Сравнительные расчеты дегазаторов для удаления растворенной углекислоты из подземной воды

Водоснабжение поселка Бобровского осуществляется из подземного источника. Подземные воды залегают на глубине до 40 м и по большинству качественных показателей удовлетворяют требованиям СанПиН /1/ за исключением содержания растворенного железа (5 мг/дм³), марганца (0.37 мг/дм³) и растворенной углекислоты (до 110 мг/дм³).

При наличии угольной кислоты в подземной воде более 40 мг/дм³, для достижения требуемого эффекта обезжелезивания и предотвращения коррозионных явлений в водопроводной сети, рекомендуется ее предварительно удалять /2/.

Удаление углекислоты из подземной воды предпочтительно осуществлять физическими методами: барботированием (пропуском воздуха через объем воды), разбрызгиванием (дробление) через насадки или отверстия, противоточным пропуском воды и воздуха через различного типа градирни.

Целью работы является сравнение двух вариантов дегазаторов: пленочного, с насадкой из керамических колец Рашига (рассчитанного по методике СНиП /2/), и барботажного с гравийной загрузкой.

Исходные данные: производительность станции обезжелезивания Q = 6790 м³/сут = 282.9 м³/ч, содержание углекислоты в исходной воде С_исх = 110 мг/дм³.

Расчет барботажного дегазатора с гравийной загрузкой.

При принятой загрузке дегазатора d_ср = 7.5 мм (f = 544 м²/м³), высоте слоя h = 1.2 м, продолжительности продувки t = 5 мин и удельном расходе воздуха q = 6 м³/м³ ожидаемое содержание углекислоты в воде после дегазатора, рассчитанное по формуле (1) составит:

(1)

q_уд – удельный расход воздуха, м³/м³

t – продолжительность продувки воздухом, ч

h – высота слоя загрузки, м

Количество удаляемого газа:

(2)

Q – производительность дегазатора, м³/ч

СО_{2 нач} – содержание углекислоты в исходной воде, кг/м³

СО_{2 кон} – концентрация углекислоты после дегазатора, кг/м³

G = 282.9 ×(0.11 – 0.03022) = 22.57 кг/ч

Средняя движущая сила процесса десорбции:

(3)

Тогда площадь поверхности загрузки:

(4)

β – коэффициент десорбции принимается по графику рис. 2 [3]

Объем гравийного дегазатора:

(5)

f – удельная поверхность загрузки, м²/м³

F – площадь соприкосновения жидкой и газообразной фаз (площадь поверхности загрузки), м²

Размеры дегазатора приняты: h ´ а ´ b = 2 ´ 5.3 ´ 5.3 м.

Расход воздуха, подаваемый в дегазатор:

Q_воз=5*Q_воды (6)

Q_воды – расход воды, подаваемой на дегазатор, м³/ч

Q_воз=5*282.9=1414.5 м³/ч

По [4] приняты воздуходувки марки ТВ-42–1,4 1 рабочая и 1 резервная марки ТВ-42–1,4 производительностью 2500 м³/ч, n=2950 об/мин, m=3990 кг.

Расчет пленочного дегазатора с загрузкой из колец Рашига.

Количество удаляемого газа определяется по формуле:

(7)

С_исх и С_вых – концентрация удаляемого газа соответственно в исходной воде и на выходе из дегазатора;

Q_р – часовой расход воды, м³/ч;

Средняя движущая сила десорбции ∆С_ср определяется по формуле:

(8)

Поверхность насадки (поверхность десорбции):

(9)

К_ж – общий коэффициент десорбции, определяемый по рис. 5–10 [3]:

Необходимый объем насадки из колец Рашига:

(10)

204 – поверхность 1 м³ насадки из колец Рашига 25x 25 x 3 мм при беспорядочной загрузке, м²/м³

Площадь поперечного сечения дегазатора:

(11)

60 – оптимальная плотность орошения насадки, м³/(м²/ч)

Внутренний диаметр дегазатора:

(12)

→ D=2.5 м

Площадь дегазатора:

(13)

Высота слоя насадки из колец Рашига 25x25x3:

(14)

Расход воздуха, подаваемый в дегазатор:

Q_воз=b*Q_расч (15)

b – удельный расход воздуха при насадке из колец Рашига, принят 25 м³/(м²/ч) согласно [3] Q_воз=25*282.9=7072.5 м³/час.

Для нагнетания воздуха принято по [4] 2 воздуходувки 1 рабочая и 1 резервная марки ТВ-175–1,6, имеющие следующие характеристики: Q=10000 м³/час, n=3320 об/мин m=6380 кг. Сопротивление проходу воздуха через декарбонизатор определяется по формуле:

Σζ=25*h+40 (16)

Σζ=25*1.46+40=76.5 мм вод. ст.

Принято 2 дегазатора 1 рабочий и 1 резервный марки Б269 со следующими характеристиками: Н_кр =4 м, Q_воз=7500 м³/час, Q_расч=300 м³/час, D=2520 мм, f=5.0 м², Н=5.4 м, m=15180 кг.

После дегазаторов вода поступает в промежуточный бак с размерами 2 м x 2.4 м x 2 м, рассчитанный на 2 минуты пребывания воды.

Вывод: пленочный дегазатор имеет значительную высоту и требует установки в помещении, так как зимой обмерзает, насадка забивается. Большая высота ведет к увеличению высоты здания, а значит к удорожанию строительства. Барботажный дегазатор не требует увеличения высоты здания. На станции обезжелезивания принят барботажный дегазатор с гравийной загрузкой.

Список использованной литературы

1. САНПиН 2.1.1074–01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. контроль качества.

2. СНиП 2.04.02–84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

3. Лившиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб и доп., М., «Энергия», 1976.

4. Справочник по специальным работам / Под ред. Москвитина А.С./ – М.: Стройиздат, 1970 г.