Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических и контролирующих материалов по дисциплине «Водоочистка»

Опреснение и обессоливание воды дистилляцией Дистилляционный метод основан на способности воды при нагревании испаряться и распадаться на пресный пар и соленый рассол. Латинское «дистиллацио» означает перегоняться с целью очищения или стекать каплями. Метод хронологически является наиболее старым для опреснения воды и широко применяемым. На сегодня порядка 90% существующей суммарной производительности опреснителей мира обеспечивается дистилляционными установками. Существующие дистилляционные опреснительные установки можно классифицировать по технологии получения пресной воды, по конструктивному оформлению, по роду применяемой вспомогательной аппаратуры, по ее мобильности (стационарные или передвижные) и т. д. Кроме этого, имеется существенное различие в источниках энергии, расходуемой на работу установки. Так, сейчас уже разработаны дистилляционные установки, рассчитанные на использование ископаемого топлива, солнечной, электрической, атомной энергии и т. д. Существуют и так называемые утилизационные установки, использующие низкопотенциальное бросовое тепло ТЭЦ, двигателей внутреннего сгорания, тепло отходящих газов и много других видов установок. Принцип дистилляции основан на том, что при нагревании соленой воды до температуры более высокой, чем температура кипения (при данном солесодержании и давлении), вода начинает кипеть. Образовавшийся пар при давлении менее 50 кг/см2 практически не способен растворять содержащиеся в опресняемой воде соли, поэтому при его конденсации получается пресная вода. Для испарения 1 кг воды ее необходимо нагреть до температуры кипения и затем сообщить дополнительное тепло фазового перехода воды в пар, так называемую скрытую теплоту парообразования, равную при температуре 100°С 539,55 ккал/кг. Чтобы полученный пар превратить в воду, нужно у пара отнять тепло фазового перехода (539,55 ккал/кг). Значительная часть этого тепла может быть возвращена обратно в установку, т.е. рекуперирована. Чем больше тепла фазового перехода рекуперировано, тем выше считается тепловая экономичность дистилляционной опреснительной установки. Принцип работы дистилляционной опреснительной установки заключается в следующем (рис.3.3). Исходная соленая вода подается через конденсатор-подогреватель в испаритель, где за счет тепла греющего пара или горячей воды, циркулирующих по трубам змеевика, расположенного в слое воды, она нагревается и испаряется. Образующийся пар (который называется вторичным) поступает в конденсатор, где охлаждается исходной соленой водой и превращается в дистиллят, направляемый потребителю в виде пресной воды. Тепло конденсации (539,55 ккл/кг) используется для предварительного нагрева подпиточной соленой воды испарителя. Чтобы исключить вынос капелек кипящей соленой воды вместе с паром из испарителя, предусмотрено специальное сепарирующее устройство. Уровень воды в испарителе поддерживается с помощью регулятора уровня. Обычно в испарителях выпаривают от 20 до 50% поступающей в него соленой воды. Оставшийся рассол периодически удаляется из испарителя. Рис. 3.3. Схема одноступенчатой дистилляционной опреснительной установки: 1 – сброс рассола; 2 – испаритель; 3 – подача теплоносителя; 4 –сепаратор; 5 – отвод пара; 6, 8 –подача исходной и отвод дистиллированной воды; 7 – конденсатор; 9 – регулятор уровня При работе дистилляционных опреснительных установок происходит отложение солей, которые образуют слой накипи на греющих элементах испарителей и конденсаторов. Накипь уменьшает температуру нагрева воды, ухудшает теплопередачу и работу всех агрегатов опреснительной установки. В связи с этим должны быть приняты меры по предупреждению образования накипи или ее удалению, а, следовательно, заранее планируется периодическая остановка опреснительной установки для очистки ее от накипи. Очистка рабочих поверхностей от накипи осуществляется техническим, механическим и химическим путем. Она требует затрат времени, повышает износ поверхностей и вызывает большие затраты труда. В настоящее время существует уже много методов защиты установок от накипи, к ним, в частности, относятся реагентные и безреагентные методы. Реагентные методы включают физические, при которых вводимые в воду присадки (затравки) не вступают в химическую реакцию с водой (метод контактной стабилизации – введения затравки, применения различных присадок в виде антинакипинов), и химические (предварительное подкисление, подщелачивание, содово-известковый способ, предварительная ионообменная обработка воды и др.). Безреагентные методы, связаны в основном с электрической обработкой воды – магнитной, ультразвуковой, электроразрядной и электрополяризационной. Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от выбранной технологии опреснения. С этой целью производят ее внутрикотловую обработку с целью перевода накипеобразователей в шлам, легкоудаляемый вместе с рассолом при продувке испарителя. Образованию в испарителе твердой накипи препятствуют хлорид железа (II), фосфаты, соли диаминтетрауксусной кислоты, поверхностно-активные вещества. Снижения интенсивности накипеобразования достигают введением в обрабатываемую воду мелкозернистых присадок: известняка, кварцевого песка, мела, гидроксида магния и других веществ. Хорошие результаты в борьбе с накипеобразованием обеспечивает магнитная и ультразвуковая обработка воды. Кристаллизационный метод опреснения воды основан на способности ее при замерзанииразделяться на пресные кристаллы и концентрированный рассол. Известно, что если дистиллированная вода замерзает при 0°С, то соленая (с содержанием 35-40 г/л) при температуре, близкой к минус 2 °С. Следовательно, если замораживать соленую воду, то из нее, в первую очередь, начинают выпадать кристаллы пресного льда, а концентрация рассола резко повышается. При смерзании кристаллов образуется ледяная масса, состоящая из кристаллов пресного льда с межкристаллическими включениями концентрированного рассола. Процесс таяния льда протекает в обратной последовательности: первым из соленого льда начинает вытекать охлажденный рассол (температура плавления примерно – 2°С), а затем уже плавятся чистые кристаллы, образуя пресную воду (при температуре 0 °С). В настоящее время существуют три направления в опреснении воды кристаллизационным методом: замораживание с использованием естественного холода, замораживание с использованием искусственного холода. Основными преимуществами опреснения воды с использованием естественного холода являются: простая конструкция установки, которая может быть изготовлена даже в условиях мелких хозяйств; они не требуют квалифицированного обслуживающего персонала; дешевизна применяемых материалов, при замораживании воды используется даровая отрицательная температура окружающего воздуха (без искусственных энергетических систем). Наряду с достоинствами естественное замораживание имеет целый ряд недостатков. Используя рассеянную энергию природного холода, опреснитель обладает весьма низкой удельной производительностью, и для получения сколько-нибудь значительной мощности требуются большие капитальные затраты. Ионообменный метод опреснения и обессоливания воды Ионообменный метод опреснения и обессоливания основан на последовательном фильтровании воды через Н-катионитовый, а затем НСО3-, ОН- или СО3- - анионитовый фильтр. В Н-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Ca(II), Mg(II) и Na(I), обмениваются на катионы водорода: 2Н[К]+ Са(НСО3)2 Са[К]2 + CО2 ↑+ Н2О, Н[К] + NaClNa[К] + НС1, 2Н[К] + Na2SО42Na[К] + H2SО4. При пропускании воды после Н-катионитовых фильтров через ОН-анионитовые фильтры анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН-: Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО2 (при прохождении воды через Н-катионитовый фильтр) удаляется в дегазаторе или разбрызгиванием воды в градирне. На ионообменные установки должна подаваться вода, содержащая соли до 3,0 г/л, сульфаты и хлориды – до 5 мг/л, взвешенные вещества – не более 8 мг/л и имеющая цветность не выше 30 град и перманганатную окисляемость до 7 мгО/л (при большей окисляемости следует предусматривать в технологической схеме фильтр с активным углем). В соответствии с необходимой глубиной обессоливания воды проектируют одно-, двух- и трехступенчатые установки, но во всех случаях для удаления из воды ионов металлов применяют сильнокислотные Н-катиониты с большой обменной способностью. В одноступенчатых ионитовых установках воду последовательно пропускают через группу фильтров с Н-катионитом, а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом; свободный оксид углерода (IV) удаляется в дегазаторе, устанавливаемом после катионитовых или анионитовых фильтров, если они регенерируются раствором соды или гидрокарбоната. В каждой группе должно быть не менее двух фильтров. Через ионитовую. установку пропускают лишь часть воды с тем, чтобы после смешения ее с остальной водой получить в опресненной воде солесодержание, отвечающее лимитам потребителя. Для хозяйственно-питьевых целей оно должно быть до 1,0 г/л, при концентрации хлоридов до 350 мг/л и сульфатов – до 500 мг/л. Остаточное солесодержание при одноступенчатом ионировании принимают до 20 мг/л (удельная электропроводность 35 ... 45 мкОм/см). Для получения воды с солесодержанием до 0,5 мг/л и одновременным ее обескремниванием до 0,1 мг/л (удельная электропроводность 1,6... 1,8 мкОм/см) принимают установки с двухступенчатой схемой Н- и ОН-ионирования, а когда солесодержание воды необходимо снизить до 0,1, а концентрацию кремниевой кислоты – до 0,05 мг/л (удельная электропроводность 0,3... 0,4 мкОм/см), применяют схему трехступенчатого Н- и ОН-ионирования. Опреснение воды электродиализом Опреснение воды электродиализом основано на том, что в электрическом поле катионы растворенных в воде солей движутся к погруженному в опресняемую воду катоду, а анионы – к аноду. При этом электрический ток в растворе переносится ионами, которые разряжаются на аноде и катоде. Если сосуд с опресняемой водой, в который погружены катод и анод, разделить проницаемыми для катионов и анионов перегородками на три части (катодную, рабочую и анодную) и включить постоянный ток, то постепенно большая часть катионов, растворенных в воде солей, будет перенесена электрическими токами в катодное, а анионов – в анодное пространство. Находящаяся в рабочем пространстве электродиализатора вода опресняется. Мембраны должны обладать высокой электропроводностью, селективностью (способность пропускать ионы с зарядом одного знака) и высоким диффузионным сопротивлением, отличаться достаточной прочностью и стойкостью в воде и рассолах. Ионитовые мембраны разделяются на катионо- и анионо-активные. Первые пропускают в электрическом поле катионы, но практически не пропускают анионов, вторые пропускают анионы, но не пропускают катионов. Чем больше в единице объема или массы ионита содержится фиксированных активных групп, тем больше обменная способность ионита и тем труднее проникнуть внутрь ионита с зарядом, одноименным заряду фиксированных групп. Поэтому, чем выше удельная обменная способность материала ионитовой мембраны, тем выше ее селективность. В многокамерном электродиализном аппарате (рис. 3.4) опресняемая вода поступает в четные камеры аппарата, через нечетные камеры происходит циркуляция рассола. При пропуске через такой аппарат постоянного электрического тока катионы растворенных солей в четных камерах двигаются направо и проходят через катионоактивную мембрану, отделяющую справа четную камеру от нечетной. Анионы двигаются налево к аноду и легко проходят в нечетную камеру через анионоактивную мембрану, отделяющую четную камеру от нечетной. Из нечетных камер ни анионы, ни катионы в соседние камеры не проникают, так как на пути движения они встречают препятствия в виде непроницаемых для катионов анионоактивных мембран справа и непроницаемых для анионов катионоактивных мембран слева. Соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных опресняется, в нечетных рассольных камерах накапливаются соли. На рис. 3.4 показана работа классической электродиализной батареи, в которой описанные выше элементы (ионы раствора, избирательные катионные и анионные мембраны и постоянное электрическое поле) в совокупности приводят к опреснению поступающей воды. Вода, содержащая растворенные соли, движется в мембранной батарее между катионной и анионной мембранами через отверстия, вырезанные в полиэтиленовой перегородке толщиной около 1,0 мм. Типичная толщина мембраны 0,5 мм. Катионные и анионные мембраны чередуются и перемежаются перегородками. Разделяющие мембраны рамки изготовляют из резины, полиэтилена, поливинилхлорида или других неэлектропроводных и негигроскопических материалов. Рис. 3.4 Схема многокамерного электродиализного аппарата:1,4 – отвод обессоленной и подача исходной воды; 2, 5 – ионоселективные катионитовые и анионитовые мембраны; 3 – катод; 6 – анод; 7 – отвод концентрата Опреснение воды обратным осмосом Обратно осмотический метод основан на следующем явлении. Если в сосуде между пресной и соленой водой поместить полупроницаемую перегородку, способную пропускать воду и задерживать гидратированные ионы растворимых в воде солей, то можно наблюдать, как пресная вода начинает поступать в отсек с соленой водой. Переток чистой воды происходит вследствие разницы концентрации жидкости по обеим сторонам перегородки. Через некоторое время уровень пресной воды станет заметно ниже уровня соленого раствора. Разница уровней после установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворенного вещества. Процесс самопроизвольного перетекания менее концентрированного раствора в более концентрированный через полупроницаемую перегородку называют осмосом (рис. 3.5,а,б). Если создавать в соленом растворе давление, превышающее осмотическое, то возникает перетекание молекул пресной воды в направлении, обратном ее естественному движению, т. е. вода из раствора начинает перетекать через перегородку в пресную воду. Такой процесс известен под названием обратного осмоса (рис.3.5,в). Рис. 3.5. Схема движения молекул воды через полупроницаемую мембрану: а – начало осмотического переноса; б – равновесное состояние; в – обратный осмос под внешним давлением; 1 – вода; 2 – полупроницаемая мембрана; 3 – раствор солей. Полупроницаемая перегородка выбирается с таким расчетом, чтобы через ее поры могли проходить молекулы воды, но не могли проходить ионы солей, растворенных в соленой воде. Поскольку ионы солей в размере примерно в 1,5 раза больше, чем молекулы воды, то это осуществить (в техническом смысле) вполне возможно. Так как молекулы воды способны протекать через поры, слишком узкие для прохождения ионов солей, то это явление называется еще и гиперфильтрацией (сверхфильтрацией). Поэтому в литературе метод опреснения воды обратным осмосом некоторые исследователи называют методом опреснения воды гиперфильтрацией. Отличительной особенностью установок обратного осмоса является простота конструкции и эксплуатации. Главными узлами установок являются устройства для создания давления (насосы) и разделительные ячейки с полупроницаемыми мембранами. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Похожие:

	Учебно-методических материалов по курсу "Оценка земли" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены		Учебно-методических материалов по курсу "Макроэкономика" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены
	Учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические... Комплект учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические проекты»		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Конституционное право зарубежных стран» Учебно-методический комплекс дисциплины является частью образовательной программы высшего учебного заведения, разрабатываемый по...
	Учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и... Комплект учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и оценка риска»		Учебно-методический комплекс Направление подготовки 030900 Юриспруденция квалификация «бакалавр» Банковское право: комплекс учебно-методических материалов для студентов заочного обучения – Калининград: 2013. 37с
	3. Учебно-методический комплекс: состав и структура Мгоу, университет и представляет собой совокупность материалов, регламентирующих содержание учебной и методической работы по организации...		Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Философия» Учебно-методический комплекс включает учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, список основной и дополнительной...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Теория физической культуры» представляет собой совокупность учебно-методических материалов, способствующих эффективному освоению...		Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология...
	Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Физиология центральной нервной системы» Комплекс включает учебно-тематический план изучения дисциплины, учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, структуру...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...