Приложение 7
Рекомендуемое
УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ
1. Количество воды, подлежащей умягчению, qу, выраженное в процентах общего количества воды, следует определять по формуле
(1)
где Жо.исх – общая жесткость исходной воды, мг-экв/л;
Жос – общая жесткость воды, подаваемой в сеть, мг-экв/л;
Жу – жесткость умягченной воды, мг-экв/л.
Реагентная декарбонизация воды и известково-содовое умягчение
2. В составе установок для реагентной декарбонизации воды и известково-содового умягчения следует предусматривать: реагентное хозяйство, смесители, осветлители со взвешенным осадком, фильтры и устройства для стабилизационной обработки воды.
В отдельных случаях (см. п. 8) вместо осветлителей со взвешенным осадком могут применяться вихревые реакторы.
3. При декарбонизации остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0,4-0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8-1,2 мг-экв/л; при известково-содовом умягчении – остаточная жесткость 0,5-1 мг-экв/л и щелочность 0,8- 1,2 мг-экв/л. Нижние пределы могут быть получены при подогреве воды до 35-40 °С.
4. При декарбонизации и известково-содовом умягчении воды известь надлежит применять в виде известкового молока. При суточном расходе извести менее 0,25 т (в расчете на СаО) известь допускается вводить в умягчаемую воду в виде насыщенного известкового раствора, получаемого в сатураторах.
5. Дозы извести Ди, мг/л, для декарбонизации воды, считая по СаО, надлежит определять по формулам:
а) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20>Жк
(2)
б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са2+)/20<Жк
(3)
где (СО2) – концентрация в воде свободной двуокиси углерода, мг/л;
(Са2+) – содержание в воде кальция, мг/л;
Дк – доза коагулянта FeCl3 или FeSO4 (в расчете на безводные продукты), мг/л;
ек – эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FеСl3 -54, для FeSO4 ¾76).
6. Дозы извести и соды при известково-содовом умягчении воды следует определять по формулам:
доза извести Ди, мг/л, в расчете на СаО
(4)
доза соды Дс, мг/л, в расчете на Na2CO3
(5)
где (Mg2+) – содержание в воде магния, мг/л;
Жн.к – некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.
7. В качестве коагулянтов при умягчении воды известью или известью и содой следует применять хлорное железо или железный купорос.
Дозы коагулянта в расчете на безводные продукты FeCI3 или FeSO4 надлежит принимать 25 – 35 мг/л с последующим уточнением в процессе эксплуатации водоумягчительной установки.
8. При обосновании допускается производить декарбонизацию или известково-содовое умягчение воды в вихревых реакторах с получением крупки карбоната кальция и ее обжигом в целях утилизации в качестве извести-реагента.
Умягчение воды в вихревых реакторах следует принимать при соотношении (Са2+)/20 мг/л > Жк, содержании магния в исходной воде не более 15 мг/л и перманганатной окисляемости не более 10 мг О/л.
Окончательное осветление воды после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.
9. Для расчета вихревых реакторов следует принимать: скорость входа в реактор 0,8-1 м/с; угол конусности 15-20°; скорость восходящего движения воды на уровне водоотводящих устройств 4-6 мм/с. В качестве контактной массы для загрузки вихревых реакторов следует применять молотый известняк, размолотую крупку карбоната кальция, образовавшуюся в вихревых реакторах, или мраморную крошку.
Крупность зерен контактной массы должна быть 0,2-0,3 мм, количество ее – 10 кг на 1 м3 объема вихревого реактора. Контактную массу надлежит догружать при каждом выпуске крупки из вихревого реактора.
Известь следует вводить в нижнюю часть реактора в виде известкового раствора или молока. При обработке воды в вихревых реакторах коагулянт добавлять не следует.
Примечание. При (Са2+)/20<Жк декарбонизацию воды следует производить в осветителях с доосветлением воды на фильтрах.
10. Для выделения взвеси, образующейся при умягчении воды известью, а также известью и содой, следует применять осветлители со взвешенным осадком (специальной конструкции).
Скорость движения воды в слое взвешенного осадка следует принимать 1,3-1,6 мм/с, вода после осветлителя должна содержать взвешенных веществ не более 15 мг/л.
11. Фильтры для осветления воды, прошедшей через вихревые реакторы или осветлители, следует загружать песком или дробленым антрацитом с крупностью зерен 0,5-1,25 мм и коэффициентом неоднородности 2-2,2. Высота слоя загрузки 0,8-1 м, скорость фильтрования – до 6 м/ч.
Допускается применение двухслойных фильтров.
Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.
Натрий-катионитный метод умягчения воды
12. Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.
13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05-0,1 г-экв/м3, при двухступенчатом – до 0,01 г-экв/м3.
14. Объем катионита Wк, м3 в фильтрах первой ступени следует определять по формуле
(6)
где qу – расход умягченной воды, м3/ч;
Жо.исх – общая жесткость исходной воды, г-экв/м3;
– рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/м3;
nр – число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.
15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании, г-экв/м3 следует определять по формуле
(7)
где aNa – коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;
bNa – коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Ca2+ и Mq2+ вследствие частичного задержания катионитов Na+, принимаемый по табл. 2, в которой СNa – концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м3 (СNa = (Na+)/23);
Еполн – полная обменная емкость катионита, г-экв/м3, определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5-1,1 мм – 500 г-экв/м3; для катионита КУ-2 крупностью 0,8-1,2 мм – 1500-1700 г-экв/м3.
qуд – удельный расход воды на отмывку катионита, м3 на 1 м3 катионита, принимаемый равным для сульфоугля – 4 и для КУ-2 ¾ 6.
Таблица 1
|
Удельный расход поваренной соли на регенерацию катионита, г на г-экв рабочей обменной емкости |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
Коэффициент эффективности регенерации катионита aNa |
0,62 |
0,74 |
0,81 |
0,86 |
0,9 |
Таблица 2
|
Cna/Жо.исх |
0,01 |
0,05 |
0,1 |
0,5 |
1 |
5 |
10 |
|
bNa |
0,93 |
0,88 |
0,83 |
0,7 |
0,65 |
0,54 |
0,5 |
16. Площадь катионитных фильтров первой ступени Fк, м2 следует определять по формуле
(8)
где Нк – высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м3);
Wк – определяется по формуле (6).
Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих – не менее двух, резервных – один.
17. Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:
до 5 г-экв/м3 – 25 м/ч;
5-10 г-экв/м3 – 15 м/ч;
10-15 г-экв/м3 – 10 м/ч.
Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч по сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.
18. Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл. 3.
Таблица 3
|
Высота слоя, м, катионита крупностью 0,5–1,1 мм или 0,8–1,2 мм |
Потери напора, м, в напорном катионитном фильтре при скорости фильтрования, м/ч |
||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
2 |
4 |
5 |
5,5 |
6 |
7 |
|
2,5 |
4,5 |
5,5 |
6 |
6,5 |
7,5 |
19. В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5-3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч.
20. Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 л/(с×м2) при крупности зерен катионита 0,5-1,1 мм и 5 л/(с×м2) при крупности 0,8-1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит принимать 20-30 мин. Подачу воды на взрыхление катионита следует предусматривать согласно п. 6.117.
21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли Рс кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле
(9)
где fк – площадь одного фильтра, м2;
Нк – высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16;
– рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3, принимаемая согласно п. 15;
ас – удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, принимаемый 120-150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой схеме и 150-200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.
Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на рис. 1.
Рис. 1. График для определения остаточной жесткости воды, умягченной одноступенчатым натрий-катионированием
Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5-8 %.
Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3-4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита – 6-8 м/ч, удельный расход отмывочной воды – 5-6 м3 на 1 м3 катионита.
22. Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно п.п. 20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита – 1,5 м; скорость фильтрования – не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300-400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора – 8-12 %.
Потерю напора в фильтре второй ступени следует принимать 13-15 м.
Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени.
При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них воды следует принимать 0,1 г-экв/м3 рабочую емкость поглощения катионита – 250-300 г-экв/м3.
23. При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.
Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды
24. Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.
Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5-8 мг/л и цветностью не более 30°.
Умягчение воды надлежит принимать по схемам:
параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/м3 с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/м3; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 г-экв/м3 и натрия не более 2 г-экв/м3.
последовательного водород-натрий-катионирования с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 г-экв/м3, щелочность – 0,7 г-экв/м3;
водород-катионирования с «голодной» регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7-1,5 г-экв/м3 выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата – 0,7-1,5 г-экв/м3. Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.
25. Соотношения расходов воды, подаваемой на водород-катионитные и натрий-катионитные фильтры при умягчении воды параллельным водород-натрий-катионированием, следует определять по формулам:
расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, м3/ч,
(10)
расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры 
, м3/ч,
(11)
где qпол – полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м3/ч;
и 
– полезная производительность соответственно водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров, м3/ч;
Що – щелочность исходной воды, г-экв/м3;
Щу – требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м3;
А – суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м3.
Примечания: 1. Водород-катионитные фильтры могут быть использованы и как натрий-катионитные, поэтому должна быть предусмотрена возможность регенерации двух-трех водород-катионитных фильтров раствором технической поваренной соли.
2. Расчет трубопроводов и фильтров следует производить на режиме при наибольшей нагрузке на водород-катионитные фильтры, наибольшей щелочности (Щ) воды и наименьшем содержании в ней анионов сильных кислот (А); при наибольшей нагрузке на натрий-катионитные фильтры, наименьшей щелочности воды и наибольшем содержании в ней анионов сильных кислот.
26. Объем катионита WН, м3, в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле
(12)
Объем катионита WNa, м3, в натрий-катионитных фильтрах следует определять по формуле
(13)
где Жo – общая жесткость умягченной воды, г-экв/м3
np – число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое согласно п. 14;
– рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/м3;
– рабочая обменная емкость натрий-катионита, г-экв/м3;
СNa – концентрация в воде натрия, г-экв/м3, определяемая согласно п. 15.
27. Рабочую обменную емкость , г-экв/м3, водород-катионита следует определять по формуле
(14)
где aН – коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый по табл. 4;
Ск – общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м3;
qуд – удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4-5 м3 воды на 1 м3 катионита;
Еполн – паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде, г-экв/м3.
Таблица 4
|
Удельный расход серной кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв, рабочей обменной емкости |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
Коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, aв |
0,68 |
0,85 |
0,91 |
0,92 |
При отсутствии паспортных данных Еполн следует принимать согласно п. 15.
28. Площадь водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров FН, м2, и FNa , м2, следует определять по формуле
Fн=WнНк; FNa=WNaHк (15)
где Нк – высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16.
Потерю напора в водород-катионитных фильтрах, интенсивность взрыхления и скорость фильтрования следует принимать согласно п.п. 18-20.
29. Количество рабочих водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров при круглосуточной работе должно быть не менее двух.
Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать: один – при количестве рабочих фильтров до шести и два – при большем количестве. Резервные натрий-катионитные фильтры устанавливать не следует, но должна быть предусмотрена возможность использования резервных водород-катионитных фильтров в качестве натрий-катионитных согласно примеч. к п. 25.
30. Регенерацию водород-катионитных фильтров надлежит принимать 1-1,5 %-ным раствором серной кислоты. Допускается разбавление серной кислоты до указанной концентрации водой непосредственно перед фильтрами в эжекторе.
Скорость пропуска регенерационного раствора серной кислоты через слой катионита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмывкой катионита неумягченной водой, пропускаемой через слой катионита сверху вниз со скоростью 10 м/ч.
Отмывка должна заканчиваться при кислотности фильтра, равной сумме концентраций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на отмывку.
Первую половину объема отмывочной воды следует направлять на нейтрализацию, в накопители и т.п., вторую половину – в баки для взрыхления катионита.
Примечание. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение кислот соляной и азотной (для КУ-2).
31. Расход 100 %-ной кислоты РН, кг, на одну регенерацию водород-катионитного фильтра надлежит определять по формуле
(16)
где аН – удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв, определяемый по рис. 2 в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.
Рис. 2. График для определения общей жесткости воды,
умягченной водород-катионированием
32. Объемы мерника крепкой кислоты и бака для разбавленного раствора кислоты (если разбавление ее производится не перед фильтрами) надлежит определять из условия регенерации одного фильтра при количестве рабочих водород-катионитных фильтров до четырех и для регенерации двух фильтров при большем количестве.
33. Аппараты и трубопроводы для дозирования и транспортирования кислот следует проектировать с соблюдением правил техники безопасности при работе с кислотами.
34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими размером 25´25´4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.
Площадь поперечного сечения дегазатора следует определять исходя из плотности орошения при керамической насадке 60 м3/ч на 1 м2 площади дегазатора, при деревянной хордовой насадке – 40 м3/ч.
Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу 15 м3 воздуха на 1 м3 воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления керамической насадки, принимаемого равным 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, сопротивления деревянной хордовой насадки – 10 мм вод. ст. Прочие сопротивления следует принимать равными 30-40 мм вод. ст.
Высоту слоя насадки, необходимую для снижения содержания двуокиси углерода в катионированной воде, следует определять по табл. 5 в зависимости от содержания свободной двуокиси углерода (СО2)св, г/м3, в подаваемой на дегазатор воде, определяемой по формуле
(CO2)cв=(CO2)0+44Щ0 (17)
где (СО2)св – содержание свободной двуокиси углерода в исходной воде, г/м3;
Що – щелочность исходной воды, г-экв/м3.
Таблица 5
|
Содержание (СО2) в воде, подаваемой на дегазатор, г/м3 |
Высота слоя в дегазаторе, м |
|
|
кислотоупорная керамическая |
деревянная хордовая |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
50 |
3 |
4 |
|
100 |
4 |
5,2 |
|
150 |
4,7 |
6 |
|
200 |
5,1 |
6,5 |
|
250 |
5,5 |
6,8 |
|
300 |
5,7 |
7 |
35. При проектировании установок для умягчения воды последовательным водород-натрий-катионированием с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров следует принимать:
а) жесткость фильтрата , 
, г-экв/м3, водород-катионитных фильтров по формуле
(18)
где (Сl–) и (SO42-) – содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, г-экв/м3;
Щост – остаточная щелочность фильтрата водород-катионитных фильтров, равная 0,7-1,5 г-экв/м3;
(Na+) – содержание натрия в умягченной воде, г-экв/м3;
б) расход кислоты на «голодную» регенерацию водород-катионитных фильтров – 50 г на 1 г-экв удаленной из воды карбонатной жесткости;
в) при «голодной» регенерации «условную» обменную емкость катионитов по иону НСО3– (до момента повышения щелочности фильтрата) для сульфоугля СК-1 – 250-300 г-экв/м3 для катионита КБ-4 – 500-600 г-экв/м3.
36. Для предупреждения попадания кислой воды на натрий-катионитные фильтры установок последовательного водород-натрий-катионирования, на случай регенерации водород-катионитных фильтров избыточной дозой кислоты, следует предусматривать подачу осветленной неумягченной воды в поток фильтрата водород-катионитных фильтров перед дегазатором.
37. Аппараты, трубопроводы и арматура, соприкасающиеся с кислой водой или фильтратом, должны быть защищены от коррозии или изготовлены из антикоррозионных материалов.
38. При параллельном водород-натрий-катионировании ионитные фильтры допускается при обосновании предусматривать с противоточной регенерацией или по схеме ступенчато-противоточного ионирования.
39. Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность обработки концентрированной части вод для их повторного использования.
Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.
Осветленные растворы хлорида натрия (из сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров) надлежит повторно использовать для регенерации натрий-катионитных фильтров (при необходимости после нейтрализации).