Реконструкция станции обезжелезивания производительностью

Реконструкция станции обезжелезивания
производительностью 4500 (м3/сут).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
1. Цель.
Целью разработки настоящего документа предложения является:
 Реконструкция станции обезжелезивания производительностью
4500 (м3/сут).
 Определение технических параметров для изготовления и
приобретения очистного оборудования;
 Привязка оборудования к месту эксплуатации.
2. Исходные данные по объекту.
2.1.Часовая производительность – 185,5 (м3/ч).
Суточный объем очищенной воды – 4500 (м3/сут);
Режим эксплуатации:
 24 (ч/сут);
 365 (сут/год);
 Годовой объем очищенной воды – 1 642 500 (м3/год);
2.2.Тип исходной воды.
Природная вода, поступающая из подземных горизонтов,
загрязненная металлами (железо, марганец) и, как следствие,
имеющая превышение органолептических показателей (цветность и
мутность).
2.3.Назначение очищенной воды:
На хозяйственно – питьевые нужды(98% от объема очищенной воды), на
промывку зернистой загрузки скорых фильтров(2% от объёма очищенной
воды);
2.4.Требования к отходам, образующимся в процессе
очистки. Способы их утилизации:
- твердые отходы (осадок, расходные материалы):
Осадок, по мере накопления, подлежит частичному обезвоживанию
в иловых колодцах, после чего вывозится совместно с твердыми
бытовыми отходами (ТБО);
Расходные материалы (отработанный ионообменный сорбент)
утилизируются совместно с ТБО;
- жидкие отходы (отработанные промывные воды):

Способ утилизации – отстаиваются в специальных
резервуарах, после чего возвращаются в голову процесса;
отстой подаётся в иловые колодцы.
- газообразные отходы:
 Концентрации газов должны соответствовать санитарногигиеническим нормам для населённых пунктов, предъявляемым
к выбросам в атмосферу.
2.5.Требования к качеству очистки.
Качество очищенной воды должно соответствовать требованиям:
 СанПиН
2.1.4.1074-01
«Вода
хозяйственнопитьевого
назначения».
Состав исходной и требуемое качество очищенной воды представлены в Таблице 1.
Состав исходной (после существующих очистных сооружений) и
требуемое качество очищенной воды
Таблица 1
Наименование
загрязнений воды
запах, балл
цветность, град
взвешенные
вещества, мг/л
сухой остаток, мг/л
общая
минерализация, мг/л
рН
щёлочность, мг/л
жёсткость, мг-экв/л
кальций, мг/л
магний, мг/л
азот
аммонийный,
мг/л
азот нитритов, мг/л
азот нитратов, мг/л
фосфаты, мг/л
сульфаты, мг/л
хлориды, мг/л
железо, мг/л
марганец, мг/л
медь, мг/л
цинк, мг/л
хром, мг/л
никель, мг/л
кадмий, мг/л
свинец, мг/л
алюминий, мг/л
нефтепродукты, мг/л
фенолы, мг/л
АПАВ, мг/л
бактериальное
заражение, лкп/л
БПК, мгО2/л
Состав
исходной
воды
Качество
очищенно
й воды
НД на методы
исследования
=
20
2
ГОСТ 3351-74
ГОСТ 3351-74
10
-
1000
1000
ГОСТ 18164-72
1000
7,0
6,5–8,5
Описание к прибору
рН-метр
-
8
ГОСТ 4151-72
-
ГОСТ 4192-82
7,6
0,57
-
40
500
350
0,3
0,1
-
ГОСТ 4192-82
ГОСТ 18926-73
-
0,02
ГОСТ 4389-72
ГОСТ 4245-72
ГОСТ 4011-72
ГОСТ 4974-72
ФР 1.31.2002.00526
ФР 1.31.2002.00526
ФР 1.31.2002.00526
ФР 1.31.2002.00526
ФР 1.31.2002.00526
-
0,5
0,1
-
0,1
-
-
-
окисляемость,
мгО2/л
Мутность, мг/л
4,2
11,9
1,5
Указание к ГОСТ
276-84
ГОСТ 3351-74
3. Исследование состава и фазово-дисперсных состояний
загрязняющих веществ в исходной воде.
В соответствии со среднестатистическими результатами
количественного химического анализа, в исходной воде
наблюдается наличие ниже перечисленных загрязняющих веществ,
которые характеризуются следующими показателями:
3.1. рН (7,0 – исх. вода и после её очистки).
Водородный показатель, в целом, соответствует нейтральной
среде. Однако, в природных подземных водах зачастую наблюдается
высокая концентрация растворенного углекислого газа (СО2), в
результате чего назеанные воды могут обладать кислотными
свойствами, характеризующимися повышенной коррозионной
активностью по отношению к конструкционным материалам. В этом
случае рекомендуется удаление СО2 из очищаемой воды путем ее
аэрации, что и реализовано в имеющейся станции обезжелезивания.
3.2. Окисляемость(4,2 мгО2/л).
Значение показателя «окисляемость» определяют концентрации
практически всех содержащихся в воде примесей: от частиц
находящихся во взвешенном состоянии, до ионных растворов.
3.3. Взвешенные вещества (-).
Концентрация мелкодисперсных взвешенных веществ II группы (см.
Приложение 12.2. настоящего документа, поз.18), находящихся в
ультравзвешенном состоянии (мутность), как правило, составляет
не более 10 (мг/л). Остальная же взвесь укрупняется за счет
эффекта естественной коагуляции и поэтому легко отделяется
методом гравитационного осаждения в отстойниках или контактным
осветлением на зернистых загрузках, что и наблюдается в
имеющейся станции обезжелезивания.
3.4 Железо общее (более 7,6 мг/л – исх. вода;
2 – 3 мг/л – после очистки).
При заданной величине водородного показателя (рН 7), железо
присутствует в воде в следующих состояниях:
- в виде нерастворимых гидроокисей Fe(OH)2 и Fe(OH)3,
находящихся в ультравзвешенном и коллоидном состояниях (II и
III группы соответственно) (см. Приложение 12.2. настоящего
документа, поз.18). Концентрация ультравзвешенных частиц
характеризуется показателем «мутность», содержание коллоидных
включений характеризуется показателем «цветность».
- в виде катионов Fe2+ и Fe3+ , находящихся в состоянии ионных
растворов (VII группа). Отметим, что начало осаждения
гидроксида двухвалентного железа Fe(OH)2 соответствует величине
рН 7,5, а полное осаждение гидроксида трёхвалентного железа
Fe(OH)3 завершается при рН 4,1. Однако, величина рН
полного осаждения соответствует остаточной концентрации ионов
металла 10-5 (Моль/л) или 0,56(мг/л) - по железу. Таким образом,
остаточная концентрация ионно-растворённого железа в очищенной
воде ожидается, как минимум - 1(мг/л), что примерно в 3 раза
превышает его предельно допустимую концентрацию (ПДК) для воды
хозяйственно-питьевого назначения.
Снижение концентрации железа после очистки связано с
образованием нерастворимых гидроокисей Fe(ОН)2 и особенно
Fe(ОН)3, которые затем отделяются в процессе контактного
осветления в теле зернистого (скорого) фильтра.
3.5. Марганец(0,57 мг/л – в исходной воде).
При заданной величине водородного показателя (рН), марганец
присутствует в воде в следующих состояниях:
- в виде нерастворимой гидроокиси Mn(OH)2 , находящейся в
ультравзвешенном состоянии (II группа) (см. Приложение 12.2.
настоящего документа, поз.18);
- в виде катионов Mn2+ , находящихся в состоянии ионного
раствора (VII группа).
Снижение концентрации марганца после очистки связано с
образованием нерастворимой гидроокиси Mn(ОН)2 , которая затем
отделяется в процессе контактного осветления в теле зернистого
(скорого) фильтра.
Аккумулирован
ие
УФ - облучение
КАТ-обмен
Контактное
осветление
Хлопьеобразование
Дополн
ит-ное
окисле
ние
Исх.
вода
АЭРАЦИЯ
3.6. Вывод: Из анализа данных, представленных в пункте 4. и
Приложениях 12.2. и 12.3. настоящего документа, следует, что для
получения очищенной воды, предназначенной для хозяйственнопитьевого назначения, необходимо реализовать последовательность
перечисленных этапов очистки:
- предварительная очистка (аэрация с целью окисления потока
кислородом воздуха);
- дополнительное окисление потока гипохлоритом натрия (ГПХ);
- укрупнение (хлопьеобразование);
- осветление (контактное);
- ионообмен (на катионите);
- УФ – обеззараживание.
Последовательность необходимых этапов очистки представлена на
рисунке 1.
Рис.1
4. Оценка эффективности существующей технологической
схемы обезжелезивания воды.
В настоящее время существует станция обезжелезивания, принцип
действия которой основан на последовательной (двухступенчатой)
обработке исходной воды окислителями (первоначально –
кислородом воздуха в процессе аэрации, затем – раствором
гипохлорита натрия) с последующим её пребыванием в контактном
аппарате, осветлением на зернистой кварцевой загрузке и
окончательным обеззараживанием УФ - лучами. Восстановление
гидропроницаемости зернистой загрузки производится посредством
её промывки обратным потоком очищенной воды.
В исходной воде содержатся ионы (катионы) растворенных
металлов, таких как железо (Fe2+ , Fe3+) и марганец (Mn2+).
Присутствующие в исходной воде ионы металлов являются, по сути
- коагулянтами, которые гидролизуются с образованием
нерастворимых гидроокисей Fe(ОН)2, Fe (ОН)3 и Mn(OH)2. Названные
гидроокиси, именуемые хлопья, обладают объемной, хорошо
развитой поверхностью, обладающей адсорбционными свойствами. На
поверхности гидроокисей адсорбируются мелкодисперсные и
коллоидные частицы, которые затем совместно с полученными
хлопьями легко удаляются из воды в процессе её фильтрации на
зернистых загрузках. Данные процессы называются укрупнением
(коагулированием) с последующим контактным осветлением.
В пункте 3.4. настоящего документа было отмечено что, начало
осаждения гидроксида двухвалентного железа Fe(OH)2 соответствует
величине рН 7,5, а полное осаждение гидроксида трёхвалентного
железа Fe(OH)3 завершается при рН 4,1. В связи с тем, что рН
исходной
воды
равен
7,
основной
задачей
оборудования
предварительной обработки является преобразование ионов Fe2+ в
Fe3+. Данное преобразование достигается путём двухступенчатой
обработки воды окислителями (O2 и ГПХ). Отметим, что раствор
гипохлорита
(ГПХ),
помимо
сильного
окислителя
является
эффективным бактерицидным и консервирующим агентом. В связи с
этим в скорых фильтрах проистекает подавление жизнедеятельности
микроорганизмов
и,
следовательно,
отсутствует
процесс
биообрастания зернистой загрузки.
Известно, что процессы окисления и выделения нерастворимого
гидроксида железа (хлопьеобразование) проистекают в течении
некоторого
времени,
поэтому
перед
зернистыми
фильтрами
предусмотрено
наличие
контактного
аппарата,
в
котором
завершаются названные процессы .
Для окончательного обеззараживания воды используется УФ –
облучение. Отметим, что комбинированная технология с
использованием предварительной обработки сильным окислителем,
придающим воде консервационные свойства и её последующее Уф –
«отрабо
танные
промыв
ные
воды»
облучение, в настоящее время является наиболее эффективным
способом обеззараживания питьевой воды.
Вывод: В существующей станции обезжелезивания реализованы пять
этапов очистки из шести необходимых (см. п.3.6. настоящего
документа).
Технологическая схема имеющейся станции обезжелезивания
представлена на рис. 2.
НО
«возврат отстоянной воды»
Е5
Осадок в иловый
колодец
«Исходная»
Н2
Н
Д
скважина
«Про
мывк
а»
Н1
Напорные фильтры с
кварцевой загрузкой
(УФООС)
К
А
Градирня
NaClO
УФО
НПр
Е3
(100м3)
Е4
(100м3)
Е1
(500м3)
Потребителю
Е2
(500м3)
Технологическая схема имеющейся станции обезжелезивания.
Рис. 2.
Н1 – насосы первого подъёма;
Н2 – насосы второго подъёма;
НД – насос – дозатор ГПХ;
КА – контактный аппарат (камера);
УФО – ультрафиолетовый облучатель;
Е1, Е2 – резервуары – накопители очищенной воды для её подачи
потребителям;
Е3, Е4 - резервуары – накопители очищенной воды для её
последующей подачи на промывку зернистых фильтров;
Е5 – резервуар – отстойник с коническим днищем;
НПр – насосы промывные;
НО – насосы оборотные.
Из представленной технологической схемы (см. рис.2) следует,
что в настоящее время в состав станции обезжелезивания входит
перечисленное оборудование:
 Градирня;
 Система получения и дозирования раствора ГПХ;
 Контактный аппарат (камера);
 Система фильтрации на кварцевой загрузке;
 Устройство УФ – облучения;
 Система промывки зернистой загрузки;
 Система утилизации отработанных промывных вод;
 Ёмкостное оборудование;
 Насосно – нагнетающее оборудование.
Названное оборудование реализует этапы: предварительной очистки
(последовательное окисление кислородом воздуха и раствором
ГПХ); укрупнения гидроокисями металлов, присутствующих в
исходной воде, с последующим хлопьеобразованием в контактном
аппарате (камере); осветления на зернистой загрузке и
обеззараживания УФ - лучами.
В связи с тем, что в имеющейся станции реализована продуманная
и полностью сбалансированная технологическая схема
обезжелезивания и обеззараживания подземных вод, её
эффективность при очистке воды с концентрацией железа менее 5
(мг/л) - не вызывает сомнений.
Выводы:
 По результатам анализов, представленных в Техническом
задании, концентрация железа в исходной воде превышает
величину 5 (мг/л) в связи, с чем собственно и возникла
необходимость реконструкции данной станции
 По результатам эксплуатации наблюдается эффективное
обеззараживание очищенной воды за счет присутствия в ней
бактерицидного и консервирующего агента, которым является
раствор ГПХ, и благодаря её финишной обработке УФ - лучами;
 Необходимы дополнительные мероприятия по доочистке воды от
ионов (катионов) тяжелых металлов (двухвалентное железо,
марганец).
 После осветления воды на скорых фильтрах, ожидаемая
остаточная концентрация катионов железа и марганца составляет
от 1 до 2,5(мг/л).
5. Мероприятия по реконструкции станции и подбор
очистных устройств для её осуществления.
Мероприятия по реконструкции станции обезжелезивания в целом
подразделяются на два направления:
1). Повышение эффективности имеющегося в наличии очистного
оборудования;
2). Комплектация дополнительным технологическим оборудованием.
5.1. Мероприятия по улучшению эффективности
существующего очистного оборудования.
В соответствии с данными, изложенными в п.4. настоящего
документа, проведения мероприятий по улучшению эффективности
существующих очистных устройств не требуется.
На усмотрение Заказчика возможна замена кварцевой загрузки
скорых фильтров на более современный материал – фильтроагрегат
AG.
В настоящее время наиболее эффективным загрузочным материалом
для механических (скорых) фильтров считается фильтроагрегат
(АG) на основе дегидратированного алюмосиликата.
Фильтроагрегат отличается от других загрузок относительно
малой плотностью, повышенной грязеемкостью и механической
прочностью, поэтому в процессе промывки обратным потоком воды,
материал эффективно освобождается от загрязнений, выделенных в
его объеме, тем самым практически полностью восстанавливая
свою гидропроницаемость и грязеемкость.
5.2. Комплектация дополнительным технологическим
оборудованием.
В связи с увеличением концентрации металлов в исходной воде,
для полного окисления двухвалентного железа необходимо
пропорционально увеличить дозу раствора ГПХ, вводимого в
очищаемую воду, однако в этом случае остаточная концентрация
активного хлора превысит ПДК данного вещества для воды
питьевого назначения.
Поэтому, в соответствии с п.п.3. и 4. настоящего документа,
для получения воды заданного качества необходимо предусмотреть
дополнительный этап её очистки, а именно:
ионообмен на катионитовой загрузке.
Данный этап реализуется в очистном устройстве (оборудовании),
которое называется «засыпной ионообменный фильтр».
5.3. Ионообмен на катионитовой загрузке.
При извлечении из воды ионов тяжелых металлов методом ионообмена
более целесообразно использовать К-катионит, нежели Na-катионит,
т.к. атомарная масса иона калия ближе к усредненной атомарной
массе тяжелых металлов.
В соответствии с поставленной задачей, катионит должен извлекать
только ионы тяжелых металлов, таких как: Fe2+, Fe3+, Mn2+.
Однако, данному процессу препятствует наличие в исходной воде
солей жесткости (Ca2+ и Mg2+), что приводит к необоснованным
затратам на реагенты и утилизацию дополнительных объемов
отработанных растворов. Кроме того, как показывают современные
медико – физиологические исследования, недостаточное содержание в
питьевой воде солей жёсткости (менее 1,5 мг-экв./л) может
привести к нарушениям обмена веществ и сердечно – сосудистым
заболеваниям в организмах людей, длительное время употребляющих
такую «мягкую» воду.
Таким образом, катионообменная загрузка должна обладать высокой
селективностью на фоне солей жесткости по извлечению тяжелых
металлов (целевых веществ). Другими словами, из воды,
обработанной на данной загрузке, полностью извлекаются только
ионы тяжелых металлов, а содержание ионов кальция и магния (соли
жёсткости) практически не изменяется.
Наиболее соответствующей данным требованиям является
ионообменный сорбент марки «ФЛАМ».
Эксплуатационные характеристики ионообменного сорбента
(катионита) марки «ФЛАМ» представлены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
№
п/п
Эксплуатационные характеристики катионита «ФЛАМ»
Наименование
Показатель
1.
2.
3.
4.
5.
Размер частиц, мм
Плотность, т/м3
Рабочая обменная емкость по тяжелым металлам, моль/кг
% регенерации
Реагент
6.
Допустимая пропускная способность одного кубического метра
загрузки, м3/час
Срок эксплуатации, год
7.
0,5-2
0,9
3,0
98 - 99
8÷10%
раствор
KCl
Не более 6
3
Вывод: На этапе ионообмена необходимо использовать устройство,
реализованное на основе засыпных фильтров, загруженных
катионообменным сорбентом марки «ФЛАМ».
6. Технологическая схема обезжелезивания воды
после реконструкции станции.
6.1. Технологическая схема с учётом реконструкции.
На основании соображений, изложенных в пункте 5.
настоящего документа, осуществим доработку технологической
схемы обезжелезивания исходной воды с учетом
комплектования станции дополнительным технологическим
оборудованием.
Доработанная технологическая схема представлена на рис.3.
«отрабо
танные
промыв
ные
воды»
НО
«возврат отстоянной воды»
Е5
Осадок в иловый
колодец
«Исходная»
Н2
Н
Д
скважина
«Про
мывк
а»
Н1
Напорные фильтры с
кварцевой загрузкой
(УФООС)
К
А
Градирня
Блок засыпных
ионообменных фильтров
NaClO
НПр
УФО
Е3
(100м3)
Е4
(100м3)
Е1
(500м3)
Потребителю
Е2
(500м3)
- имеющееся оборудование;
- дополнительное оборудование.
Технологическая схема после доработки.
Рис 3
Н1 – насосы первого подъёма;
Н2 – насосы второго подъёма;
НД – насос – дозатор ГПХ;
КА – контактный аппарат (камера);
УФО – ультрафиолетовый облучатель;
Е1, Е2 – резервуары – накопители очищенной воды для её подачи
потребителям;
Е3, Е4 - резервуары – накопители очищенной воды для её
последующей подачи на промывку зернистых фильтров;
Е5 – резервуар – отстойник с коническим днищем;
НПр – насосы промывные;
НО – насосы оборотные.
6.2.
Принцип работы.
6.2.1. Природная подземная вода с помощью насосов первого
подъёма Н1 (см. рис.3) направляется на градирню, где производится
её насыщение растворённым атмосферным кислородом. Растворение
кислорода осуществляется посредством аэрации (обдува) исходной
воды в рабочем объёме градирни.
6.2.2. Насыщенная вода накапливается в переходном резервуаре
градирни, откуда с помощью насосов второго подъёма Н2 (см. рис.3)
под напором поступает в контактный аппарат КА.
6.2.3. Перед контактным аппаратом в поток воды с помощью насосадозатора НД подаётся определённое количество сильного окислителя
(раствора гипохлорита натрия).
6.2.4. В объёме контактного аппарата завершаются процессы
окисления и последующего выделения металлов из воды в виде
нерастворимых гидроокисей (хлопьев).
6.2.5. После пребывания в объёме контактного аппарата вода
поступает на кварцевую загрузку скорых фильтров, в объёме которой
проистекает отделение полученных хлопьев от потока осветляемой
воды.
6.2.6. Осветленная вода подается в блок ионообменных фильтров,
загруженных селективным К-катионитом, в котором из нее
извлекаются остаточные ионы тяжелых металлов (железо, марганец, и
т.д.), при этом концентрация солей жесткости (ионы кальция и
магния) - не изменяется.
6.2.7. Очищенная вода подвергается УФ – облучению, после чего
поступает в аккумулирующие резервуары Е1 и Е2, откуда по мере
необходимости подаётся потребителям.
6.2.8. При возрастании запорного давления на блоке скорых
фильтров, их загрузка подлежит промывке обратным потоком
очищенной воды с целью восстановления ее гидропроницаемости и
грязеёмкости. Подача воды на промывку осуществляется из
резервуаров Е3 и Е4 с помощью насосов НПр.
6.2.9. Ионообменная загрузка периодически подвергается
аналогичной обратной промывке с целью получения свежих
сорбционных зон. Кроме того, ионообменная загрузка периодически
подлежит полной замене или реагентной обработке для
восстановления катионообменных свойств. Катионит промывается 2,5М
раствором КCl. При этом образуются отходы в виде 2,3М смеси
FeCl3, FeCl2 и т.д.
6.2.10. Отработанные промывные воды поступают в резервуар –
отстойник Е5. Осадок, полученный после их отстаивания,
направляется в иловые колодцы, а осветлённая вода с помощью
насосов НО возвращается в голову процесса.
7.
Расчет технических параметров для
изготовления очистного оборудования.
приобретения
или
В соответствии с п.5. настоящего документа в качества
дополнительного оборудования необходимо использовать
устройство ионнобмена (ионообменные засыпные фильтры).
Устройство ионообмена.
В качестве устройства ионообмена используются К-катионитовые
фильтры, загруженные катионитом марки «ФЛАМ». Эксплуатационные
характеристики данного материала представлены в пункте 5.3.
настоящего документа; Таблица 2.
Определяем объем загрузки (Vз), необходимый для очистки потока
воды (Q) производительностью 4500(м3/сут.) или 185,5 (м3/час):
Vз = Q/q (м3), где q – допустимая пропускная способность одного
кубического метра загрузки, (м3/час).
Отсюда:
Vз = 185,5/6 ≈ 31 (м3)
По технологическому показателю «объем ионообменного слоя» выбираем
из модельного ряда фильтр марки ФИП-3,0-0,6; имеющий объем слоя с
учётом недосыпа - Vc1 = 17,0(м3).
Устанавливаем необходимое количество параллельно подключаемых
фильтров выбранной марки:
n = Vз/ Vc1 = 31/17 = 2 (шт.)
В связи с тем, что данное оборудование используется в системе
водоподготовки, необходимо предусмотреть наличие одного резервного
фильтра данной марки. Резервирование оборудования предназначено для
обеспечения непрерывности процесса очистки.
ИТОГО: n = 3 (шт.)
Определяем суммарный объем загрузки:
Vзагр. = Vс1• n. (м3),
Vзагр. = 17,0•3 = 51 (м3).
Устанавливаем массу загрузки:
Мз =  • Vзагр. = 0,9•51 ≈ 46 (т) = 46 000 (кг), где
 - насыпная плотность К-катионита (см. п.5.3.; Таблица 2)
Определяем суммарную рабочую обменную емкость (РОЕ) загрузки:
РОЕ = РОЕ1• Мз = 3•46 000 = 138 000 (г-Экв) = 138 (кг-Экв),
где
РОЕ1 – рабочая обменная ёмкость одного килограмма загрузки (см.
п.5.3.; Таблица 2)
Определяем период работоспособности К-катионитовой загрузки (Т):
Т = РОЕ/С1 (сут), где С1 – масса загрязняющих веществ поглощаемых
катионитом за одни сутки (г-Экв/сут).
С1 = К•Q (СFe + СMn)/56 (г-Экв/сут), где
СFe – концентрация железа в очищаемой воде (г/м3);
СMn - концентрация хрома в очищаемой воде (г/м3);
К = 1,1 (коэффициент запаса).
В пункте 4 настоящего документа было установлено, что после
осветления воды на скорых фильтрах, ожидаемая остаточная
концентрация катионов железа и марганца составляет от 1 до
2,5(мг/л) или 2,5(г/м3).
Отсюда, по худшему варианту:
С1 = (1,1)(4500)(2,5)/56 = 221 (г-Экв/сут),
Таким образом:
Т = 138 000/221 = 625 (сут) ≈ 1,7 (года)
Произведённый
расчёт
показывает,
что
при
непрерывной
эксплуатации
станции
обезжелезивания,
калий
катионитовая
загрузка сохраняет свою работоспособность в течении как минимум 1,7 года.
Отметим, что работоспособность катионита в течении указанного
времени объективно возможна, поскольку его отравлению из - за
биообрастания
зёрен
препятствует
остаточный
активный
хлор,
присутствующий в очищаемой воде (см. п.4. настоящего документа).
Исходя из того, что гарантийный срок эксплуатации катионита
составляет 3 года, т.е. близок к периоду его работоспособности
без
химической
регенерации,
определим
экономическую
целесообразность её осуществления.
Итак, для регенерации катионита используется 5 – 8% раствор
хлорида калия. В объёме загрузки, в основном, замещаются
двухвалентные железо и марганец, поэтому при их обратной замене
потребуются 2 иона калия для замещения 1 иона металла.
Всего было замещено 138 000 (г-Экв) двухвалентных металлов,
следовательно, для осуществления химической регенерации загрузки
потребуется 276 000 (г-Экв) или 20 424 (кГ) хлорида калия по цене
79 (руб./кГ).
ИТОГО: стоимость реагента 1 составляет – 1 614 000 руб.
После регенерации образуется 250 (м3) отработанного раствора,
который
подлежит
либо
утилизации
на
спецполигоне,
либо
химическому восстановлению едким кали (КОН).
Стоимость утилизации на спецполигоне составляет 8 500 (руб./ м3).
ИТОГО: стоимость утилизации всего отработанного раствора на
спецполигоне составляет - 2 125 000 руб.
Для
осуществления
химического
восстановления
отработанного
раствора потребуется 276 000 (г-Экв) или 15 456 (кГ) едкого кали
по цене 85 (руб./кГ).
ИТОГО: стоимость реагента 2 составляет – 1 314 000 руб.
После
химического
восстановления
отработанного
раствора
3
образуется 90 (м ) не регенерируемых жидких отходов, подлежащих
утилизации на спецполигоне (полная стоимость их утилизации
составляет - 765 000 руб.).
ВСЕГО:
стоимость
осуществления
химического
восстановления
отработанного раствора составит – 2 079 000 руб.
В случае полной замены катионита извлечению и утилизации подлежит
46 тонн отработанной загрузки.
Стоимость одной тонны катионитового сорбента марки «ФЛАМ»
составляет 77 000 руб.
В ионообменной загрузке выделенные тяжёлые металлы содержатся в
связанном состоянии, поэтому сам по себе отработанный ионообменный
сорбент не является опасным и подлежит складированию совместно с
ТБО, либо его можно использовать как концентрированное сырье для
получения железа и марганца. Стоимость складирования отходов на
полигоне ТБО (свалке) составляет 500 (руб./ т.).
ВСЕГО: стоимость осуществления полной перезагрузки катионита с
его последующей утилизацией составит – 3 565 000 руб.
ВСЕГО: стоимость осуществления химической регенерации катионита с
последующей
утилизацией
всего
объёма
полученного
раствора
составит – 3 739 000 руб.
ВСЕГО:
стоимость
осуществления
первоначальной
химической
регенерации катионита с
последующим восстановлением свойств
регенерационного раствора и утилизацией не регенерируемых жидких
отходов составит – 3 693 000 руб.
Стоимость всех последующих химических регенераций катионита с
восстановлением свойств регенерационного раствора и утилизацией не
регенерируемых жидких отходов составит – 2 079 000 руб.
Таким образом, на основании произведённых расчётов показано, что
стоимость первоначальной химической регенерации ионообменной
загрузки превышает стоимость её полной замены (перезагрузки).
С учётом того, что гарантийный срок эксплуатации катионита
составляет
3
года,
т.е.
после
химической
регенерации
продолжительность его работы до полной замены (перезагрузки)
составляет приблизительно один год, можно сделать вывод о том,
что осуществление химической регенерации катионита – экономически
нецелесообразно.
Другими словами, катионит не подвергается химической регенерации,
а подлежит полной замене (перезагрузке) через каждые 625 суток
его непрерывной эксплуатации (аналогично углю активированному).
Вывод: Устройство ионообмена представляет собой три параллельно
подключенных фильтра марки ФИП-3,0-0,6 , из которых один
является резервным;
диаметром 3 м, высотой 3,7 м (каждый
фильтр), загруженные катионитом марки «ФЛАМ» суммарным объемом
51 (м3) и массой 46 (т).
Промывка катионита производится обратным потоком очищенной воды
(аналогично скорым фильтрам) не реже, чем через каждые 7 суток
его непрерывной эксплуатации. Промывка осуществляется с целью
получения свежих сорбционно - ионообменных зон. Промывная вода
подаётся по дренажной системе в отстойный резервуар с коническим
днищем.
Данные виды работ включаются в перечни по еженедельному (НО)
обслуживанию станции обезжелезивания.
ПРИМЕЧАНИЕ. В связи с длительной периодичностью (7 сут), обратная
промывка ионообменной загрузки производится в ручном режиме.
Оценка изменений минерального состава в очищенной воде.
1.В процессе окисления раствором гипохлорита в очищаемую воду
привносятся
ионы
хлора,
которые
характеризуются
показателем
«хлориды».
Для окисления природных подземных вод максимальная доза активного
хлора составляет 10 (г/м3) или 1 (литр базового раствора ГПХ/м3).
Концентрация хлоридов в базовом растворе не превышает 40 (г/л).
Таким образом, увеличение показателя «хлориды» в очищенной воде
составляет до 40 (г/м3) или 40 (мГ/л).
С учётом того, что предельно допустимая концентрация хлоридов в
воде хозяйственно – питьевого назначения соответствует величине
350 (мГ/л), увеличение данного показателя
в очищенной воде можно
считать незначительным.
2.В процессе ионообмена из воды удаляются ионы двухвалентных
металлов, которые замещаются двумя ионами калия - каждый.
В пункте 4 настоящего документа было установлено, что после
осветления воды на скорых фильтрах, ожидаемая остаточная
концентрация катионов железа и марганца составляет от 1 до
2,5(мг/л) или 2,5(г/м3).
Отсюда, по худшему варианту, увеличение концентрации калия в
очищенной воде составляет:
Ск = 2 (2,5)/56 = 0,09 (г-Экв/м3) = 3,5 (Г/м3)(мГ/л).
С учётом того, что предельно допустимая концентрация калия в воде
хозяйственно – питьевого назначения
соответствует величине
50 (мГ/л), увеличение данного показателя
в очищенной воде можно
считать незначительным.
Вывод: В процессе обезжелезивания наблюдаются изменения
минерального состава очищенной воды, которые можно считать
незначительными.
8.
Станция обезжелезивания воды после её модернизации.
Экспликация станции, с учетом её комплектации дополнительным
оборудованием, представлена на рисунке 4.
Исходная вода
Существующее
оборудование:
Насосы 1 подъёма
Градирня
Насосы 2 подъёма
Очищенная
вода
Устройство
дозирования ГПХ
Контактный
аппарат
ФК1
ФИ1
ФК2
ФИ2
ФК3
ФИ3
1
Рис.4
1 – имеющееся здание для размещения фильтрационного и прочего
оборудования;
ФК1 … ФК3 – фильтры скорые (кварцевые);
ФИ1 … ФИ3 – фильтры ионообменные марки ФИПа-3,0-0,6 (3 шт).
Примечание. Размещение скорых фильтров ФК1 … ФК3 показано
условно.
Установка УФ – облучения и ёмкостное оборудование – не показаны
7. Отходы, образующиеся в процессе очистки и способы их
утилизации.
9.1.Твердые отходы (осадки).
В резервуаре - отстойнике в процессе осаждения отработанных
промывных вод отделяются нерастворимые гидроксиды металлов и
ассоциированные с ними продукты окисления и взвешенные
вещества. Данный вид отходов представляет собой нерастворимую в
воде и малорастворимую в органических кислотах смесь. Таким
образом, названные отходы являются практически инертными и
имеют IV класс опасности.
В ионообменной загрузке выделенные тяжёлые металлы содержатся
в связанном состоянии, поэтому сам по себе отработанный
ионообменный сорбент не является опасным и подлежит
складированию совместно с ТБО, либо его можно использовать как
концентрированное сырье для получения железа и марганца. Таким
образом, отработанный ионообменный материал имеет IV класс
опасности.
Все названные отходы утилизируются путем их вывоза на свалку
совместно с твёрдыми бытовыми отходами (ТБО).
9.2.Жидкие отходы (отработанные растворы).
Отработанные растворы отсутствуют (см.п.7. настоящего
документа).
9.3.Газообразные отходы.
Газообразные отходы отсутствуют.
10. Технико-экономические показатели.
Технологические характеристики процесса обезжелезивания.
Энергозатраты:
Максимальное удельное энергопотребление – 0,25 кВт/м3 очищенной
воды.
Расходные материалы:
 Катионит – расходуется 46 (т) катионита «ФЛАМ» в течении
625 суток его непрерывной эксплуатации;
Стоимость 1 кГ ~ 77 руб.
Итого стоимость полной перезагрузки и последующей утилизации
отработанного катионита – 3 565 000 руб. (см. п.7. настоящего
документа).
Суточная производительность очистных сооружений – 4500 (м3/сут),
отсюда, удельные затраты на расходные материалы составляют:
УЗР = 3 565 000/(625) (4500) = 1,27 (руб./м3 очищенной воды).
Стоимость оборудования устанавливается дополнительно.