РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО МАГНЕЗИАЛЬНОМУ ОБЕСКРЕМНИВАНИЮ ВОДЫ

Составлено Водным отделением ВТИ

Подготовлено к печати БТИ ОРГРЭС

Авторы: канд. техн. наук В.М.Квятковский, канд. техн. наук Л.М.Живилова, инж. А.И.Баулина

Редактор: инж. С.М.Гурвич.

СОГЛАСОВАНО Главный специалист-химик Технического управления МСЭС Ф.Прохоров

УТВЕРЖДАЮ Зам. начальника Союзглавэнерго С.Молоканов

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие руководящие указания составлены на основании исследований, выполненных ВТИ в 1950-1960 гг., и материалов, полученных институтом при наладке, наблюдении за эксплуатацией, а также при обследовании и при участии в проектировании водоочисток магнезиального метода обескремнивания воды на электростанциях*.

________________

* Приложения 9-12 написаны В.М.Квятковским и инж. А.Г.Шевцовой при участии инж. Г.В.Мацкевича.

При магнезиальном обескремнивании воды возможны следующие способы получения активной гидроокиси магния, являющейся основным обескремнивающим агентом:

а) введение в воду обескремнивающего реагента, содержащего свободную окись магния, частицы которой подвергаются далее (частично или полностью) гидратации;

б) полная или частичная замена содержащихся в исходной воде ионов кальция на ионы магния путем пропуска ее через магний-катионит и последующее известкование, в результате которого происходит осаждение гидроокиси магния;

в) введение в обрабатываемую воду легкорастворимой магниевой соли (MgCl, MgSO) и последующее осаждение Mg известью.

Данные руководящие указания касаются главным образом первого способа, который является в настоящее время основным. Краткие сведения о двух других способах приведены в разделе IX.

I. ОПИСАНИЕ МЕТОДА

1. Магнезиальное обескремнивание применяют для предварительной перед катионированием обработки воды, восполняющей потери конденсата на электростанциях высокого давления.

2. При магнезиальном обескремнивании удаление из воды кремнекислых соединений достигается в результате их взаимодействия с введенными в воду частицами окиси магния, подвергшимися гидратации, или частицами гидроокиси магния, образовавшимися при обработке воды. Обескремнивание осуществляют совместно с известкованием и коагуляцией в осветлителях, заставляя подогретую воду длительно контактировать с осадком, поддерживаемым током воды во взвешенном состоянии. Схема предочистки доказана на рис.1.

Рис.1. Схема установки для магнезиального обескремнивания воды (со сниженными дозаторами)

1 - исходная вода; 2 - подогреватель; 3 - пар; 4 - конденсат; 5 - воздухоотделители воды; 6 - осветлитель; 7 - периодическая продувка шламоотделителя; 8 - то же осветлителя; 9 - непрерывная продувка шламоотделителя; 10 - в дренаж; 11 - промежуточный бак; 12 - промежуточный насос; 13 - на фильтры; 14 - бункер-хранилище каустического магнезита; 15 - шнековый дозатор сухого каустического магнезита; 16 - смывное устройство и приемная воронка; 17 - бачок постоянного уровня; 18 - насос, перекачивающий суспензию каустического магнезита; 19 - обратный клапан; 20 - расходный бак раствора коагулянта; 21 - кислотоупорный поршневой насос-дозатор раствора коагулянта; 22 - циркуляционная мешалка известкового молока; 23 - циркуляционный электронасос известкового молока; 24 - поршневой насос-дозатор известкового молока; 25 - шибер; 26 - вода от линии собственных нужд

3. При такой обработке воды основным процессом в отношении удаления из нее кремнекислых соединений является сорбция этих соединений поверхностью частиц осадка, содержащего гидроокись магния, и последующее химическое связывание в труднорастворимые соединения магния. В небольших размерах происходит одновременно коагулирование кремнекислых соединений, находящихся в коллоидном состоянии, а также образование труднорастворимых кремнекислых соединений кальция.

4. Химизм процесса схематически может быть представлен следующим образом.

Окись магния, введенная в обрабатываемую воду, в составе обескремнивающего реагента, находящегося в воде во взвешенном состоянии в виде осадка, частично (или полностью) подвергается гидратации, образуя ассоциацию сложных молекул, содержащих в своем составе наряду с MgO также и Mg(OH). Молекулы Mg(OH) в некоторой мере подвергаются диссоциации, и часть гидроксильных ионов переходит в раствор. При этом образуется сложная положительно заряженная мицелла, окруженная ионами ОН.

или

.

Степень диссоциации Mg(OH) и прочность связи ионов ОН с положительно заряженными мицеллами определяются величиной рН среды. Отдиссоциированные гидроксильные ионы вступают в анионный обмен с ионами HSiO, отщепляющимися при диссоциации кремниевых кислот, которая возникает вследствие повышения величины рН:

.

При этом образуется химическое соединение менее растворимое, чем исходные силикаты, вследствие чего последние выводятся из раствора.

Удаление из раствора кремнекислых соединений при выделении СаСО можно представить себе как явление соосаждения:

.

5. Приведенные уравнения являются схематическими и не отражают многообразия форм присутствующих в воде кремнекислых соединений, которые изображены в виде метакремниевой кислоты. Фактически кремнекислые соединения могут быть различны как по химическому составу, так и по степени дисперсности. Наряду с истинно растворенными в воде могут находиться кремнекислые соединения в коллоидном состоянии. Химический состав и степень дисперсности кремнекислых соединений находятся в зависимости от тех или иных изменений внешних условий.

Основные причины, определяющие такое поведение кремнекислых соединений, следующие:

а) кремниевый ангидрид способен присоединять разное количество молекул воды, образуя различные кремниевые кислоты ; соли последних образуют минералы, в результате растворения которых в воду поступают кремнекислые соединения разного химического состава;

б) в водных растворах кремниевых кислот и их солей при изменении внешних условий изменяется количество присоединенных молекул воды;

в) кремниевые кислоты - слабые (так, для НSiO 1·10; 1·10). Соли их способны к гидролизу;

г) угольная кислота вытесняет кремниевую в водных растворах ее солей; при этом кремниевая кислота легко образует коллоидные растворы поликремниевых кислот различного состава, которые при повышении рН могут переходить в истинно растворенные формы; при изменении условий процесс идет в обратном направлении.

6. Изображение кремнекислых соединений в виде HSiO вызвано тем, что существующие методы анализа не позволяют определить, в виде каких соединений кремний присутствует в воде.

Общее содержание кремнекислых соединений следует определять весовыми методом*, используя для анализа воду, предварительно профильтрованную через бумажный фильтр, и выражая содержание кремнекислых соединений в миллиграммах SiO на 1 л воды. Молибдатным методом на электрофотоколориметре определяют** концентрацию кремнекислых соединений реакционноспособных с молибденовокислым аммонием, выражая ее также в миллиграммах SiO на 1 л воды. Эта величина приблизительно отвечает концентрации истинно растворенных кремнекислых соединений. Разность между весовым и фотоколориметрическим определением примерно равна концентрации кремнекислых соединений, находящихся в коллоидном состоянии.

________________

* Инструкция по анализу воды, пара, накипи и отложений в теплосиловом хозяйстве, анализ накипи***, раздел 3; Госэнергоиздат, 1953.          

** Та же инструкция, анализ воды, раздел 5.

*** На территории Российской Федерации документ не действует. Действует "Анализ качества воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве: методики и расчеты", являющийся авторской разработкой. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Как следует из рис.2, при тех величинах рН, которые свойственны природным водам (менее 8), подавляющая часть истинно растворенных кремнекислых соединений находится в состоянии молекулярной дисперсии*. Напротив, в обработанной воде (рН 10-10,4) почти полностью проходит первая ступень диссоциации кремнекислых соединений. Независимо от степени дисперсности кремнекислых соединений содержание их как в исходных, так и в обработанных и котловых водах принято выражать в миллиграммах SiO на 1 л воды.

________________

* Кривая получена расчетным путем, исходя из приведенных ранее величин констант диссоциации НSiO.

Рис.2. Зависимость степени диссоциации кремнекислых соединений от величины рН среды

7. Результаты обескремнивания воды магнезиальным методом зависят в основном от следующих условий проведения обработки: а) качества обескремнивающего реагента и удельных доз окиси магния; б) продолжительности контакта обрабатываемой воды со взвешенным осадком и характера последнего; в) температуры подогрева обрабатываемой воды; г) режима известкования и коагуляции.

Перечисленные факторы находятся во взаимной зависимости: изменение одного из них влечет за собой необходимость соответствующего изменения остальных. При этом абсолютные величины требуемых доз обескремнивающих реагентов, температуры подогрева воды и длительности контакта ее со взвешенным осадком зависят от желаемого эффекта обескремнивания. Приведенные далее рекомендации относятся к получению воды с остаточным содержанием SiO не более 1 мг/л при экономически приемлемых условиях проведения обескремнивания воды в осветлителях, работающих без избыточного давления.

8. Процесс магнезиального обескремнивания природных вод, отличающихся между собой по составу, протекает различно. Соответственно этому требуется принимать несколько различные условия проведения обработки воды.

Основное влияние на процесс магнезиального обескремнивания оказывают:

а) органические вещества, которые тормозят процессы кристаллизации и тем самым ухудшают условия обескремнивания воды; б) механические примеси, присутствие которых в больших количествах нарушает шламовый режим работы осветлителей; в) степень дисперсности и абсолютная величина исходного содержания кремнекислых соединений; г) абсолютная величина и состав соединений, выделяемых при известковании: большая величина исходной карбонатной жесткости способствует обескремниванию воды магнезиальным методом; малая величина исходной щелочности затрудняет обескремнивание воды.

Имеют также значение величина общей жесткости и доля в ней магниевой составляющей. Соотношение между общей жесткостью и содержанием кремнекислых соединений имеет значение при выборе способа проведения обескремнивания (раздел IX).

Соотношение между компонентами жесткости и исходной щелочностью воды должно быть принято во внимание при установлении оптимального режима известкования (раздел IV). При введении в обрабатываемую воду обескремнивающего реагента абсолютная величина исходной магнезиальной жесткости не оказывает существенного влияния на необходимые дозы реагентов и на эффект обескремнивания.

9. При большой окисляемости (более 15 мг/л О), высокой мутности (более 500 мг/л взвешенных веществ), малой щелочности (менее 2 мг-экв/л) необходимо более тщательное ведение процесса для обеспечения требуемого снижения содержания кремнекислых соединений. В отдельных случаях может также потребоваться увеличение доз обескремнивающих реагентов и коагулянта.

10. С увеличением в исходной воде доли коллоидной составляющей кремнекислых соединений: а) при равных удельных дозах обескремнивающего реагента величина остаточного содержания кремнекислых соединений убывает; б) для достижения одного и того же значения остаточного содержания кремнекислых соединений требуется меньшая удельная доза обескремнивающего реагента. Однако различие в абсолютных величинах остаточного кремнесодержания оказывается обычно не очень значительным, и при правильно организованном процессе происходит достаточно полное удаление кремнекислых соединений, находящихся в той и другой степени дисперсности (рис.3).

Рис.3. Сопоставление результатов обескремнивания каустическим магнезитом воды с высоким содержанием кремнекислых соединений, находящихся в коллоидном и истинно растворенном состояниях

1 - общее содержание кремнекислых соединений (SiO) в исходной воде - 28,4 мг/л, в том числе в коллоидном состоянии 15,4 мг/л; 2 - то же - соответственно 33,5 мг/л и 24,8 мг/л; 3 - то же - соответственно 31,0 мг/л и 1,0 мг/л

11. Начальная концентрация кремнекислых соединений оказывает малое влияние на абсолютную величину их остаточного содержания. Размер относительного снижения содержания кремнекислых соединений увеличивается с ростом исходной их концентрации.

Обескремнивание вод с высокой начальной концентрацией кремнекислых соединений, как правило, протекает более благоприятно, чем с малой. В последнем случае могут потребоваться большие удельные дозы обескремнивающего реагента (рис.4).

Рис.4. Зависимость дозы каустического магнезита от исходного содержания SiO при остаточном кремнесодержании (SiO)=0,6-0,8 мг/л

Магнезиальное обескремнивание технологически применимо для любых (в том числе и для щелочных) естественных вод, пригодных по другим показателям для питания водоочисток, восполняющих потери конденсата на электростанциях.

12. При проектировании водоподготовительных установок, использующих исходные воды с показателями качества, не выходящими за указанные ниже пределы, могут быть примяты общие технологические решения: сухой остаток воды после известкования 500 мг/л; окисляемость 25 мг/л О; взвешенные вещества 1000 мг/л; превышение щелочности над жесткостью 3 мг-экв/л; кремнекислые соединения 5-40 мг/л SiO.

Вследствие наличия особенностей в протекании процесса обескремнивания разных вод, при наладке водоподготовительной установки в первые периоды ее эксплуатации должны быть уточнены: дозы извести, коагулянта и обескремнивающего реагента; условия ввода воды и реагентов в осветлитель; режим зашламления осветлителя и отведения осадка; предельная производительность осветлителя.

II. ТЕМПЕРАТУРА ПОДОГРЕВА ВОДЫ