Как известно, вода является одним из наиболее важных веществ для обеспечения жизнедеятельности нашего организма. Ведь каждый человек понимает, что без жидкости ему точно долго не протянуть. Именно поэтому, в большинстве домов оборудован водопровод, а в деревнях практикуется применение специальных колодезей. Однако качество воды, которую мы получаем из централизованных сетей либо непосредственно из воды, частенько оставляет желать лучшего. Она часто является жесткой, имея слишком высокий уровень минерализации. Чрезмерная жесткость воды способна отрицательно сказываться на нашем организме, а также на работе многих бытовых устройств в нашем доме. Но как справиться с этой проблемой своими силами?
Чаще всего жесткость воды определяется наличием в ее составе солей кальция и магния. Для того чтобы определить уровень данного показателя именно в вашей воде, стоит сдать специальные анализы, однако сделать косвенные выводы о наличии такой проблемы можно основываясь на количестве накипи внутри чайника, бойлера, а также на кипятильнике. Рассмотрим наиболее распространенные и эффективные методы, способы умягчения жесткой воды дома.
Кипячение
Данный метод носит также название термического, и он является наиболее простым и в то же время распространенным. При кипячении воды происходит распад кидрокарбоната кальция, который чаще всего вызывает ее повышенную жесткость. Это вещество распадается на углекислый газ, а также на осадок из карбоната кальция. Такой метод смягчения помогает существенно понизить содержание жестких солей в воде. Кроме того такой подход помогает решить проблему жесткости и в том случае, если ее причина кроется в сульфате кальция. Однако стоит учитывать, что кипячение не способно полностью решить проблему. Также при температурном воздействии возникает осадок и его придется удалять. Кроме того такая методика не подходит для обработки большого объема воды.
Реагентные методики
Такой способ смягчения воды подразумевает использование специальных веществ, позволяющих связывать ионы кальция и магния, превращая их в нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. В качестве таких реагентов может использоваться известь, а также кальцинированная сода, едкий натр, некоторые синтетические реагенты либо пищевая сода.
Известь подходит для обработки воды, которая имеет в своем составе много карбонатных соединений, а также незначительную некарбонатную жесткость. При данной методике смягчения к воде вместе с данным веществом добавляют также реагенты-коагулянты.
Если жесткость воды не сильно высока, то известь можно скомбинировать с содой, а если в воде присутствует много натрия, то лучше отдать предпочтение сочетанию соды и натрия.
Что касается различных синтетических реагентов, то они обычно предназначаются для предохранения стиральных либо посудомоечных машин от накипи, вызванной жесткой водой.
Однако все описанные реагентные методики имеют множество недостатков. Так они приводят к появлению твердых отходов и чаще всего требуют особенно точной дозировки. Кроме того воду, прошедшую такую обработку нельзя пить либо применять для приготовления пищи, за исключением разве что обработки пищевой содой.
Чаще всего реагенты для смягчения требуют специально выделенного места для хранения.
Фильтры
Для смягчения воды в домашних условиях можно использовать самые разные фильтры. Они могут отличаться по методу своего действия. Так высокой популярностью пользуются сейчас мембранные системы. Они подразумевают как бы продавливание жесткой воды при помощи избыточного давления сквозь специальные полупроницаемые мембраны. Сквозь такое средство проходят лишь молекулы воды, но она задерживает всевозможные минеральные и органические примеси. Соответственно, на выход из такого фильтра идет практически дистиллированная вода. Соответственно вы получаете максимально мягкую жидкость, которая очищается от большей части возможных видов загрязнения. Однако, если вы планируете ее пить, вам придется осуществлять дополнительную минерализацию.
Есть и другие фильтры, которые содержат в себе активированный уголь и другие очищающие элементы. Они предназначены специально для обработки воды, предназначенной для питья, и активно используются в домашних условиях. Такие конструкции обычно устанавливаются в кувшины и меняются раз в один-два месяца, обеспечивая своего владельца чистой и смягченной водой.
Небольшие объемы воды
Для того чтобы смягчить воду можно также заморозить ее. Такая обработка приведет к выведению избытка солей из жидкости. После того, как большая часть воды замерзнет, стоит просто слить остаток, в котором и будут сконцентрированы вредные избыточные элементы. Полученный лед можно разморозить и использовать для умывания, а также для полива растений.
Для того чтобы легко смягчить воду в домашних условиях нужно растворить в одном литре воды десять грамм торфа либо три грамма золы. Также можно применять талую либо дождевую воду, однако такая рекомендация подойдет лишь тем, кто проживает за городом.
Рассмотрев основные возможные способы смягчения воды, можно сделать вывод, что лучше всего использовать для этих целей специальные фильтры для питьевой воды. С их помощью можно обработать достаточное количество жидкости, предназначенной для питья и для приготовления пищи.
" и "Химические реагентные способы умягчения воды " раздела "Вода " и подраздела " " мы затронули тему борьбы с солями жёсткости и накипью. В предыдущих статьях мы рассмотрели собственно определение слова "умячгение воды" и рассмотрели, что бывает несколько способов умягчения — физический, химический, экстрасенсорный. А также затронули такие реагентные способы умягчения воды, как ионный обмен и дозировка антискалантов (антинакипеобразователей). В данной статье предлагаем вам два подраздела — немного про экстрасенсорные способыи чуть больше про физические способы умягчения воды.
Экстрасенсорные и физические способы умягчения воды не до конца изучены и поняты. Вероятно, поэтому очень часто экстрасенсорный способ борьбы с жёсткой водой путают с физическим способом борьбы. И, соответственно, теряют деньги, время и веру в людей. Как на покупку экстрасенсорных прибамбасов, так и на ремонт оборудования, которое они не защитили от накипи. Кстати, для хорошего понимания статьи рекомендуем сначала изучить материалы статей "Жёсткая вода " и " ", где даются основные определения, используемые в этой статье (как то умягчение воды, накипь, жёсткость, соли жёсткости и т.д.)
Экстрасенсорные способы умягчения воды.
Итак, экстрасенсорные способы легко спутать с физическими. Примерно так же, как эффект ганцфельд с магией. Так, например, обработка воды магнитным полем. Это и качественный способ борьбы с накипью, и бесполезный экстрасенсорный способ очистки и структуризации воды.
Отличаются физический и экстрасенсорный способы очень просто — если вещь стоит небольшие деньги (в среднем до 100 у.е.), а обещается, что она выполнит вагон задач (как то: очистит воду от всех веществ, уберёт накипь, оздоровит и подарит молодость, структурирует, ускорит рост растений и волос, снимет порчу и т.д.), то это экстрасенсорный способ очистки воды. Подробно на экстрасенсорных способах мы останавливаться не будем, они описаны в различных источниках (например, здесь), поскольку толку от них — разве что сотая часть от обещанного.
Кстати, в последнее время появилась тенденция по удорожанию подобных умягчающих структуризаторов. Так что можно нарваться на подделку весьма дорогостоящую, которая заявлена как защита от накипи. Однако, обычно приборы, которые действительно могут физически помочь с накипью, не имеют дополнительных структуризирующих функций.
Итак, если хочется заняться экстрасенсорной структуризацией, то нужно приобрести специальный прибор. Если нужно умягчать воду физически — нужно приобрести специальный прибор. Но не комплекс. Хотя… Как кому нравится 🙂 А мы перейдём к физическим способам борьбы с накипью.
Как уже говорилось ранее, существуют несколько определений термина "умягчение воды", в зависимости от того, на каком этапе идёт воздействие —
- на этапе борьбы с причинами жёсткости воды или
- на этапе борьбы с последствиями использования жёсткой воды.
Предыдущие способы — ионный обмен — направлены на борьбу с причинами жёсткости воды. То есть, либо из воды удаляются соли кальция и магния, что приводит к созданию мягкой воды.
Физические способы умягчения воды направлены на то, чтобы справиться с последствиями жёсткой воды — с накипью.
Соответственно, физические способы умягчения не предполагают мягкой воды в первом значении (вода вообще без солей жёсткости). Результат работы физического умягчения воды — это вода, которая сохранила все свои соли жёсткости, но не вредит трубам и котлам — то есть, не образует накипь. Однако, жёсткая вода после физической обработки меняет свои свойства — и, как следствие, перестаёт образовывать накипь. То есть, перестаёт быть жёсткой. И становится мягкой. Конечно, если бы мы занимались научными исследованиями, мы бы ввели разницу в терминах "мягкая вода", то есть, вода, в которой нет солей жёсткости в принципе, и "умягчённая вода", которая не образует накипи, но может содержать соли жёсткости. Однако, это терминологические нюансы, которые нам не интересны. Нам собственно физические способы умягчения воды.
Существуют такие основные физические способы борьбы с накипью:
- Обработка воды магнитным полем.
- Обработка воды электрическим полем.
- Обработка воды ультразвуком.
- Обработка воды с помощью малоточных токовых импульсов.
- Термический способ умягчения (обычное кипячение воды).
И начнём постепенно характеризовать физические способы борьбы с жёсткой водой. Возможно, все сразу в одной статье мы не охватим, но серия статей точно будет включать в себя характеристики каждого из способов. Начнём с обработки воды магнитным полем, поскольку этот вид физической борьбы с накипью наиболее часто путают с экстрасенсорным умягчением воды.
Обработка воды магнитным полем — сложный и противоречивый вопрос. Не вдаваясь в детали, можно сказать, что эффективное физическое умягчение воды с помощью магнитного поля возможно лишь тогда, когдаудаётся одновременно учитывать огромное множество факторов. Это:
- напряжённость магнитного поля,
- скорость потока воды,
- состав воды:
- ионный (включая наличие ионов железа и аллюминия, ухудшающих физическую обработку воды),
- молекулярный (включая крупные органические молекулы, особенно обладающие способностью образовывать комплексы),
- механические примеси (включая ржавчину),
- соотношение пара- и диамагнитных компонентов,
- растворённого кислорода и других газов,
- наличие неравновесных систем и др.
- температура воды при обработке и после,
- длительность обработки,
- атмосферное давление,
- давление воды,
- и т.д.
Все эти и многие другие факторы влияют на эффективность магнитной обработки воды. Так, незначительное изменение состава воды должно компенсироваться изменениями указанных параметров (например, скорости воды и интенсивности магнитного поля). Все изменения должны отслеживаться и на них нужно реагировать немедленно, поскольку эффективность физического умягчения воды с помощью магнитного поля будет изменяться в неизвестную сторону.
Но это возможно, и магнитная обработка воды успешно применяется в многих котельных. В первую очередь это происходит потому, что в котельных соблюдается постоянство большинства из перечисленных факторов — и потока воды, и состава воды, и температуры воды, и давления и т.д.
Однако это практически НЕ возможно повторить в домашних условиях. И когда у вас появляется желание купить магнитик на трубу, чтобы спасти свой дом от накипи, то очень много раз подумайте, и прежде всего обдумайте, сможете ли вы организовать не только постоянство описанных выше показателей, но и найти их оптимальное сочетание путём экспериментов.
Если нет, то обработка воды с помощью магнитного поля в виде магнитиков — это не для вас, и вы ничего не получите, кроме как потери денег на покупку магнитика и на ремонт оборудования и труб. По-другому это можно сказать так: вероятность, что вам поможет натрубный магнитик составляет менее 10 %. То есть, в домашних условиях постоянное магнитное поле приближается к экстрасенсорному умягчению воды.
Для того, чтобы компенсировать изменчивость параметров воды при физической обработке, используются более современные методы физического умягчения — например, с помощью электронного умягчителя воды .
Таким образом, не путайте экстрасенсорные способы умягчения воды, физическое умягчение ограниченной области действия и современные физические способы умягчения воды.
О которых речь пойдёт в продолжении.
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Политехнический Институт
Реферат
Методы осветления и умягчения воды.
Использование ингибитора ИОМС.
Руководитель ________________ Яковенко А.А
Студент ТЭ 06 - 03 ________________ Минаева Д.С
Красноярск
2009
Методы осветление воды.
Под осветлением воды понимают выделение из нее взвешенных веществ при непрерывном движении воды через специальные сооружения (отстойники, осветлители) с малыми скоростями. При малых скоростях движения воды содержащиеся в ней взвешенные вещества, удельный вес которых больше удельного веса воды, под действием силы тяжести осаждаются, образуя в отстойнике осадок.
Технологические схемы обработки воды определяются в каждом конкретном случае в зависимости от предъявляемых требований и включают следующие этапы работы:
технологические исследования и предварительные лабораторные испытания применяемых реагентов;
подбор и расчет оборудования для дозирования и смешивания реагентов;
выбор оборудования для тонкослойного осветления и уплотнения взвеси;
выбор и расчет скорых фильтров с зернистой загрузкой, как напорного, так и открытого типа;
выбор технологии и оборудования для обезвоживания шлама с последующей утилизацией;
выбор оборудования по обеззараживанию путем дозирования раствора хлорреагента (гипохлорит натрия) и контролю качества обработанной воды.
В зависимости от направления движения воды отстойники разделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные.
Горизонтальный отстойник (рис. 1) представляет собой резервуар прямоугольного сечения, продольная (более длинная) ось которого направлена по движению воды. Осветляемая вода по трубе 1 направляется в распределительный желоб 2, имеющий ряд отверстий, служащих для более равномерного распределения потока воды по сечению отстойника. Скорость движения воды в этих отверстиях не должна превышать 0,4 м/сек. Осветленная вода поступает в другой желоб 3 и из него по трубе 4 отводится на фильтры. Осевшие частицы (шлам) скапливаются на дне, которое должно иметь уклон, обратный движению воды.
Время отстаивания для горизонтальных отстойников принимают обычно для коагулированной смеси не более 4 ч. Горизонтальные отстойники для осветления больших количеств воды могут разделяться по высоте на несколько параллельно включенных отделений (этажей). Преимущества этажных отстойников (предложение проф. П. И. Пискунова) - малая площадь застройки и меньший расход бетона. Такой отстойник построен на одной из крупнейших очистных станций Советского Союза.
Рис. 1. Схема горизонтального отстойника: 1 - лоток; 2 - приемная камера; 3 - приемный желоб; 4 - на фильтр; 5 - для удаления осадка
Рис. 2. Схема вертикального отстойника 1 - центральная труба; 2-лоток; 3- отводящая труба; 4 - трубопровод для удаления осадка
Вертикальные отстойники (рис. 2) представляют собой круглый в плане, иногда квадратный, резервуар с коническим днищем и центральной трубой, в которую подается осветляемая вода из камеры хлопье образования.
По выходе из центральной трубы в отстойник вода движется вверх с малой скоростью и сливается уже осветленной через борт концентрически расположенного желоба, откуда отводится на фильтр. Выпадающий на дно отстойника осадок периодически удаляется.
Скорость протекания воды в центральной трубе принимается от 30 до 75 мм/сек. Время отстаивания воды в отстойнике Т = 2 ч. Скорость восходящего движения воды составляет 0,5-0,6 мм/сек.
Диаметр отстойника не должен превышать 12 м, а отношение диаметра к высоте отстойника обычно принимают не более 1,5.
Радиальные отстойники представляют собой круглые резервуары с малоконическим дном. Вода поступает в центральную трубу и из нее направляется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника. Отстойники имеют небольшую глубину, осадок удаляют механизированным способом без нарушения работы отстойника. Радиальные отстойники сооружают диаметром от 10 л* и более при глубине от 1,5-2,5 ж (у стенки отстойника) до З-5 м (в центре).
Выбор типа отстойника зависит от суточной производительности станции, общей ее компоновки, рельефа местности, характера грунтов и т. д. Вертикальные отстойники рекомендуется применять при суточной производительности до 3000 м3. Горизонтальные Отстойники применяют при производительности станции более 30 000 м3/сут как в случае коагулирования воды, так и без него.
Радиальные отстойники целесообразны при больших расходах воды (более 40 000 м3/сут). Преимуществом этих отстойников по сравнению с прямоугольными горизонтальными является механизированное удаление осадка без прекращения работы отстойника. Их применяют при большой мутности речной воды (с коагулированием и без него) в основном для осветления производственной воды.
Осветлители со взвешенным осадком. Процесс осветления протекает значительно интенсивнее, если осветляемая вода после коагулирования пропускается через массу ранее образованного осадка, поддерживаемого во взвешенном состоянии током
Рис. 3. Осветлители: а - первоначальной конструкции; б - коридорного типа: 1 - распределительные трубы; 2 - желоба с затопленными отверстиями; 3 - рабочая часть осветлителя; 4- защитная зона; 5 - лоток отвода; 6 - труба для подсоса осадка; 7 - осадкоприемные окна; 8-уплотнитель осадка; 9 - трубы для сброса осадка) 10 - труба для отвода осветленной воды
Такие осветлители дают более высокий эффект осветления воды, чем в обычных отстойниках, что объясняется более быстрым укрупнением и задержанием взвеси при прохождении коагулированной воды через взвешенный осадок.
Применение осветлителя со взвешенным остатком дает возможность по сравнению с обычным отстойником снизить расход коагулянта, уменьшить размеры сооружений и получить более высокий эффект осветления воды.
Осветлитель первоначальной конструкции представляет собой цилиндрический резервуар с шламоуплотнителем в центральной его части (рис. 3, а). Здесь вода с реагентом поступает в воздухоотделитель, затем проходит вниз в дырчатые распределительные трубы 1, а далее- в отверстия дырчатого дна 2.
Вода, проходя через слой взвешенного осадка 3, выходит в зону осветления 4 и переливается в отводные желоба. В шламонакопитель 5 поступает излишек взвешенного осадка, откуда его периодически удаляют в канализацию.
Осветлитель коридорного типа (см. рис. 3, б) представляет собой прямоугольный резервуар. Коагулированная вода поступает в осветлитель по трубе 1 и через дырчатые трубы 2 распределяется в нижней (рабочей) части 3 осветлителя. Скорость движения воды в рабочей части должна быть такой, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. Этот слой способствует задержанию взвешенных частиц. Степень осветления воды при этом значительно выше, чем в обычном отстойнике.
Над рабочей частью находится защитная зона 4, где взвешенного слоя нет. Осветленная вода отводится лотком 5 и трубами 10 для последующей обработки. Избыточное количество осадка посредством отсоса в трубу 6 отводится через окна 7 в осадкоуплотнитель 8, где осадок уплотняется и периодически сбрасывается в канализацию по трубам 9.
Восходящую скорость потока в рабочей части осветлителя принимают равной 1-1,2 мм/сек.
Методы умягчения воды.
Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение ее, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг.экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7-1,0 мг.экв/л. Умягчение воды для хозяйственно-питьевых целей также целесообразно, особенно в случае, если она превышает 7 мг.экв/л.
Применяют следующие основные методы умягчения воды:
1) реагентный метод.- путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;
2) катионитовый метод, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы (натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенных в воде солей. В результате обмена Задерживаются ионы кальция и магния и образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;
3) термический метод, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.
Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть - с помощью катионного обмена.
Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаС0 3 и Mg(OH) 2 , выпадающих в осадок.
Оба реагента - соду Na 2 C0 3 и известь Са(ОН) 2 -вводят в умягчаемую воду одновременно или поочередно.
Соли карбонатной, временной жесткости удаляют известью, не карбонатной, постоянной жесткости - содой. Химические реакции при удалении карбонатной жесткости протекают следующим образом:
Са (НС0 3) 2 + Са (ОН) 2 = 2 СаС0 3 + 2Н 2 0.
При этом карбонат кальция СаС03 выпадает в осадок. При удалении бикарбоната магния Mg(HC0 3) 2 реакция идет так:
Mg (НСОа)2 + 2Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + 2СаС0 3 + 2Н 2 0.
Гидрат окиси магния Mg(OH) 2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na 2 C0 3 . Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:
Na 2 C0 8 + CaS0 4 = CaCO 8 +Na 2 S0 4 ;
Na 2 CO 3 + CaCl 2 = CaC0 3 + 2NaCl.
В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок.
Для глубокого умягчения применяют такие вспомогательные мероприятия, как подогревание обрабатываемой воды примерно до 90, при этом остаточная жесткость может быть доведена до 0,2- 0,4 мг.экв/л.
Без подогрева обработка воды проводится большими избыточными дозами извести с последующим удалением этих избытков путем продувки воды углекислотой. Последний процесс называется рекарбонизацией.
На рис. 4 представлена схема реагентной водоумягчительной установки, в состав которой входят устройство для приготовления и дозирования растворов реагентов, смесители, камеры реакции, осветлители, фильтры.
Для умягчения равномерно подаваемой воды, поступающей непрерывно, применяют те же дозаторы растворов соды и извести, что и при коагулировании. Если же расход умягчаемой воды имеет колебания, применяют так называемые пропорциональные дозаторы.
Рис. 4. Схема реагентного умягчения воды:1 -камера реакций (вихревой реактор); 2 - осветлитель; 3 - кварцевый фильтр; 4 -смеситель; 5, 6 и 7 - дозаторы растворов реагентов; 8, 9 и 10 - баки для растворения коагулянтов и соды для приготовления известкового молока; 11 - бак; 12 - насос; 13 - воздухоотделитель.
Содово-известковый способ пригоден для умягчения воды с любым соотношением карбонатной и некарбонатной жесткости.
Недостатки содово-известкового способа умягчения заключаются в следующем: 1) вода не умягчается полностью; 2) установки для умягчения громоздки; 3) необходима тщательная дозировка соды и извести, чего трудно достичь из-за непостоянства состава умягчаемой воды и реагентов.
Катионитовый способ умягчения основан на способности веществ, называемых катеонитами, обменивать содержащиеся в них катионы натрия Na+ или водорода Н+ на катионы кальция или магния, растворенных в воде. В соответствии с этим различают натрий-катионитовый и водород-натрий: катионитовый методы умягчения воды.
При помощи катионитов вода умягчается на установке, состоящей из нескольких металлических напорных резервуаров, загруженных катионитом (рис. 5).
Необработанная вода поступает в фильтр по трубам А, Б и В; выпуск умягченной воды происходит по трубе Г При работе фильтра задвижки 2 и 5 открыты, а остальные {1, 3, 4 и 6) закрыты. Перед регенерацией фильтр промывают.
Для промывки фильтра вода из бака Д подается по трубе Е и проходит по дренам снизу вверх. Продолжительность промывки 20-30 мин, интенсивность 4-6 л/сек на 1 м2. Промывная вода с фильтров отводится по трубам В, Б, Ж, причем задвижки 4 и 3 открыты, а остальные закрыты.
Регенерирующий раствор катионита при регенерации подается по трубе В, проходит фильтр сверху вниз и сбрасывается по трубе. В этом случае задвижки 1 и 6 открыты, остальные (2-5) закрыты; продолжительность регенерации около 30-60 мин, а отмывки от регенерирующего раствора 40-60 мин.
Рис. 5. Схема катионитовой водоумягчительной установки
Преимущества катионитового способа заключаются в следующем: 1) вода умягчается почти полностью; 2) дозировать нужно только раствор поваренной соли или серной кислоты; 3) фильтры изготовляют заводским способом. К числу недостатков этого способа следует отнести необходимость предварительного осветления воды, так как коллоидные и органические вещества обволакивают зерна катионитов и уменьшают их обменную способность.
Реагенты, применяемые при обработке воды, вводят, в воду в следующих местах:
а) хлор (при предварительном хлорировании) - во всасывающие трубопроводы насосной станции первого подъема или в водоводы, подающие воду на станцию очистки;
б) коагулянт - в трубопровод перед смесителем или в смеситель;
в) известь для подщелачивания при коагулировании - одновременно с коагулянтом;
г) активированный уголь для удаления запахов и привкусов в воде до 5 мг/л - перед фильтрами. При больших дозах уголь следует вводить на насосный станции первого подъема или одновременно с коагулянтом в смеситель водоочистной станции, но не ранее чем через 10 мин после введения хлора;
д) хлор и аммиак для обеззараживания воды вводят до очистных сооружений и в фильтрованную воду. При наличии в воде фенолов аммиак следует вводить как при предварительном, так и при окончательном хлорировании.
Раствор коагулянта приготовляют в растворных баках; откуда его надлежит выпускать или перекачивать в расходные баки. Для подачи в воду заданного количества раствора коагулянта следует предусматривать установку дозаторов.
При использовании автоматических дозаторов, основанных на принципе изменения электропроводности воды в зависимости от примесей, известь для подщелачивания следует вводить после отбора коагулированной воды, идущей к дозатору.
К специальным видам очистки и обработки воды относятся: опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.
Механизм действия ингибиторов ИОМС.
При нагреве воды в процессе работы системы отопления происходит термический распад присутствующих в ней гидрокарбонат-ионов с образованием карбонат-ионов. Карбонат-ионы, взаимодействуя с присутствующими в избытке ионами кальция, образуют зародыши кристаллов карбоната кальция. На поверхности зародышей осаждаются все новые карбонат-ионы и ионы кальция, вследствие чего образуются кристаллы карбоната кальция, в котором часто присутствует карбонат магния в виде твердого раствора замещения. Осаждаясь на стенках теплотехнического оборудования, эти кристаллы срастаются, образуя накипь (рис. 6, а).
Основным компонентом, обеспечивающим противонакипную активность всех рассматриваемых ингибиторов, являются органофосфонаты - соли органических фосфоновых кислот. При введении органофосфонатов в воду, содержащую ионы кальция, магния и других металлов они образуют весьма прочные химические соединения - комплексы. (Во многие современные ингибиторы органофосфонаты входят уже в виде комплексов с переходными металлами, главным образом с цинком.) Так как в одном литре природной или технической воды содержится 1020–1021 ионов кальция и магния, а органофосфонаты вводят в количестве всего лишь 1018–1019 молекул на литр воды, все молекулы органофосфонатов образуют комплексы с ионами металлов, а комплексоны как таковые в воде не присутствуют. Комплексы органофосфонатов адсорбируются (осаждаются) на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуя дальнейшей кристаллизации карбоната кальция. Поэтому при введении в воду 1–10 г/м3 органофосфонатов накипь не образуется даже при нагревании очень жесткой воды (рис. 6, б).
Комплексы органофосфонатов способны адсорбироваться не только на поверхности зародышей кристаллов, но и на металлических поверхностях. Образующаяся тонкая пленка затрудняет доступ кислорода к поверхности металла, вследствие чего скорость коррозии металла снижается. Однако наиболее эффективную защиту металла от коррозии обеспечивают ингибиторы на основе комплексов органических фосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами, которые были разработаны и внедрены в практику профессором Ю.И. Кузнецовым. В приповерхностном слое металла эти соединения способны распадаться с образованием нерастворимых соединений гидроксида цинка, а также комплексов сложной структуры, в которых участвует много атомов цинка и железа. В результате этого образуется тонкая, плотная, прочно сцепленная с металлом пленка, защищающая металл от коррозии. Степень защиты металла от коррозии при использовании таких ингибиторов может достигать 98%.
Современные препараты на основе органофосфонатов не только ингибируют солеотложения и коррозию, но и постепенно разрушают застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это объясняется образованием в порах накипи поверхностных адсорбционных слоев органофосфонатов, структура и свойства (например, коэффициент температурного расширения) которых отличаются от структуры кристаллов накипи. Возникающие при эксплуатации системы отопления колебания и градиенты температуры приводят к расклиниванию кристаллических сростков накипи. В результате накипь разрушается, превращаясь в тонкую взвесь, легко удаляемую из системы. Поэтому при введении препаратов, содержащих органофосфонаты, в системы отопления с большим количеством застарелых отложений накипи и продуктов коррозии, необходимо регулярно спускать отстой из фильтров и грязевиков, установленных в нижних точках системы. Спуск отстоя следует производить, в зависимости от количества отложений, 1–2 раза в сутки, из расчета подпитки системы чистой, обработанной ингибитором, водой в количестве 0,25–1% водного объема системы в час. Необходимо отметить, что при повышении концентрации ингибитора свыше 10–20 г/м3 накипь разрушается с образованием весьма грубых взвесей, способных забить узкие места системы отопления. Поэтому передозировка ингибитора в этом случае грозит засорением системы. Наиболее эффективная и безопасная очистка систем отопления от застарелых отложений накипи и продуктов коррозии достигается при использовании препаратов, содержащих поверхностно-активные вещества, например, композиции «ККФ».
а)
б)
Рис. 6. Разрез внутриквартального 89 мм трубопровода горячего водоснабжения:
а - по истечении двух лет работы на воде жeсткостью 8–12 мг-экв/дм3;
б - через шесть месяцев после начала обработки воды ингибитором ИОМС-1.
Жесткость воды определяется присутствием в ее составе определенного количества примеси растворимых солей магния и кальция.
Жесткость воды определяется количеством примеси солей кальция и магния.
Одним из главных критериев, по которым определяется качество воды, является уровень ее жесткости. Жесткость можно корректировать, используя различные методы умягчения воды.
Виды жесткости воды
Существует несколько основных видов жесткости:
- Общая жесткость. Общую жесткость можно определить, просуммировав количество присутствующих в воде ионов кальция и магния. Эта сумма включает в себя общую и постоянную жесткость.
- Карбонатная жесткость. Определяется по количеству карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Этот вид жесткости называется временным по той причине, что нейтрализовать этот эффект можно, просто прокипятив воду.
- Некарбонатная жесткость. Считается постоянной жесткостью и кипячение воды на нее никак не влияет. Возникает она из-за присутствия в воде солей сильных кислот кальция и магния.
Умягчение воды
Естественно, что практически каждый человек задумывается над таким вопросом, как качество воды, которую он пьет.
Вода, которая поставляется в жилые дома через водопровод, проходит определенные уровни фильтрации, но зачастую их недостаточно для того, чтобы обеспечить питьевой воде необходимый уровень мягкости.
Для умягчения воды можно использовать кусок кремния.
Поэтому большинство людей предпочитают использовать дополнительные фильтры, видов которых на сегодняшний день существует очень большое количество, использующие другие методы умягчения воды.
Первым сигналом того, что вода, которую вы пьете и из которой готовите еду для семьи, жесткая, является наличие накипи в чайнике и кастрюлях, где вода кипятится.
Признаками излишней жесткости воды может стать не только накипь. При варке в такой воде овощи разваливаются, а мясо становится более жестким. На тарелках и бокалах после мытья остаются белые разводы.
Употребление излишне жесткой воды может стать причиной возникновения проблем со здоровьем.
На данный момент существуют самые разнообразные методы умягчения воды.
Умягчение воды осуществляется с помощью использования определенных приборов, задача которых очищать воду от тяжелых карбонатных солей двух видов.
Самым простым и известным издревле способом умягчения воды является помещение в емкость с жидкостью, которая будет употребляться в пищу и для питья, небольшого кусочка кремния. Размер такого кусочка должен составлять приблизительно 5 на 5 см. Его хватит для того, чтобы очистить трехлитровую банку воды за один раз. Отстаивать воду с кремнием нужно около недели.
Именно столько времени нужно этому минералу, чтобы зарядить и смягчить воду, нейтрализовав соли магния и калия.
Подходит такой способ только для бытового использования.
Основные методы умягчения воды
Умягчать воду можно разными способами. На данный момент существуют такие основные способы умягчения воды:
Физический способ. При использовании такого способа умягчения жесткости исключено использование химикатов любого вида. Этот способ очистки идеально подходит для умягчения воды, которая используется в быту – для приготовления пищи и питья.
Мембранный способ. Мембранных способов существует несколько основных методов.
Один из самых популярных подвидов мембранной очистки – обратный осмос или электродиализ. Суть этого метода заключается в том, что с помощью давления воду обессоливают. Такая вода становится пригодной для питья.
В приборе для такой очистки расположена мембрана, которая представляет собой выполненный из дорогостоящих материалов перфорированный слой в фильтре. Перфорация, то есть нанесение сквозных отверстий, выполнена с учетом размера молекулы воды. Это дает возможность задержать на поверхности мембраны любые примеси, которые превышают размер молекулы воды.
Фильтрация с помощью обратного осмоса настолько качественная, что такая вода может быть использована не только для питья, но и в различных сферах производства, к примеру, в фармакологии.
Второй способ мембранной очистки – нанофильтрация.
Нанофильтрация проводится под низким давлением. Основным преимуществом этого метода является то, что воду можно получить именно такой степени очистки и мягкости, которая необходима для тех или иных целей. А получить различные результаты очистки можно с помощью замены мембраны в фильтрующем приборе.
К основным минусам этого способа относится то, что большая часть воды, проходящей очистку, находится длительное время в приборе.
Происходит такая ситуация по той причине, что вода просачивается сквозь мембрану с небольшой скоростью. К тому же фильтров в таком приборе больше, чем один, соответственно и на прохождение каждого из них будет потрачено определенное количество времени.
В одном приборе могут быть совмещены и установлены обратный осмос, механический фильтр, а также кондиционер.
Этот метод идеально подходит для осуществления очистки воды не просто от примесей всех видов, но и различного рода бактерий. Питьевая вода в обязательном порядке должна быть очищена от бактерий.
Именно поэтому кондиционер обычно устанавливают на тех приборах, задача которых – производство воды для питья.
Однако использование такой установки в домашних условиях на данный момент является труднодоступным методом очистки.
Химический способ. Для химического метода очистки используются соответственно химические вещества. В их число входят и натрий хлор, и фосфаты.
При таком способе очистки в водопроводную трубу монтируются специальные дозаторы.
Но химический метод может быть опасен тем, что вещества, используемые для очистки, могут способствовать образованию дополнительных примесей, что в результате станет причиной нового осадка.
Ионнообменный способ. Ионный обмен является одним из самых технологически простых способов очистки и умягчения воды.
Его простота заключается в том, что для осуществления этого процесса не нужно возводить каких-либо сложных конструкций.
Работает этот метод на основе ионного обмена.
Основным элементом таких очистительных приборов является гелеобразная смола. В смоле содержится огромное количество натрия. Натрий, контактируя с жесткой водой, разменивается на кристаллы кальция и магния.
Таким образом происходит невероятно простая и быстрая очистка воды и ее умягчения.
Но бытовой картридж со смолой необходимо время от времени заменять, так как натрий имеет свойство вымываться из него.
А картриджи, используемые в промышленности, можно восстановить, используя специальный раствор. Этим раствором картридж промывают, а химические реагенты возобновляют уровень натрия.
При таком методе вода очищается очень быстро и качественно. Но назвать его недорогим или даже доступным нельзя. Ведь на картриджи нужны немалые расходы, а также на их восстановление.
Бытовые кувшины – фильтры, основанные на таком методе, обладают низкой производительностью: всего несколько литров.
Чтобы обеспечить питьевой воде достаточный уровень очистки и умягчения, необходимо дополнительно использовать еще один или несколько фильтров, основанных на других способах.
Безреагентный способ. Для того чтобы понять, что такое безреагентный способ умягчения воды, стоит рассмотреть один из самых распространенных методов – магнитное силовое воздействие.
В основе приборов такого метода очистки лежит использование постоянных магнитов усиленной мощности.
Такая установка не требует особых усилий при монтировке, а также последующего демонтажа.
Еще он невероятно легок в обслуживании и не требует никаких особенных сменных аксессуаров в виде картриджей или каких-то дополнительных очисток.
Процесс очистки происходит вследствие того, что магнитное силовое поле проходит сквозь воду особенным образом. При этом тяжелые соли, которые делают воду жесткой, изменяют свою формулу, приобретая форму иголок. Такая их форма делает возможным процесс натирания поверхностей, пораженных застарелой накипью, в результате полностью ее устраняя.
Вода, которая будет очищаться таким способом, должна быть комнатной температуры, ее течение должно быть не переменным, а постоянным, как и скорость ее движения.
Чтобы нейтрализовать минусы этого способа, к магнитному полю был добавлен электрический ток. В результате была изобретена установка, комбинирующая оба типа воздействия – электромагнитная.
Отличие бытовых умягчителей от промышленных
Самым распространенным способом является ионообменный способ умягчения.
Основным отличием промышленных приборов для очистки и умягчения воды от бытовых является то, что они имеют различную емкость баков, а дополнительно используют различные классы ионообменной смолы.
Так как все приборы нуждаются в периоде для восстановления, то и объем воды, которая может пройти через них, будет строго определенным.
В случае когда объем воды небольшой, тогда можно использовать и бытовые приборы.
Когда же речь идет о больших объемах воды, тогда имеет смысл установить дуплексные умягчители.
Представляют собой такой прибор два баллона, управление которыми осуществляется с помощью одного смежного клапана.
Называется такой прибор прибором непрерывного действия по той причине, что когда вода умягчается в одном баллоне, смола другого баллона имеет время на восстановление.
Класс ионообменной смолы тоже играет огромную роль. В бытовых умягчителях используется смола только пищевого класса, а в промышленности можно использовать разные классы смолы.
Основные методы умягчения воды
Термохимический метод умягчения воды
Умягчение воды диализом
Магнитная обработка воды
Литература
Теоретические основы умягчения воды, классификация методов
Под умягчением воды подразумевается процесс удаления из нее катионов жесткости, т.е. кальция и магния. В соответствии с ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Отдельные виды производств к технологической воде предъявляют требования глубокого ее умягчения, т.е. до 0,05.0,01 мг-экв/л. Обычно используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-питьевых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производят в основном при ее подготовке для технических целей. Так, жесткость воды для питания барабанных котлов не должна превышать 0,005 мг-экв/л. Умягчение воды осуществляют методами: термическим, основанным на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании; реагентными, при которых находящиеся в воде ионы Ca (II) и Mg (II) связывают различными реагентами в практически нерастворимые соединения; ионного обмена, основанного на фильтровании умягчаемой воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na (I) или Н (1) на ионы Са (II) и Mg (II), содержащиеся в воде диализа; комбинированным, представляющим собой различные сочетания перечисленных методов.
Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиПа при умягчении подземных вод следует применять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды, - известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды - последующее катионирование. Основные характеристики и условия применения методов умягчения воды приведены в табл. 20.1.
умягчение вода диализ термический
Для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд обычно умягчают лишь ее некоторую часть с последующим смешением с исходной водой, при этом количество умягчаемой воды Q y определяют по формуле
где Ж о. и. - общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Ж 0. с. - общая жесткость воды, поступающей в сеть, мг-экв/л; Ж 0. у. - жесткость умягченной воды, мг-экв/л.
Методы умягчення воды
| Показатель | термический | реагентный | ионообменный | диализа |
| Характеристика процесса | Воду нагревают до температуры выше 100°С, при этом удаляется карбонатная и некарбонатная жесткости (в виде карбоната кальция, гидрокси-. да магния и гипса) | В воду добавляют известь, устраняющую карбонатную и магниевую жесткость, а также соду, устраняющую некарбонат - иую жесткость | Умягчаемая вода пропускается через катионито - вые фильтры | Исходная вода фильтруется через полупроницаемую мембрану |
| Назначение метода | Устранение карбонатной жесткости из воды, употребляемой для питания котлов низкого н среднего давления | Неглубокое умягчение при одновременном осветлении воды от взвешенных веществ | Глубокое умягчение воды, содержащей незначительное количество взвешенных веществ | Глубокое умягчение воды |
| Расход воды на собственные нужды | - | Не более 10% | До 30% и более пропорционально жесткости исходной воды | 10 |
| Условия эффективного применения: мутность исходной воды, мг/л | До 50 | До 500 | Не более 8 | До 2,0 |
| Жесткость воды, мг-экв/л | Карбонатная жесткость с преобладанием Са (НС03) 2, некарбонатная жесткость в виде гипса | 5.30 | Не выше 15 | До 10,0 |
| Остаточная жесткость воды, мг-экв/л | Карбонатная жесткость до 0,035, CaS04 до 0,70 | До 0,70 | 0,03.0,05 прн одноступенчатом и до 0,01 при двухступенчатом ка - тионировании | 0,01 и ниже |
| Температура воды,°С | До 270 | До 90 | До 30 (глауконит), до 60 (сульфоугли) | До 60 |
Термический метод умягчения воды целесообразно применять при использовании карбонатных вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами умягчения воды. Он основан на смещении углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования карбоната кальция, что описывается реакцией
Са (НС0 3) 2 - > СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.
Равновесие смещается за счет понижения растворимости оксида углерода (IV), вызываемого повышением температуры и давления. Кипячением можно полностью удалить оксид углерода (IV) и тем самым значительно снизить карбонатную кальциевую жесткость. Однако, полностью устранить указанную жесткость не удается, поскольку карбонат кальция хотя и незначительно (13 мг/л при температуре 18°С), но все же растворим в воде.
При наличии в воде гидрокарбоната магния процесс его осаждения происходит следующим образом: вначале образуется сравнительно хорошо растворимый (110 мг/л при температуре 18° С) карбонат магния
Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,
который при продолжительном кипячении гидролизуется, в результате чего выпадает осадок малорастворимого (8,4 мг/л). гидроксида магния
MgC0 3 +H 2 0 → Mg (0H) 2 +C0 2 .
Следовательно, при кипячении воды жесткость, обусловливаемая гидрокарбонатами кальция и магния, снижается. При кипячении воды снижается также жесткость, определяемая сульфатом кальция, растворимость которого падает до 0,65 г/л.
На рис. 1 показан термоумягчитель конструкции Копьева, отличающийся относительной простотой устройства и надежностью работы. Предварительно подогретая в аппарате обрабатываемая вода поступает через эжектор на розетку пленочного подогревателя и разбрызгивается над вертикально размещенными трубами, и по ним стекает вниз навстречу горячему пару. Затем совместно с продувочной водой от котлов она по центрально подающей трубе через дырчатое днище поступает в осветлитель со взвешенным осадком.
Выделяющиеся при этом из воды углекислота и кислород вместе с избытком пара сбрасываются в атмосферу. Образующиеся в процессе нагревания воды соли кальция и магния задерживаются во взвешенном слое. Пройдя через взвешенный слой, умягченная вода поступает в сборник и отводится за пределы аппарата.
Время пребывания воды в термоумягчителе составляет 30.45 мин, скорость ее восходящего движения во взвешенном слое 7.10 м/ч, а в отверстиях ложного дна 0,1.0,25 м/с.
Рис. 1. Термоумягчитель конструкции Копьева.
15 - сброс дренажной воды; 12 - центральная подающая труба; 13 - ложные перфорированные днища; 11 - взвешенный слой; 14 - сброс шлама; 9 - сборник умягченной воды; 1, 10 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - продувка котлов; 3 - эжектор; 4 - выпар; 5 - пленочный подогреватель; 6 - сброс пара; 7 - кольцевой перфорированный трубопровод отвода воды к эжектору; 8 - наклонные сепарирующие перегородки
Реагентные методы умягчения воды
Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2 , СаС0 3 , Са 3 (Р0 4) 2 , Mg 3 (P0 4) 2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества.
Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарботаной жесткости, а также в случае, когда не требуется удалять из воды соли некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молока) в предварительно подогретую обрабатываемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду ионами ОН - и Са 2+ , что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:
С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0,НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.
Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов С0 3 2 - и присутствие в ней ионов Са 2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция:
Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3 .
При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния
Mg 2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2
Для ускорения удаления дисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием применяют коагуляцию этих примесей сульфатом железа (II) т.е. FeS0 4 *7 Н 2 0. Остаточная жесткость умягченной воды при декарбонизации может быть получена на 0,4.0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8.1,2 мг-экв/л. Доза извести определяется соотношением концентрации в воде ионов кальция и карбонатной жесткости: а) при соотношении [Са 2+ ] /20<Ж к,
б) при соотношении [Са 2+ ] /20 > Ж к,
где [СО 2 ] - концентрация в воде свободного оксида углерода (IV), мг/л; [Са 2+ ] - концентрация ионов кальция, мг/л; Ж к - карбонатная жесткость воды, мг-экв/л; Д к - доза коагулянта (FeS0 4 или FeCl 3 в пересчете на безводные продукты), мг/л; е к - эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeS0 4 е к = 76, для FeCl 3 е к = 54); 0,5 и 0,3 - избыток извести для обеспечения большей полноты реакции, мг-экв/л.
Выражение Д к /е к берут со знаком минус, если коагулянт вводится раньше извести, и со знаком плюс, если совместно или после.
При отсутствии экспериментальных данных дозу коагулянта находят из выражения
Д к = 3 (С) 1/3 , (20.4)
где С - количество взвеси, образующейся при умягчении воды (в пересчете на сухое вещество), мг/л.
В свою очередь, С определяют, используя зависимость
Известково-содовый метод умягчения воды описывается следующими основными реакциями:
По этому методу остаточная жесткость может быть доведена до 0,5.1, а щелочность с 7 до 0,8.1,2 мг-экв/л.
Дозы извести Д и и соды Д с (в пересчете на Na 2 C0 3), мг/л, определяют по формулам
(20.7)
где - содержание в воде магния, мг/л; Ж н. к. - некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.
При известково-содовом методе умягчения воды образующиеся карбонат кальция и гидроксид магния могут пересыщать растворы и долго оставаться в коллоидно-дисперсном состоянии. Их переход в грубодисперсный шлам длителен, особенно при низких температурах и наличии в воде органических примесей, которые действуют как защитные коллоиды. При большом их количестве жесткость воды при реагентном умягчении воды может снижаться всего на 15.20%. В подобных случаях перед умягчением или в процессе его из воды удаляют органические примеси окислителями и коагулянтами. При известково-содовом методе часто процесс проводят в две стадии. Первоначально из воды удаляют органические примеси и значительную часть карбонатной жесткости, используя соли алюминия или железа с известью, проводя процесс при оптимальных условиях коагуляции. После этого вводят соду и остальную часть извести и доумягчают воду. При удалении органических примесей одновременно с умягчением воды в качестве коагулянтов применяют только соли железа, поскольку при высоком значении рН воды, необходимом для удаления магниевой жесткости, соли алюминия не образуют сорбционно-активного гидроксида. Дозу коагулянта при отсутствии экспериментальных данных рассчитывают по формуле (20.4). Количество взвеси определяют по формуле
где Ж о - общая жесткость воды, мг-экв/л.
Более глубокое умягчение воды может быть достигнуто ее подогревом, добавлением избытка реагента-осадителя и созданием контакта умягчаемой воды с ранее образовавшимися осадками. При подогреве воды уменьшается растворимость СаСО 3 и Mg (OH) 2 и более полно протекают реакции умягчения.
Из графика (рис. 2, а) видно, что остаточная жесткость, близкая к теоретически возможной, может быть получена только при значительном подогреве воды. Значительный эффект умягчения наблюдается при 35.40°С, дальнейший подогрев менее эффективен. Глубокое умягчение ведут при температуре выше 100° С. Большой избыток реагента-осадителя при декарбонизации добавлять не рекомендуется, так как возрастает остаточная жесткость из-за непрореагировавшей извести или при наличии в воде магниевой некарбонатной жесткости вследствие ее перехода в кальциевую жесткость:
MgS0 4 + Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + CaS0 4
Рис. 2. Влияние температуры (а) и дозы извести (б) на глубину умягчения воды известково-содовым и известковым методом
Са (0H) 2 + Na 2 C0 3 = CaC0 3 +2NaOH,
но избыток извести приводит к нерациональному перерасходованию соды, повышению стоимости умягчения воды и увеличению гидратной щелочности. Поэтому избыток соды принимают около 1 мг-экв/л. Жесткость воды в результате контакта с ранее выпавшим осадком понижается на 0,3.0,5 мг-экв/л п сравнению с процессом без контакта с осадком.
Контроль процесса умягчения воды следует осуществлять коррекцией рН умягченной воды. Когда это невозможно, его контролируют по значению гидратной щелочности, которую при декарбонизации поддерживают в пределах 0,1.0,2 мг-экв/л, при известково-содовом умягчении - 0,3.0,5 мг-экв/л.
При содово-натриевом методе умягчения воды ее обрабатывают содой и гидроксидом натрия:
Ввиду того, что сода образуется при реакции гидроксида натрия с гидрокарбонатом, необходимая для добавки в воду доза ее значительно уменьшается. При высокой концентрации гидрокарбонатов в воде и низкой некарбонатной жесткости избыток соды может оставаться в умягченной воде. Поэтому этот метод применяют лишь с учетом соотношения между карбонатной и некарбонатной жесткостью.
Содово-натриевый метод обычно применяют для умягчения воды, карбонатная жесткость которой немного больше некарбонатной. Если карбонатная жесткость приблизительно равна некарбонатной, соду можно совсем не добавлять, поскольку необходимое ее количество для умягчения такой воды образуется в результате взаимодействия гидрокарбонатов с едким натром. Доза кальцинированной соды увеличивается по мере повышения некарбонатной жесткости воды.
Содорегенеративный метод, основанный на возобновлении соды в процессе умягчения, применяют при подготовке воды, для питания паровых котлов низкого давления
Са (НС0 3) 2 + Na 2 C0 3 = СаС0 3 + 2NaHC0 3 .
Гидрокарбонат натрия, попадая в котел с умягченной водой, разлагается под влиянием высокой температуры
2NаHC0 3 = Na 2 C0 3 + Н 2 0 + С0 2 .
Образующаяся при этом сода вместе с избыточной, введенной вначале в водоумягчитель, тут же в котле гидролизует с образованием гидроксида натрия и оксида углерода (IV), который с продувочной водой поступает в водоумягчитель, где используется для удаления из умягчаемой воды гидрокарбонатов кальция и магния. Недостаток этого метода состоит в том, что образование значительного количества СО 2 в процессе умягчения вызывает коррозию металла и повышение сухого остатка в котловой воде.
Бариевый метод умягчения воды применяют в сочетании с другими методами. Вначале вводят барий содержащие реагенты в воду (Ва (ОН) 2 , ВаСО 3 , ВаА1 2 0 4) для устранения сульфатной жесткости, затем после осветления воды ее обрабатывают известью и содой для доумягчения. Химизм процесса описывается реакциями:
Из-за высокой стоимости реагентов бариевый метод применяют очень редко. Для подготовки питьевой воды из-за токсичности бариевых реагентов он непригоден. Образующийся сульфат бария осаждается очень медленно, поэтому необходимы отстойники или осветлители больших размеров. Для ввода ВаС03 следует использовать флокуляторы с механическими мешалками, поскольку ВаСО 3 образует тяжелую, быстро осаждающуюся суспензию.
Необходимые дозы бариевых солей, мг/л, можно найти, пользуясь выражениями: гидроксида бария (продукт 100% -ной активности) Д б =1,8 (SO 4 2-), алюмината бария Д б =128Ж 0 ; углекислого бария Д в = 2,07γ (S0 4 2-);
Углекислый барий применяют с известью. Путем воздействия углекислоты на карбонат бария получают бикарбонат бария, который и дозируют в умягчаемую воду. При этом дозу углекислоты, мг/л, определяют из выражения: Д уг. = 0,46 (SO 4 2-); где (S0 4 2-) - содержание сульфатов в умягчаемой воде, мг/л; γ=1,15.1,20 - коэффициент, учитывающий потери углекислого бария.
Оксалатный метод умягчения воды основан на применении оксалата натрия и на малой растворимости в воде образующегося оксалата кальция (6,8 мг/л при 18° С)
Метод отличается простотой технологического и аппаратурного оформления, однако, из-за высокой стоимости реагента его применяют для умягчения небольших количеств воды.
Фосфатирование применяют для доумягчения воды. После реагентного умягчения известково-содовым методом неизбежно наличие остаточной жесткости (около 2 мг-экв/л), которую фосфатным доумягчением можно снизить до 0,02-0,03 мг-экв/л. Такая глубокая доочистка позволяет в некоторых случаях не прибегать к катионитовому водоумягчению.
Фосфатированием достигается также большая стабильность воды, снижение ее коррозионного действия на металлические трубопроводы и предупреждаются отложения карбонатов на внутренней поверхности стенок труб.
В качестве фосфатных реагентов используют гексаметафос - фат, триполифосфат (ортофосфат) натрия и др.
Фосфатный метод умягчения воды при использовании три - натрийфосфата является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды тринатрийфосфатом описывается реакциями
Как видно из приведенных реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.
Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105.150° С, достигая ее умягчения до 0,02.0,03 мг-экв/л. Из-за высокой стоимости тринатрийфосфата фосфатный метод обычно используется для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой. Доза безводного тринатрийфосфата (Д ф; мг/л) для доумягчения может быть определена из выражения
Д Ф =54,67 (Ж ОСТ + 0,18),
где Ж ост - остаточная жесткость умягченной воды перед фосфатным доумягчением, мг-экв/л.
Образующиеся при фосфатном умягчении осадки Са 3 (Р0 4) 2 и Mg 3 (P0 4) 2 хорошо адсорбируют из умягченной воды органические коллоиды и кремниевую кислоту, что позволяет выявить целесообразность применения этого метода для подготовки питательной воды для котлов среднего и высокого давления (58,8.98,0 МПа).
Раствор для дозирования гексаметафосфата или ортофосфата натрия с концентрацией 0,5-3% приготовляют в баках, количество которых должно быть не менее двух. Внутренние поверхности стенок и дна баков должны быть покрыты коррозионноустойчивым материалом. Время приготовления 3% -ного раствора составляет 3 ч при обязательном перемешивании мешалочным или барботажным (с помощью сжатого воздуха) способом.
Технологические схемы и конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды
В технологии реагентного умягчения воды используют аппаратуру для приготовления и дозирования реагентов, смесители, тонкослойные отстойники или осветлители, фильтры и установки для стабилизационной обработки воды. Схема напорной водоумягчительной установки представлена на рис. 3
Рис. 3. Водоумягчительная установка с вихревым реактором.
1 - бункер с контактной массой; 2 - эжектор; 3, 8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 4 - вихревой реактор; 5 - ввод реагентов; 6 - скорый осветлительный фильтр; 9 - сброс контактной массы; 7 - резервуар умягченной воды
В этой установке отсутствует камера хлопьеобразования, поскольку хлопья осадка карбоната кальция формируются в контактной массе. При необходимости воду перед реакторами осветляют.
Оптимальным сооружением для умягчения воды известковым или известково-содовым методами является вихревой реактор (спирактор напорный или открытый) (рис. 20.4). Реактор предоставляет собой железобетонный или стальной корпус, суженный книзу (угол конусности 5.20°) и наполненный примерно до половины высоты контактной массой. Скорость движения воды в нижней узкой части вихревого реактора равна 0,8.1 м/с; скорость восходящего потока в верхней части на уровне водоотводящих устройств - 4.6 мм/с. В качестве контактной массы применяют песок или мраморную крошку с размером зерен 0,2.0,3 мм из расчета 10 кг на 1 м3 объема реактора. При винтовом восходящем потоке воды контактная масса взвешивается, песчинки сталкиваются друг с другом и на их поверхности интенсивно кристаллизируется СаСО 3 ; постепенно песчинки превращаются в шарики правильной формы. Гидравлическое сопротивление контактной массы составляет 0,3 м на 1 м высоты. Когда диаметр шариков увеличивается до 1,5.2 мм, крупную наиболее тяжелую контактную массу выпускают из нижней части реактора и догружают свежую. Вихревые реакторы не задерживают осадка гидроксида магния, поэтому их следует применять совместно с установленными за ними фильтрами только в тех случаях, когда количество образующегося осадка гидроксида магния соответствует грязеемкости фильтров.
При грязеемкости песчаных фильтров, равной 1.1,5 кг/м 3 , и фильтроцикле 8 ч допустимое количество гидроксида магния составляет 25.35 г/м 3 (содержание магния в исходной воде не должно превышать 10.15 г/м 3). Возможно применение вихревых реакторов и при большем содержании гидроксида магния, но при этом после них необходимо устанавливать осветлители для выделения гидроксида магния.
Расход свежей контактной массы, добавляемой с помощью эжектора, определяют по формуле G = 0,045QЖ, где G - количество добавляемой контактной массы, кг/сут; Ж - удаляемая в реакторе жесткость воды, мг-экв/л; Q - производительность установки, м 3 /ч.
Рис. 4. Вихревой реактор.
1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды: 5 - пробоотборники; 4 - контактная масса; 6 - сброс воздуха; 7 - люк для загрузки контактной массы; 3 - ввод реагентов; 2 - удаление отработавшей контактной массы
В технологических схемах реагентного умягчения воды с осветлителями вместо вихревых реакторов применяют вертикальные смесители (рис. 5). В осветлителях следует поддерживать постоянную температуру, не допуская колебаний более 1°С, в течение часа, поскольку возникают конвекционные токи, взмучивание осадка и его вынос.
Подобную технологию применяют для умягчения мутных вод, содержащих большое количество солей магния. В этом случае смесители загружают контактной массой. При использовании осветлителей конструкции Е.Ф. Кургаева, смесители и камеры хлопьеобразования не предусматривают, поскольку смешение реагентов с водой и формирование хлопьев осадка происходят в самих осветлителях.
Значительная высота при небольшом объеме осадкоуплотнителей позволяет применять их для умягчения воды без подогрева, а также при обескремнивании воды каустическим магнезитом. Распределение исходной воды соплами обусловливает ее вращательное движение в нижней части аппарата, что повышает устойчивость взвешенного слоя при колебаниях температуры и подачи воды. Смешанная с реагентами вода проходит горизонтальную и вертикальную смесительные перегородки и поступает в зону сорбционной сепарации и регулирования структуры осадка, что достигается изменением условий отбора осадка по высоте взвешенного слоя, создавая предпосылки для получения его оптимальной структуры, улучшающей эффект умягчения и осветления воды. Проектируют осветлители так же, как и для обычного осветления воды.
При расходах умягчаемой воды до 1000 м 3 /сут может быть применена водоочистная установка типа "Струя". Обрабатываемая вода с добавленными к ней реагентами поступает в тонкослойный отстойник, затем на фильтр.
В Институте горного дела Сибирского отделения РАН разработана безреагентная электрохимическая технология умягчения воды. Используя явление подщелачивания у анода и подкисления у катода при пропускании постоянного электрического тока через водную систему, можно представить реакцию разряда воды следующим уравнением:
2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,
где е 1 - знак, указывающий на способность солей жесткости диссоциировать на катионы Ca (II) и Mg (II).
В результате протекания этой реакции концентрация гидроксильных ионов возрастает, что вызывает связывание ионов Mg (II) и Ca (II) в нерастворимые соединения. Из анодной камеры диафрагменного (диафрагма из ткани типа бельтинг) электролизера эти ионы переходят в катодную за счет разности потенциалов между электродами и наличия электрического поля между ними.
На рис. 6 показана технологическая схема установки для умягчения воды электрохимическим способом.
Производственная установка была смонтирована в районной котельной, испытания которой длились около двух месяцев. Режим электрохимической обработки оказался устойчивым, осадка в катодных камерах не наблюдалось.
Напряжение на подводящих шинах составляло 16 В, суммарный ток 1600 А. Общая производительность установки - 5 м3/ч, скорость движения воды в анодных камерах 0,31 н-0,42 м/мин, в зазоре между диафрагмой и катодом 0,12-0,18 м/мин.
Рис. 5. Установка нзвестково-содового умягчения воды.1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - эжектор; 3 - бункер с контактной массой; 5 ввод реагентов; 6 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 7 - осветлительный скорый фильтр; 4 - вихревой реактор
Рис. 6. Схема установки электрохимического умягчения воды I - выпрямитель ВАКГ-3200-18; 2 - диафрагменный электролизер; 3, 4 - аналит и каталит; 5 - насос; 6 - рН-метр; 7 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 8 - осветлительный скорый фильтр; 9 - сброс в канализацию; 10, 11 - отвод умягченной и подача исходной воды; 12 - расходомер; 13 - вытяжной зонт
Установлено, что из воды с Ж о = 14,5-16,7 мг-экв/л получают анолит с жесткостью 1,1 - 1,5 мг-экв/л при рН = 2,5-3 и католит с жесткостью 0,6-1 мг-экв/л при рН=10,5-11. После смешения отфильтрованных анолита и католита показатели умягченной воды были следующими: общая жесткость Ж о составляла 0,8-1,2 мг-экв/л, рН = 8-8,5. Затраты электроэнергии составили 3,8 кВт*ч/м 3 .
Химическим, рентгеноструктурным, ИК-спектроскопическим и спектральным анализами установлено, что в осадке преимущественно содержатся CaC0 3 , Mg (OH) 2 и частично Fe 2 0 3 *Н 2
Вод - вынужденное и дорогостоящее мероприятие, представляющее собой довольно сложную задачу, связанную с большим разнообразием загрязняющих веществ и появлением в их составе новых соединений.Методы очистки вод можно разделить на 2 большие группы: деструктивные и регенеративные. В основе деструктивных методов лежат процессы разрушения загрязняющих веществ. Образующиеся продукты распада удаляются...
Производится через среднее и верхнее сборно-распределительное устройства за счет направления части отработанного регенерационного раствора или подачи исходной воды по контуру рециркуляции. 1. ВИДЫ ФИЛЬТРОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ Ионитные фильтры классифицируются в зависимости от принципа действия, а также от целей, преследуемых при прохождении воды через них. 1.1 Фильтры ФИПа, ...