ВОДОСНАБЖЕНИЕ.   НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ

СНиП 2.04.02-84*

Приложение 7

Рекомендуемое

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

1. Количество воды, подлежащей умягчению, q_у, выраженное в процентах общего количества воды, следует определять по формуле

q_у=100(Ж_о.исх-Ж_ос)/(Ж_о.исх-Ж_у),              (1)

где     Ж_о.исх — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л

Ж_ос — общая жесткость воды. подаваемой в сеть, мг-экв/л;

Ж_у — жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

2. В составе установок для реагентной декарбонизации воды и известково-содового умягчения следует предусматривать: реагентное хозяйство, смесители, осветлители со взвешенным осадком, фильтры и устройства для стабилизационной обработки воды.

В отдельных случаях (см. п. 8) вместо осветлителей со взвешенным осадком могут применяться вихревые реакторы.

3. При декарбонизации остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0,4—0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8—1,2 мг-экв/л; при известково-содовом умягчении -остаточная жесткость 0,5—1 мг-экв/л и щелочность 0,8— 1,2 мг-экв/л. Нижние пределы могут быть получены при подогреве воды до 35—40°С.

4. При декарбонизации и известково-содовом умягчении воды известь надлежит применять в виде известкового молока. При суточном расходе извести менее 0,25 т (в расчете на СаО) известь допускается вводить в умягчаемую воду в виде насыщенного известкового раствора, получаемого в сатураторах.

5. Дозы извести Д_и, мг/л, для декарбонизации воды, считая по СаО, надлежит определять по формулам:

а) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са²⁺)/20>Ж_к

Д_и=28[(CO₂)/22+Ж_к+Д_к/е_к+0,3];              (2)

б) при соотношении между концентрацией в воде кальция и карбонатной жесткостью (Са²⁺)/20<Ж_к

Д_и=28[(CO₂)/22+2Ж_к-(Са²⁺)/20+Д_к/е_к+0,5]              (3)

где     (СО₂) — концентрация в воде свободной двуокиси углерода, мг/л;

(Са²⁺) — содержание в воде кальция, мг/л;

Д_к — доза коагулянта FeCl₃ или FeSO₄ (в расчете на безводные продукты), мг/л;

е_к — эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeCl₃ — 54, для FeSO₄ — 76).

6. Дозы извести и соды при известково-содовом умягчении воды следует определять по формулам:

доза извести Д_и , мг/л, в расчете на СаО

Д_и=28[(CO₂)/22+Ж_к+(Mg²⁺)/12+Д_к/е_к+0,5];              (4)

доза соды Д_с мг/л, в расчете на Na₂CO₃

Д_с=53(Ж_н.к+Д_к/е_к+1),              (5)

где     (Mg²⁺)—содержание в воде магния, мг/л;

Ж_н.к — некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.

7. В качестве коагулянтов при умягчении воды известью или известью и содой следует применять хлорное железо или железный купорос.

Дозы коагулянты в расчете на безводные продукты FeCl₃ или FeSO₄ надлежит принимать 25— 35 мг/л с последующим уточнением в процессе эксплуатации водоумягчительной установки.

8. При обосновании допускается производить декарбонизацию или известково-содовое умягчение воды в вихревых реакторах с получением крупки карбоната кальция и ее обжигом в целях утилизации в качестве извести-реагента.

Умягчение воды в вихревых реакторах следует принимать при соотношении (Са²⁺)/20 мг/л>Ж_к., содержании магния в исходной воде не более 15 мг/л и перманганатной окисляемости не более 10 мг О/л.

Окончательное осветление воды после вихревых реакторов следует производить на фильтрах.

9. Для расчета вихревых реакторов следует принимать: скорость входа в реактор 0,8—1 м/с; угол конусности 15—20°; скорость восходящего движения воды на уровне водоотводящих устройств 4—6 мм/с. В качестве контактной массы для загрузки вихревых реакторов следует применять молотый известняк, размолотую крупку карбоната кальция, образовавшуюся в вихревых реакторах, или мраморную крошку.

Крупность зерен контактной массы должна быть 0,2—0,3 мм, количество ее— 10 кг на 1 м³ объема вихревого реактора. Контактную массу надлежит догружать при каждом выпуске крупки из вихревого реактора.

Известь следует вводить в нижнюю часть реактора в виде известкового раствора или молока. При обработке воды в вихревых реакторах коагулянт добавлять не следует.

Примечание. При (Са²⁺)/20<Ж_к декарбонизацию воды следует производить в осветлителях с доосветлением волы на фильтрах.

10. Для выделения взвеси, образующейся при умягчении воды известью, а также известью и содой, следует применять осветлители со взвешенным осадком (специальной конструкции).

Скорость движения воды в слое взвешенного осадка следует принимать 1,3—1,6 мм/с, вода после осветлителя должна содержать взвешенных веществ не более 15 мг/л.

11. Фильтры для осветления воды, прошедшей через вихревые реакторы или осветлители, следует загружать песком или дробленым антрацитом с крупностью зерен 0,5—1,25 мм и коэффициентом неоднородности 2—2,2. Высота слоя загрузки 0,8—1 м, скорость фильтрования — до 6 м/ч.

Допускается применение двухслойных фильтров.

Фильтры надлежит оборудовать устройствами для верхней промывки.

12. Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5—8 мг/л и цветностью не более 30°. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется.

13. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05—0,1 г-экв/м³ при двухступенчатом — до 0,01 г-экв/м³

14. Объем катионита W_к, м³ в фильтрах первой ступени следует определять по формуле

             (6)

где    q_у — расход умягченной воды, м³/ч;

Ж_о.исх— общая жесткость исходной воды, г-экв/м³;

— рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании, г-экв/м³;

п_p — число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.

15. Рабочую обменную емкость катионита при натрий-катионировании , г-экв/м³, следует определять по формуле

             (7)

где    a_Na — коэффициент эффективности регенерации натрий-катионита, учитывающий неполноту регенерации катионита, принимаемый по табл. 1;

b

_Na — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по Са²⁺ и Mq²⁺ вследствие частичного задержания катионитов Nа⁺, принимаемый по табл. 2, в которой С_Na — концентрация натрия в исходной воде, г-экв/м³ (С_Na = (Na²⁺)/23);

Таблица 1

Таблица 2

Е_полн — полная обменная емкость катионита, г-экв/м³ определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 0,5—1,1 мм — 500 г-экв/м³ для катионита КУ-2 крупностью 0,8— 1,2 мм — 1500—1700 г-экв/м³

q_уд —удельный расход воды на отмывку катионита, м³ на 1 ^м катионита, принимаемый равным для сульфоугля — 4 и для КУ-2 - 6.

16. Площадь катионитных фильтров первой ступени F_к, м², следует определять по формуле

F_к=W_к/H_к              (8)

где    Н_к — высота слоя катионита в фильтре, принимаемая от 2 до 2,5 м (большую высоту загрузки следует принимать при жесткости воды более 10 г-экв/м³);

W_к —определяется по формуле (6).

Количество катионитных фильтров первой ступени надлежит принимать: рабочих — не менее двух, резервных — один.

17. Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды:

до 5 г-экв/^м3 — 25 м/ч;

5—10 г-экв/м³ — 15 м/ч;

10—15 г-экв/м³ — 10 м/ч.

Примечание. Допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования на 10 м/ч но сравнению с указанными выше при выключении фильтров на регенерацию или ремонт.

18. Потерю напора в напорных катионитных фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра, в дренаже и катионите. Потерю напора в фильтре следует принимать по табл. 3.

Таблица 3

19. В открытых катионитных фильтрах слой воды над катионитом следует принимать 2,5— 3 м и скорость фильтрования не более 15 м/ч. 20. Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 л/(сЧ м²) при крупности зерен катионита 0,5—1,1 мм и 5 л/(сЧ м²) при крупности 0,8—1,2 мм. Продолжительность взрыхления надлежит принимать 20—30 мин. Подачу воды на взрыхление катионита следует предусматривать согласно п. 6.117.

21. Регенерацию загрузки катионитных фильтров следует предусматривать технической поваренной солью. Расход поваренной соли Р_с . кг, на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра первой ступени следует определять по формуле

             (9)

где     f_к — площадь одного фильтра, м²;

Н_к. — высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16;

— рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м³, принимаемая согласно п. 15;

а_с — удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита. принимаемый 120—150 г/г-экв для фильтров первой ступени при двухступенчатой схеме и 150—200 г/г-экв при одноступенчатой схеме.

Жесткость умягченной воды при различных удельных расходах соли приведена на рис. 1.

Концентрацию регенерационного раствора для фильтров первой ступени следует принимать 5—8%.

Скорость фильтрования регенерационного раствора через катионит фильтров первой ступени следует принимать 3—4 м/ч; скорость фильтрования исходной воды для отмывки катионита — 6—8 м/ч, удельный расход отмывочной воды — 5—6 м³ на 1 м³ катионита.

22. Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать согласно пп. 20, 21, при этом следует принимать: высоту слоя катионита — 1,5 м; скорость фильтрования — не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300—400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; концентрацию регенерационного раствора — 8—12%.

Потерю напора в фильтре второй ступени следует принимать 13—15 м.

Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени.

При расчете фильтров второй ступени общую жесткость поступающей на них воды следует принимать 0,1 г-экв/м³ рабочую емкость поглощения катионита — 250—300 г-экв/м³.

23. При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.

24. Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды.

Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5—8 мг/л и цветностью не более 30°.

Умягчение воды надлежит принимать по схемам:

параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/м³ с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/м³; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 г-экв/м³ и натрия не более 2 г-экв/м³.

последовательного водород-натрий-катионирования с “голодной” регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 г-экв/м³, щелочность — 0,7 г-экв/м³;

водород-катионирования с “голодной” регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7—1,5 г-экв/м³ выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата — 0,7—1,5 г-экв/м³ Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах. Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.

25. Соотношения расходов воды, подаваемой на водород-катионитные и натрий-катионитные фильтры при умягчении воды параллельным водород-натрий-катионированием, следует определять по формулам:

расход воды, подаваемой на водород-катионитные фильтры, м³/ч,

             (10)

расход воды, подаваемой на натрий-катионитные фильтры , м³/ч,

             (11)

где    q_пол — полезная производительность водород-натрий-катионитной установки, м³/ч.

и — полезная производительность соответственно водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров, м³/ч:

Щ_о — щелочность исходной воды. г-экв/м³.

Щ_у — требуемая щелочность умягченной воды, г-экв/м³;

А—суммарное содержание в умягченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), г-экв/м\

Примечания: 1. Волород-катионитныс фильтры могут быть использованы и как натрий-катионитные. поэтому должна быть предусмотрена возможность регенерации двух-трех водород-катионитных фильтров раствором технической поваренной соли.

2. Расчет трубопроводов и фильтров следует производить на режиме при наиболыней нагрузке на водород-катионитные фильтры, наибольшей щелочности (Щ) воды и наименьшем содержании в ней анионов сильных кислот (А), при наибольшей нагрузке на натрий-катионитные фильтры, наимснышей щелочности воды и наиболыпем содержании в ней анионов сильных кислот.

26. Объем катионита W_н, м³ в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле

             (12)

Объем катионита W_Na, м³ в натрий-катионитных фильтрах следует определять по формуле

             (13)

где    Ж_o —-общая жесткость умягченной воды, г-экв/м³

п — число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое согласно п. 14;

— рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/м³;

— рабочая обменная емкость натрий-катнонита, г-экв/м³

C_Na — концентрация в поде натрия, г-экв/м³ определяемая согласно п. 15.

27. Рабочую обменную емкость , г-экв/м³ водород-катнонита следует определять по формуле

             (14)

где    a_н — коэффициент эффективности регенерации водород-катионита, принимаемый по табл. 4;

С_к —общее содержание в воде катионитов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/м³

q_уд — удельный расход воды на отмывку катионита после регенерации, принимаемый равным 4—5 м³ воды на 1 м³ катионита;

Е_полн — паспортная полная обменная емкость катионита в нейтральной среде. г-экв/м³.

Таблица 4

При отсутствии паспортных данных Е_полнследует принимать согласно п. 15.

28. Площадь водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров F_H, м² и F_Na, м² следует определять по формуле

F_н=W_нН_к;     F_Na=W_NaН_к              (15)

где Н_к — высота слоя катионита в фильтре, м, принимаемая согласно п. 16.

Потерю напора в водород-катионитных фильтрах, интенсивность взрыхления и скорость фильтрования следует принимать согласно пп. 18—20.

29. Количество рабочих водород-катионитных и натрий-катионитных фильтров при круглосуточной работе должно быть не менее двух.

Количество резервных водород-катионитных фильтров надлежит принимать: один — при количестве рабочих фильтров до шести и два — при большем количестве. Резервные натрий-катионитные фильтры устанавливать не следует, но должна быть предусмотрена возможность использования резервных водород-катионитных фильтров в качестве натрий-катионитных согласно примеч. к п. 25.

30. Регенерацию водород-катионитных фильтров надлежит принимать 1—1,5%-ным раствором серной кислоты. Допускается разбавление серной кислоты до указанной концентрации водой непосредственно перед фильтрами в эжекторе.

Скорость пропуска регенерационного раствора серной кислоты через слой катион ита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмывкой катионита неумягченной водой, пропускаемой через слой катионита сверху вниз со скоростью 10 м/ч.

Отмывка должна заканчиваться при кислотности фильтра, равной сумме концентраций сульфатов и хлоридов в воде, поступающей на отмывку.

Первую половину объема отмывочной воды следует направлять на нейтрализацию, в накопители и т.п., вторую половину — в баки для взрыхления катионита.

Примечание. Для регенерации водород-катионитных фильтров при обосновании допускается применение кислот соляной и азотной (для КУ-2).

31. Расход 100%-ной кислоты Р_н, кг, на одну регенерацию водород-катионитного фильтра надлежит определять по формуле

             (16)

где а_н — удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв, определяемый по рис. 2 в зависимости от требуемой жесткости фильтрата.

32. Объемы мерника крепкой кислоты и бака для разбавленного раствора кислоты (если разбавление ее производится не перед фильтрами) надлежит определять из условия регенерации одного фильтра при количестве рабочих водород-катионитных фильтров до четырех и для регенерации двух фильтров при большем количестве.

33. Аппараты и трубопроводы для дозирован ия и транспортирования кислот следует проектировать с соблюдением правил техники безопасности при работе с кислотами.

34. Удаление двуокиси углерода из водород-катионированной воды или из смеси водород- и натрий-катионированной воды надлежит предусматривать в дегазаторах с насадками кислотоупорными керамическими размером 25х25х4 мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.

Площадь поперечного сечения дегазатора следует определять исходя из плотности орошения при керамической насадке 60 м³/ч на 1 м² площади дегазатора, при деревянной хордовой насадке — 40 м³/ч.

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу 15 м³ воздуха на 1 м³ воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления керамической насадки, принимаемого равным 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, сопротивления деревянной хордовой насадки — 10 мм вод. ст. Прочие сопротивления следует принимать равными 30—40 мм вод. ст.

Высоту слоя насадки, необходимую для снижения содержания двуокиси углерода в катио-нированной воде, следует определять по табл. 5 в зависимости от содержания свободной двуокиси углерода (СО₂)_св, г/м³, в подаваемой на дегазатор воде, определяемой по формуле

(СО₂)_св=(СО₂)₀+44Щ_о              (17)

где (СО₂)_св — содержание свободной двуокиси углерода в исходной воде, г/м³;

Щ_о — щелочность исходной воды, г-экв/м³

Таблица 5

35. При проектировании установок для умягчения воды последовательным водород-натрий-катионированием с “голодной” регенерацией водород-катионитных фильтров следует принимать:

а) жесткость фильтрата  , г-экв/м³ водород-катионитных фильтров по формуле

         (18)

где     () и () — содержание хлоридов и сульфатов в умягченной воде, г-экв/м³

Щ_ост—остаточная щелочность фильтрата водород-катионитных фильтров, равная 0,7—1,5 г-экв/м³;

(Na⁺) — содержание натрия в умягченной воде, г-экв/м³;

б) расход кислоты на “голодную” регенерацию водород-катионитных фильтров — 50 г на 1 г-экв удаленной из воды карбонатной жесткости;

в) при “голодной” регенерации “условную” обменную емкость катионитов по иону , (до момента повышения щелочности фильтра-га) для сульфоугля СК-1 — 250—300 г-экв/м³ для катионита К.Б-4 — 500—600 г-экв/м³

36. Для предупреждения попадания кислой воды на натрий-катионитные фильтры установок последовательного водород-натрий-катионирования, на случай регенерации водород-катионитных фильтров избыточной дозой кислоты. следует предусматривать подачу осветленной неумягченной воды в поток фильтрата водород-катионитных фильтров перед дегазатором.

37. Аппараты, трубопроводы и арматура. соприкасающиеся с кислой водой или фильтратом, должны быть защищены от коррозии или изготовлены из антикоррозионных материалов.

38. При параллельном водород-натрий-катионировании понятные фильтры допускается при обосновании предусматривать с противоточной регенерацией или по схеме ступенчато-противоточного ионирования.

39. Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность обработки концентрированной части вод для их повторного использования.

Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.

Осветленные растворы хлорида натрия (из сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров) надлежит повторно использовать для регенерации натрнй-катионитных фильтров (при необходимости после нейтрализации).