Межпластовые подземные воды

Рисунок 2.1- Прямоточная система водоснабжения.

Вода из источника 1 через водозаборное сооружение 2 и насосную станцию 3.1 поступает в очистные сооружения 4.1, где осуществляется предварительная очистка воды до уровня, соответствующего технологическому процессу. Далее вода собирается в резервуаре чистой воды 5, конструкция и размеры которого определяются суммарной мощностью водопотребления предприятия (бак, башня, пруд и т.д.). Другое назначение РЧВ заключается в том, что с его помощью сглаживаются пиковые нагрузки в период наибольшего водопотребления. Далее по водоводам 6 с помощью насосной станции второго подъема 3.2 вода поступает в водопроводную сеть предприятия 8. Направление перетоков воды в схеме и коммутационные возможности сети зависят от технологии производства и могут быть различны для различных предприятий. По напорной сети предприятия вода направляется потребителям 9.1-9.4. Для поддержания необходимого напора и давления в сети служит водонапорная башня 7. Отработанная вода и ливневые воды, проходя через очистные сооружения 4.2 по сбросной линии 13 сбрасываются в источник.

Система технического водоснабжения (СТВС) реального предприятия малой и средней мощности, выполненная по прямоточной схеме может быть дополнена другими элементами, исходя из условий технологического процесса (установки ХВО, напорные, насосные станции, пруды-отстойники т.д.).

При построении СТВС по прямоточной схеме учитываются следующие соображения:

1. Мощность природного источника. Она должна быть достаточной для сохранения экологической обстановки в регионе.
2. Удаленность предприятия от источника воды. С увеличением расстояния растут дополнительные расходы на транспортировку.
3. Степень предварительной очистки воды и затраты на содержание очистных установок определяется условиями технологического процесса. С точки зрения экологической безопасности прямоточные схемы являются наиболее “грязными”.

 

 

 

3. Защита теплообменной аппаратуры от коррозии обработкой воды фосфатами натрия. Отрасль применения. Реагенты. Дозы.

Механизм защитного действия фосфатов заключается в том, что образующиеся малорастворимые соединения — метафосфаты кальция или магния — сорбируются на стенках стальных труб продуктами коррозии, которые при этом уплотняются и изолируют металл от воды. При большой концентрации малорастворимых кальциевых или магниевых метафосфатов (50— 100 мг/кг в расчете на Р2О5) эти соединения отлагаются непосредственно на металлической поверхности, создавая защитную пленку и без продуктов коррозии.

Для предотвращения коррозии в системах водоснабжения в ФРГ применяются гранулированные труднорастворимые полифосфаты в количестве 2—3 мг/кг. Введение фосфатов в воду осуществляется с помощью шайбовых дозаторов. Другой способ заключается в применении водного раствора фосфата, состоящего из 30  г  моконатрийфосфата,  70   г  гексаметафосфата   натрия   (69% Р2О5) и 900 г воды.

Для защиты систем водоснабжения, уже подвергавшихся сильной коррозии, рекомендуется метод ускоренного фосфатирования поверхности металла. Для этого спускают воду из системы, отключают водоразборные краны и заполняют ее 12% раствором смеси фосфатов, который циркулирует там около 5 дней. Затем систему вновь дренируют, продувают трубопроводы теплым сжатым воздухом и оставляют открытой еще на сутки. После заключительной 2-часовой промывки систему включают в эксплуатацию. Защитная пленка, образующаяся на поверхности металла, состоит из фосфатов, накипеобразователей и окислов железа (2,65% SiO2, 4,13% Р2О5, 7,0% СаО, остальное Ре2О3). Сушка способствует упрочению и длительному сохранению защитных свойств пленки (до 6 месяцев и более); развитие ранее возникших очагов коррозии затормаживается.

Полифосфаты используются также при водоподготовке с целью предотвратить отложение карбоната кальция, устранить выпадение соединений железа в подогревателях и трубопроводах горячей воды. Наиболее эффективны смеси полифосфатов. Лучше всего смеси тетраполифосфата с динатрийфосфатом и триполифосфата с гексаметафосфатом. Температура воды должна быть ниже 75° С.

Для предупреждения коррозии стали часто применяется калгон — стеклообразный фосфат с мольным отношением Nа2О : Р2O5 = 1,1. Установлено, что в результате воздействия калгона на поверхности металла осаждается тонкая защитная пленка из фосфата или одного из его комплексов, которая не ухудшает теплопередачу. Образование такой пленки не зависит от изменения температуры и рН. Скорость этого процесса является функцией скорости подвода стеклообразного фосфата к поверхности металла. Концентрация калгона зависит от состава воды и изменяется от 2 до 100 мг/кг. Практически она лежит в пределах 10—15мг/кг. Высокая начальная концентрация фосфатов приводит к быстрому образованию пленки, после чего можно поддерживать более низкое содержание ингибитора в системе. Образующаяся в результате обработки охлаждающей воды калгоном защитная пленка может сохраняться продолжительный период даже после прекращения подачи ингибитора.

Для ингибирования воды может быть использован также так называемый «металлический фосфат». Он представляет собой медленно растворяющийся негигроскопичный пурпурный продукт, стекловидный при комнатной температуре. Чаще всего его готовят сплавлением марганцевых и цинковых солей с высокотемпературным расплавом фосфата и последующим охлаждением по специальному методу. При растворении этот реагент образует ионы металла и комплексные фосфорно-металлические ионы.

Предложен метод обработки охлаждающей воды, предотвращающий образование отложений карбоната кальция к коррозию. В воду вводят полифосфаты в концентрации 1—40 мг/кг, органический комплексообразующий реагент в концентрации 10—25 мг/кг. Концентрация добавляемых реагентов зависит от количества НСО3- в воде. При увеличении содержания НСО3- доза комплексообразующего реагента увеличивается, ортофосфатов — уменьшается, полифосфатов — остается неизменной. В качестве комплексообразующих реагентов могут быть использованы поли-аминокарбоновые кислоты, их соли, полиаминоспирты, этилендиа-минтетрауксусная кислота и ее соли. Можно использовать окси-карбоновые кислоты, молекулы которых содержат 4—7 атомов углерода, например, лимонную, глюконовую и другие кислоты. Применяют также обработку воды с помощью смесей: 2п — Nа-полифосфата ZnО • 8Nа2О • 8Р2О5, полифосфата щелочного металла с соотношением Ме2О : Р2О5 = 0,4 ч- 2,0 и комплексообразующие соединения — этилендиаминтетрауксусная, триэтилендиаминтетра-уксусная кислоты и др. В качестве поверхностно-активного вещества предлагается блокполимер окисей этилена и пропилена с молекулярным весом 1500—1200.

Малые концентрации фосфатов не стимулируют язвенную коррозию. Но ингибиторы склонны превращаться в ортофосфаты, которые в результате взаимодействия с кальцием быстро выводятся из раствора, что приводит к снижению концентрации ионов фосфата и вызывает образование шлама, стимулирующего развитие коррозии.

Из числа фосфорнокислых солей наибольшее распространение в качестве ингибитора находит гексаметафосфат натрия (NаРО3)6. Количество гексаметафосфата натрия должно быть таким, чтобы все оно связывалось с ионами Са2+ в малорастворимое соединение Са[Са2(РО3)6], идущее на формирование защитной метафосфатной пленки. Для образования этого соединения количество гексаметафосфата натрия в расчете на Р2О5 (в мг/кг) должно находиться в следующем соотношении с количеством содержащегося в обрабатываемой воде Са2+ (в мг/кг):

<3.5                                                                                        (3.1)

Если количество гексаметафосфата натрия будет превышать указанный предел, то могут образовываться также растворимые соединения вида Nа2[Fе2(РО3)6]. Переходящее в раствор вследствие коррозии труб железо будет связываться в растворимый метафосфат железа, что способствует ускорению коррозии.

На практике рекомендуется руководствоваться следующими соображениями при выборе количеств гексаметафосфата натрия. В первый период эксплуатации оборудования целесобразно как можно скорее сформировать защитную пленку для прекращения насыщения воды железом. Для этого могут быть применены большие концентрации гексаметафосфата натрия (50 и даже 100 мг/кг), но при непременном условии, чтобы они не выходили за пределы, обусловленные формулой (см. выше). Такие большие дозы гексаметафосфата натрия могут привести к образованию в воде заметной взвеси (вода мутнеет) и поэтому применение их допустимо только при промывке водоводов (работа на сброс). Если вначале эксплуатации оборудования нельзя сбрасывать воду, то рекомендуется ограничиваться 7—10 мг/кг в расчете на Р2О5, или 15—20 мг/кг технического гексаметафосфата натрия. В дальнейшем, когда обогащение воды железом практически прекратится, концентрацию гексаметафосфата натрия следует постепенно уменьшать (равномерно в течение 5—7 суток). Если химический контроль покажет, что при этом содержание железа в воде не увеличивается, то можно дойти до 2—3 мг/кг технического продукта. Растворение гексаметафосфата натрия можно ускорить, применив для этого подогретую воду. Однако, чтобы избежать гидролиза гексаметафосфата натрия и перехода его в фосфат, температура воды не должна быть выше 60° С.

Дозирование заготовленного раствора гексаметафосфата натрия должно производиться таким образом, чтобы содержимое бака равномерно расходовалось в течение установленного времени. Расход раствора (NаРО3)6 (в л/мин) может быть подсчитан по формуле:

                                     q=                                                               (3.2)

где V — полезная емкость бака, м3; п — число полных баков, расходуемых в течение суток.

Основным методом химического контроля при обработке воды гексаметафосфатом натрия является определение содержания железа в воде. Считается, что при содержании соединений железа в воде, обработанной гексаметафосфатом натрия, не выше 0,03 мг/кг, коррозионный процесс практически полностью подавлен.

4.Фуникулерные и плавучие водозаборы 

При необходимости организации срочного водоотбора, в сложных гидроморфологических условиях, - при большой амплитуде колебания уровней воды, сильно неустойчивом русле, непригодности грунтов для оснований сооружений, могут устраиваться нестационарные водозаборы.  

Нестационарные водозаборы подразделяются на следующие типы:

• фуникулерные, перемещаемые по рельсовым путям, проложенным по спланированному береговому склону (рис. 4.1.);

1 - аварийный всасывающий водовод на козлах; 2 - положение насосной станции при работе с использованием аварийного всасывающего водовода; 3 -положение насосной станции при работе во время ледохода; 4 - будка для подъемной лебедки.

 Рисунок 4.1- Водозаборное сооружение фуникулерного типа

• плавучие, смонтированные на понтоне и удерживаемые в створе сооружений с помощью якорей (рис. 4.2).

1 - понтон; 2 - гибкие напорные водоводы; 3 - береговые опоры; 4 - соединительный мостик; 5 - трансформаторная подстанция; 6 - рыбозащитные устройства.

Рисунок 4.2- Общая схема плавучего водозаборного сооружения. 

В состав водозабора фуникулерного типа входят: водоприемное устройство, рельсовые пути для его перемещения, напорный водовод с патрубками, расположенными через определенные расстояния, электрифицированная лебедка. Водозабор дублируют из расчета, что один работает, а второй перемещается при подъеме или понижении уровня воды в реке.

Водоприемное устройство включает тележку, на которой смонтирован насос со всасывающим водоводом, обратный клапан и водоприемную сетку, или рыбозаградитель. На тележке монтируются также вакуум-насосная установка и павильон облегченной конструкции.

Рельсовый путь укладывают по спланированному и укрепленному от размыва речным потоком берегу. Напорный водовод укладывают в земле параллельно рельсовому пути, патрубки располагают в колодце, где установлены задвижки. Расстояние между патрубками выбирается с условием удобства присоединения насоса при его перемещении в новое положение с помощью гибкого водовода.

Лебедка для передвижения водозаборного устройства располагается на незатопляемых отметках. Здесь же сооружаются и подсобные помещения. 

Подвижные водозаборные сооружения устраивают аналогично фуникулерным, они могут перемещаться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении с перекладкой напорного водовода. 

Плавучие водозаборы удобны на реках с обильными наносами, нестационарным ложем и незначительным ледоходом. На реке с интенсивным ледоходом плавучие водозаборные сооружения могут применяться при условии расположения в защищенных акваториях.

В состав плавучего водозаборного сооружения входят: пантон, на котором монтируются насосные агрегаты, рыбозащитные устройства, электротехническое оборудование, транспортно-подъемные механизмы, гибкие напорные водоводы (подвижные или наплавные), береговые опоры, соединительный мостик.

Водоприемные отверстия, перекрываемые рыбозащитным устройством или решетками, устраивают в бортах понтона.

При большой амплитуде колебания уровня воды в реке применяется многопозиционная установка понтона с устройством причальной эстакады.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание 1

Определить условия сброса сточных вод в водоем, максимальную допустимую концентрацию вредного вещества в сточных водах, сбрасываемых и кратность разбавления сточных вод.

Исходные данные:

Q - расход воды в реке, м3/сутки;

Сф - фоновая концентрация вредного вещества в реке до сброса сточных вод, мг\л;

Нср - средняя глубина реки, м;

Vcp - средняя скорость течения реки, м/с;

L - длина по фарватеру, м;

φ = 1

ξ =1,5

 

№ варианта	Q, м3\добу	Сброс сточных вод	Нср, м	Vcp, м/с	L, м	Сф, мг\л
4	3000	Береговой	1,4	0,5	150	Нефть 0,0008 Хром(3+) 0,005