясын тоқтату

Мүмкін

Мүмкін емес

 

Суды залалсыздандыру үшін қажетті бактерицидтік көздің қуаты келесі кейіптемемен анықталады:

 

F6 =Q αK • lg (P / Po) / 1563,4 • η П η О ,                (10.3)

 

F6 – бактерицидтік көздің сәулелену қуаты, Вт; Q – аппарат өндірулігі,  м3/сағ; а – бактерицидтік сәулеленудің судағы жұту коэффициенті,  см-1; K – ішек таяқша бактериясының кедергі коэффициенті (мкВт • с/см2), 2500-ге тең деп алынады; Po – судың сәулеленуге дейінгі сандық-индексі, ед./л; Р - судың сәулеленуден кейінгі сандық-индексі, 3-тен аспайды (ед./л);η О – бактерицидті сәулеленудің қолдану коэффициенті, 0,9-ға тең; η П – бактерицидті сәулелердің ағынын қолдану коэффициенті, аппарат  жасап шығару мәні бойынша алынады.

Шам саны, тал:

n = F6 / F ,                                               (10.4)

F11бір шамның қуаты, Вт; F6бактерицидтік сәулелену көзінің қажетті қуаты, Вт.

Суды залалсыздандыру үшін қажет электр энергия шығыны:

 

S = N • n / Q,                                            (10.4)

 

Мұндағы - S – электроэнергия шығыны, Вт • сағ/м3; N – бір шамның пайдаланатын қуаты, Вт; Q – аппарат өндірулігі, м3/ч.

Қазіргі  күнде жаңа түрі жасалып шығарылған УФ-ламп – жоғарыталған қуаты (200-350 Вт дейін), төмен қысымы бар бос сынабы жоқ амальгамды  шам. Бұл шамның конструкциясы компакті  ауыз судың УФ-жүйе өнімділігін 3000 м3/сағ дейін арттырады [1].

Сонымен қатар, толқыны 185 нм болатын бактерицидті шамдар бар. 254 нм толқынды шамдарға қарағанда осы толқынды шамдар жақсы болып табылады. Ғалымдар осындай ұзындықтағы толқынды сәулеленуді өткізетін квацты әйнектер ойлап шығарды.

Энерго шығындар: 500 л/сағ өнімділігі бар қондырғы үшін 8-70 Вт

25% шам қуаты – сәулеленудің эффективті шығысы

Синэнергетикалық эффектіге қондырғыда жетеді: ультракүлгін сәулелену мен кавитацияны генерирлендіретін бір корспуста орнатылған қондырғылар бар және олар бір уақытта бактерия мен вирусты жояды.

 

10.5 Суды залалсыздандырудың негізгі тәсілдері: хлорлау, озондау, ультракүлгін сәулулендіру

 

Үш технологияның әрқайсысы нормаға сәйкес қолданылса, барлық  микробтық саны мен ішек таяқшаларының индикаторлық бактерия топтарын, бактерияны инактивация жасаудың қажетті дәрежесін қамтамасыз етеді. 

Жоғарғы дәрежелік тазалауды, патогендік цистаға қатысты ешқандай тәсіл қанағаттандыра алмайды. Осы микроорганизмдерді жою үшін бұлдырлықты төмендету процесі мен залалсыздандыру процесін бірге жүргізу керек.

Озон және ультракүлгін практика дозасында вируцидті эффектісі жоғары. Хлорлау вирусқа қатысты эффективтілігі аз.

Хлорлау және хлор жеткілігінің технологиясының қарапайымдылығы залалсыздандырудың осы тәсілінің кең таралғанын көрсетеді.

Озондау тәсілі техникалы қиын және хлорлау мен ультракүлгін тәсілдеріне қарағанда қымбатқа түседі. Тәжірбиеде қолданатынға қарағанда өте көп дозада ультракүлгін сәулелену  судың химиялық құрамын өзгертпейді. Хлорлау канцерогентті және улылығы жоғары заттарды түзуге алып келуі мүмкін. Озондау кезінде улы – альдегидтер, кетондар және т. б. қосылыстар түзілуі мүмкін. 

Ультракүлгін сәулелену микроорганизм жояды, бірақ «қалдық түзетуші» заттар суда қалады. Сондықтан жұқа сүзгілеу жүргізу керек.

Тек хлор ғана 0,3-0,5 мг/л дозалы су консервациясын қамтамасыз етеді, яғни қажетті ұзақ уақыт қозғалысы бар.

 

11 - тарау. Электрохимиялық тәсілдер

 

Суды дәстүрлі механикалық, биологиялық және физика-химиялық тазалау жеткіліксіз болғанда, мысалы реагенттерді қолдану, жеткізу қиындықтарымен немесе өнеркәсіп орын жоқтығынан электрохимиялық тәсілдер кеңінен қолданады.

Қондырғылардың өндірулігі жоғары, процестерді басқару мен бақылау автоматтандырылған.

Табиғи суды әр түрлі қоспалар мен дисперсті заттардан тазарту үшін электрохимиялық тәсіл басқа да тазарту тәсілдермен бірге істеледі. Электрохимиялық тәсіл тазартылатын судың физика-химиялық қасиеттерін өзгертеді, технологиялық тазатудың сүлбесін біршама жеңілдетеді және бактерицидтік эффектінің жоғары өлшемімен ерекшеленеді. Көп жағдайда электрохимиялық тәсілдер судың «екіншілік» анионды және катионды қалдықпен ластанудың алдын алады.

 

11.1 Процестің мақсаты

 

Суды электрохимиялық тазалау электролиз процесіне жүгінеді және ол электр энергиясын қолданып, тотығу-тотықсыздану процесінің жүруіне негізделген. Электролиз процесі электр өткізгіш ерітінді бетінде – электролитте жүреді.

Электролиз процесі жүруі үшін: судың электрөткізгіштің қамтамасыз ететін концентрациялы ионы бар ласталған су; 

электролит ерітіндісіне батырылған электродтар;

сыртқы тоқ көзі;

тоқ өткізгіштер – тоқ көзі мен электродтарды қосатын металл сымдар. Судың өзі нашар өткізгіш, бірақ диссосация кезінде пайда болған ерітіндідегі зарядталған иондар, электродқа берілген кернеу әсерінен, оң иондар катодқа, ал теріс иондар анодқа қарама-қарсы бағытта қозғалады. Аниондар өзіндегі «артық» электрондарын анодқа беріп, нейтрал атомға айналады. Сонымен бірге, катиондар катодқа жетіп, катодтан қажет электрон алып, нейтрал атомға немесе атом тобына айналады. Осымен бірге, анодтан алатын электрон саны, катод беретін электрон санына тең келеді. Бұл жерде әрқашан тұрақты тоқ болады [1].

Сонымен, электролиз кезінде тотығу – тотықсыздану процесі өтеді: анодта – электрон жоғалту (тотығу), катодта – электронды өзіне алу (тотықсыздану). Бірақ, электрохимиялық механизм реакциясы, қарапайым химиялық затқа айналудан біршама өзгешелігі бар. Реакцияның       ерекшелінетін өзгешелігі:

 

 

 

11.1 Сурет - Электролиз процесінің сүлбесі: 1-анод, 2-катод, 3- тоқ көзі.

 

Электрохимиялық реакцияның екі процеске бөлінуі: заттардың бүліну процесі немесе электр тоғы арқылы электрод-ерітінді шекарасында  жаңа өнім алу болып табылады.

Электролизді ерітінді құтысында электрод реакциясымен біруақытта жүргізгенде, рН-тің және тотығу-тотықсыздану жүйесінің потенциалының өзгеруі, су қоспасының фазалы-диспесртіге айналуы.   

 

11.2 Электрохимиялық процестердің классификациясы

 

Суды өндеудің электрохимиялық әдістерін үш негізгі топтарға бөлуге болады. Бірінші топ, ластанудың физико-химиялық сипаттамаларының өзгеруін қамтамасыз етеді, мақсаты: оларды залалсыздандыру немесе судан тез алу. Бұл топтағы әдістердің ішінде кең ауқымда қолданылатыны электрокоагуляция әдісі.

Екінші топ алынатын заттардың фазо-дисперстік немесе физико-химиялық қасиеттерінің өзгерісінсіз, электролиттің шектелген көлеміндегі қоспалардың концентрациясына арналған. Қоспалар мен суды ажырату негізінде газ көпіршіктерінің электрогенерацияланатын флотациялары арқылы немесе сұйықтағы зарядталған бөлшектерді тасымалдауды қамтамасыз ететін электрлік алаңның күштік әрекетіне байланысты.

Электрохимиялық әдістердің ішінде ең көп тарағаны – электродиализ әдісі. Оның мақсаты – табиғи және өнеркәсіптік ағынды суларды тұзсыздандыру.

Үшінші топта, бір аппараттарда ластанған заттарды бөлу және ауыстырудың бір немесе бірнеше әдістерін біріктіретін комбинацияланған әдіс құрайды. Бұл топ негізінде суларды тазарту үшін қолданылады.

 

 

 

 

 

12 - тарау. Электрофлотация

 

Электрофлотациялық тазалау әдісінің негізі – суды электролиздау кезінде пайда болатын газ көпіршіктерінің көмегімен затты сұйық көлемінен оның бетіне ауыстыру болып табылады. Газ көпіршіктері суға көтеріліп, өлшенген бөлшектермен қақтығысып, оларға жабысады және сұйық бетіне шығарады. Бөлшектерді флотациялау процесінде негізгі рөлді катод бетінен бөлінетін көпіршіктер атқарады.

Электрофлотацияны көбінесе тамақ өнеркәсібінде, мұнай өндейтін зауыттардағы ағынды суларды тазалау үшін, сонымен қатар биологиялық тазартқыш құрамаларда қолданады.

 

12.1 Электрод конструкциялары мен материалдары

 

Электролиз процесін арнайы электролиз реакторында жүргізеді. Электролизер конструкциясындағы негізгі элемент – электрод. Негізінде электродтарда анодтағыдай және катодтағыдай бір уақытта бірнеше реакция жүреді. Электрод жасайтын материалдарға қойылатын принципиалды талаптарға – коррозияға беріктігі жатады. Олар негізінде қиын коррозиялық жағдайларда жұмыс істейтін анод материалдары үшін өте маңызды [1].

Электрохимиялық жүйеде көбінесе катодтар үшін мына металдарды қолданады: темір және оның балқымалары, никель, мыс. Сілтілік және нейтралды орталарда катодты поляризациялауда бұл металдардың барлығы тұрақты. Титан, цирконий, ниобий және тантал (Ti, Zr, Nb, Ta) ерекше коррозиялық беріктілікке ие, бірақ оларды катодты материал ретінде енгізуге олардың бағасы және бірнеше спецификалық қасиеттері кедергі жасайды.

Сулы қоспаларды электролиздеу кезінде сутегі (катодта) және оттегі (анодта) бөлінетін реакциялар ерекше орын алады. Өндеу процесіне қойылатын талаптарға сәйкес бұл реакциялар максималды нәтижелілігінің орындалуына байланысты – жоспарлы немесе басып тасталынатын – жанама болуы мүмкін. Электродты материалдардың активтілігі сутегі және оттегі бөлінетін реакцияларға қарағанда соған сәйкес оттегі мен сутегі бөлінетін асқан кернеулікпен сипатталады. Кернеу төмен болған сайын реакция оңай өтеді. Асыл металдар – платина, паладий, ирдий, осмий, рутений, родий, осмий мен алтынның төменгі асқан кернеуі және сутегі бөлінуі бар. Экономикалық тұрғыдан болаттан, никельден, кобальттан, титаннан жасалған катодтар қолданылады және платинаның жұқа қабатымен қапталады немесе оның басқа асыл металдармен қоспаларынан жасалады. Металл емес заттардан графит, полиграфит және шыны көміртегі қолданылады [3].

Анодтар эксплуатацияның өте қатаң шарттарында өзінің қасиеттерін сақтау керек. Одан басқа, электролиз кезінде оттегі бөлінеді, осының салдарынан барлық металдардың беті (алтыннан басқа) оксидтермен қапталады. Оксидті қабықша кейбір металдардың әрі қарай қышқылдануынан сақтауы мүмкін және олар тұрақтылықты сақтайды, ол оларды анодты материал ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Өкінішке орай, ондай металдар өте аз. Оларға платина тобының металдары жатады, ал сілтілік ортада – никель мен болат. Қалған металдар анод ретінде жарамсыз.

Анодты материалдардың түрлері көмірграфиттерін қолдануына байланысты кеңейіп жатыр. Графитті анодтар анодқа қойылатын талаптарды қанағаттандырады: жоғары электр өткізгіштік, металдыққа жуықтайтын химиялық әсерлерге төзімділігі, анодтық поляризация кезіндегі сипаттамалар тұрақтылығы, құнының арзандығы. Графитті анодтардың негізгі кемшіліктері электролиз процесінде тозуы болып табылады. Графиттік анодтардың тұрақтылығын жоғарылату үшін оны синтетикалық шайыр, полимерлі майлар сияқты әртүрлі материалдармен сіңіреді. Қазіргі кезде анод материалы ретінде шыны сутегін қолдана бастады. Ол химиялық беріктілігімен, жеткілікті өткізгіштігімен (графитке қарағанда 3-4 есе аз болсада) ерекшеленеді.

Металдық анодтардан көбінесе платина және оның балқымалары қолданылады. Негізгі кемшілігі – құнының қымбаттығы. Экономдау мақсатында платина негізге жұқа қабатпен жағылатын анодтар қолданылады. Негіз ретінде көбінесе титанды қолданады. Жақсы механикалық қасиеттері титаннан кез келген конструкциялы анодты жасауға мүмкіндік береді.

Композициялық анодтар көп қолданысқа ие, олардың беттері екі немесе одан да көп металдар оксидтеріне тұрады. Осы типті анодтардың ең атақтысы – оксидтірутендік титандық анод (ОРТА). ОРТА бетіне рутений диоксиді RuO2 және титан диоксиді TiO2 активті қабатпен жағылған титандық негізден тұрады. Коррозияға жоғарғы беріктілігінен басқа, электрод хлор және оттегі (платинаға қарағанда төмен) бөлінетін асқан кернеулікпен сипатталады. Хлор бөлінетін реакцияның селективтілігіне байланысты ОРТА басқа белгілі электродты материалдардың бәрінен асып түседі.

 

12.2 Электродтардың конструкциясы

 

Электрод конструкцияларына мынадай талаптар қойылады:

- электролиз процесі көбінесе жағымды гидродинамикалық шарттарда өтуі керек, ол кезде бастапқы заттардың электрод бетіне өтуі нәтижелі орындалады және электрохимиялық реакция өнімдерінің жойылуы қамтамасыз етіледі;

- электродтардың конструкциясы қымбат металдардың минималды шығынын қамтамасыз ету керек;

- керекті шарттар: жұмыстық режимде ұзақ эксплуатациялау үшін жеткілікті коррозияға беріктілігіне ие электрод конструкцияларының барлық элементтерінің болуы.

Қосу түріне байланысты электродты монополярлы және биполярлы деп ажыратады. Монополярлы электродтардың барлық беттері бір белгімен полярланады және материал иен электрод бетіне қойылатын талаптар оның барлық бөліктеріне бірдей. Биполярлы электродтардың бір бөлігі – катод, ал екінші бөлігі – анод ретінде жұмыс істейді. Электродтың екі бөлігі де бір-бірімен жақсы электрлік қосылуы керек (төмен электрлік кедергімен).

Металл жапырақтар немесе сетка түріндегі электродтар көбінесе қолданылады. Мұндай электродтардың дамыған беттері бар және электролиз аймағынан газ тәрізді өнімдердің әкетуін рационалды түрде жүзеге асуын қамтамасыз етеді.

 

13 - тарау. Электродиализ

 

Суда ерітілген қоспаларды концентрациялау және қайта тарату электродиализбен жүзеге асады. Электр өрісі әсерінен иондардың бағытталған қозғалысын қолдану әдістің негізі болып табылады. Егер электродқа кернеу берсе, онда қоспадағы иондар олардың зарядтарының таңбаларына сәйкесінше – теріс зарядталғандарды анодқа, оңдарды – катодқа қарай қозғалысқа түседі [1]. 

Егер электролизерді үш бөлімге бөлсе, екі шеткісіне (бұл бөлімдерді электродтық камералар деп атайды) электрод орналастырып және электродты камераларда электр тоғын біресе тұздар концентрациясын өткізуі өседі, ал ортаңғы бөлімде – азаяды (2.4.4-суретті қараңыз). Осындай электролизер-диализаторлардағы камераларды бөлу үшін ионалмастырғыш мембраналарды қолданады, олар бір таңбалы иондардың селективті өтуін және қарама-қарсы зарядталған иондардың өтуіне кедергі жасайы. Мембранадағы тоқты ауыстыру матрицада бекітілген қарсы ионды иондармен жүзеге асады. Қозғалыстағы иондардың саны көп болған сайын, ол дегеніміз алмасу сыйымдылығы көп болғанда, мембрананың электр өткізгіштігі жоғары болады. Мембрананың негізгі электрохимиялық сипаттамалары – электр өткізгіштігі мен селективті өткізгіштігі, олар матрицадағы ионалмастырғыш топтар санымен және олардың табиғатымен анықталады.

Электродтағы тізбектердегі электр тоғын ұстап тұру үшін катодта негізінде сутегін бөлу, анодта оттегін бөлетін электрохимиялық реакциялар жүруі керек:

(13.1)

(13.2)

 


 

13.1 Сурет - Суды электрохимиялық тұзсыздандыру үшін үш камералы аппараттың ұяшықтарындағы ерітінді концентрациясының өзгерісінің сүлбесі

 

Сәйкесінше реакцияларды теңестіргенде котодты камерадағы ерітінді сілтіленеді, анодты камерада – қышқылданады [2].

Қазіргі кезде катион- мен анион алмастырғыш мембраналардың (2.4.5-сурет) жұптарының саны көп болатын көп камералы электролизер қолданылады.  Мұндай қондырғылар 100-200 гидравликалық камералардан тұратын электролизерлерді көрсетеді, олар кезекпен немесе параллельді судың циркуляциясы жатық немесе тік болып қосылуы мүмкін. Мембраналардың селективтілігі тақ камераларда катиондар да, аниондар да көрші камераларға өте алмайтын шарттар жасайды, осының салдарынан, олардың зарядтарының таңбалары катион алмастырғыш және анион алмастырғыш мембраналардың таңбаларына сәйкес келеді.  Сондықтан жұп камераларда тұщылану процесі жүреді, ал тақтарда, керісінше, тұздар концентрациясы жүреді, осының нәтижесінде камераларда рассол пайда болады. Тұзсыздандырылған су мен концентрацияланған ерітінді сәйкес құбырлармен шығарылады.

 

 

13.2 Сурет - Көпкамералы электролизер сүлбесі:                                                                                                                        I - катод; II - анод; С – катионитті мембраналар; А – анионидті мембраналар; 1 – түзетушінің теріс полюске қосылуы; 2 – газ тәрізді сутегінің шығысы; »© 3 – катодты камераны жуатың судың берісі; 4 - рассолды камераларға берілетін тұздалған судың берісі; 5 – осы, тығыздаушы камераларда ; 6 – анодты камераны жуатын судың берісі; 7 – газ тәрізді оттегі мен хлордың шығысы; 8 – түзетушінің оң полюске қосылуы; 9 – тұщытылған суды алып кету; 10 – концентрленген рассола алып кету.

 

Катодты камерадағы сілтілі ерітінді және анодты камерадағы қышқыл ерітіндісін ары қарай қолдану үшін жеке жолдармен тәуелсіз әкетіледі, егер осы жағдай қажет болмаса, онда рассол жолына қосылады [16].

Электродиализаторларда платинирленген титаннан жасалған химиялық берік электродтар қолданылады, ОРТА сирек татбаспайтын болат немесе графиттен жасалады.

 

13.1 Әдісті ұйымдастыру процесі

 

Электродиализ процесін ұйымдастыру: ол бір бағытталған (классикалық) немесе қайта оралуы қайтымды болуы мүмкін.

Бір бағытталған сүлбеде тұрақты кернеуге қойылған полярлық және камералардың тағайындалуы (опресняющих и концентрирующих) өзгеріссіз қалады. Бір бағытталған сүлбеде арнайы камера  мен тұрақты кернеу өзгермейді. Бұл сүлбенің кемшілігі - судың құрамындағы (кермектілік тұздары, органикалық және органикалық емес коллоидтармикробиологиялық организмдер және т.б.) минералды және минералды емес заттармен мембрананың жоғарғы бөлігінің ластануы.

Көрсетілген электродиализдің ерекшелігі-симметриялық мембрананың қолданылуы, яғни олар бір бағытта бірдей жұмыс істейді және ОЭД жүйесі симметриялық конфигурацияда болады. Әдістің кемшілігі-ілініп тұрушы бөлшектер мен коллоидты бөлшектерден суды алдын ала тазалаудың мүмкіншілігі және олар иониттік мембрананы ластайды.

 

13.2 Мембрана мен аппараттардың технологиялық ерекшелігі

 

Электродиализдік қондырғылардың жұмыс істеу көрсеткіштері бірінші қатарда мембрананың характеристикасымен анықталады.

Идеалды катионалмастырғышты мембранамен тек катиондар ауысады,аланионалмастырғышпен- тек аниондар. Ал шын жағдайда мембраналар идеальды селективті қасиетке ие емес және ионның барлық зарядтарын тасиды.

Селективтілікпен қатар ионалмастырғыш мембраналар мынадай жалпы қасиеттерге ие болу керек: электрэлектр өткізгіштігі жоғары, қышқылдық ортада химиялық және механикалық тұтқырлығы, характерінің тұрақтығы, ұзақ қызмет етуі.Сонымен қатар,ионалмастырғыш мембрана гидраттық судың (судың молекулаларын ионмен бірге тасу, әдетте соңғы гидраттық қабықша сияқты) максималды жолына тыйым салу керек.   

Электр тоғына кедергісі аз болу үшін, мембрананың қалыңдығы минималды болу керек. Бірақ,қалыңдық жеткілікті болу керек, мембрананың механикалық  беріктігі тең емес минералдану мен концентрлеу камерасында гидравликалық қысымның бөлінуі [1].

Мембраналар белгілінуі бойынша катионалмасу,анионалмасу және биполярлы болу мүмкін. Полимерлік қабықшаның құрамы бойынша- біртекті және әртекті болады.

Әртекті мембраналар смоланың жіңішкееруінің престігі мен инертті қосушының әсеріне болады. Осындай пластикалық материалдар  ретінде полиэтилен, полистирол, полиизобутилен, каучук бола алады. Фторолефинді қолдану арқасында мембрананың химиялық тұтқырлығы артады. Әртекті мембраналарда  біздің өндірісте өндіретін полиэтилен қолданылады

Біртекті мембрананы ионалмастырғыш смоладан жасайды. Ондай мембраналар жоғарғы электрохимиялық қасиетке ие,бірақ механикалық  жағынан олар берік болмаса да.

Даму жағынан біртекті мембраналар жақсы деп саналады. Оларды кептірілмеген қосылыстардың полимерлік немесе сополимерленуінен алады,солардың бірі дайын ионогенді топ немесе ионогенге (амидтік, эфирлік) тез ауысатын осындай функционалдық топ. 

Электродиализдегі тоқтың тығыздығы - 0,2-1,0 А/дм2. Тығыздығы көп болған сайын,көп электрэнергиясы кетеді.Тоқтың тығыздығынның кенеттен көбеюінен мембраналардың- қызуы және жануы мүмкін,мембрананың жіберілетін температурасы-  60°С көп емес.

Оптималды ұйымдастырылған  технологияда және бастапқы судың минералдануында электрэнергиясының шығыны шамамен 1 Вт/л-ге 

1 г/л-ден көп емес. Судың минералдануының азаюы, әдетте 0,5 г/л аз, электрэнергиясының жұмсауы судың электрлік кедергісі  аса қажет болады және экономикалық критерилер бойынша технологияны бағалау керек. Электрдиализатордағы (бастапқы және деминералданған судың деңгейінің   камераның санына қатынасы)  кедергі  300-нан 1000 В-қа дейін тербелуі мүмкін.

Ионалмасу мембраналарының маңызды қасиеттері – ісуге бейімділігі, ол белгіленген ионалмасу топтарымен және қарсыиондармен гидротациясымен байланысты. Алмасу сыйымдылығы және ионның барлық түрлерінің гидротацияға бейімделуі көбірек болса, мембраналардың ісуі көп болады. Ісінбеген мембраналардан аз дәрежедегі тоқ өтеді, ал су молекуласының ісінуі кезінде ионогенді топтардың диссоцациясын туғызады және қарсыиондармен бірігіп мембранаға кіретін электролиттер тоқ өткізе бастайды.

Фторланған қанықпаған қоспалар негізіндегі мембраналар МРФ-26 және МРФ-4МБ жақсы жаңартушылық сипаттамаларға ие, ионогенді топтар ретінде  SO3H қолданылады. МРФ-4МБ термотұрақты және 100 °С бен одан жоғары температурада қолданылуы мүмкін. Мұндай мембраналар күшті қышқылдық орталарда химиялық тұрақтылықты көрсетті: хром қышқылында, натрий гипохлоритінде, концентрленген сілтілікте және күкірт қышқылында. МФ-4СК мембрана одан да көбірек химиялық тұрақтылыққа ие, ол ионитті мембраналар үшін 10%-ті H2O2 белсенді қышқылдану ерітінді әсеріне төзімді болып келеді. МФ-4СК мембранасының механикалық беріктілігін қамтамасыз ету үшін поли­тетрафторэтиленді материалға шайырды жағады [1].

3.4 кестесінде Ресейде шығарылатын кейбір гетерогенді мембраналар сипаттамалары көрсетілген.

Барынша жетілдірілген мембраналар жапондық «Асахи кемикал» және «Асахи гласс» фирмаларында, перфторкөміртек материалдар -COOH негізінде ионогендік топтарда, сонымен қатар «Дюпон» фирмасында өндіріледі. (АҚШ).

Құрылымдар мен сызбалар

Ерітіндідегі осмикалық шығындар азайғанда мембраналар мен электродтардың максималды жақындалуы болады. Олардың арасындағы аралықтар әртүрлі конструкциядағы төсеніштер арқылы реттеледі, жиірек лабиринтті-торлы түрімен. Төсеніштер, сонымен қатар су ағынының турбулизациялануында маңызды рөл атқарады. Және де профилденген мембраналар (төсенішсіз), ағыншалы түрдегі төсеніштер қолданылады.

Тұрып қалған аймақтарды болдырмау үшін алынатын ерітіндінің шоғырлануының (80%дейін) диализді құрылғыға қайтарады – айналмалы конткур пайда болады.

Камераға түйіршіктелген деминералды қоспасын немесе катионит пен анионит түріндегі енгізу – төменгі экономикалық оңтайлы деңгейді – 500мг/л төмендету әдісі. Бұл жағдайда тек ауыз суын емес, сонымен қатар жақсы минералданған су алуға болады (1.21 сурет).

Әдісті қолдану шарттары

Электродиализді мембраналар кері осмосты сияқты  белгілі бір тазалықтағы бастапқы суды қажет етеді.Электродиализді аппаратқа берілетін судың құрамы келесідей болу керек:

Жалпы кермектілігі- 40 ммоль/л;

өлшенген заттар - 1,5 мг/л;

түстілігі -  қалайы-кобальт шкаласы боынша -20 градусқа тең.

 

 

13.3 Сурет - Электродеионизация қондырғысының сүлбесі

 

Перманганатты қышқылдылығы - 5 мгО/л;

Жалпы темір (Fe) - 0,05 мг/л;

Жалпы марганец (Mn) - 0,05 мг/л;

бораттар (по ВО2) - 3 мг/л;

бром (Br) - 0,4 мг/л;

алюминий (Al) - 0,05 мг/л.

Электродиализды  аппараттары судың минералдылғының барлық дәрежесінде толығымен минералсыздандырады.

Тазарту тереңдігі – тазаланатын судың шығынын реттейді.

Аппараттың өызмет ету мерзімі шамамен  10 жыл.

Электроэнергия шығыны - 0,5-2,5 кВт • сағ/м3 (бастапқы судың минералдылығына байланысты).

Судың кірердегі қысымы - 0,15-2,0 МПа; шығардағы - 0,2-0,5 МПа.

Судың кірердегі температурасы - 18-25°С;  температураның  40°С дейін жоғарлауы мүмкін – бұл жағдайда электроэнергия шығыны  20-30% азаяды.

Жұмыс тәртібі- үздіксіз. Мембрана беттерінде жинақталатын тұздармен күресу:  бір кезде диализат  және  рассол ағындарының қосылуы бар электродтар полюстенуі, сонымен қатар рассол мен католиттің қышқылдануы. Қажет болған жағдайда жоғары дозадағы қышқыл трактарын және кешентүзуші ерітінділерді шаю.

Электрохимиялық әдістерді негізгі технологиялық сипаттамалары

Механизмдегі және кинетикалық заңдылықтарын, ластанған сұйықтарды тазарту үшін практика жүзінде электрохимиялық әдісте қолданылатын айырмашылықтарға және суды электр өңдеу үшін қолданылатын аппаратардың конструктивті айырмашылығына қарамастан, кейбір технологиялық көрсеткіштер мен оларды есептеу әдістемесі бірдей болып келеді.

Суды тазалайтын электрохимиялық процестің маңызды көрсеткіші – электроэнергия шығыны, суды тазартудағы бірлік көлемінде қажет дәрежеге жететін. Жалпы жағдайда электрэнергияның мына формуламен анықталады:

 


                                                                                                   (13.3)

 

мұнда  W – электрэнергияның меншікті шығыны, 1 л - ге Вт • сағ немесе 1 м3суға кВт • сағ; I – ток күші, А; T- электролиз ұзақтылығы, сағ; U электродиализатордағы жалпы кернеу, Q  - t уақытында өңделетін судың көлемі.

 

13.3 Суды электрхимиялық заласыздандыру

 

Су дайындаудың электрохимиялық әдісін жүзеге асырғанда сұйықты заласыздандыру қамтамасыз етіледі, сулық ерітінділер электролизі электролит көлемінде күшті дезинфектанттар түзілуімен бірге жүреді. Өңделіп жатқан сұйыққа электр өрісін қолдану, микроорганизмдердің қайтымсыз агрегатталуы пайда болуы мүмкін, ол сүзгідегі ірі дисперсті қоспаларды ажыратуға көмектеседі.

Суды дезинфекциялаушы затардың кең таралғаны хлор және оттегі қоспалары. Хлорид ерітінділерінен хлордың электрхимиялық өндірісі кезекті түрде электролит көлемінде еруі, күшті бактерицидті агенттердің HClO и ClO- - хлорлы  қышқылдың және гипохлорит ионының сәйкесінше түзілуіне  әкеледі.

Соңғы жылдары электролизды қондырғыларды қолдану кеңінен тараған, тұтыну орнында суды заласыздандыру үшін реагенттер алуға көмектеседі. Шикізат ретінде табиғи шығуы бар хлорлы ерітінділер – жер асты минералды су және теніз суы жиі қолданылады [1].

Суды хлормен өңдеуде хлораттар көмегімен іске асады, ондағы газ тәрізді (буланған) хлор суды абсорбциялайды. Хлоратордан алынған хлорлы суды тұтыну орнына жібереді. Суды өңдеудің бұл әдісі кең таралғанмен оның көптеген кемшіліктері бар. Ең алдымен тасымалдануы және өте улы суйық хлорды көп көлемде сақтау қиыншылықтары. Бұл процесстің осындай ұйымдасуынан потенциальді қауіпті стадиялардан тұрады – ең алдымен сұйық хлор бар ыдыстарды орыннан жылжытып тиеу және жұмыстық пішінге ауыстыру үшін оны буландыру болып табылады. Қоймаларды хлордың қорын жасау стансаның жұмысшыларына ғана емес жақын манда орналасқан тұрғын үй тұрғындырына қауіп тудырады.

Соңғы жылдары хлорлаудың альтернативті нұсқасы ретінде суды өңдеуде натрий гипохлорит (NaClO) ерітіндісін кеңінен қолдануда, сонымен қатар бұл әдіс су үлкен су дайындайтын стансаларда, кішігірім объектілерде және тұрғын үйлерде қолданылады [1].

Электрхимиялық тәсілмен өндірілетін натрий гипохлоритін қолдану кезінде судын заласыздануы және қоспалардың қышқылдануы, ең бірінші рет өткен ғасырдың 30 жылдар соңында АҚШ – та қолдана бастады.  

Натрий гипохлоритінің бағалы қасиеттерге ие. Оның сулық ерітінділерінің өлшеулері жоқ, сондықтан ол тұндыруды қажет етпейді. Суды өңдеуде натрий гипохлоритін пайдалану кермектеліктің жоғарылуын тұғызбайды, себебі оның құрамында хлорлы ізбест немесе кальций гипохлориті сияқты кальций және магний тұздары болады. Электролиздан алынған NaClO ерітіндісінің бактерицидті әсері, басқа дезинфектанттарға қарағанда жоғары, олардың әрекет бастауы – активті хлор. Сонымен бірге ерітінді одан көп қышқылдық әсерге ие, химиялық әдіспен дайындалған басқа ерітінділерге қарағанда, хлор­лы қышқылдың (HClO) көп мөлшеріне байланысты.

Электрхимиялық заласыздандырудың екі әдісін қолданады:  натрий гипохлоритін электролиз арқылы алуды, оны өңделген су енгізу және суды өңдеудің электролизін қолдану. Электрлизерде натрий гипохлоритін алу  периодты және үздіксіз тәртіптерде жүзеге асады. Периодты тәртіпте жұмыс істеген кезде тұздың бастапқы ерітіндісін ағынсыз электрлизерге құяды, натрий гипохлоритінің электролизін қажетті концентрация алғанға дейін, одан кейін жинақтағыш бакке құяды және одан оны қажеттілік туған кезде ғана қолданылады.

Қазіргі кезде зерттеушілер және тәжирибеушілердің көпшілігі ауыз суын заласыздандырудың процесстің екі сатылы ұйымдасуын қолдайды. Суды өңдеудің бірінші сатысы озон көмегімен орындылады – осы кезде суды заласыздандыру және органикалық қоспалардың терең қышқылдық  деструкциясы жүзеге асады.  Соңғы стадиясында таратушы желіге жібермес бұрын ақырғы хлорлаушы агенттер көмегімен заласыздандыру өткізіледі, оның әсер етуі ұзақ болып келеді.  Осындай жинақталған сұлбаны пайдалану кезінде хлорлаушы агенттердің мөлшерін 8 – 10 есе азайтуға болады, судағы хлорланған көміртегінің азаюына әкеліп соқтырады. 

   

14 – тарау.  Суды магнитпен өңдеу

 

Соңғы оң жылдықтарда қақ түзілуімен және құбырдың ішкі қабатында қалдықтардың түзілуімен күресу үшін жылуалмасу қондырғысы және суды магнитпен өңдеу қолданылады. Оны бушығырларының шықтағыштарында, төмен қысымды және аз өндірулікті бугенераторларында, жылу тораптарында және ыстық сумен жабдықтау жүйелерінде, әртүрлі жылуалмастырғыш аппаратттарда қолданады. Суды магнит өрісінде өңдеу әсері бұрыннан белгілі. XIII ғасырдың өзінде “магниттелген” судың қасиеттері белгілі болған.  Бірақ тек ғана XX ғасырдан бастап магниттерді су дайындау техникасында қолдана бастады.

Ең біріншіпатент су дайындайтын магнитті аппаратқа 1946 жылы белгиялық инженер Т. Вермейренға берілді, ол осыдан 10 жыл бұрын су қайнағанда магнит өрісінің күштік сызықтарын қиып өткен кезде, жылуалмасу бетінде қақ түзілмейтінің анықтаған.

 

14.1 Жүргізу технологиясы және әдісті қолдану шарттары

 

Магнитпен өңдеу су ағының магнит өрісіене өткізуге негізделген, оны тұрақты магнитпен және электрмагнитпен туғызады.

Қазіргі кезде суды магнитпен өңдеу үшін екі түрлі аппараттарды шығарады – тұрақты магниттермен және электрмагнитермен. Судың аппаратта болу ұзақтығы мына жылдамдық 1-3 м/с шегінде анықталады.

Суды магнитпен өңдеу үшін аппаратты қолдану шарттары: СНиП II-35-76*, СНиП 41-02-2003 (оның бұрын СНиП 2.04.07-86) және  СП 41-04-2000 (оның бұрын “Руководство по проектированию тепловых пунк­тов”. М.: Стройиздат, 1983).

110°С қайнау температурасымен болат және басқа бу қазандары үшін:

- карбонатты кермектілігі  7 ммоль/л аспайтын;

- темірдің болуы (Fe) - 0,3 мг/л дейін;

- қазанның үрлегіш құбырында шламажыратқышты міндетті түрде орналастыру.

95°С қа дейін қайнау температурасымен жылумен жабдықтаудың забық жүйесінде су қыздырғыш қазандар үшін:

- карбонатты кермектілігі  7 ммоль/л аспайтын;

- темірдің болуы (Fe) - 0,3 мг/л дейін;

- суды деаэрирламауға болады, егер оның құрамындағы ерітілген оттегі - 3 мг/л аз және хлоридтер (Cl-) және сульфаттар (SO42-)  қосындысы- 50 мг/л аз болған жағдайда;

- циркуляцияланатын судың бір бөлігі (жалпы құрамның 10%) магнит әсерінен «өшуін» болдырмау үшін қосалқы магнитті аппараттан өту керек.

Қайнау температурасы <70°С ыстық сумен жабдықтайтын жүйе үшін жоғарыда көрсетілген барлық шарттар орындалу қажет (карбонатты кермектілік, темір, деаэрация),  бірақ, сонымен қатар магнит өрісінің кернеуі 159 • 103 А/м дан көп болмауын қадағалау керек. Бұл жүйе үшін басқа шарттар СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» көрсетілген, суды магнитпен өңдеу аппараттарының жаңарту тәжиребесін жалпы қарастыру (Информ. письмо ИП-02-02 (ТП). М.: СПО ОРГРЭС, 1998) және  СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».

Суды магнитпен өңдеу кезінде су ағынының беттік тығыздық мәнін ескеру қажет:

- болат секциялы бу қазандары үшін - 25 кВт/м2 аспау керек;

- су қыздырғыш және жылуалмастырғыштар үшін – қайнау температурасы 70 °С дейін болғанда  50 кВт/м2 аспау керек және қайнау температурасы 70-95 °С болғанда 25 кВт/м2 аспау керек.

Қаққа қарсы әсерді анықтау үшін Э, %, келесітеңдеу қолданылады

Э = (m – mм ) • 100/ m,                                        (14.1)

 Мұнда  m и mм – қақ массасы (г), бірдей жағдайларда және су мөлшері және оның химиялық құрамы бірдей болғанда, сәйкесінше, магнит өрісімен өңделген және өңделмеген кезде қайнау бетінде түзіледі.

Басқа жұмсарту әдістерімен салыстырғанда (ион алмасу, баромембранналы) магнитпен өңдеу арзаңдылығымен, қауіпсіздігімен, экологиялығымен, төмен жаңарту шығындарымен  ерекшеленеді.

 

14.2 Әдістің технологиялық ерекшеліктері

 

Суды магнитпен өңдеу аппараттарының барлық ерекшеліктеріне қарамастан, іс жүзінде өңдеу әсері тек ғана жаңартудың бірінші кезеңінде байқалды, одан кейін алынған нәтиже жоғалатын болды.  «Судың бейімделу әсері» деген ұғым қалыптасты. Жұмсартылған су өзінің қасиеттерін бір тәуліктен аз сақтайды. Магнит қасиеттерін жоғалту құбылысын релакция деп атайды. Осыған байланысты су көптеген сағаттар және күндер бойы тұратын жүйелерде (сумен жабдықтайтын айналмалы жүйелерде, қазандардың циркуляциялық контурларында, жылыту жүйелерінде), рециркуляциялық жүйелерді қарастыру керек, 10% аз емес жүйедегі суды апару қажеттілігін, және осы бөлікті үнемі жұмсартып отыру қажет [1].

Осы тұжырымдамаларының бірінен судың «жұмсартылуы» негізделеді – судағы ферромагнитті бөлшектерінің болуы. Бұл құбылыспен магнитті аппараттың жаңартылуынан кейінгі қаққа қарсы «деятельность» жоғалады.

 Магнит полюстерін түзілулерден 5-7 күнде бір рет механикалық тазарту керек.

 

14.3 Технологиясы және қолдану шарттары

 

Аппараттар  айналмалы жиілігі бар электрмагнитті әсер үшін электронды блоктан тұрады, әдетте микроконтрлер негізінде, берілген параметрлермен (шығу жиілігі, жиіліктің уақытқа байланысты өзгеру функциясы) және сәуле шығарғыштармен электр сигналын туғызатын. Суды электрмагнитпен өңдеу құрылғыларын таңдағанда эмпирикалық байланыстарға (102) және (103) назар аудару қажет. Тура ағынды сумен жабдықтау жүйелері үшін

 Q < (0,005 + 0,010) d2,                                        (102)

Мұнда  Q – су шығыны, м3/сағ; d –құбырдың ішкі диаметрі, мм.

Циркуляциялық контуры бар жүйе үшін

Qтұт/Q цирк ≤ 0.8,                                                  (103)

Мұнда Qтұт – тұтынуға жүйеден алынатын су мөлшері, м3/сағ; Q цирк су дың  көлемдік ағыны, м3/сағ.

 

15 – тарау.    Электростанциялардың қалдық сулары және оларды залалсыздандыру технологиясы

  

15.1  Салқындату жүйелерінің қалдық сулары

 

Шығыр шықтағышынан, газ, ауа, май салқындатқышынан және т.б. табиғи көздердің суын ешқандай химиялық, механикалық қоспалармен ластамай, оны тек қыздыратын жылуалмастырғыш құралдарынан шығарылатын тураағынды салқындату жүйелерінің қалдық суларын тазаламауға болады. Мұндай жүйелерден шығарылатын сулардың температурасы су көзінің температурасынан әдетте 8-10 0С-ға жоғары болып, су көзінің жылулық ластануына әкеледі.Қыздырылған суды шығаруды есептеген кезде ішуге арналған және мәдени мақсаттағы су объектілерінің жаздық есептеулік мәні 30С-дан, ал қыстық есептеулік мәні 50С-дан аспауы керектігін ескеру қажет [2].

Су температурасының қажетті деңгейін қамтамасыз ету үшін:

1)                тереңдік су алулар және беттік су шығарулар;

2)                әкету арналарының акваториялары үстіндегі шашыратқыш қондырғылар;

3)                қысқы кезеңде шықтағышты салқындату еселігін көбейту;

4)                ілестіргіш сушығарулар

қолданылады.

Градирнялары бар ЖСЖ-де үрленетін сулар тек қыздырылған емес, сонымен қатар жоғары тұз мөлшерімен сипатталады. Мұндай жүйелердегі шоғырлану еселеуіші:

 Qбул / Qүрлеу + Qәк ,                                                           (15.1)

мұндағы Qбул, Qүрлеу, Qәк – буланатын судың, үрлеу суының және тамшылық әкетілетін судың сәйкес мөлшерлері [3].

(8.1)-ге сүйенсек, үрлеу және тамшылық әкету шамасын кеміту  - нің және салқындату жүйелеріндегі тұз мөлшерінің көбеюіне әкеледі (7.1-кестені қара). Азминералданған қосылатын суларды пайдаланған ЖСЖ-нің үрлеу сулары ЖЭС-тың басқа су пайдаланатын жүйелеріне керек болуы мүмкін.

Осылайша, ЖСЖ-ның үрлеу суын, егер бастапқы судағы тұз мөлшері 500 мг/дм3 – ден аз болғанда градирнялардағы шоғырлану еселеуіші 1,5-тен аспайтын болса, ал бастапқы судағы тұз мөлшері 500 мг/дм3 – ден көп болғанда 1,2-тен аспайтын болса, нормативті құжаттармен СДҚ-да пайдалануға жіберу ұсынылады.

ЖЭС-тың ЖСЖ мен СДҚ қиыстырылған жұмысы ретінде жылумен қамдаудың жабық жүйесі үшін үлкен көлемде толықтыратын су дайындауға есептелген 8.1-суреттегі сүлбені келтіруге болады. Сүлбе бойынша, мысалы ең үлкен қыстық жүктеме тәртібінде жылулық жүйені толықтырудың (ЖЖТ) максимал мәні ЖСЖ-ны максимал үрлеуді және шоғырлану еселеуішінің төмендеуін көрсетеді (6-ысырма жабық, 7,8-ысырмалар ашық). Жаз кезінде, жылулық жүйені толықтыру үшін су шығыны азайғанда СДҚ ЖЖТ бос қуаты ЖСЖ-нің толықтыратын суының бір бөлігін жұмсартуға қолданылады (6-ысырма ашық), бұл салқындату жүйесінің су-химиялық режимінің бұзылу қауіпін төмендетеді.

 

15.1 Сурет - Жылумен қамдаудың жабық жүйесі бар ЖЭС-тегі ЖСЖ мен СДҚ –ның қиыстырылған жұмысының сүлбесі: 1 – градирня; 2 – шықтағыш; 3 – мөлдірлеткіш; 4 - мөлдірлеткіш сүзгі; 5 – Na-катионитті сүзгі; 6-8 – ысырмалар.

 

15.2 Су дайындау қондырғыларының қалдық сулары

 

СДҚ-ның жұмыс істеуі үлкен көлемде ізбесті, коагулянтты, реагенттерді (H2SO4, NaOH, NaCl) пайдаланумен байланысты. Алдын ала тазалау суларында әр түрлі құрамдағы қалдықтар болады. Регенерациялайтын заттардың негізгі бөлігі регенерацияның қалдық суларына өтеді және табиғи су объектілерін ластаудың мүмкін көзі болып табылады (8.3-кесте). СДҚ суларының сандық сипаттамалары тәсілдемелік есептеулерде анықталады.

Мұндай ластанған суларды шығару тұзсыздандыру қондырғыларының (15.3-сурет) қышқылды және сілтілі қалдықтарының өзара бейтарапталғаннан кейін де тек табиғи суат зиянды химиялық заттарды олардың мәні ШМК-ға жеткенге дейін араластыра алатын қасиеті бар болса ғана рұқсат етіледі [12].

СДҚ-ның экономикалық және экологиялық сүлбелері қазіргі кезде келесі бағытта жетілдірілуде:

1)     СДҚ-ның сүлбелерінде қарсы ағынды сүлбелерді қолдану;

2)     Мембраналық технологияны пайдалану;

3)     Технологиялық сүлбелердің әр түрлі түйіндерінің өзара ішкі байланысын өзгерту және өз мұқтажына кететін реагенттер мен су шығынын төмендетуге болатын жабдықтарды қолдану, қалдық сулардан құнды құраушыларды алып қалу, демек аз қалдықты СДҚ сүлбесін жасау.

 

 

15.2 Сурет - Тұзсыздандыру қондырғыларының қалдық суларын бейтараптау сүлбесі: 1 – Н –катионитті сүзгі; 2 – анионитті сүзгі; 3 – ізбес сүтін араластырғыш; 4,7 – айдайтын сорғылар; 5 – мөлшерлегіш сорғы; 6 – регенерациялық суларды жинауға арналған аралық күбі; 8 – бейтараптаушы күбі; 9 – араластыру және шығару сорғысы; 10 – салқындататын немесе табиғи су.

 

15.1 Кесте - Ионитті СДҚ-ның негізгі тұзды қалдықтарының сипаттамалары

Су өңдеу сүлбесі

Жалпы кермектік, мг-экв/дм3

Концентрация, г/дм3

Тұз мөлшері

Хлоридтер

Сульфаттар

Nа-катиондау

58 – 160

9,9 – 14,6

6,0 – 8,1

Бастапқы

«Аштық» регенерациясы бар Н-катиондау

40 – 64

3,3 – 4,7

Бастапқы

1,75 – 3,0

«Тізбектеу»сүлбесімен химиялық тұзсыздандыру

15,6 – 19,0

3,2 – 4,5

0,1 – 0,4

1,8 – 2,2

 

 

15.3 Мұнай заттарымен ластанған қалдық сулар

 

Мазут шаруашылығы, қазан-шығырлы цех пен электротехникалық қондырғылардың май жүйесі, гараждар мұнай заттарының ЖЭС-тың қалдық суларына түсуінің көздері болып табылады. Әдетте мұндай сулардың құрамында мазут, жағар майлар, оқшаулағыш майлар, қосынды концентрациясы 30-дан 200 мг/дм3-ге дейін бензин (орташа есептік мәні 100 мг/дм3) болады, ал олардың мөлшері пайдаланылатын отынның түріне және ЖЭС-тың белгіленген қуатына байланысты сағатына ондаған текше метрге дейін жетеді [2].

Толық тазаланбаған мұнай заттары бар қалдық сулар суаттарға жіберілгенде су бетінде қабыршық түзеді де, газдандыруды нашарлатады, ал ауыр мұнай заттары су түбіне тұнып, су өсімдіктері мен жәндіктеріне кері әсерін тигізеді.Сондықтан, мұнай заттары әлсіз тотығатын болғандықтан оларға өте қатал ШМК белгіленген (1.1-кестені қара). Әрекет етуші нормативтерге байланысты ЖЭС-тың мұнай заттары бар қалдық сулары тазаланып, СДҚ мен ЖСЖ және басқа да жүйелердің бастапқы суы ретінде қайта пайдаланылуы керек, ал ұсталынған мұнай заттары – қазандарда жағылуы керек.

 

 

 

 

15.3 Сурет - Мұнай заттарымен ластанған суларды тазалау сүлбесі: 1 – мазуттанған және майланған сулар құбыры; 2 – қабылдайтын тұндыру күбісі; 3 – мұнайұстағыш; 4 – аралық қойма; 5 – суды ауамен қанықтыратын ілестіргіш; 6 – сорғы; 7 – тегеурінді күбі; 8 – сұйықты ажыратқыш; 9 – аралық қойма; 10 – коагулянт ұяшығы; 11 – коагулянтты айдауға арналған сорғы; 12 – коагулянттың мөлдірлеткіш сүзгісі; 13 – коагулянтты өлшегіш күбі; 14 – коагулянтты мөлшерлегіш сорғы; 15 – сүзгіге су жіберетін сорғы; 16 – екі қабатты мөлдірлеткіш сүзгі; 17 – көмір толтырылған сүзгі; 18 – тазаланған су резервуары; 19 – тазаланған су сорғысы; 20 – тұнба жинауға арналған ыдыс; 21 – ұсталынған мұнай өнімдерін жинауға арналған ыдыс; 22 - ұсталынған мұнай өнімдерін жағуға жіберітін сорғы; 23 – тұнбаны жинағыштарға жіберетін сорғы; 24 – тазаланған суды қайтадан пайдалануға жіберетін құбыр; 25 – сүзгілерді жуатын суларды жинағыш құбыр; 26 – сүзгі жадығатын жуатын құбыр.

 

Суды мұнай заттарынан тазалау мұнай заттарының қалдық мөлшерінің 0,5 – 1,0 мг/дм3 деңгейін қамтамасыз ететін кешенді біріктірілген әдістермен жүргізіледі [2].

Мұнай заттарынан тазалаудың кешенді сүлбесінің көптеген құраушыларының ішінен мұнайұстағыштар мен сұйықты ажыратқыштардың жұмыс істеу қағидасы бұрындары қарастырылмаған болатын. Мұнайұстағыш (15.4-сурет) негізінде су мен мұнай заттарының әр түрлі тығыздықтарына негізделген тұндыру қағидасы жатыр. Қалдық су қабылдау құтысына жіберіледі, жартылай батырылған қалқалар астынан өтіп, тұндыру құтысына барады, мұнда эмульсиялардың ажырау әрекеті жүреді. Тазаланған су екінші жартылай батырылған қалқалар арқылы өтіп, мұнайұстағыштан шығарылады, ал су бетіне қалқып шыққан мұнай заттары қабыршақ түзеді де арнайы қозғалмалы құрылғы арқылы мұнайжинағыш саңылаулы құбырларға жіберіледі.Тұндыру кезінде мұнай заттарының тамшыларының қалқып шығуы баяу өтеді – шамамен секундына миллиметр үлесі жылдамдықпен.

 

 

15.4 Сурет - Мұнайұстағыштың сүлбесі: 1 – қалдық су; 2 – қабылдағыш құты; 3 – тұну аймағы; 4 – тазаланған су; 5 – жартылай батырылған тік қалқалар; 6 – мұнайжинағыш саңылаулы құбырлар; 7 – қалқып шыққан мұнай заттарының қабыршағы.

 

Сұйықты ажырату арқылы суды тазалау мұнай заттары мен өңделетін суды алдын ала қанықтырған ауа көбіршіктерінің кешенін құрауға және тегеурінді сұйықты ажырату қағидасын іске асыруға негізделген. Бұл жағдайда кешеннің қалқып шығу жылдамдығы майдың қалқып шығу жылдамдығынан екі-үш есе жоғары болады. Сұйықты тегеурінді ажырату кезінде (15.5-сурет) ауа 0,5 МПа артық қысымда суда ериді, ол үшін сорғы алдындағы құбырға беріледі (әдетте ілестіргіш арқылы), содан соң су-ауа қоспасы 8 – 10 мин аралығында арнайы тегеурінді ыдыста болып, одан сұйық ажыратқышқа жіберіледі. Сұйық ажыратқышта қысым төмендейді, ауа көпіршіктері пайда болады және су мен қоспалардың ажырау процесі жүреді. ЖЭС-та көпқұтылы жатық және радикалды сұйық ажыратқыштар қолданылады, оларға тазалаудың тиімділігін жоғарылату үшін коагулянт ерітінділері енгізіледі [12].

Мұнай заттарының аз концентрацияларында, шамамен 10 – 20 мг/дм3, тазалаудың кешенді сүлбелерінде кейбір түзгілердің болмауы мүмкін, мысалы, үлкен өлшемді мұнайұстағыш пен сұйық ажыратқыш.

 

 

 

15.5 Сурет - Тегеурінді сұйықты ажырату қондырғысының сүлбесі: 1 – су кірісі; 2 – қабылдағыш ыдыс; 3 – соратын құбыр; 4 – ауа құбыры; 5 – сорғы; 6 – сұйықты ажырату құтысы; 7 – көпіршік жинағыш; 8 – тазаланған суды әкету; 9 – тегеурінді ыдыс.

 

15.4 Жабдықтарды химиялық тазалау мен консервациялаудың қалдық сулары

 

Қазандарды және басқа да жылуэнергетикалық жабдықтарды химиялық тазалау бейорганикалық (тұз, күкірт) және органикалық (лимон, щавель, фталь және т.б.) қышқылдардың көмегімен жүзеге асырылады, олардың құрамында 1 – 50 г/дм 3 концентрацияда қолданылатын әр түрлі ингибиторлар, сонымен қатар комплексондар (трилон Б және т.б.), комплексондар және беттік-белсенді заттарды (октадециламин және т.б.) пайдалануға негізделген композиялар болады. Жабдықтарды пассивациялау мен консервациялау кезінде аммиак, гидразин, октадециламин, трилон Б қолданылуы мүмкін. Жұмыс істеп болған ерітінділердің құрамында негізгі заттардан басқа тұздар, темір, мыс, мырыш оксидтері, кальций, магний иондары, т.б. құраушылар болады. Бұдан көретініміз, шығарылып тасталатын ерітінділердің құрамы айтарлықтай күрделі, олардың құрамында зиянды химиялық заттар бар, сондықтан оларды табиғи суаттарға ағызуға болмайды. Мұндай суларды тазалау тәсілдемесі олардың реагентті бейтарапталуын, тотықтырғышты, тотықтар мен ауыр металдардың сутектотықтарын тұндыруға арналған бассейн-тұндырғышты (15.6-сурет) қолдануды қарастырады. Қалдық суларды залалсыздандыру қалдық органикалық қосылыстарды биохимиялық бұзумен аяқталады [2].

Соңғы жылдары жылуэнергетикалық жабдықтарды химиялық тазалау мен консервациялауда химиялық реагенттерден бас тартып, тазалау мен пассивациялаудың бусулыоттек әдісін қолдану іске асырылуда.

 

15.6 Сурет - Жабдықтарды химиялық тазалаудың суларын бейтараптау мен залалсыздандырудың қағидалық сүлбесі: 1 – жұмыс істеп болған ерітінділерді шығару; 2 – бейтараптаушы күбі; 3 – қайтару сорғылары; 4 – сығылған ауа беру; 5 – араластырғыш; 6 – тотықтырғышты беру сорғысы; 7 – реагенттерді енгізу; 8 – айдау сорғысы; 9 – залалсызданған және бейтарапталған суды шығару; 10 – жұмыс істеп болған суларды жинау күбісі.

 

15.5 Мазутты қазандардың жаңғыртулық ауақыздырғыштарының жуатын сулары

 

Қазандарда күкіртті мазуттарды жаққанда кейінгі қыздыру беттерінде құрамында ванадий, темір, никель және мыс сульфаттары бар күл тұрып қалады. Жаңғыртулық ауақыздырғыштарды (ЖАҚ) жуу кезінде бұл қосылыстар ерітіндіге өтеді, ерітінді құрамында 0,5 ℅ концентрациялы бос күкірт қышқылы болады. ЖАҚ-тың жуу суларын бейтараптау және құрамында ванадий бар қалдықтарды шығару үшін тәсілдеме жасалған, оның сүлбесі мен жабдықтары 15.7-суретте келтірілген. 6 – бейтараптау күбісінде жиналған сулар тізбектей екісатылы бейтарапталуға ұшырайды [2].

Жуу суларын бейтараптаудың бірінші сатысында рН═4,5 – 5,5 болатын сілтілер қолданылады. рН-тың бұл мәндерінде ванадий бесвалентті тотық түрінде және үшвалентті темірдің сутектотығы тұнбаға түседі, ал мыс және никель иондары ерітіндіде қалады. V2O5 тұнбасы бар ерітінді сорғы-сыққыда сүзіледі. Сүзілген ерітінді бейтараптаудың екінші сатысынан өтуі үшін қайтадан бейтараптау күбісіне келеді, ал залалсызданған тұнба 8 – сүзгіден тұнбаны жинаушы шанаққа түседі, одан кейін тасығыштағы қапқа, сосын қаптың аузы тігіліп, құнды ванадий шикізатын алу үшін металлургиялық зауыттарға жіберіледі. Бірінші сатыда Ca(OH)2 дәстүрлі бейтараптау затын қолдану аз мөлшерде болатын ванадий тұнбасының CaSO4 ∙ 2H2O гипсімен ластануына әкелер еді, бұл металлургиялық өндірістерде қалдықтарды қайта өңдеу кезінде ванадийді бөлуді қиындатар еді.

 

 

15.7 Сурет - ЖАҚ-тың жуатын суларын залалсыздандыру сүлбесі: 1 – тазаланған жуатын суларды жинайтын күбі; 2,7 – сорғылар; 3 – ЖАҚ немесе қазанның ағындық қыздыру беттері; 4 – жуатын суларды жинайтын жерасты күбі; 5 – батырылған сорғы; 6 – бейтараптаушы күбі; 8 – сүзгі-сыққы; 9 – тұнбаны жинаушы шанақ; 10 – қалдық салынған қап;11 – тасығыш; 12 – қатың аузын тігетін машина.

 

Бейтараптаудың екінші сатысында күбіге ізбес сүтін қосады және рН мәнін 9,5 – 10-ға дейін көтереді. Бейтараптаудың бұл сатысында никельдің, мыстың, еківалентті темірдің сутектотықтары және кальций сульфаты тұнбаға түседі, бұл тұнба ерітіндіден сүзу кезінде ажыратылады. Мөлдірленген су ағындықты қыздыру беттерін жуу үшін қайта қолданылады, ал жуу суларының жоғары рН көрсеткіштері су-бу жолының коррозиясын азайтады. Сүзгіден кейінгі азсулы қалдық қайта пайдаланылады.

кеңейткіш пен салқындатқыштан өткен 7, судың үрлегіш суларын 3 (АСТ-5) қондырғысында тазалайды. Тазаланған су таза конденсат багында жиналады 18, ол жинақтан екінші контур 23 деаэраторына айдалады.

Ластанған бор концентраты бар АСТ-3 буланған қондырғылардың  концентраты 12 (АСТ-6). Ионалмасқыш құрылғысында тазалану өтеді, содан кейін бактарда жиналады және бірінші контурдың 26 қоректік сорғысына керек жағдайында беріледі. Ағынды сулар жуынды 14 қабылдағыш багында жиналады да 15 (АСТ-7) құрылғысында өңделеді. Одан кейін тексергіш бактарға 16 анализге бағытталады: сапалы су таза су конденсатына  айдалады 18, ал сапасыз – ақаба (трапты) сулар багына 13 жіберіледі. Жоғары жүктеме кезінде АСТ-3-тегі  ақаба сулардың бір бөлігі АСТ-7-ге айдалады. АСТ ионитті сүзгіштерін регинерациялау кезінде ( АСТ-1 сүзгіштерінен басқа) 6 регенерациялық ерітінділердің бактарын қолданады. 6 (сызбада соның бірі көрсетілген). АЭС ССР реакторы бар шартты түрде таза конденсат өңдейді, бірақ оның регенерациялық ерітінділерін бактарда жинайды, активтілігін тексереді кейін бейтарапсыздандыруға тастайды немесе ақаба сулар багына жіберіледі. АСТ (16.1, 16.2 суретін қараңыз) үшін бастапқы суретінде аз тұздалған сулармен қатар концентрленген ерітінділері толығымен оның өңдеу технологиясын анықтауға мүмкіндік береді.

 

 

16 – тарау. АЭС-тегі су тазартудың сүлбелері мен қондырғылары

    

16.1 Су тазарту қондырғыларының структурасы

 

Ядролық отынды қолдана отырып, әртүрлі АЭС-терде электрэнергиясын өндіре отырып, табиғи деңгейінің фонына тең.

Контурлық тазалау кезінде және ақаба суларда радиоактивті концентрленген қалдықтар пайда болады, оларды арнайы сақтау орындарында, олар АЭС аумағында орналасады. Қалдықтарды ұзақ сақтау кезінде, оладың активтілігі азаяды, сондықтан оларды қайтадан қолдануға және концентрациялардың көлемін азайтуға болады [15].

     

  

 

 

         16.1 Сурет - Арнайы су тазарту АЭС блогы мен реактордың ЖҚКР-1000 структуралық сүлбесі: 1-бассейн-барботер, 2-үрлеткішті салқындатқыш, 3-ГЦН, 4-барабанды сапаратор, 5-АСТ-1, 6-АСТ-7, 7-АСТ-3, 8- КМПЦ босату багы, 9-АСТ-5, 10-ПНР багы, 11-регенерациялық ерітінділердің багы, 12-су қопару багы, 13-АСТ-6, 14-бак тропных вол және АСТ-14, 15-конденсаттазартқыш, 17-таза конденсат багы, 18-деаратор, 19-ПЭН, 20-АСТ-2, 21-сақталу бассейні, 23-АСТ-13, П-тазарту суы, Р-регенерациялық ерітінділер.

 

Бір-бірімен байланысты АСД әртүрлі қолдану мақсатына байланысты оларды бақылау, АЭС-тің структуралық блок схемасы реактордың ЖҚКР-1000 (сурет 16.1), КМПЦ суы салқындатылғаннан кейін АСТ-1 тазартылуға барады, ал тазартылған су-контуға қайтып келеді. Қоректі сумен араласады, өйткені АСТ-1, БЦН байланысына қосылған.

 

16.2 ЖҚКР реакторы бар АЭС-ғы аз тұзды суларды тазалау жүйелері

 

Берілген су химиялық режимді реакторлы контурлары қолдап тұру үшін ластайтын қоспаларды шығару қажет, яғни үрлеме су деп аталатын реакторлы судың бір бөлігін тазалайды. Үрлеме мөлшерін контурға келіп түсетін қоспалардың мөлшерімен анықтайды (коррозия өнімдері, хлорид иондары, кальций, магний, натрий қосылыстары).

ЖҚКР реакторлары бар АЭС-да үрлеу жалпы өнімділігінің 4 %-ға жуығын құрайды. Қуаттылығы 1000МВт реактор үшін ( Qп= 5500 т/сағ) үрлеме судың шығыны 200 т/сағ құрайды. АСТ-1-дің технологиялық сызбасында үрлеме сулары өлшенген және иондалған қоспаларынан тазалау үшін механикалық пен ионалмасқыш сүзгіштерін қолданады. Ионалмастырғыш жадығаттары жеткілікті деңгейде термотұрақты болмағандықтан, судың ыстықтығын 40-500С-қа дейін түсіру үшін арнайы салқындатқыштарды қолданады. Тазаланған су регенерациялық жылуалмастырғыш арқылы КМПЦ- ға қайтарылады. 

Ластанған су (ағулар, регенерация сулары, дезактивационды ақаба және т.б.) ағын суларының 14 қабылдағыш багына арнайы канализация арқылы құйылады, қайдан 15 (АСТ-4) қондырғысына өңдеуге түседі, одан кейін – 17 таза конденсат багына түседі. Ұйымдастырылған ағын 9 (АСТ-5) қондырғысында өңделеді, содан кейін жобалы – ескертпе жөндеуіне арналған су бактарына бағытталады да және 18 деарациялық қондырғы арқылы жүйеге қайтып оралады. Конденсатты тазалаудың фильтрлеуші материалдарын қопарушы су, гидро жүктеме және ионитті сүзгіні шаюшы судың соңғы порциялары тазалаудан кейін 13 (АСТ-6) қондырғысында қайтадан қолданылады. ЖҚКР реакторы бар АЭС-та құбыр шығынының ағыны 16 шық тазалағышта тазаланады.

 

 

16.2 Сурет - ССЭР-1000 мен АЭС сутазалау блогының құрылымдық сызбасы: 1 – бірінші жүйенің жобаланған ағып кетуін салқындатқыш. 2 – дроссельдік қондырғы. 3 АСТ-1, 4. 7 – бугенераторы және бірінші жүйені шаюшы суды салқындатқыш. 5 – ұйымдастырылған ағып кету құтысы. 6 – қалпына келтіруші қоспалар құтысы (күбісі). 7 – АСТ-5. 9 – тазартылған су күбісі. 10 – құралында әк бар су күбісі, 11 – АСТ-3, 12 – АСТ-6. 13 – ақаба сулар күбісі, 14 – арнайы киім тазалаушы су күбісі, 15 – АСТ-7. 16 – бақылау күбісі. 17 - әк концентрациясынан (шоғырынан) тазартылған күбі. 18 – таза шоғыр күбісі. 19 - әк қорының төтенше күбісі. 20 – АСТ-4. 21 – сақтау бассейні, 22 – ПЭН. 23 – екінші жүйе деаэраторы, 24 – бірініші жүйені қоректендіру деаэраторы, 25 – АСТ-2; 26 – қоректік сорғы, Р – қалпына келтіру қоспасы. Б – концентрат және құралында әк бар су.

 

ССЭР реакторы бар АЭС-та ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған ағып кетуін өңдеуге арналған тұйық жүйе қолданылады, оның арнайы суды тазалуының құрылымдық сызбасы 11.2 суретте көрсетілген. Осы тіпті 3 қондырғы АЭС-та БЦН 3 байпасты түрде қосылған. Бірінші жүйенің ұымдастырылған ағып кетуі және реакторлық судың біршама салқындатылған мөлшерінен бор қышқылын шығару үшін 25 (АСТ-2) қондырғысында тазартылады. Дезактивациялық және шаюшы суларды, бірінші жүйенің ұйымдастырылмаған ағып кетуі және сүзгілердің өз мұқтажына қажет суды тазалауға 11 (АСТ-3) қондырғысы арналған, ал 27 сақтау бассейінінің суын және 19 әктің апаттық қорының күбісін тазалауға 20 (АСТ-4) қондырғысы қолданылады.

 

 

16.3 Сурет - ЖҚКР реакторы бар АЭС-тің АСТ-1 сүлбесі: 1 -  деактивационды қосқа үшін құбыржолы, 2 – сығылғын ауа үшін құбыржолы, 3 – шайылатын су үшін құбыржолы, 4 – тозған сүзгілеуші материалдарды пневмогидрошығарушы қубыржолы, 5 – механикалық сүзгі, 6 - өнделген судың құбыржолы, 8 – ионалмастырғыш смола үшін құбыржолы, 9 – тазаланған су үшін құбыржолы, 10 – судың арнайы  канализация үшін құбыржолы, 11 – қоқпан-сүзгіш, 12 – аралас қоспа сүзгісі.

 

Толық қысымды контурды іске асыру үшін АСТ-1 сүлбесі үш сүзгіден тұрады АФИ – 2,4-9,0. (16.3 сурет). Әуелі үрленген суды механикалық катионитті сүзгіге 5 береді, ол оның коррозиялық өнімдерден тазартады. Содан соң су АӘС-ге 12түседі, әуелі жүетелі қосымды, сонымен қатар параллельді және кезекті жұмыс істейді. Сол кезде коррозиялық өнімнің 2-3 тазалау коэффициентін қамтамасыз етеді, қайнаған қоспа үшін – 10, көп емес және радионуклиттерден 10-100. Аралас қоспа сүзгісінен кейін 11 қақпан – сүзгі орнатылған, төменгі дренажды жүйенің сыну кезінде сүзгіне материалдарды контурда айналдырады [15].

Ионалмастырғыш материалдар АСТ-1 сүзгісінде бір түрде қолданылады, ол регенерациясыз, сол үшін технологиялық сүлбеде сүзгіден көшу және ауыстыру, жаңа ядерлық классты  смола үшін материалдарды жою жолы қарастырылған, сонымен қатар алдын-ала дезактивациялық жөндеу үшін дезактивациялық қоспа 1 к сүзгісі қолданылады. Эксплуатацияның нормалды шарты бойынша бір көлемді ионит үшін 80 мың көлемді су келеді. Содан соң иониттер алмастырылады. Ионалмастырғыш сүзгілердің 3 алдында орналасқан, кейбір ЖҚКР реакторы бар АЭС-терде контурды суды өлшенген қоспалардантазалау шайылатын перлитті, фильтрлерге болады (16.4 сурет). Сүлбеде қақпан-сүзгі көрсетілмеген. Шайылатын сүзгінің сүзгілеу беті 25м2 құрайды, сүзгілеу жылдамдығы – 4 м/сағ, бір шайылатын сүзгінің өндірулігі 100 т/сағ-пен анықталады.

Сүзгіпермитінің пратонға шайылуы 10, 11, 2 тұйық контурына болады 20-30 мин арасындағы су шығыны 60м3/сағ.

 

 

   16.4 Сурет - Ионалмастырғыш жане шаюшы сүзгілердегі суды тазарту сүзгілердегі суды тазарту сүлбесі: 1-толық емес суға арналған құбыр; 2, 3 – ионалмастырғыш және шаюшы сүзгілер; 4-үрлеу құбыры ; 5-сығылған ауаға арналған құбыр; 6-тазартылған суға арналған құбыр; 7-ағызуға арналған құбыр; 8,9-суды беруге арналған құбыр, сүзілетін ұнтақтың шаюшы бағына ; 10-шайғыш бақ; 11, 14-шайғыштың сүзгілері және сүзгіұнтақты қоректендіру; 11-пульпаның сақтағышқа сүзгі арқылы жинақтау; 13-өнделген пульпаны қабылдайтын бак; 15-шайлған бақтар араластырғыштар және сүзгі ұнтағын қоректендіру.

 

Сүзгі сүзгіперлит коррозия өнімдерімен қаныққанда және қысым құламасы 0,05-0,4 МПа өскенде өшеді.

ЖҚКР реакторларды бар азтұздалған АЭС-терге СУЗ контурларының суы, жылубөлетін жинамаларды асыра жүктеу және бассейндерге ұстау, турбаустановка жүесінде ұйымдастырылған ағып кету, қопару сулары және АСТ системасы мен конденсат тазартқыштарда орнатылған сүзгімен реттелетін шайылған сулардың соңғы порциясы. Осы сулардың сапасын бір қалыпты ұстап тұру үшін АСТ-3, АСТ-2, АСТ-5 және АСТ-6 қондырғылары қондалынады, оларда шайылатын, ионалмастырғыш сүзгілер мен сүзгі-қақпандырда оларды түссіздендіру, ионалмастырғыш сүзгілер және сүзгі-қақпандырда қаралады [15].

АСТ-2, АСТ-5 қондырғыларындағы ионалмастырғыш сүзгілердің саны мен түрлері. АСТ-6 бастапқы судың сапасымен анықталады, тазартылған суға қойылатын талаптар мен регенерациясы бар сүзгілерді іске қосу мүмкіндігі бар.

 

16.3 ССЭР реакторы бар АЭС-терде арнайы ионтазартқыш ионалмастырғыштар технологиясы

 

Бірінші контурдағы үрленетін суды тазарту жүйесі бір уақытта бор қышқылы, Са,NH4, pH және басқалардан тұратын тұрақты жұмыс істейтін қондырғылар мен периодты жұмыс істейтін АСТ-2-і реттейді.

 

 

16.5 Сурет - ССЭР-1000 үшін АСТ-2 сүлбесі: 1-реактор; 2-бу генератор; 3-БЦН; 4-БЦН білігінің тығыздалу жүйесі; 5-Гегенеративті жылу алмастырғыш; 6-Суға арналған дроссельдік қондырғы; 7-Салқындатқышқа дейін; 8-Н катионитті сүзгі; 9-NH4 катионнитті сүзгі; 10-ОН аниондық; 11-механикалық сүзгі; 12-сорғыш сорғы; 13-сорғыш су бағы;

 

АСТ сүзгілері контурдың қысымы толық болған жағдайда жаңартылады, ССЭР 1000-60 т/сағ. Сүзгілерге КУ-2-8 чс катионит қоспасын АВ-17-8 чс анионитін мына қатынаста 1:1 енгізеді. Жаңарту процесінде АӘС-дағы  иониттер калий-аммиакты-боратты пішінге ауысады, судан Cl, Ca, Mg иондарын жояды, сонымен қатар көптеген радионуклидтердін 137 Сs басқа. АСТ-1 сүзгілеріне жоғары температураға сорбенттерді енгізуге болады. Олар ауыр металдардың оксидтерінен және түйіршектелген графиктен жасалады, судың жоғары температура 350 С-қа дейін болғанда жоғары беріктікпен және құндылыққа ие [15].

Жоғары қысымда ион алмасу және механикалық сүзгілер реактор суынан бор қышқылын және уезші изотоптарын және ядрасын газ тәрізді бөліну өнімдерінің  концентрациясын азайтып жоя алмайды . Сондықтан, су контурының тұрақты  тазалаумен қатар  жүреді, периодты АСТ-2 қондырғысының (төмен қысымды) қосылуын қарастырады. Ол 2 тармақтан тұрады. Олар ион алмасу H, NH4, K және ОН сүзгілер (8, 9 және 10)  периодты регенирленеді.

Цезий радионукмдттері ТВ ЭЛ-дің герметикалық  болмағандықтан жиналатын радионуклидтерді жояды, ол үшін н-катионитті фильтрін қосады , ал бор қышқылының 1г/кг концентрациясына контурдан жою үшін ОН- сүзгісін,  контурдағы түзейтін сілтілік қоспалардың концентрациясын реттеу үшін катионит сүзгісін NH4-K аралас пішініндегі фильтрді қосады.

АСТ-4 және АСТ-5 қондырғыларында өндіруліктерді 30-40 м3/сағ тең. Олар, тізбектей қосылған механикалық және ион алмасу фильтрлерінен тұрады, және қақпан сүзгілерден тұрады. Периодты АСТ-4 қондырғысын периодты жұмыс істейтін белсенді көмірмен толтырады. Олар Н-катионитті мен және борат пішіндегі анионитпен регенирленеді. Тазаланған судың тұрып қалатын бассейндерге немесе бор қышқылының аварилі қордың багіне жіберіледі.

АСТ қондырғысына 40 оС-қа дейін салқындайтын бу генераторының суы барады, ол 2 фильтр тармағынан тұрады, регенирленбеген катионитпен толтырылған және регенирленген Н-катионитті және ОН-аниониттімен толтырылған. Радионуклид қоспаларын регенерацияланған ерітінделерді өңдеу үшін ақаба сулардың бактеріне жіберіледі [15].

АСТ-5  реакторында бу генераторы суын тазалайтын еселеуші 10-102  тең АСТ-сүзгілерінің қабат биіктігінен және диаметрлерінің сүзгілердің жылдамдығына (20-40 м/сағ) және катионит пен аниониттің сыйымдылығына (600-300 г-экв/м3) байланысты таңдалады

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Әдебиеттер тізімі 

1.Санитарные правила и нормы: СанпиН 2.1.4.559-96.Питьевая вода. М .: Госсанэпидемнадзор Росси , 1996.

2.Правила охраны поверхностных вод (типовые положения ) . М.: Гос. Комитет по охране природы , 1991 .

3.Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М.: ТОО «Мединор» , 1995

4.Методические указания по проектированию ТЭС с максимально сокращенными стоками. М.: Минэнерго СССР, 1991.

5.Руководство по проектированию обработки и очистки производственных вод тепловых электростанций .М.: Теплоэлектропроект , 1976.

6.Копылов А. С. Проектирование систем обработки воды на ТЭС и АЭС :Учебное пособие . М.: Издательство МЭИ , 1988.

7.Громогласов А.А., Копылов А,С,, Пильщиков А.П. Водоподготовка : Процессы и аппараты : Учебное пособие для вузов /О.И. Мартыновой . М.: Энергоатомиздат, 1990.

8.Стерман Л.С., Покровский В.Н. Физичкские и химические методы обработки воды на ТЭС 6 Учебник для вузов .М.: Энергоатомиздат, 1991.

9.Кишневский В.А. Современные методы обработки воды в энергетике: учебное пособие для вузов . Одесса: ОГНУ, 1999.

10.Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергоблоков низкого и среднего давлений :Спраиочник . М.: Энергоатомиздат, 1990.

11.Мещерский Н.А. Эксплуатация водоподготовительных установок электростанций высокого давления. М,: Энергоатомиздат, 1984.

12.Повышение экологической безопасности тепловых электростанций : Учебное пособие для вузов / А.И. Абрамов, Д.П. Елизаров , А.Н. Ремезов и др.; Под. Ред. А.С. Седлова . М.: Издательство МЭИ, 2001.

13.Общая химия : Учебное пособие для студентов вузов/ Под редакцией Н.В. Коровинав, Б.И. Адамсона.М.: Издательство МЭИ , 2001.

14.Назмеев Ю.Г. , Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС : Учебное пособие для вузов . М.: Энергоатомиздат, 1998.

15.Водоподготовительное оборудование для ТЭС и промышленой энергетики :. Отраслевой каталог. М.: НИИЭинформэенергомаш, 1998. 

 

 

Мазмұны 

1 – тарау. КЭС, ТЭЦ, АЭС-тің технологиялық сұлбасы

1.1 ЖЭО және АЭС циклында су айналымының типтік сұлбасы…………...….2

1.2 ССЭР реакторы бар АЭС-тің технологиялық жүйесі .....................................4

1.3 ЖҚКР,ССЭР және СН реакторлары бар АЭС-тің жылулық сұлбасы………5

1.4 Суды дайындау және оның қоршаған ортаға әсері..........................................8

2 – тарау. Су дайындау тәсілдері

2.1Тазалау алдындағы ағартқышы бар қондырғы және оның пайдалануы…....9

2.2 Ағартқыш қондырғыларын эксплуатациялау..................................................13

2.3 Реттеу, ерітіндіні дайындау және реагенттерді мөлшерлеу үшін қондырғы, тазалау алдындағы үрдісте қолдану........................................................................14

2.4 Коагулянтті шаруашылық..................................................................................15

2.5 Әктеудің шаруашылық қондырғысы және оған қызмет көрсетілуі...............16

3 – тарау. Үйме материалдың дәнді қабаттары арқылы суды түссіздендіру

3.1 Дәнді жүктемелі сүзгілерді топтастыру..........................................................18

3.2 Сүзу жылдамдығы.............................................................................................18

3.3 Қолдану шарттары.............................................................................................19

3.4 Сүзгілердің конструкциясы..............................................................................19

3.5 Электромагнитті сүзгімен шоғырларды тазалау............................................22

3.6 Шайылған сүзгідегі шоғырларды тазалау.......................................................23

3.7 Натрий-катиондау.............................................................................................25

4 – тарау. Суды декорбонизациялау

4.1 Әдісті қолдану..................................................................................................30

4.2 Есептеу параметрлері......................................................................................31

5 – тарау. Суды иондау арқылы минералсыздандыру

5.1 Әдістің қолдану шарттары...............................................................................37

5.2 Ионалмасу технологиясының ерекшеліктері……………………………….37

5.3 Қарсы ағынды сүзгілеу...................................................................................38

5.4 Швебебет технологиясы.................................................................................39

6 – тарау. Су дайындаудың баромембраналық әдістері

6.1 Әдіс топтарының құрамы...............................................................................44

6.2 Кері осмос.........................................................................................................44

6.3 Әдістің негізі...................................................................................................45

6.4 Мембрананың химиялық және биологиялық деструкциясы......................53

6.5 Химиялық тәсілдер.........................................................................................56

6.6 Судың тазалығына баға беру.........................................................................58

6.7 Кері осмосты пайдалану шарттары...............................................................59

7 – тарау. Суды темірсіздендіру

7.1 Темірдің қатысуымен судағы болатын химиялық процестер................................................................................................................60

7.2 Суды темірсіздендірудің тәсілдері..................................................................61

7.3 Тотықтырғыш-реагенттер. Темірді  жою.......................................................64

7.4 Суды катиондаумен темірсіздендіру............................................................65

8 – тарау. Суды озондаумен өңдеу

8.1 Каталитикалық тиемелерді қолданумен сүзгілеу………………………….66

8.2 Суды озондау....................................................................................................67

8.3 Озонды алудың принципі................................................................................69

8.4. Озонның залалсыздандыру әсері...................................................................69

8.5. Суды түссіздендіру.........................................................................................70

8.6 Судан темір мен марганецті жою...................................................................71

9 – тарау. Суды деманганациялау

9.1 Деманганация үрдісінің химизмі....................................................................72

9.2 Реагент – тотықтырғыштарды енгізу.............................................................74

10 – тарау. Суды ультракүлгін сәулесімен залалсыздандыру

10.1 Жүргізу технологиясы..................................................................................75

10.2 Әдісті қолдану шарты...................................................................................75

10.3 Әдістің оң және теріс қасиеттері.................................................................76

10.4 Бактериялық сәулелену көзі.........................................................................76

10.5 Суды залалсыздандырудың негізгі тәсілдері: хлорлау, озондау, ультракүлгін сәулулендіру...................................................................................78

11 – тарау. Электрохимиялық тәсілдер

11.1 Процестің мақсаты.......................................................................................79

11.2 Электрохимиялық процестердің классификациясы...................................80

12 - тарау. Электрофлотация

12.1 Электрод конструкциялары мен материалдары……………………..........81

12.2 Электродтардың конструкциясы…………………………………………..82

13 – тарау. Электродиализ

13.1.Әдісті ұйымдастыру процесі........................................................................85

13.2.Мембрана мен аппараттардың технологиялық ерекшелігі.......................85

13.3 Суды электрхимиялық заласыздандыру.....................................................89

14 – тарау. Суды магнитпен өңдеу

14.1 Жүргізу технологиясы және әдісті қолдану шарттары………………......91

14.2 Әдістің технологиялық ерекшеліктері........................................................92

14.3 Технологиясы және қолдану шарттары…………………………………....92

15-тарау. Электростанциялардың қалдық сулары және оларды залалсыздандыру технологиясы

15.1 Салқындату жүйелерінің қалдық сулары ..................................................93

15.2 Су дайындау қондырғыларының қалдық сулары..........................................94

15.3 Мұнай заттарымен ластанған қалдық сулар...................................................95

15.4 Жабдықтарды химиялық тазалау мен консервациялаудың қалдық сулары........................................................................................................................98

15.5 Мазутты қазандардың жаңғыртулық ауақыздырғыштарының жуатын сулары........................................................................................................................99

16 – тарау. АЭС-тегі су тазартудың сүлбелері мен қондырғылары

16.1 Су тазарту қондырғыларының структурасы. ..............................................101

 16.2 ЖҚКР реакторы бар АЭС-ғы аз тұзды суларды тазалау жүйелері...................................................................................................................101

16.3 ССЭР реакторы бар АЭС-терде арнайы ионтазартқыш ионалмастырғыштар технологиясы......................................................................105