ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД 5 страница
Кроме ионов к нижней полоски слева добавляется концентрация диоксида углерода (молекулярной примеси) в мг-моль/л, поскольку это соединение участвует в изменениях ионного состава воды при изменении величины рН (рис. 3.6).
5 Растворенные газы в шахтных водах
В шахтных водах встречаются следующие растворенные газы: азот, кислород и углекислый газ, которые попадают в воду из атмосферы; метан и сероводород, образующиеся окислительных и биохимических процессов По преобладающему растворенному газу воды подразделяются на сероводородные, углекислотные, азотные и др. Азот не вступает в химические реакции и не влияет на качество воды и не участвует в преобразованиях.
Рис. 3.6. Зависимость форм угольной кислоты от рН
5.1 Растворенный кислород
Его растворимость с понижением температуры и минерализации, а также повышении давления. Растворенный кислород характеризует степень чистоты или загрязнения воды органическими веществами: чем меньше содержание кислорода, тем сильнее загрязнена вода в связи с его повышенным расходом на окисление органики.
Для определения количества свободного (растворенного) кислорода в пресных и солоноватых шахтных водах с pH не менее 6,5 рекомендуется йодометричный метод.
Если воды содержат достаточное количество кислорода для биохимического окисления, то они называются стабильными (устойчивыми). При дефиците кислорода вода загнивает.
|
|
|
С другой стороны кислород является активным окислителем железа, поэтому вызывает коррозию стальных элементов, в том числе труб.
5.2 Сероводород
Сероводород - H2S - достаточно распространенный загрязнитель воды. Особенно много сероводорода может быть в придонных слоях воды или в подземных водах - в условиях дефицита кислорода. Сероводород токсичен, он имеет резкий неприятный запах (запах тухлых яиц), который резко ухудшает органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения.
Сероводород в природных водах в виде недисоциованные молекул H2S, ионов гидросульфиду HS - и редко - ионов сульфида S-2. Соотношение между концентрациями этих форм определяется значениями рН воды: при рН< 10 содержанием ионов сульфида можно пренебречь, при рН=7 содержание H2S и HS - примерно одинаково, при рН=4 сероводород почти полностью (99,8%) находится в молекулярной форме.
Главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохимическом окислении органических веществ естественного происхождения и веществ, поступающих в водоем сточными водами.
Особенно интенсивно процессы восстановления происходят в подземных водах и придонных слоях водоемов в условиях слабого перемешивания и дефицита кислорода. Значительные количества сероводорода и сульфидов могут поступать со сточными водами нефтеперерабатывающих заводов, с городскими сточными водами, водами производств минеральных удобрений.
|
|
|
Концентрация сероводорода в водах быстро уменьшается за счет окисления растворенным в воде кислородом и микробактериологичных процессов (тицоновыми, бесцветными и окрашенными серными бактериями). В процессе окисления сероводорода образуются сера и сульфаты.
Если в воде присутствует сероводород, то может образовываться тонкодисперсная суспензия FеS, что придает воде черный окрас.
5.3 Метан
Растворимость метана СН4 в воде незначительна и составляет около 0,06% об. при 0оС и 0,03% об. при 20оС. Однако и это небольшое количество, выделяясь в водосборниках при недостаточном их проветривании, может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом над поверхностью воды.
5.4 Углекислый газ
Это соединение является продуктом распада двоосновной угольной кислоты H2CO3, которая диссоцирует двуступенчато. В ее диссоциации в водном растворе устанавливается сложная углекислотная равновесие, в котором участвуют ионы различного заряда и молекулярный диоксид углерода.
|
|
|
Под действием воды (явление гидролиза) и температуры свободная угольная кислота H2CO3 распадается стадийно, образуя на 1-й ступени полусвязанную угольную кислоту, а на II-й ступени - связанную.
(свободная);
(полусвязанную);
(связанная).
Равновесие, существующее между различными формами угольной кислоты суммарно можно выразить (после преобразований) уравнением в ионной форме:
или 
Изменение углекислотной равновесия зависит от температуры, а при постоянной температуре от концентрации водородных ионов (видно из уравнений диссоциации по ступеням). Во втором случае это хорошо иллюстрируется зависимостями, представленными на рис. 3.6.
Роль концентрации ионов водорода H+ в воде исключительно важна: при снижении pH среды до 8,35 карбонат-ионы CO32 - переходят в гидрокарбонат-ионы HCO3-; еще большее увеличение концентрации H+ (т. е. понижения pH до уровня 4,35) до распада HCO3 - и выделению CO2, наконец, при pH менее 4,35 в растворе присутствует только свободная угольная кислота (CO2+ H2O).
При недостатке летучего CO (что усугубляется повышением температуры) равновесие смещается вправо. Происходит распад (дополнительная диссоциация) некоторой части гидрокарбонат-ионов HCO3 - с образованием дополнительной части карбонат-ионов CO32-, который является строительным материалом для образования нерастворимой твердой фазы типа CaCO3 (поскольку ионы Ca2+, как правило, содержатся в воде):
|
|
|
Твердая фаза CaCO3, что выделяется из водного раствора, откладывается в виде накипи на стенках аппаратов.
Воду, в которой протекают процессы выделения твердой фазы типа CaCO3, называют нестабильной. При избытке CO2 (что усиливается понижением температуры) равновесие смещается влево. Происходит образование некоторой части гидрокарбонат-ионов и распад (дополнительная диссоциация) твердой фазы CaCO3 при ее контакте с водой.
Воду, в которой происходит растворение CaCO3 (например, при контакте воды с бетонными конструкциями, доломитом, известняковыми породами), называют агрессивной.
Воду, в которой содержание CO2 соответствует расчетному (то есть равновесному) значению, называют стабильной.
6 Бактериологические примеси шахтных вод
Вода - среда для развития многочисленных форм дрожжевых и плесневых грибков, вирусов, гельминтов (глистов), различных бактерий, простых и сложных организмов. В 1 мл загрязненной воды может содержаться бактерий в 1 млрд.шт. Их большая часть относится к разряду безвредных для человека сапрофитовых бактерий. Но есть и такие, которые размножаются и живут на живой материи (патогенные бактерии), разрушая в процессе своей жизнедеятельности живой организм, Они вызывают различные инфекционные заболевания: дизентерию, брюшной тиф, паратиф, водную лихорадку, холеру, бруцеллез и др.
Для оценки чистоты воды как критерий выбран особый вид бактерий - кишечная палочка (Coli), что выделяется с фекалиями человека и животных в большом количестве (в среднем 50 млн.шт. на 1 г фекалий).
Сами эти бактерии не являются болезнетворными, но их присутствие как индикатор указывает на то, что в воде могут находиться и патогенные бактерии. Последнее объясняется тем, что кишечные палочки являются устойчивыми и отмирают в воде медленнее многих болезнетворных бактерий; их уничтожения в процессе обеззараживания воды гарантирует в значительной мере уничтожения других бактерий.
Бактериологическим, или санитарным показателям качества воды микробное число, коли-титр (К-Т) и коли-индекс (К-И).
Микробное число выражает общее количество бактерий, что растут в течение 24 ч при температуре 370С при посеве 1 мл исследуемой воды на 1,5%-ный мясо-пентонний агар.
Коли-титр - наименьший объем воды, выраженный в см3, в котором содержится одна кишечная палочка или микробная клит.
Коли-индекс - количество кишечных палочек, находящихся в 1 л воды.
Например, вода для питьевых целей не должно содержать патогенную микрофлору и иметь коли-индекс не выше 3, а коли-титр менее 300.
По степени бактериальной загрязненности воды разделяют на сильно загрязненные (К-И>10000), загрязненные (К-И =1000...10000), слабозагрязненные (К-И=100...1000); удовлетворительные (К-И =10...100) и добрые (К-И <3.
ЛЕКЦИЯ 13
ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ ДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
1 Классификация потребляемой воды
Для производства продукции или производства определенного вида работ предприятия потребляют и отводят воду.
Потребляемую воду классифицируют по нескольким признакам: по качеству, по направлениям использования, по системах водоснабжения предприятий.
За качеством потребляемой воды (табл. 4.1) ее делят на две группы: питьевая и техническая. Питьевая вода по своему качеству соответствует требованиям ГОСТ 2874-82. Она предназначена в основном для хозяйственно-бытовых, а также некоторых производственных нужд (например, для пылеподавления). Техническая вода подается исключительно для производственных нужд. Требования к качеству неоднозначны: они определяются требованиям конкретных потребителей. По назначению техническую воду делят на четыре категории:
1 - для охлаждения оборудования с нагревом и без загрязнения воды;
2 - для поглощения и транспортировки механических примесей без нагрева и с загрязнением взвешенными и растворенными веществами;
3 - для поглощения и транспортировки механических и растворенных примесей при одновременном нагреве;
4 - для использования как экстрагент и растворитель реагентов в технологических процессах.
Таблица 4.1. - Требования к питьевой воде ГОСТ 2874-82 (Вода питьевая)
| Токсикологические показатели (концентрация химических веществ): | Значение показателя |
| Алюминий остаточный (Аl), мг/л | £ 0,5 |
| Бериллий (Ве), мг/л | £ 0,0002 |
| Молибден (Мо- пермаллой), мг/л | 0,25 |
| Мышьяк (Аs), мг/л | 0,05 |
| Нитраты (NO3), мг/л | 45 |
| Полиакриламид остаточный , мг/л | 2 |
| Свинец (Рb), мг/л | 0,03 |
| Селен (Se), мг/л | 0,001 |
| Стронций (Sr), мг/л | 7,0 |
| Фтор (F), мг/л, не более для климатических районов | |
| I и ІІ | 1,5 |
| ІІІ | 1,2 |
| IV | 0,7 |
| Органолептические показатели (концентрация) | |
| pH | 6,0 - 9,0 |
| Железо (Fe), мг/л | 0,3 |
| Жесткость общая, мг-екв/л | 7,0 |
| Марганец (Мn), мг/л | 0,1 |
| Полифосфаты остаточные (РО43-) | 3,5 |
| Сульфаты (SO42-) | 500 |
| Хлориды (Cl-) | 350 |
| Сухой остаток | 1000 |
| Цинк (Zn) | 5,0 |
| Мутность, мг/л | 1,5 |
| Запах при 20оС и при нагреве до 60оС | £ 2 бали |
| Вкус и привкус при 20оС | £ 2 бали |
| Цветность, градусы | £ 20 |
| Бактериологические (микробиологические) показатели: | |
| К-Т | 300 мл |
| К-І | £3 шт |
| ОМО | £100 колоній |
По направлениям использования потребляемую воду разделяют на три группы:
1) для хозяйственно-бытовых нужд: питьевые нужды, мытье в душевых (норма 167 литров на человека в смену), стирка (норма 74 литров на человека в смену), мытье обуви (норма 10 литров на человека в смену), приготовления напитков, пищи, использования на полив;
2) для технологических нужд: пылеподавления, компрессоры, кондиционеры, параметры дегазационных, вакуума, гидродобыча, гидрозакладка, гидротранспорт, обогащение и др.
3) для нужд вспомогательного производства (котельные и др.).
Вода, используемая по п.п. 2 и 3 есть в совокупности водой, потребляемой на производственные нужды.
2 Системы водоснабжения
Системы водоснабжения промышленных предприятий, в том числе и добывающих, подразделяются на прямоточные, оборотные и с повторно-последовательным использованием.
По системам водоснабжения предприятий потребляемую воду разделяют на свежую, оборотная и повторно используемую.
Свежая вода - это однократно используемая вода в прямоточных системах водоснабжения.
При прямоточной системе водоснабжения вода забирается из источника, готовится для конкретного производства, используется по назначению, очищается при необходимости от загрязнений, сбрасывается в водоем. При этом потребность в свежей воде для какого i-го технологического процесса (Qсв.i) равен общему объему воды (Qобщ.i), который необходим для его нормального протекания, то есть
(4.1)
Вода из источника Qист после участия в технологическом процессе (в виде отработанной) возвращается в водоем, за исключением того количества, которое безвозвратно расходуется в производстве Qпот. Количество сточных вод Qсбр, отводимых в водоем, составляет:
(4.2)
Если сточные воды должны проходить очистные сооружения, то их количество при сбросе в водоем уменьшается, поскольку часть воды отводится со шламом Qшл:
(4.3)
При системе водообеспечения с повторно-последовательным использованием, которое может быть двукратным, вода после использования в одном технологическом процессе подается в второй процесс, потом при возможности – в третий, и только потом очищается при необходимости от загрязнений и сбрасывается в водоем. Количество сточных вод, сбрасываемых, уменьшается соответственно к потерям на всех производствах и на очистных сооружениях, то есть
(4.4)
В условиях угольных предприятий этот баланс должен быть подвергнут корректировке из-за вод, попутно добываемых (Qп-д). Объем этих вод должен быть добавлен к Qсбр. (практически этот объем всегда превышает величину последнего показателя).
Таким образом:
(прямоточная система) (4.5)
(повторно-последовательная система) (4.6)
Следует отметить, что процессы с повторно-последовательной системе водоснабжения на предприятиях угольной промышленности практически отсутствуют.
Оборотная система водоснабжения характеризуется многократным использованием воды, которая называется обратимой.
Оборотное водоснабжение может устраиваться как для всего предприятия в целом, так и в виде систем замкнутых циклов для отдельных элементов, участков, цехов. По классификации Шабалина А.Ф. оборотную воду делят на три категории: первая категория - оборотная вода, используемая в теплообменных процессах для охлаждения машин и аппаратов через стенку; вторая категория - оборотная вода, используемая в технологических процессах как среда, поглощающая или транспортирует технологический продукт при непосредственном контакте с ним; третья категория - оборотная вода, которая используется в комбинированных схемах.
Объем воды, многократно используемый в оборотных системах водоснабжения, называется расходом оборотной воды (Qоб.i). Теоретически он постоянный. Но практически в таких системах имеют место потери воды, которые в разных системах разные.
Так, в оборотных системах с охлаждением воды эти потери обусловлены следующим. В таких системах перед повторным использованием оборотная вода нагрелась, охлаждается в пруду или в градирнях, бассейнах, брызгают, методом испарительного охлаждения путем ее контакта с воздухом.
При этом некоторая часть оборотной воды теряется в результате капельного уноса ветром Qун (0,3-0,5%) и испарения Qисп (2,5%).
Перечисленные потери к повышению солесодержания воды. Оно увеличивается также из-за удаления из воды растворенного углекислого газа, что приводит к смещению углекислотной равновесия вправо и нестабильности воды, а, следовательно, резкому увеличению накипеобразования в теплообменниках. Происходит упаривания воды в системе, которое характеризуется коэффициентом упаривания:
, (4.7)
где Соб и Сподп - концентрация солей соответственно в оборотной и питательной воде.
Для поддержания солесодержания на постоянном уровне систему продувают путем отведения (сброса) некоторого количества оборотной воды в дренаж или на очистку, Qобр = Qпрод. Величина продувочного сброса колеблется от 6 до 10%.
Кроме перечисленных потерь выделяют еще производственные потери, Qпр.пот (утечки, сбросы и др.), которые составляют 0,5%.
Перечисленные выше потери оборотной воды, охлаждающей компенсируются водой для подпитки
(4.8)
Подпитка системы проводят в зависимости от условий постоянно или периодически.
При использовании оборотной системы 2-й категории имеют место потери воды производственные, продувка системы, а также с осадком или шламом (Qшл), в результате очистки воды при ее возврате в техпроцесс, то есть в реактор. Величина Qшл составляет около 0,5%.
Количество воды в этом случае равно:
(4.9)
Если вода используется комплексно, то перед повторным использованием она подвергается как очищению, так и охлаждению, а количество воды для подпитки составляет:
(4.10)
Эта вода является свежей водой в оборотной системе (Qобсв.и). Таким образом, при оборотной системе водоснабжения потребность в свежей воде (Qобсв.и) для того же i-го техпроцесса определяется лишь величиной ее необходимого дополнительного количества, подаваемой для восполнения потерь в системе оборотного водоснабжения, то есть необходимой для поддержания действия этой системы:
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!