Удаление из воды растворенной углекислоты

Растворенную углекислоту из воды можно удалять химическими методами или аэрацией.

Как было указано ранее, вода, равновесно насыщенная углекислотой, при контакте с воздухом и температуре 5°С содержит 2,77 мг/л углекислоты, а при температуре 20°С=1,69 мг/л углекислоты. Эти величины, следовательно, являются пределом, до которого при соответствующей температуре может быть снижено содержание СО₂ в воде аэрацией. В практике эти предельные значения достигаются не всегда. Остаточное содержание углекислоты после аэрации воды с температурой 5-8°С на вентиляторной градирне обычно составляет 3-4 мг/л, на контактной градирне - 5-6 мг/л, в брызгальном бассейне-30-35% начального ее содержания в воде.

Брызгальные бассейны (рис. 21) можно применять в тех случаях, когда не требуется глубокого удаления из воды углекислоты. Брызгальный бассейн представляет собой открытый резервуар глубиной 1,5-2 м, над поверхностью воды в котором на высоте 1-2 м на специальных козлах или столбиках расположены водораспределительные трубы с разбрызгивающими соплами.

Вода поступает в распределительные трубы под напором 4-6 м вод. ст. и разбрызгивается соплами в воздух над поверхностью воды в бассейне. Во время падения мелкие капли воды омываются воздухом, в результате чего углекислота десорбируется из воды.

Рисунок 21. Брызгальный бассейн

1- резервуар бассейна; 2- распределительные трубы; 3- сопла (брызгала); 4- подача воды в резервуар бассейна, минуя сопла (используется в холодное время года); 5- подача воды на охлаждение; 6- отвод охлажденной воды; 7- грязевая труба; 8- переливная труба; 9- приямок

Для диспергирования воды в воздухе служат различные сопла (рис. 22) - винтовые, тангенциальные, щелевые. Вода к соплам, устанавливаемым пучками по 3-5 шт., подводится трубопроводами с патрубками диаметром 50 мм. При напоре 5 м вод. ст. одно щелевое сопло П-16 диспергирует в воздухе 35 м³/ч, винтовое сопло- 15-17 м³/ч, тангенциальное сопло - около 10 м³/ч воды. Расстояние между соплами и число сопел в пучке подбирается таким образом, чтобы нагрузка на 1 м² площади брызгального бассейна была в пределах 1,2-1,5 м³/ч.

Рисунок 22. Разбрызгивающие сопла:

а- сопло с винтовым вкладышем конструкции МОТЭП; б- эвольвентное; в- щелевое П-16

Вентиляторные градирни (рис. 23) или дегазаторы представляют собой круглые или прямоугольные в плане резервуары с поддоном и дырчатым дном, поддерживающим насадку из колец Рашига или деревянных реек (так называемая хордовая насадка).

Подлежащая обработке вода с помощью распределительной системы разбрызгивается сверху по поверхности насадки и стекает по ней вниз в поддон. Воздух нагнетается вентилятором в нижнюю часть градирни под дырчатое дно и поднимается через слой насадки вверх, омывая воду, стекающую по насадке тонкой пленкой. Для предотвращения потерь воздуха вместе с прошедшей градирню водой выпуск ее из поддона осуществляется через гидравлический затвор.

Площадь поперечного сечения и диаметр дегазатора следует определять исходя из допускаемой плотности орошения насадки (т.е. расхода воды, приходящегося на единицу площади поперечного сечения дегазатора), которую рекомендуется принимать при глубоком удалении из воды свободной углекислоты или свободного сероводорода 60 (м³/м²•ч) при насадке из колец Рашига размером 25х25х3 мм (по ГОСТ 748-67) и 40 м³/(м²•ч) при деревянной хордовой насадке из реек размером 50Х13 мм. Для частичного удаления углекислоты при обезжелезивании воды нагрузка на вентиляторный дегазатор может быть увеличена до90 м₃/(м²•ч).

Рисунок 23. Схема вентиляторной градирни с насадкой

из колец Рашига

1-ввод обрабатываемой воды; 2-отвод воды, прошедшей дегазатор; 3-гидравлический затвор; 4-отвод воздуха; 5-люк; 6-вентилятор; 7 - распределительные патрубки

Необходимый расход воздуха составляет: при глубоком удалении из воды свободной углекислоты около 15-20 м³, а при частичном удалении из воды свободной углекислоты (в процессе обезжелезивания воды аэрацией) около 4-5 м3 на 1 м3 воды.

Необходимую поверхность насадки в дегазаторах определяют по уравнению (23). Величину G определяют по формуле

G=0,001q(Свх-Свых), (24)

где q- расход воды, поступающей на дегазатор, в м3/ч;

Свх- концентрация удаляемого газа в воде, поступающей на дегазатор, в г/м³;

Свых- заданное остаточное содержание удаляемого газа в воде в г/м³.

Величину Свх при обработке природных вод определяют по данным анализа или по номограмме, приведенной на рис. 1.4.

При удалении углекислоты в процессе Н-катионирования или ионитового обессоливания воды:

Свх = 44*Щк + Сисх, (25)

где Щ_к - общая щелочность воды в мг-экв/л;

С_исх- содержание углекислоты в исходной воде (перед Н-катионированием) в мг/л.

Необходимый напор, развиваемый вентилятором, следует подсчитывать исходя из суммы потерь напора в насадке, распре­делительной плите, а также на преодоление местных сопротивлений.

Потери напора в кольцах Рашига размером 25х25х3 мм на 1 м высоты слоя насадки можно принимать: при глубоком удалении из воды свободной углекислоты или сероводорода - 30 мм вод. ст., а при частичном удалении из воды свободной углекислоты (в цикле обезжелезивания воды) - 15 мм вод. ст. Потери напора в деревянной хордовой насадке на 1 м ее высоты можно принимать равными 10 мм вод. ст.

Потери напора в распределительной плите можно принимать 10 мм вод. ст., а суммарные потери напора на местные сопротив­ления - около 15-20 мм вод. ст.'

Насадку из колец Рашига следует размещать на промежуточном днище, которое в зависимости от производительности дегазатора можно выполнять либо в виде дырчатого круглого листа, либо в виде сварной решетки из уголковой стали или винипла­ста. Диаметр отверстий (или величину Прозоров) в решетке принимают равным 20 мм. Отверстия в круглом листе нужно размещать равномерно по всей его площади. Расстояние от дна дегазатора до низа промежуточного днища принимают 600 мм независимо от производительности и назначения дегазатора. Вода, подлежащая дегазации, распределяется по площади дегазатора с помощью распределительной плиты, расположен­ной над насадкой. Расстояние от верха насадки до низа распре­делительной плиты следует принимать равным 150 мм независимо от назначения и производительности дегазатора.

На распределительной плите находится 48 патрубков для подачи воды в дегазатор и 8 патрубков для выхода воздуха. Патрубки для распределения воды размещают равномерно по площади плиты, так, чтобы верхний их конец был выведен на 100 мм выше плиты. Патрубки для сбора воздуха с отражательными колпаками устанавливают равномерно по сторонам квадрата с возвышением над верхом плиты на 400 мм.

Расстояние от верха распределительной плиты до низа крыш­ки дегазатора можно принимать равным 500 мм.

Диаметр воздухоотводящей трубы или короба нужно подбирать по скорости движения воздуха в нем порядка 5-6 м/сек. Воздухоотводящая труба должна выходить наружу через стенку здания водоочистной установки.

Пенные дегазаторы (рис. 24) начали применять для удаления из воды углекислоты лишь совсем недавно. Вода в пенном дегазаторе движется в горизонтальном направлении по решеткам, перетекая через пороги с одной решетки на другую. Воздух подается вентилятором под нижнюю решетку и проходит последовательно снизу вверх через все решетки и движущуюся по ним воду, вспенивая ее.

Рисунок 24. Схема пенного дегазатора

1-исходная вода; 2-воздух; 3-пена; 4 - сток; 5-вода потребителю

Для предотвращения «проваливания» воды через отверстия или щели решетки интенсивность подачи воздуха принимается не менее 0,35 м³/(м²•ч). Диаметр отверстий решетки или расстояние между кромками щелей - не более 6 мм, а общая скважность ре­шетки - 5-15%.

При нагрузке по воде 15 м³/(м²•ч) одной решетки на ней удаляется 35-40% содержащейся в воде углекислоты, при нагрузке 9 м³/(м²•ч) - до 50%. Поэтому в пенных дегазаторах, работающих с нагрузками 15 и 9 м³/(м²•ч) приходится устанавливать решетки в количестве соответственно 5-7 и 3-4 шт. Гидравлическое сопротивление проходу воздуха одной решетки со 100-мм слоем вспененной воды при интенсивности продувки воздухом 0,35 м³/(м²•сек) составляет около 35 мм.вод.ст., что позволяет применять для подачи воздуха вентиляторы среднего давле­ния (150-200 мм вод. ст.).