Подбор комплекса дозирования системы водоснабжения требует
от проектиров-щиков серьезной инженерной проработки, глубокого знания
номенклатуры дози-рующих насосов и их комплектующих, умения работать со
справочной литерату-рой. Предлагаемая статья – первая из двух публикаций, в
которых в качестве кон-кретного примера шаг за шагом рассматривается подбор
комплекса пропорцио-нального дозирования гипохлорита натрия в системе
водоподготовки небольшого предприятия. При расчете такой системы приходится
решать практически все задачи, зачастую возникающие при подборе комплекса
дозирования с любыми дру-гими реагентами – растворами тринатрийфосфата, соляной
кислоты, едкого на-тра, оксихлорида алюминия и др.
Условия задачи
Требуется подготовить воду, поступающую из подземного источника до требова-ний СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству во-ды систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». После системы водопод-готовки вода поступает в два подземных резервуара объемом по 250 м³. Расчетный расход системы водоподготовки составляет 10 м³/ч. Давление перед системой водо-подготовки 5 бар.
В исходной воде отмечается существенное превышение концентраций железа общего (до 5,0 мг/л) и марганца (0,5 мг/л); можно говорить также о повышенном содержании органических веществ, на что указывает высокое значение перманга-натной окисляемости (6,0 мг О2/л) и землистый запах (2 балла); значение pH сме-щено в кислую сторону – 6,5.
С органическими соединениями, такими как оксалаты, гуминовые и фульво-кислоты, железо может образовывать комплексные трудно разрушаемые соедине-ния. Учитывая это, а также необходимость дезинфекции воды, поступающей в РЧВ, принимается решение о первичном хлорировании воды с дозой хлора, обеспечи-вающей полное окисление двухвалентного железа и марганца, окисление органиче-ских соединений и остаточную дозу активного свободного хлора до 0,5 мг/л. Реа-генты вводятся перед фильтрами в подающий трубопровод.
Выбор дозы хлора
На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,64 мг хлора. Продолжи-тельность реакции для природных вод с pH = 6–8 составляет всего несколько ми-нут, причем с увеличением pH скорость реакции возрастает.
Расход хлора на окисление 1 мг Mn²+; при отсутствии NH4+; – 1,3 мг/л. Причем надо сказать, что эффективность окисления марганца может быть высокой только при значениях pH, равных 8,0–8,5, что чаще всего потребует подщелачивания. Од-нако при содержании марганца до 1 мг/л, как показывает практика, при обработке воды хлором достигается практически полная очистка воды от марганца. Это может объясняться сорбцией частичным окислением и сорбцией на дисперсном осадке гидроксида железа, который имеет развитую поверхность и поэтому является эф-фективным сорбентом.
Дозу хлора на окисление органических веществ – при отсутствии данных тех-нологических изысканий – можно ориентировочно принять по рекомендациям СНиП 2.04.02-84. При значениях перманганатной окисляемости до 8 мг О2/л доза хлора составляет 4–8 мг/л.
Таким образом, доза хлора может быть вычислена:
0,64 × Fe2+; + 1,3 × Mn2+; + (4–8) + 0,5 ≈ 8,5 мг/лРазумеется, эта величина является ориентировочной и будет скорректирована при пусконаладочных работах.
Для первичного хлорирования будет использоваться гипохлорит натрия Na-ClO (ГОСТ 11086-76) марки А, который разрешен для обеззараживания питьевой воды, дезинфекции и отбелки. Это жидкость зеленовато-желтого цвета с содержа-нием активного хлора не менее 190 г/л. Напомним, что в соответствии с ГОСТ по истечении 10 суток допускается потеря до 30% активного хлора относительно пер-воначального содержания, а также изменение окраски раствора до красновато-коричневой.
Плотность растворов гипохлорита натрия, полученных
хлорированием кау-стической соды
без выделения твердого NaCl
| Содержание, г/л | Плотность, г/л |
Содержание, г/л | Плотность, г/л | ||
| активного хло-ра | избыточного NaOH | активного хлора | избыточного NaOH | ||
| 10 | 3,0 | 1020 | 110 | 8,0 | 1160 |
| 20 | 3,5 | 1040 | 120 | 8,5 | 1170 |
| 30 | 4,0 | 1050 | 130 | 9,0 | 1180 |
| 40 | 4,5 | 1070 | 140 | 9,5 | 1200 |
| 50 | 5,0 | 1080 | 150 | 10,0 | 1210 |
| 60 | 5,5 | 1090 | 160 | 10,5 | 1220 |
| 70 | 6,0 | 1110 | 170 | 11,0 | 1240 |
| 80 | 6,5 | 1120 | 180 | 11,5 | 1250 |
| 90 | 7,0 | 1130 | 190 | 12,0 | 1260 |
| 100 | 7,5 | 1150 | 200 | 12,5 | 1270 |
Выбор концентрации рабочего раствора
Для того чтобы определить необходимую концентрацию раствора в расходных ба-ках (в том случае, если в СНиПе или других нормативных документах нет относи-тельно этого никаких указаний), прежде всего необходимо узнать предел раствори-мости вещества при данной температуре. Для большинства реагентов, используе-мых в системах водоподготовки, данные по растворимости и плотности растворов можно найти в справочнике Лурье.
Раньше для дозирования преимущественно использовали сильно разбавлен-ные растворы, что объяснялось в первую очередь низкой точностью дозирования, особенно когда в распоряжении были не дозирующие насосы, а шайбовые или по-плавковые дозаторы реагентов. В настоящее время воспроизводимая точность до-зирования даже самых простых дозирующих насосов, представленных на россий-ском рынке, составляет не менее ±5%, а германские концерны поставляют на рос-сийский рынок мембранные электромагнитные дозирующие насосы с точностью дозирования ±2%.
С учетом того, что площади для оборудования водоподготовки в котельной или на производстве, как правило, очень небольшие и установка больших раствор-ных и расходных емкостей невозможна, применение более концентрированных ра-бочих растворов является оправданным. При этом основным фактором выбора ста-новится стойкость материалов проточной части дозирующего насоса по отношению к рабочему раствору.
Сегодня большинство компаний, поставляющих дозирующие насосы, предла-гают модели в нескольких вариантах в зависимости от материала проточной части. В базовой комплектации они поставляют это оборудование с проточной частью, выполненной из полипропилена с уплотнениями из этилен-пропилена EPDM. Как опции предлагаются дозирующие головки из непластифицированного поливинил-хлорида PVC-U с уплотнениями из фторсодержащего каучука FPM (Viton), поли-тетрафторэтилена PTFE (Teflon) или нержавеющей стали.
При определении стойкости материала проточной части и уплотнений можно опираться на таблицы совместимости ASV Shtubbe Gmb и Georg Fischer. Из них, например, следует, что при температуре раствора до 40°С полипропилен и этилен-пропилен совместимы с раствором гипохлорита натрия только до концентрации 2% по активному хлору. Большинство итальянских фирм, чьи дозирующие насосы ши-роко представлены на российском рынке, для своего оборудования с проточной ча-стью из полипропилена называют цифру до 12–14%. Однако опыт эксплуатации таких насосов показывает, что уплотнения из EPDM абсолютно несовместимы с ги-похлоритом натрия с концентрацией по активному хлору выше 2%. Кроме того, точность дозирования насосов с проточной частью, выполненной из полипропиле-на, при дозировании раствора гипохлорита натрия снижается – по-видимому, из-за изменения формы и сечения каналов дозирующей головки насоса.
Поэтому при использовании рабочего раствора гипохлорита натрия с концен-трацией по активному хлору более 2% правильным будет выбор насоса с проточной частью, выполненной из поливинилхлорида PVC или акрила с уплотнениями из фторсодержащего каучука Viton. Поливинилхлорид – так же как и материал уплот-нений Viton – полностью совместим с любыми концентрациями гипохлорита на-трия при температурах рабочего раствора до 40°С.
Как уже было сказано выше, насос с дозирующей головкой из поливинилхло-рида предполагает изменение базовой комплектации, что обычно приводит к по-вышению цены. Поэтому в данном случае необходимо найти компромисс между минимизаций цены комплекса дозирования и оптимальным уменьшением габари-тов растворных и/или расходных емкостей.
По всей вероятности, есть резон выбрать все-таки более дорогой насос с про-точной частью, выполненной из поливинилхлорида. При этом надо отметить еще один плюс дозирующих головок из PVC: обычно в таких головках каналы несколь-ко больше, чем в головках из полипропилена. Это особенно важно для дозирования гипохлорита натрия, т. к. для приготовления раствора, как правило, используют не-умягченную исходную воду и из раствора может выпадать осадок карбоната каль-ция (поскольку гипохлорит натрия содержит едкий натр, и pH раствора обычно не менее 8,5). Особенно заметные отложения образуются после продолжительного от-ключения насоса, т. к. большинство специалистов, обслуживающих подобные сис-темы, пренебрегают инструкциями по эксплуатации и не промывают дозирующие головки насосов водой при остановке. В результате насосы с узкими каналами про-точной части могут полностью блокироваться отложениями.
Итак, принято решение использовать дозирующий насос с проточной частью из поливинилхлорида. Стойкостью материала проточной части мы теперь не огра-ничены, и выбор концентрации рабочего раствора облегчается. С учетом того, что товарный раствор гипохлорита менее стойкий, чем такой же раствор, разбавленный вдвое, мы принимаем решение дозировать раствор с концентрацией 8% по свобод-ному активному хлору.
Расчет расхода дозирующего насоса
Необходимо рассчитать, сколько требуется дозировать рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия для поддержания в воде концентрации 8,5 мг/л.
Доза по активному хлору: n100% = 8,5 мг/л. Концентрация рабочего раствора: η= 8% (90 г активного хлора в литре). Плотность рабочего раствора: ρ = 1130 г/л. Расход воды по основной магистрали: Qчас = 10000 л/ч.
Тогда:
n8% = (n100% × 100%) / η = (8,5 мг/л × 100%) / 8% = 106,25 мг/л →
mчас = (n8% × Qчас) / 1000 = (106,25 мг/л × 10000 л/ч) / 1000 = 1062,5 г/ч →
qд.н. = mчас/ρ = 1062,5 г/ч : 1130 г/ч ≈ 0,94 л/ч
Таким образом, при расходе воды по основной магистрали 10 м³/ч для поддержания дозы свободного хлора 8,5 мг/л необходимо дозировать 0,94 л/ч рабочего 8%-ного раствора NaClO.
При круглосуточной работе расход рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия составит 17,5 л/сут. Следует учитывать, что объем расходной емкости для раствора гипохлорита натрия не должен превышать семидневный запас реагента, и помнить, что гипохлорит натрия нестоек, его концентрация постепенно снижается. В нашем случае предпочтительным вариантом является использование расходного бака объемом 100 л, что позволит готовить раствор примерно один раз в шесть су-ток.
Остается только рассчитать, сколько необходимо взять товарного раствора (190 г хлора на 1 л), для того чтобы получить 100 л рабочего 8%-ного раствора.
Дано: товарный раствор гипохлорита натрия w1Cl2 = 15%; плотность товарного раствора ρтов = 1260 г/л.
Нужно получить: 100 л рабочего раствора (V2) гипохлорита натрия w2Cl2 = 8%; плотность рабочего раствора ρраб = 1130 г/л.
m2 = V2 × ρраб = 100 (л) × 1130 (г/л) = 113000 (г)
m2Cl2 = (m2 × w2&supCl2;) / 100 = (113000 × 8%) / 100 = 9040 (г)
То же количество хлора должно содержаться и в товарном растворе, т. е. m1Cl2 = m2Cl2 = 9040 г.
m1 = (m1Cl2 × 100) / w1Cl2 = (9040 × 100) / 15% ≈ 60266 (г)
V1 = m1/ρ1 = 60266 (г) / 1260 (г/л) ≈ 47,8 (л)
Таким образом, для приготовления 100 л рабочего 8%-ного раствора гипохло-рита натрия необходимо взять примерно 48 л его товарного раствора.
В следующем номере мы продолжим тему материалом о выборе оборудования для дозирующего комплекса системы водоснабжения.
Аква-Терм No 10, ноябрь 2001
Т. Р. ГИНДУЛЛИН
aqua-therm.ru
Весной хочется верить, что будет лето, тепло, море и отпуск придется на тот месяц, когда отключат горячую воду… Но лучше подстраховаться и больше не зависеть от аварий теплотрассы, планового отключения горячей воды или ремонта у соседей. Это потребует незначительных средств, немного сил и времени, но ваша семья это оценит даже выше, чем многие из подарков – проверено! Для того чтобы стать независимым, по крайней мере от наличия горячей в...