Реагентное умягчение шахтной воды

Умягчение может быть частичным до величины остаточной общей жесткости не менее 1…2 г-экв/м³ или глубоким до величины остаточной общей жесткости менее 0,05 г-экв/м³.

В первом случае применяется реагентный метод с обработкой воды известью и (при необходимости) содой. Известковым методом удаляется только карбонатная жесткость, при необходимости снижения некарбонатной жесткости применяется известково-содовый метод. Для улучшения процесса рекомендуется подогрев исходной воды.

Аппаратами для реагентного умягчения могут быть осветлители ВТИ или вихревые реакторы. Первые рекомендуются при необходимости снижения и кальциевой и магниевой жесткости из мутной воды и обеспечивают одновременное осветление воды. Вторые рекомендуются для умягчения осветленной воды и снижают только кальциевую жесткость.

Перед подачей на реагентное умягчение осветленная вода собирается в резервуарах технической (осветленной) воды, откуда насосами подается на пароводяные скоростные водоподогреватели (для этого из котельной подводится пар, а образовавшийся конденсат возвращается в котельную), а затем – в умягчительные аппараты.

При умягчении шахтной воды в осветлителях ВТИ (конструкция Всесоюзного Теплотехнического Института) подогретая вода первоначально поступает в воздухоотделитель. (При подогреве воды растворимость содержащихся в ней газов уменьшается и они переходят в газовую фазу – образуются пузырьки воздуха, которые не должны попадать во взвешенный слой, иначе возникнет явление флотации и пузырьки воздуха будут выносить в осветленную воду частицы взвешенного слоя.) В воздухоотделителе вода вытекает через раструбы в вертикальном направлении, при этом пузырьки воздуха поднимаются на поверхность воды и удаляются в атмосферу, а вода без пузырьков опускается к вершине конического днища воздухоотделителя и по опускной трубе подается в зону реакции (нижняя коническая часть корпуса) по тангенциальному патрубку. В зоне образуется вертикадьный спиральный поток воды, в который вводятся реагенты (флокулянт, известковое молоко, сода). В зоне реакции образуются хлопья гидроксида магния, кристаллы карбоната кальция и хлопья флокулянта. Выше зоны реакции располагается выпрямитель потока для перевода восходящего спирального движения воды в восходящее прямолинейное. Далее вода рассекается дырчатой перегородкой и проходит взвешенный слой осадка, в котором кристаллы карбоната кальция, хлопья гидроксида магния и флокулянта прилипают к ранее образовавшимся агрегатам и изымаются из воды. Умягченная осветленная вода собирается сверху лотками и поступает в бак частично умягченной воды.

Избыточный осадок из взвешенного слоя отводится через специальные окна в осадкоуплотнитель, накапливается в нем и из вершины конического днища сбрасывается в сгуститель осадка. В осадкоуплотнителе вода, отделенная от осадка, собирается кольцевой дырчатой трубой и также отводится в бак умягченной воды (БУВ).

Расчет осветлителя ВТИ представлен в табл. 8, расчетная схема приведена на рис. 8.

Таблица 8

Расчет осветлителя ВТИ

Наименование величин	Един. изм.	Расчетная формула	Резуль-тат
1. Полезная производи-тельность осветлителя	м3/ч	из балансовой схемы
2. Жесткость воды после реагентного умягчения	мг-экв/л	Жум
3. Жесткость исходной шахтной воды	мг-экв/л	Жисх из табл. 1
4. Содержание взвешен-ных веществ в воде, посту-пающей в осветлитель	г/м3	= 20 + (Жисх - Жум)28 + + 28 СО2 =
5. Содержание взвешен-ных веществ в воде, выходящих из осветлителя	г/м3
6. Принятая продолжительность уплотнения осадка (период между продувками осветлителя)	ч	Т принимается в пределах от 2 до 12 часов
7. Средняя концентрация взвешенных веществ в уплотненном осадке	г/м3	по прил. 9 СНиП [1]
8. Величина продувки осветлителя	%
9.Расчетный расход воды на осветлитель	м3/ч	q = (1 + P/100) =
10. Коэффициент распределения воды		по табл. 20 СНиП [1]
11. Скорость восходящего потока	мм/с	- по прил. 10 СНиП [1]
12. Площадь зоны осветления	м2
13. Площадь осадкоуплотнителя	м2
14.Диаметр осадкоуплотнителя
15.Диаметр осветлителя	м
16. Скорость движения воды в воздухоотделителе	м/час	Vв
17. Диаметр воздухоотделителя	м
18. Скорость воды в зоне образования хлопьев	м/с	по прил. 10 СНиП [1]
19. Площадь зоны образования хлопьев	м2
20.Диаметр зоны образования хлопьев	м
21. Расчет верхнего дырчатого днища (верхней распределительной решетки): - скорость воды в отверстиях - площадь отверстий в днище диаметр отверстий число отверстий	м/с мм2   мм шт.	Vo = 0,3 = nо = 4 fо /π dо2 =

Технология с вихревыми реакторами заключается в извлечении из воды только ионов кальция, образующих при взаимодействии с известковым молоком нерастворимую соль карбонат кальция. Поскольку эта соль выделяется из раствора в виде кристаллов, в зону реакции вихревых реакторов вводятся центры кристаллизации – частицы кварцевого песка. Этому процессу мешают взвешенные примеси, поэтому в аппараты подается чистая вода.

Исходная вода вводится в конический корпус аппарата по тангенциальному патрубку и взвешивает контактную среду (песчинки) в восходящем спиральном потоке. В вершину корпуса подается осветленная суспензия известкового молока. Умягченная вода отводится из верхней части корпуса. Корпус вихревого реактора имеет также люки для загрузки и выгрузки контактной среды.

Рис.8. Расчетная схема осветлителя ВТИ: 1 - железобетонный корпус, 2- воронка для впуска исходной воды, 3- воздухоотделитель, 4- сопло тангенциального впуска воды, 5- зона реакции со спиральным потоком, 6- выпрямитель потока, 7- нижнее дырчатое днище, 8- слой взвешенного осадка, 9- верхнее дырчатое днище, 10- кольцевой желоб для сбора умягченной воды, 11- окна для отвода избыточного осадка, 12- осадкоуплотнитель

Перед началом работы аппарата в него загружаются мелкие песчинки размером 0,2…0,3 мм, которые в процессе работы обволакиваются карбонатом кальция. В конце цикла из аппарата выгружаются шаровые частицы диаметром 2…3 мм, состоящие практически из карбоната кальция – сырья для производства негашеной извести. Исходная контактная среда вводится в виде суспензии, готовящейся смешиванием кварцевого песка с водой в специальном бункере. Хлопья гидроксида магния не задерживаются в вихревом реакторе и поступают в умягченную воду.

Схема умягчения с вихревыми реакторами приведена на рис. 9.

Рис. 9. Технологическая схема умягчения шахтной воды на вихревых реакторах