Water stabilization in water supply circulation systems

Abstract

Метою даної роботи є розробка алгоритму реагентної стабілізації води в системах оборотного водопостачання (СОВП) для запобігання карбонатним відкладенням на граничних поверхнях та теплообміну, який базується на фізико-хімічній моделі карбонатної водної системи (КВС) і дозволяє визначати дозу реагентів на основі даних штатного визначення параметрів оборотної води (ОВ) та режиму роботи СОВП. Такий підхід дозволяє уникати передозування реагентів та скидання надлишкової ОВ у навколишнє середовище, а якщо СОВП є оборотною системою охолодження (ОСО) теплових та атомних електростанцій, то дозволяє уникати викидів надлишкових продуктів згоряння палива та зниження коефіцієнта корисної дії станції внаслідок відкладень. Методи. Відомо, що карбонат кальцію є основним компонентом низькотемпературних відкладень [1, с. 384]. З огляду на це, в статті розглядається гідрокарбонатна підсистема оборотної води, стан якої описується стаціонарною фізико-хімічною моделлю якості води, яка формулюється на основі: 1. Водно-сольового балансу водного середовища з урахуванням змін його обсягу. 2. Рівнянь паралельно-послідовних реакцій, що відображають перетворення в оборотній воді. 3. Припущення про форму кінетичних рівнянь, що описують кристалізацію карбонату кальцію, а також обмін CO2 між атмосферою та водним середовищем. 4. Закону збереження загальної кількості карбонатів. 5. Умови електричної нейтральності водного середовища. 6. Врахування істотної різниці між швидкостями реакцій в гідрокарбонатній системі (ГКС) відносно одна одної та часом обороту води в системі. Результати. Сформульовано кінетичні рівняння для компонентів, які є нейтральними щодо перетворень в ОВ; ми будемо називати їх трасерами, та тих, які зазнають змін в результаті фізико-хімічних реакцій в ОВ; ми будемо називати їх накипінами. Відкладення виникають в результаті процесів взаємного перетворення компонентів ГКС в ОВ, тому формулюється кінетичне рівняння для суми карбонатів в ОВ, яке не має обмежень щодо постійності об’єму ОСО і враховує процеси утворення твердого CaCO3 та дегазації CO2 у градирнях. Для стаціонарної роботи СОВП кінетичне рівняння для суми карбонатів перетворюється на рівняння для швидкості виділення CaCO3, яке враховує зміну концентрації гідрокарбонатних іонів і дегазацію CO2. Це рівняння дозволяє оцінити вплив на швидкість осадження CaCO3 дозування сірчаної кислоти у воду підживлення і визначити дозу кислоти, достатню для мінімізації відкладень CaCO3. Визначається концентрація гідрокарбонатних іонів і іонів Ca2+ у ОВ і підживлюваній воді, яка мінімізує швидкість осадження CaCO3 при заданій дозі кислоти. Практична цінність. Рівняння для швидкості виділення CaCO3, яке враховує зміни концентрації гідрокарбонатних іонів і дегазацію CO2 в градирнях, логічно відображає результати заходів щодо стабілізації оборотної води кислотою, і дозволяє отримати концентрацію Ca2+ в оборотній і та підживлюючій водах, які мінімізують відкладення CaCO3, а також визначити частку підживлюваної води, яку слід обробляти вапном, щоб мінімізувати відкладення, уникаючи при цьому передозування реагентів та шкоди навколишньому середовищу. Більше того, отримані рівняння дозволяють, на основі оперативних даних про якість оборотної води, контролювати ефективність заходів стабілізації та своєчасно їх коригувати.