Фільтри і системи для пом'якшення води: маркетинговий хід чи нагальна потреба. Пом'якшення води Способи пом'якшення

Технологічні схеми і конструктивні елементи установок реагентного пом'якшення води

Термохимический метод пом'якшення води

Пом'якшення води діалізом

Магнітна обробка води

література

Теоретичні основи пом'якшення води, класифікація методів

Під пом'якшення води мається на увазі процес видалення з неї катіонів жорсткості, тобто кальцію і магнію. Відповідно до ГОСТ 2874-82 "Вода питна" жорсткість води не повинна перевищувати 7 мг-екв / л. Окремі види виробництв до технологічної воді пред'являють вимоги глибокого її пом'якшення, тобто до 0,05.0,01 мг-екв / л. Зазвичай використовуються вододжерела мають жорсткість, що відповідає нормам господарсько-питних вод, і в пом'якшенні не потребують. Пом'якшення води виробляють в основному при її підготовці для технічних цілей. Так, жорсткість води для харчування барабанних котлів не повинна перевищувати 0,005 мг-екв / л. Пом'якшення води здійснюють методами: термічним, заснованим на нагріванні води, її дистиляції чи виморожування; реагентними, при яких знаходяться у воді іони Ca ( II ) і Mg ( II ) Пов'язують різними реагентами в практично нерозчинні сполуки; іонного обміну, заснованого на фільтруванні зм'якшувати води через спеціальні матеріали, що обмінюють що входять до їх складу іони Na ( I) або Н (1) на іони Са (II) і Mg ( II ), Що містяться у воді діалізу; комбінованим, що представляє собою різні поєднання перерахованих методів.

Вибір методу пом'якшення води визначається її якістю, необхідною глибиною пом'якшення і техніко-економічними міркуваннями. Відповідно до рекомендацій Сніпа при пом'якшенні підземних вод слід застосовувати іонообмінні методи; при пом'якшенні поверхневих вод, коли одночасно потрібно і освітлення води, - вапняний або вапняно-содовий метод, а при глибокому пом'якшенні води - подальше катіонірованіе. Основні характеристики і умови застосування методів пом'якшення води наведені в табл. 20.1.

пом'якшення вода діаліз термічний

Для отримання води для господарсько-питних потреб зазвичай пом'якшують лише її певну частину з подальшим змішуванням з вихідною водою, при цьому кількість зм'якшувати води Q y визначають за формулою

(20.1)

де Ж о. і. - загальна жорсткість вихідної води, мг-екв / л; Ж 0. с. - загальна жорсткість води, що надходить в мережу, мг-екв / л; Ж 0. у. - жорсткість пом'якшеної води, мг-екв / л.

Методи пом'якшення води

показник	термічний	реагентний	іонообмінний	діалізу
характеристика процесу	Воду нагрівають до температури вище 100 ° С, при цьому видаляється карбонатная і некарбонатная жорсткості (у вигляді карбонату кальцію, гидрокси-. І магнію і гіпсу)	У воду додають вапно, яка усуває карбонатну і магниевую жорсткість, а також соду, яка усуває некарбонат - Єгу жорсткість	Зм'якшувати вода пропускається через катіоніти - ші фільтри	Вихідна вода фільтрується через напівпроникну мембрану
призначення методу	Усунення карбонатної жорсткості з води, яку вживають для харчування котлів низького н середнього тиску	Неглибоке пом'якшення при одночасному освітленні води від зважених речовин	Глибоке пом'якшення води, що містить незначну кількість зважених речовин	Глибоке пом'якшення води
Витрата води на власні потреби	-	Не більше 10%	До 30% і більше пропорційно жорсткості вихідної води	10
умови ефективного застосування: Каламутність вихідної води, мг / л	до 50	до 500	Не більше 8	до 2,0
Жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість з переважанням Са (НС03) 2, некарбонатная жорсткість у вигляді гіпсу	5.30	Чи не вище 15	до 10,0
Залишкова жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість до 0,035, CaS04 до 0,70	до 0,70	0,03.0,05 прн одноступенчатом і до 0,01 при двухступенчатом ка - тіонірованіі	0,01 і нижче
Температура води, ° С	до 270	до 90	До 30 (глауконіт), до 60 (сульфоуглі)	до 60

Термічний метод пом'якшення води

Термічний метод пом'якшення води доцільно застосовувати при використанні карбонатних вод, що йдуть на харчування котлів низького тиску, а також в поєднанні з реагентними методами пом'якшення води. Він заснований на зсуві вуглекислотного рівноваги при її нагріванні в бік утворення карбонату кальцію, що описується реакцією

Са (НС0 3) 2 -\u003e СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Рівновага зміщується за рахунок зниження розчинності оксиду вуглецю (IV), що викликається підвищенням температури і тиску. Кип'ятінням можна повністю видалити оксид вуглецю (IV) і тим самим значно знизити карбонатную кальцієву жорсткість. Однак, повністю усунути зазначену жорсткість не вдається, оскільки карбонат кальцію хоча і незначно (13 мг / л при температурі 18 ° С), але все ж розчинний у воді.

При наявності у воді гідрокарбонату магнію процес його осадження відбувається наступним чином: спочатку утворюється порівняно добре розчинний (110 мг / л при температурі 18 ° С) карбонат магнію

Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

який при тривалому кип'ятінні гідролізується, в результаті чого випадає осад малорастворимого (8,4 мг / л). гідроксиду магнію

MgC0 3 + H 2 0 → Mg (0H) 2 + C0 2.

Отже, при кип'ятінні води жорсткість, що обумовлюється гідрокарбонатами кальцію і магнію, знижується. При кип'ятінні води знижується також жорсткість, обумовлена \u200b\u200bсульфатом кальцію, розчинність якого падає до 0,65 г / л.

На рис. 1 показаний термоумягчітель конструкції Копйова, що відрізняється відносною простотою пристрою і надійністю роботи. Попередньо підігріта в апараті обробляється вода надходить через ежектор на розетку плівкового підігрівача і розбризкується над вертикально розміщеними трубами, і по ним стікає вниз назустріч гарячому пару. Потім спільно з продувочной водою від котлів вона по центрально трубі, що подає через дірчасте днище надходить в освітлювач зі зваженим осадом.

Виділяються при цьому з води вуглекислота і кисень разом з надлишком пара скидаються в атмосферу. Утворені в процесі нагрівання води солі кальцію і магнію затримуються в підвішеному шарі. Пройшовши через зважений шар, пом'якшена вода надходить до друку та відводиться за межі апарату.

Час перебування води в термоумягчітеле становить 30.45 хв, швидкість її висхідного руху в підвішеному шарі 7.10 м / ч, а в отворах помилкового дна 0,1.0,25 м / с.

Мал. 1. Термоумягчітель конструкції Копйова.

15 - скидання дренажної води; 12 - центральна подає труба; 13 - помилкові перфоровані днища; 11 - зважений шар; 14 - скидання шламу; 9 - збірник пом'якшеної води; 1, 10 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 2 - продування котлів; 3 - ежектор; 4 - випарується; 5 - плівковий підігрівач; 6 - скидання пари; 7 - кільцевої перфорований трубопровід відведення води до ежектору; 8 - похилі сепаруючі перегородки

Реагентні методи пом'якшення води

Пом'якшення води реагентними методами засноване на обробці її реагентами, що утворюють з кальцієм і магнієм малорозчинні сполуки: Mg (OH) 2, СаС0 3, Са 3 (Р0 4) 2, Mg 3 (P0 4) 2 та інші з наступним їх відділенням в освітлювачах , тонкошарових відстійниках і освітлювальних фільтрах. В якості реагентів використовують вапно, кальциновану соду, гідроксиди натрію і барію та інші речовини.

Пом'якшення води вапнуванням застосовують при її високою карбонатною і низькою некарботаной жорсткості, а також в разі, коли не потрібно видаляти з води солі некарбонатних жорсткості. В якості реагенту використовують вапно, яку вводять у вигляді розчину або суспензії (молока) в попередньо підігріту воду, що обробляється. Розчиняючись, вапно збагачує воду іонами ОН - і Са 2+, що призводить до зв'язування розчиненого у воді вільного оксиду вуглецю (IV) з утворенням карбонатних іонів і переходу гідрокарбонатних іонів в карбонатні:

С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0, НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.

Підвищення в оброблюваної воді концентрації іонів С0 3 2 - ї присутність в ній іонів Са 2+ з урахуванням введених з вапном призводить до підвищення твори розчинності і осадження малорастворимого карбонату кальцію:

Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3.

При надлишку вапна в осад випадає і гідроксид магнію

Mg 2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2

Для прискорення видалення дисперсних і колоїдних домішок і зниження лужності води одночасно з вапнуванням застосовують коагуляцію цих домішок сульфатом заліза (II) тобто FeS0 4 * 7 Н 2 0. Залишкова жорсткість пом'якшеної води при декарбонізації може бути отримана на 0,4.0,8 мг-екв / л більше некарбонатних жорсткості, а лужність 0,8.1,2 мг-екв / л. Доза вапна визначається співвідношенням концентрації в воді іонів кальцію і карбонатної жорсткості: а) при співвідношенні [Са 2+] / 20<Ж к,

(20.2б)

б) при співвідношенні [Са 2+] / 20\u003e Ж до,

(20.3)

де [СО 2] - концентрація у воді вільного оксиду вуглецю (IV), мг / л; [Са 2+] - концентрація іонів кальцію, мг / л; Ж до - карбонатні жорсткість води, мг-екв / л; Д к - доза коагулянту (FeS0 4 або FeCl 3 в перерахунку на безводні продукти), мг / л; е до - еквівалентна маса активної речовини коагулянту, мг / мг-екв (для FeS0 4 е к \u003d 76, для FeCl 3 е к \u003d 54); 0,5 і 0,3 - надлишок вапна для забезпечення більшої повноти реакції, мг-екв / л.

Пом'якшення води діалізом

Магнітна обробка води

література

Теоретичні основи пом'якшення води, класифікація методів

пом'якшення вода діаліз термічний

Методи пом'якшення води

показник	термічний	реагентний	іонообмінний	діалізу
характеристика процесу	Воду нагрівають до температури вище 100 ° С, при цьому видаляється карбонатная і некарбонатная жорсткості (у вигляді карбонату кальцію, гидрокси-. І магнію і гіпсу)	У воду додають вапно, яка усуває карбонатну і магниевую жорсткість, а також соду, яка усуває некарбонат - Єгу жорсткість	Зм'якшувати вода пропускається через катіоніти - ші фільтри	Вихідна вода фільтрується через напівпроникну мембрану
призначення методу	Усунення карбонатної жорсткості з води, яку вживають для харчування котлів низького н середнього тиску	Неглибоке пом'якшення при одночасному освітленні води від зважених речовин	Глибоке пом'якшення води, що містить незначну кількість зважених речовин	Глибоке пом'якшення води
Витрата води на власні потреби	-	Не більше 10%	До 30% і більше пропорційно жорсткості вихідної води	10
Умови ефективного застосування: каламутність вихідної води, мг / л	до 50	до 500	Не більше 8	до 2,0
Жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість з переважанням Са (НС03) 2, некарбонатная жорсткість у вигляді гіпсу	5.30	Чи не вище 15	до 10,0
Залишкова жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість до 0,035, CaS04 до 0,70	до 0,70	0,03.0,05 прн одноступенчатом і до 0,01 при двухступенчатом ка - тіонірованіі	0,01 і нижче
Температура води, ° С	до 270	до 90	До 30 (глауконіт), до 60 (сульфоуглі)	до 60

Термічний метод пом'якшення води

Са (НС0 3) 2 -\u003e СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

MgC0 3 + H 2 0 → Mg (0H) 2 + C0 2.

Мал. 1. Термоумягчітель конструкції Копйова.

15 - скидання дренажної води; 12 - центральна подає труба; 13 - помилкові перфоровані днища; 11 - зважений шар; 14 - скидання шламу; 9 - збірник пом'якшеної води; 1, 10 2 - продування котлів; 3 - ежектор; 4 - випарується; 5 - плівковий підігрівач; 6 - скидання пари; 7 - кільцевої перфорований трубопровід відведення води до ежектору; 8 - похилі сепаруючі перегородки

Реагентні методи пом'якшення води

С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0, НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.

Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3.

При надлишку вапна в осад випадає і гідроксид магнію

Mg 2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2

б) при співвідношенні [Са 2+] / 20\u003e Ж до,

Вираз Д к / е до беруть зі знаком мінус, якщо коагулянт вводиться раніше вапна, і зі знаком плюс, якщо спільно або після.

При відсутності експериментальних даних дозу коагулянту знаходять з виразу

Д к \u003d 3 (С) 1/3, (20.4)

де С - кількість суспензії, що утворюється при пом'якшенні води (в перерахунку на суху речовину), мг / л.

У свою чергу, С визначають, використовуючи залежність

де М і - вміст завислих речовин у вихідній воді, мг / л; m - зміст СаО в товарній вапна,%.

Вапняно-содовий метод пом'якшення води описується наступними основними реакціями:

За цим методом залишкова жорсткість може бути доведена до 0,5.1, а лужність з 7 до 0,8.1,2 мг-екв / л.

Дози вапна Д і й соди Д с (в перерахунку на Na 2 C0 3), мг / л, визначають за формулами

(20.7)

де - вміст у воді магнію, мг / л; Ж н. к. - некарбонатная жорсткість води, мг-екв / л.

При вапняно-содовому методі пом'якшення води утворюються карбонат кальцію і гідроксид магнію можуть пересищается розчини і довго залишатися в колоїдно-дисперсному стані. Їх перехід в грубодисперсними шлам тривалий, особливо при низьких температурах і наявності у воді органічних домішок, Які діють як захисні колоїди. При великій їх кількості жорсткість води при реагентном пом'якшенні води може знижуватися за все на 15.20%. У подібних випадках перед пом'якшення або в процесі його з води видаляють органічні домішки окислювачами і коагулянтами. При вапняно-содовому методі часто процес проводять в дві стадії. Спочатку з води видаляють органічні домішки і значну частину карбонатної жорсткості, використовуючи солі алюмінію або заліза з вапном, проводячи процес при оптимальних умовах коагуляції. Після цього вводять соду і решту вапна і доумягчают воду. При видаленні органічних домішок одночасно з пом'якшення води в якості коагулянтів застосовують тільки солі заліза, оскільки при високому значенні рН води, необхідному для видалення магнієвої жорсткості, солі алюмінію не утворюють сорбційно-активного гідроксиду. Дозу коагулянту при відсутності експериментальних даних розраховують за формулою (20.4). Кількість суспензії визначають за формулою

де Ж про - загальна жорсткість води, мг-екв / л.

Більш глибоке пом'якшення води може бути досягнуто її підігрівом, додаванням надлишку реагенту-осадителя і створенням контакту зм'якшувати води з раніше утворилися опадами. При підігріві води зменшується розчинність СаСО 3 і Mg (OH) 2 і більш повно протікають реакції пом'якшення.

З графіка (рис. 2, а) видно, що залишкова жорсткість, близька до теоретично можливої, може бути отримана тільки при значному підігріві води. Значний ефект пом'якшення спостерігається при 35.40 ° С, подальший підігрів менш ефективний. Глибоке пом'якшення ведуть при температурі вище 100 ° С. Великий надлишок реагенту-осадителя при декарбонізації додавати не рекомендується, так як зростає залишкова жорсткість через прореагувала вапна або при наявності у воді магнієвої некарбонатних жорсткості внаслідок її переходу в кальцієву жорсткість:

MgS0 4 + Са (ОН) 2 \u003d Mg (ОН) 2 + CaS0 4

Мал. 2. Вплив температури (а) і дози вапна (б) на глибину пом'якшення води вапняно-содовим і вапняним методом

Са (0H) 2 + Na 2 C0 3 \u003d CaC0 3 + 2NaOH,

але надлишок вапна призводить до нераціонального перевитрата соди, підвищенню вартості пом'якшення води і збільшення гідратної лужності. Тому надлишок соди приймають близько 1 мг-екв / л. Жорсткість води в результаті контакту з раніше випав осадом знижується на 0,3.0,5 мг-екв / л п порівнянні з процесом без контакту з осадом.

Контроль процесу пом'якшення води слід здійснювати корекцією рН пом'якшеної води. Коли це неможливо, його контролюють за значенням гідратної лужності, яку при декарбонізації підтримують в межах 0,1.0,2 мг-екв / л, при вапняно-содовому пом'якшенні - 0,3.0,5 мг-екв / л.

При содово-натриевом методі пом'якшення води її обробляють содою і гідроксидом натрію:

З огляду на те, що сода утворюється при реакції гідроксиду натрію з гідрокарбонатом, необхідна для добавки в воду доза її значно зменшується. При високій концентрації гідрокарбонатів у воді і низькою некарбонатних жорсткості надлишок соди може залишатися в пом'якшеній воді. Тому цей метод застосовують лише з урахуванням співвідношення між карбонатною і некарбонатних жорсткістю.

Содово-натрієвий метод зазвичай застосовують для пом'якшення води, карбонатна жорсткість якої трохи більше некарбонатних. Якщо карбонатна жорсткість приблизно дорівнює некарбонатних, соду можна зовсім не додавати, оскільки необхідне її кількість для пом'якшення такої води утворюється в результаті взаємодії гідрокарбонатів з їдким натром. Доза кальцинованої соди збільшується в міру підвищення некарбонатних жорсткості води.

Содорегенератівний метод, заснований на відновленні соди в процесі пом'якшення, застосовують при підготовці води, для живлення парових котлів низького тиску

Са (НС0 3) 2 + Na 2 C0 3 \u003d СаС0 3 + 2NaHC0 3.

Гідрокарбонат натрію, потрапляючи в котел з пом'якшеної водою, розкладається під впливом високої температури

2NаHC0 3 \u003d Na 2 C0 3 + Н 2 0 + С0 2.

Утворюється при цьому сода разом з надлишковою, введеної спочатку в водоумягчітель, тут же в котлі гидролизует з утворенням гідроксиду натрію та оксиду вуглецю (IV), який з продувочной водою надходить в водоумягчітель, де використовується для видалення з зм'якшувати води гідрокарбонатів кальцію і магнію. Недолік цього методу полягає в тому, що утворення значної кількості СО 2 в процесі пом'якшення викликає корозію металу і підвищення сухого залишку в котельній воді.

Барієвий метод пом'якшення води застосовують в поєднанні з іншими методами. Спочатку вводять барій містять реагенти в воду (Ва (ОН) 2, ВАЛТ 3, Ваа1 2 0 4) для усунення сульфатної жорсткості, потім після освітлення води її обробляють вапном і содою для доумягченія. Хімізм процесу описується реакціями:

Через високу вартість реагентів барієвий метод застосовують дуже рідко. Для підготовки питної води через токсичність барієвих реагентів він непридатний. Утворений сульфат барію осідає дуже повільно, тому необхідні відстійники або освітлювачі великих розмірів. Для введення ВаС03 слід використовувати флокулятори з механічними мішалками, оскільки ВАЛТ 3 утворює важку, швидко осаджувати суспензію.

Необхідні дози барієвих солей, мг / л, можна знайти, користуючись виразами: гідроксиду барію (продукт 100% -ної активності) Д б \u003d 1,8 (SO 4 2-), алюмінату барію Д б \u003d 128Ж 0; вуглекислого барію Д в \u003d 2,07γ (S0 4 2-);

Вуглекислий барій застосовують з вапном. Шляхом впливу вуглекислоти на карбонат барію отримують бікарбонат барію, який і дозують в зм'якшувати воду. При цьому дозу вуглекислоти, мг / л, визначають з виразу: Д уг. \u003d 0,46 (SO 4 2-); де (S0 4 2-) - вміст сульфатів в зм'якшувати воді, мг / л; γ \u003d 1,15.1,20 - коефіцієнт, що враховує втрати вуглекислого барію.

Оксалатний метод пом'якшення води заснований на застосуванні оксалату натрію і на малій розчинності в воді утворюється оксалату кальцію (6,8 мг / л при 18 ° С)

Метод відрізняється простотою технологічного і апаратурного оформлення, однак, через високу вартість реагенту його застосовують для пом'якшення невеликих кількостей води.

Фосфатирование застосовують для доумягченія води. Після реагентного пом'якшення вапняно-содовим методом неминуче наявність залишкової жорсткості (близько 2 мг-екв / л), яку фосфатним доумягченіем можна знизити до 0,02-0,03 мг-екв / л. Така глибока доочищення дозволяє в деяких випадках не вдаватися до катионитового водоумягченію.

Фосфатуванням досягається також велика стабільність води, зниження її корозійного дії на металеві трубопроводи і попереджаються відкладення карбонатів на внутрішній поверхні стінок труб.

Як фосфатних реагентів використовують гексаметафос - фат, триполіфосфат (ортофосфат) натрію і ін.

Фосфатний метод пом'якшення води при використанні три - натрийфосфат є найбільш ефективним реагентним методом. Хімізм процесу пом'якшення води тринатрийфосфатом описується реакціями

Як видно з наведених реакцій, сутність методу полягає в утворенні кальцієвих і магнієвих солей фосфорної кислоти, які мають малу розчинність в воді і тому досить повно випадають в осад.

Фосфатна пом'якшення зазвичай здійснюють при підігріві води до 105.150 ° С, досягаючи її пом'якшення до 0,02.0,03 мг-екв / л. Через високу вартість тринатрійфосфату фосфатний метод зазвичай використовується для доумягченія води, попередньо пом'якшеної вапном і содою. Доза безводного тринатрійфосфату (Д ф; мг / л) для доумягченія може бути визначена з виразу

Д Ф \u003d 54,67 (Ж ОСТ + 0,18),

де Ж ост - залишкова жорсткість пом'якшеної води перед фосфатним доумягченіем, мг-екв / л.

Утворені при фосфатному пом'якшенні опади Са 3 (Р0 4) 2 і Mg 3 (P0 4) 2 добре адсорбують з пом'якшеної води органічні колоїди і кремнієву кислоту, що дозволяє виявити доцільність застосування цього методу для підготовки живильної води для котлів середнього та високого тиску (58 , 8.98,0 МПа).

Розчин для дозування гексаметафосфата або ортофосфата натрію з концентрацією 0,5-3% готують в баках, кількість яких має бути не менше двох. внутрішні поверхні стінок і дна баків повинні бути покриті корозієстійких матеріалом. Час приготування 3% -ного розчину становить 3 год при обов'язковому перемішуванні Мешалочние або барботажний (за допомогою стисненого повітря) Способом.

Технологічні схеми і конструктивні елементи установок реагентного пом'якшення води

В технології реагентного пом'якшення води використовують апаратуру для приготування і дозування реагентів, змішувачі, тонкошарові відстійники або освітлювачі, фільтри і установки для стабілізаційної обробки води. Схема напірної водоумягчітельной установки представлена \u200b\u200bна рис. 3

Мал. 3. Водоумягчітельная установка з вихровим реактором.

1 - бункер з контактною масою; 2 - ежектор; 3, 8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 4 - вихровий реактор; 5 - введення реагентів; 6 - швидкий освітлювальний фільтр; 9 - скидання контактної маси; 7 - резервуар пом'якшеної води

У цій установці відсутня камера хлопьеобразования, оскільки пластівці осаду карбонату кальцію формуються в контактній масі. При необхідності воду перед реакторами освітлюють.

Оптимальним спорудою для пом'якшення води вапняним або вапняно-содовим методами є вихровий реактор (спірактор напірний або відкритий) ( Мал. 20.4). Реактор надає собою залізобетонний або сталевий корпус, звужений донизу (кут конусності 5.20 °) і наповнений приблизно до половини висоти контактної масою. Швидкість руху води в нижній вузькій частині вихрового реактора дорівнює 0,8.1 м / с; швидкість висхідного потоку у верхній частині на рівні водовідвідних пристроїв - 4.6 мм / с. Як контактної маси застосовують пісок або мармурову крихту з розміром зерен 0,2.0,3 мм з розрахунку 10 кг на 1 м3 обсягу реактора. При гвинтовому висхідному потоці води контактна маса зважується, піщинки стикаються один з одним і на їх поверхні інтенсивно кристалізується СаСО 3; поступово піщинки перетворюються в кульки правильної форми. Гідравлічний опір контактної маси становить 0,3 м на 1 м висоти. Коли діаметр кульок збільшується до 1,5.2 мм, велику найбільш важку контактну масу випускають з нижньої частини реактора і довантажують свіжу. Вихрові реактори не затримують осаду гідроксиду магнію, тому їх слід застосовувати спільно з встановленими за ними фільтрами тільки в тих випадках, коли кількість утворюється осаду гідроксиду магнію відповідає грязеємність фільтрів.

При грязеємність піщаних фільтрів, що дорівнює 1.1,5 кг / м 3, і фильтроцикла 8 ч допустима кількість гідроксиду магнію складає 25.35 г / м 3 (зміст магнію у вихідній воді не повинен перевищувати 10.15 г / м 3). Можливе застосування вихрових реакторів і при більшому вмісті гідроксиду магнію, але при цьому після них необхідно встановлювати освітлювачі для виділення гідроксиду магнію.

Витрата свіжої контактної маси, що додається за допомогою ежектора, визначають за формулою G = 0,045QЖ, де G - кількість додається контактної маси, кг / добу; Ж - видаляється в реакторі жорсткість води, мг-екв / л; Q - продуктивність установки, м 3 / год.

Мал. 4. Вихревой реактор.

1,8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води: 5 - пробовідбірники; 4 - контактна маса; 6 - скидання повітря; 7 - люк для завантаження контактної маси; 3 - введення реагентів; 2 - видалення відпрацювала контактної маси

У технологічних схемах реагентного пом'якшення води з освітлювачами замість вихрових реакторів застосовують вертикальні змішувачі (рис. 5). В освітлювачах слід підтримувати постійну температуру, не допускаючи коливань більше 1 ° С, протягом години, оскільки виникають конвекційні струми, взмучіваніе осаду і його винесення.

Подібну технологію застосовують для пом'якшення митних вод, що містять велика кількість солей магнію. В цьому випадку змішувачі завантажують контактної масою. При використанні освітлювачів конструкції Е.Ф. Кургаєва, змішувачі та камери утворення пластівців не передбачають, оскільки змішання реагентів з водою і формування пластівців осаду відбуваються в самих осветлителях.

Значна висота при невеликому обсязі осадоущільнювача дозволяє застосовувати їх для пом'якшення води без підігріву, а також при збезкремнювання води каустичним магнезитом. Розподіл вихідної води соплами обумовлює її обертальний рух в нижній частині апарату, що підвищує стійкість зваженого шару при коливаннях температури і подачі води. Змішана з реагентами вода проходить горизонтальну і вертикальну змішувальні перегородки і надходить в зону сорбційної сепарації і регулювання структури осаду, що досягається зміною умов відбору осаду по висоті зваженого шару, створюючи передумови для отримання його оптимальної структури, яка поліпшує ефект пом'якшення і освітлення води. Проектують освітлювачі так само, як і для звичайного освітлення води.

При витратах зм'якшувати води до 1000 м 3 / сут може бути застосована водоочистная установка типу "Струмінь". Оброблювана вода з доданими до неї реагентами надходить в тонкошаровий відстійник, потім на фільтр.

В Інституті гірничої справи Сибірського відділення РАН розроблена безреагентна електрохімічна технологія пом'якшення води. Використовуючи явище подщелачивания у анода і підкислення у катода при пропущенні постійного електричного струму через водну систему, можна уявити реакцію розряду води наступним рівнянням:

2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,

де е 1 - знак, який вказує на здатність солей жорсткості диссоциировать на катіони Ca (II) і Mg (II).

В результаті протікання цієї реакції концентрація гідроксильних іонів зростає, що викликає зв'язування іонів Mg (II) і Ca (II) в нерозчинні сполуки. З анодної камери диафрагменного (діафрагма з тканини типу бельтинг) електролізера ці іони переходять в катодний за рахунок різниці потенціалів між електродами і наявності електричного поля між ними.

На рис. 6 показана технологічна схема установки для пом'якшення води електрохімічним способом.

виробнича установка була змонтована в районній котельні, випробування якої тривали близько двох місяців. Режим електрохімічної обробки виявився стійким, осаду в катодних камерах не спостерігалося.

Напруга на підвідних шинах становило 16 В, сумарний струм 1600 А. Загальна продуктивність установки - 5 м3 / год, швидкість руху води в анодних камерах 0,31 н-0,42 м / хв, в зазорі між діафрагмою і катодом 0,12 0,18 м / хв.

Мал. 5. Установка нзвестково-содового пом'якшення води.1 ,8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 2 - ежектор; 3 - бункер з контактною масою; 5 введення реагентів; 6 - освітлювач з шаром зваженого осаду; 7 - освітлювальний швидкий фільтр; 4 - вихровий реактор

Мал. 6. Схема установки електрохімічного пом'якшення води I - випрямляч ВАКГ-3200-18; 2 - діафрагмовий електролізер; 3, 4 - аналіт і катали; 5 - насос; 6 - рН-метр; 7 - освітлювач з шаром зваженого осаду; 8 - освітлювальний швидкий фільтр; 9 - скидання в каналізацію; 10, 11 - відведення пом'якшеної і подача вихідної води; 12 - витратомір; 13 - витяжний парасоль

Встановлено, що з води з Ж о \u003d 14,5-16,7 мг-екв / л отримують анолит з жорсткістю 1,1 - 1,5 мг-екв / л при рН \u003d 2,5-3 і католіт з жорсткістю 0 , 6-1 мг-екв / л при рН \u003d 10,5-11. Після змішування відфільтрованих аноліта і католіта показники пом'якшеної води були наступними: загальна жорсткість Ж про становила 0,8-1,2 мг-екв / л, рН \u003d 8-8,5. Витрати електроенергії склали 3,8 кВт * год / м 3.

Хімічним, рентгеноструктурньїм, ІК-спектроскопическим і спектральним аналізами встановлено, що в осаді переважно містяться CaC0 3, Mg (OH) 2 і частково Fe 2 0 3 * Н 2 0. Це свідчить про те, що зв'язування іонів Mg (II) відбувається за рахунок гідроксил-іонів при розряді молекул води на катоді.

Електрохімічна обробка води перед подачею на катіонітових фільтри дозволяє значно (в 15-20 разів) збільшити їх робочий цикл.

Термохимический метод пом'якшення води

Термохімічне пом'якшення застосовують виключно при підготовці води для парових котлів, так як в цьому випадку найбільш раціонально використовується теплота, витрачена на підігрів води. Цим методом пом'якшення води виробляють зазвичай "при температурі води вище 100 ° С. Більш інтенсивному пом'якшення води при її підігріві сприяє освіту важких і великих пластівців осаду, якнайшвидше його осадження внаслідок зниження в'язкості води при нагріванні, скорочується також витрата вапна, так як вільний оксид вуглецю (IV) видаляється при підігріві до введення реагентів. Термохимический метод застосовують з додаванням коагулянту і без нього, оскільки велика щільність осаду виключає необхідність в його тяжких при осадженні. Крім коагулянту використовують вапно і соду з добавкою фосфатів і рідше гідроксид натрію і соду. Застосування гідроксиду натрію замість вапна дещо спрощує технологію приготування і дозування реагенту, проте економічно така заміна не виправдана у зв'язку з його високою вартістю.

Для забезпечення видалення некарбонатних жорсткості води соду додають з надлишком. На рис. 7 показано вплив надлишку соди на залишкову кальцієву і загальну жорсткість води при її термохімічної пом'якшенні. Як видно з графіків, при надлишку соди 0,8 мг-екв / л кальцієва жорсткість може бути знижена до 0,2, а загальна - до 0,23 мг / екв-л. При подальшому Додатку соди жорсткість ще більш знижується. Залишковий вміст магнію в воді може бути знижено до 0,05.0,1 мг-екв / л при надлишку вапна (гідратної лужності) 0,1 мг-екв / л. На рис. 20.8 показана установка термохімічного пом'якшення води.

Вапняно-доломітовий метод використовують для одночасного пом'якшення і збезкремнювання води при температурі 120 ° С. Цим методом пом'якшення лужність води, обробленої вапном або вапном і содою (без надлишку), може бути знижена до 0,3 мг-екв / л при залишковій концентрації кальцію 1,5 мг екв / л і до 0,5 мг-екв / л при залишковій концентрації кальцію 0,4 мг-екв / л. Вихідна вода обробляється вапняно-доломітовим молоком і освітлюється в напірному освітлювачі. Потім вона проходить через напірні антрацитові і Na-катіонітових фільтри першого і другого ступенів.

В освітлювачах висоту зони освітлення приймають рівною 1,5 м, швидкість висхідного потоку при вапнуванні - не більше 2 мм / с. Час перебування води в освітлювачі від 0,75 до 1,5 год залежно від виду видаляється забруднення. Коагулянт солі заліза (III) рекомендується додавати в кількості 0,4 мг-екв / л.

Мал. 7. Вплив надлишку соди на залишкову кальцієву (а) і загальну (Б) жорсткість води при її термохімічної пом'якшенні

Мал. 8. Установка вапняно-содового пом'якшення води з фосфатним доумягченіем: 1 - скидання шламу з накопичувача 2,3 - збірник пом'якшеної води; 4 - введення вапна і соди; 5, 11 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 6 - введення пара; 7, 8 - термореактор першого і другого ступеня; 9 - введення тринатрійфосфату; 10 - освітлювальний швидкий фільтр

Метод високотемпературного пом'якшення води застосовують практично для повного її пом'якшення. Установки термохімічного пом'якшення води зазвичай більш компактні. Вони складаються з дозаторів реагентів, підігрівачів тонкошарових відстійників чи освітлювачів і фільтрів. Дози вапна Д і й соди Д с, мг / л, при термохімічної пом'якшенні води

де С і і С з - відповідно вміст СаО і Na 2 C0 3 в технічному продукті,%.

Пом'якшення води діалізом

Діаліз - метод поділу розчинених речовин, що значно відрізняються молекулярними масами. Він заснований на різних швидкостях дифузії цих речовин через напівпроникну мембрану, розділяє концентрований і розбавлений розчини. Під дією градієнта концентрації (згідно із законом діючих мас) розчинені речовини з різними швидкостями дифундують через мембрану в бік розведеного розчину. Розчинник (вода) дифундує в зворотному напрямку, знижуючи швидкість перенесення розчинених речовин. Діаліз здійснюють в мембранних апаратах з нітро - і ацетатцеллюлозное плівковими мембранами. Ефективність напівпроникною мембрани для пом'якшення води визначається високими значеннями селективності і водопроникності, які вона повинна зберігати протягом тривалого часу роботи. Селективність мембрани можна виразити таким чином:

(Ж і - Ж у) / Ж і (20.11)

де Ж в - концентрація вихідного розчину (жорсткість); Ж і - жорсткість пом'якшеної води.

На практиці часто використовують коефіцієнт зниження соле - утримання З і / З обр. Він найбільш повно відображає зміни в роботі мембрани, пов'язані з її виготовленням або з впливом зовнішніх факторів.

Існує кілька гіпотетичних моделей дії напівпроникних мембран.

гіпотеза гіперфільтрації передбачає існування в напівпроникною мембрані пір, пропускають при діалізі ас - соціанти молекул води і гідратованих іони солей. Основою теоретичних розробок стало положення про те, що через напівпроникну мембрану вода і розчинені в ній солі проникають за допомогою дифузії і потоків через пори.

сорбційна модель проникності заснована на передумові, згідно з якою на поверхні мембрани і в її порах адсорбується шар зв'язаної води, Що володіє зниженою розчинюючої здатністю. Мембрани будуть напівпроникні, якщо вони, хоча б в поверхневому шарі мають пори, які не перевищують за розміром подвоєною товщини шару пов'язаної рідини.

дифузійна модель виходить з припущення, що компоненти системи розчиняються в матеріалі мембрани і дифундують через неї. Селективність мембрани пояснюється різницею в коефіцієнтах дифузії і розчинності компонентів системи в її матеріалі.

електростатична теорія полягає в наступному. При русі вихідної води в камері з одного боку селективної (катіонітової) мембрани, а розсолу з іншого, іони натрію в разі, коли розсіл приготований з розчину кухонної солі, мігрують в мембрану і далі в вихідну воду, а іони кальцію в протилежному напрямку, т . Е. з жорсткою води в розсіл. Таким чином, відбувається видалення іонів кальцію з вихідної води і заміна їх неосадкообразующімі іонами натрію. Одночасно в камерах відбуваються побічні процеси, супутні основному процесу діалізу: осмотичні переноси води, перенесення однойменних іонів, дифузія електроліту. Ці процеси залежать від якості мембрани.

Рівняння обміну між іонами, що містяться у вихідній воді, і іонами в мембрані має вигляд

де х, х - інші іони, що містяться в розчині і в мембрані.

Константа рівноваги

Рівняння обміну написано тільки для іона кальцію, але\u003e фактично необхідно враховувати суму іонів кальцію і магнію. Рівновага між розсолом і мембраною має вигляд:

Якщо k1 + k 2, то

де n - показник ступеня, що залежить від того, які іони входять до складу розчину.

З останнього виразу можна зробити висновок, що, якщо рівновазі відношення іонів натрію в розсолі і жорсткої вихідної воді одно, наприклад, 10, то жорсткість в вихідної воді буде приблизно в 100 разів менше, ніж в розсолі. Площа, м 2, поверхні мембрани

де М - кількість речовини, що пройшло через мембрану; ΔС ср - рушійна сила процесу, т е. різниця концентрацій речовини по обидва боки мембрани; До д - коефіцієнт масопередачі, який визначається зазвичай експериментально або наближено з виразу

β 1 і β 2 - відповідні коефіцієнти швидкості перенесення речовини в концентрованому розчині до мембрани і від неї в розбавленому; б - товщина мембрани; D - коефіцієнт дифузії розчиненої речовини.

Жорсткість пом'якшеної води після діалізу:

де С д і С р - концентрації солей на початку апарату відповідно в діалізаті і в розсолі, мг-екв / л; і Q p - продуктивність апарату відповідно по діалізату і розсолу, м 3 / год; Ж д і Ж р - жорсткість діалізата і розсолу на початку апарату, мг-екв / л; а - константа, яка визначається властивостями мембран і розчинів ;; L - довжина шляху розчину в діалізатной і розсільної камерах апарату, м; υ д - швидкість руху діалізата в камері, м / с.

Експериментальна перевірка рівняння (20.13) на катіонітових мембранах МКК показала хорошу збіжність результатів. Аналіз формули (20.13) показує, що зменшення швидкості руху діалізата в камерах апарату збільшує ефект пом'якшення, зниження жорсткості пом'якшеної води прямо пропорційно концентрації розсолу.

Магнітна обробка води

Останнім часом у вітчизняній і зарубіжній практиці для боротьби з накипформування і інкрустацією успішно застосовують магнітну обробку води. механізм впливу магнітного поля на воду і її домішки остаточно не з'ясований, є ряд гіпотез, які Е.Ф. Тебеніхіним класифіковані на три групи: перша, яка об'єднує більшість гіпотез, пов'язує дію магнітного поля на іони солей, розчинених у воді. Під впливом магнітного поля відбуваються поляризація і деформація іонів, що супроводжуються зменшенням їх гідратації, що підвищує ймовірність їх зближення, і в Зрештою освіту центрів кристалізації; друга передбачає дію магнітного поля на колоїдні домішки води; третя група об'єднує уявлення про можливий вплив магнітного поля на структуру води. це вплив, з одного боку, може викликати зміни в агрегації молекул води, з іншого - порушити орієнтацію ядерних спінів водню в її молекулах.

Обробка води в магнітному полі поширена для боротьби з накипформування. Суть методу полягає в тому, що при перетині водою магнітних силових ліній накіпеобразователі виділяються не на поверхні нагрівання, а в масі води. Утворені пухкі опади (шлам) видаляють під час продування. Метод ефективний при обробці вод кальцієво-карбонатного класу, які становлять близько 80% вод всіх водойм нашої країни і охоплюють приблизно 85% її території.

Обробка води магнітним полем отримала широке застосування для боротьби з накипформування в конденсаторах парових турбін, В парогенераторах низького тиску і малої продуктивності, в теплових мережах і мережах гарячого водопостачання та різних теплообмінних апаратах, Де застосування інших методів обробки води економічно недоцільно. У порівнянні з пом'якшення води основними перевагами її магнітної обробки є простота, дешевизна, безпеку і майже повна відсутність експлуатаційних витрат.

Магнітна обробка природних вод (як прісних, так і мінералізованих) призводить до зменшення інтенсивності утворення накипу на поверхнях нагріву тільки за умови перенасиченості їх як карбонатом, так і сульфатом кальцію в момент впливу магнітного поля і за умови, що концентрація вільного оксиду вуглецю (IV) менше його рівноважної концентрації. Протинакипних ефект Е обумовлює присутність у воді оксидів заліза та інших домішок:

де m н і m м - маса накипу, що утворилася на поверхні нагрівання при кип'ятінні в однакових умовах одного і того ж кількості води, відповідно необробленої і обробленої магнітним полем, м

Протинакипних ефект залежить від складу води, напруженості магнітного поля, швидкості руху води і тривалості її перебування в магнітному полі і від інших факторів. На практиці застосовують магнітні апарати з постійними сталевими або ферито-барієвої магнітами і електромагнітами (рис. 9). Апарати з постійними магнітами конструктивно простіше і не вимагають живлення від електромережі. В апаратах з електромагнітом на сердечник (керн) намотуються котушки дроту, що створюють магнітне поле.

Магнітний апарат монтується до трубопроводів у вертикальному або горизонтальному положенні за допомогою перехідних муфт. Швидкість руху води в зазорі не повинна перевищувати 1 м / с. Процес роботи апаратів може супроводжуватися забрудненням прохідного зазору механічними головним чином феромагнітними домішками. Тому апарати з постійними магнітами необхідно періодично розбирати і чистити. Оксиди заліза з апаратів з електромагнітними видаляють, відключивши їх від мережі.

Результати досліджень МГСУ (Г.І. Николадзе, В.Б. Викулина) показали, що для води з карбонатною твердістю 6.7 мкг-екв / л, окислюваність 5,6 мг02 / л і солевмістом 385.420 мг / л, оптимальна напруженість магнітного поля становила (10.12,8) * 19 4А / м, що відповідає силі струму 7.8 А.

Схема установки для магнітної обробки додаткової живильної води опалювальних парових котлів приведена на рис. 20.10.

Останнім часом набули поширення апарати з зовнішніми котушка, що намагнічує. для омагнічування великих мас води створені апарати з пошаровим її обробкою.

Крім запобігання накипформування магнітна обробка , за даними П.П. Строкача, може застосовуватися для інтенсифікації процесу коагуляції і кристалізації, прискорення розчинення реагентів, підвищення ефективності використання іонообмінних смол, поліпшення бактерицидного дії дезінфектантів.

Мал. 9. Електромагнітний апарат для протинакипної обробки води ВКВ ОТІ: 1,8 - подача вихідної і відведення омагниченной води; 2 - сітка; 3 - робочий зазор для проходу омагнічіваемой води; 4 - кожух; 5 - котушка, що намагнічує; 6 - сердечник; 7 - корпус; 9 - кришка; 10 - клеми

При проектуванні магнітних апаратів для обробки води задаються такі дані: тип апарату, його продуктивність, індукція магнітного поля в робочому зазорі або відповідна їй напруженість магнітного поля, швидкість води в робочому зазорі, час проходження водою активної зони апарату, рід і його напруга для електромагнітного апарату або магнітний сплав і розміри магніту для апаратів з постійними магнітами.

Мал. 10. Схема розміщення магнітної установки для обробки котлової води без попереднього очищення.

1,8 - вихідна і підживлювальних вода; 2 - електромагнітні апарати; 3, 4 - підігрівачі I і II ступеня; 5 - деаератор; 6 - проміжний бак; 7 - підживлюючий насос

література

1. Алексєєв Л.С., Гладков В.А. Поліпшення якості м'яких вод. М.,

2. Стройиздат, 1994 г.

3. Алфьорова Л.А., Нечаєв А.П. Замкнені системи водного господарства промислових підприємств, Комплексів та районів. М., 1984.

4. Аюка Р.І., Мельцер В.З. Виробництво і застосування фільтруючих матеріалів для очищення води.Л., 1985.

5. Вейцер Ю.М., Мііц Д.М. Високомолекулярні флокулянти в процесах очищення води. М., 1984.

6. Єгоров А.І. Гідравліка напірних трубчастих систем в водопровідних очисних спорудах. М., 1984.

7. Журба М.Г. Очищення води на зернистих фільтрах. Львів, 1980.

Основні методи пом'якшення води

Термохимический метод пом'якшення води

Пом'якшення води діалізом

Магнітна обробка води

література

Теоретичні основи пом'якшення води, класифікація методів

Під пом'якшення води мається на увазі процес видалення з неї катіонів жорсткості, тобто кальцію і магнію. Відповідно до ГОСТ 2874-82 "Вода питна" жорсткість води не повинна перевищувати 7 мг-екв / л. Окремі види виробництв до технологічної воді пред'являють вимоги глибокого її пом'якшення, тобто до 0,05.0,01 мг-екв / л. Зазвичай використовуються вододжерела мають жорсткість, що відповідає нормам господарсько-питних вод, і в пом'якшенні не потребують. Пом'якшення води виробляють в основному при її підготовці для технічних цілей. Так, жорсткість води для харчування барабанних котлів не повинна перевищувати 0,005 мг-екв / л. Пом'якшення води здійснюють методами: термічним, заснованим на нагріванні води, її дистиляції чи виморожування; реагентними, при яких знаходяться у воді іони Ca (II) і Mg (II) пов'язують різними реагентами в практично нерозчинні сполуки; іонного обміну, заснованого на фільтруванні зм'якшувати води через спеціальні матеріали, що обмінюють що входять до їх складу іони Na \u200b\u200b(I) або Н (1) на іони Са (II) і Mg (II), що містяться у воді діалізу; комбінованим, що представляє собою різні поєднання перерахованих методів.

пом'якшення вода діаліз термічний

Для отримання води для господарсько-питних потреб зазвичай пом'якшують лише її певну частину з подальшим змішуванням з вихідною водою, при цьому кількість зм'якшувати води Q y визначають за формулою

де Ж о. і. - загальна жорсткість вихідної води, мг-екв / л; Ж 0. с. - загальна жорсткість води, що надходить в мережу, мг-екв / л; Ж 0. у. - жорсткість пом'якшеної води, мг-екв / л.

Методи пом'якшення води

показник	термічний	реагентний	іонообмінний	діалізу
характеристика процесу	Воду нагрівають до температури вище 100 ° С, при цьому видаляється карбонатная і некарбонатная жорсткості (у вигляді карбонату кальцію, гидрокси-. І магнію і гіпсу)	У воду додають вапно, яка усуває карбонатну і магниевую жорсткість, а також соду, яка усуває некарбонат - Єгу жорсткість	Зм'якшувати вода пропускається через катіоніти - ші фільтри	Вихідна вода фільтрується через напівпроникну мембрану
призначення методу	Усунення карбонатної жорсткості з води, яку вживають для харчування котлів низького н середнього тиску	Неглибоке пом'якшення при одночасному освітленні води від зважених речовин	Глибоке пом'якшення води, що містить незначну кількість зважених речовин	Глибоке пом'якшення води
Витрата води на власні потреби	-	Не більше 10%	До 30% і більше пропорційно жорсткості вихідної води	10
Умови ефективного застосування: каламутність вихідної води, мг / л	до 50	до 500	Не більше 8	до 2,0
Жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість з переважанням Са (НС03) 2, некарбонатная жорсткість у вигляді гіпсу	5.30	Чи не вище 15	до 10,0
Залишкова жорсткість води, мг-екв / л	Карбонатна жорсткість до 0,035, CaS04 до 0,70	до 0,70	0,03.0,05 прн одноступенчатом і до 0,01 при двухступенчатом ка - тіонірованіі	0,01 і нижче
Температура води, ° С	до 270	до 90	До 30 (глауконіт), до 60 (сульфоуглі)	до 60

Термічний метод пом'якшення води

Са (НС0 3) 2 -\u003e СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

MgC0 3 + H 2 0 → Mg (0H) 2 + C0 2.

Мал. 1. Термоумягчітель конструкції Копйова.

15 - скидання дренажної води; 12 - центральна подає труба; 13 - помилкові перфоровані днища; 11 - зважений шар; 14 - скидання шламу; 9 - збірник пом'якшеної води; 1, 10 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 2 - продування котлів; 3 - ежектор; 4 - випарується; 5 - плівковий підігрівач; 6 - скидання пари; 7 - кільцевої перфорований трубопровід відведення води до ежектору; 8 - похилі сепаруючі перегородки

Реагентні методи пом'якшення води

Пом'якшення води вапнуванням застосовують при її високою карбонатною і низькою некарботаной жорсткості, а також в разі, коли не потрібно видаляти з води солі некарбонатних жорсткості. В якості реагенту використовують вапно, яку вводять у вигляді розчину або суспензії (молока) в попередньо підігріту воду, що обробляється. Розчиняючись, вапно збагачує воду іонами ОН - і Са 2+, що призводить до зв'язування розчиненого у воді вільного оксиду вуглецю (IV) з утворенням карбонатних іонів і переходу гідрокарбонатних іонів в карбонатні:

С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0, НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.

Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3.

При надлишку вапна в осад випадає і гідроксид магнію

Mg 2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2

б) при співвідношенні [Са 2+] / 20\u003e Ж до,

де [СО 2] - концентрація у воді вільного оксиду вуглецю (IV), мг / л; [Са 2+] - концентрація іонів кальцію, мг / л; Ж до - карбонатні жорсткість води, мг-екв / л; Д к - доза коагулянту (FeS0 4 або FeCl 3 в перерахунку на безводні продукти), мг / л; е к - еквівалентна маса активної речовини коагулянту, мг / мг-екв (для FeS0 4 е к \u003d 76, для FeCl 3 е к \u003d 54); 0,5 і 0,3 - надлишок вапна для забезпечення більшої повноти реакції, мг-екв / л.

При відсутності експериментальних даних дозу коагулянту знаходять з виразу

Д к \u003d 3 (С) 1/3, (20.4)

де С - кількість суспензії, що утворюється при пом'якшенні води (в перерахунку на суху речовину), мг / л.

У свою чергу, С визначають, використовуючи залежність

Вапняно-содовий метод пом'якшення води описується наступними основними реакціями:

За цим методом залишкова жорсткість може бути доведена до 0,5.1, а лужність з 7 до 0,8.1,2 мг-екв / л.

Дози вапна Д і й соди Д с (в перерахунку на Na 2 C0 3), мг / л, визначають за формулами

(20.7)

де - вміст у воді магнію, мг / л; Ж н. к. - некарбонатная жорсткість води, мг-екв / л.

При вапняно-содовому методі пом'якшення води утворюються карбонат кальцію і гідроксид магнію можуть пересищается розчини і довго залишатися в колоїдно-дисперсному стані. Їх перехід в грубодисперсними шлам тривалий, особливо при низьких температурах і наявності у воді органічних домішок, які діють як захисні колоїди. При великій їх кількості жорсткість води при реагентном пом'якшенні води може знижуватися за все на 15.20%. У подібних випадках перед пом'якшення або в процесі його з води видаляють органічні домішки окислювачами і коагулянтами. При вапняно-содовому методі часто процес проводять в дві стадії. Спочатку з води видаляють органічні домішки і значну частину карбонатної жорсткості, використовуючи солі алюмінію або заліза з вапном, проводячи процес при оптимальних умовах коагуляції. Після цього вводять соду і решту вапна і доумягчают воду. При видаленні органічних домішок одночасно з пом'якшення води в якості коагулянтів застосовують тільки солі заліза, оскільки при високому значенні рН води, необхідному для видалення магнієвої жорсткості, солі алюмінію не утворюють сорбційно-активного гідроксиду. Дозу коагулянту при відсутності експериментальних даних розраховують за формулою (20.4). Кількість суспензії визначають за формулою

де Ж про - загальна жорсткість води, мг-екв / л.

MgS0 4 + Са (ОН) 2 \u003d Mg (ОН) 2 + CaS0 4

Мал. 2. Вплив температури (а) і дози вапна (б) на глибину пом'якшення води вапняно-содовим і вапняним методом

Са (0H) 2 + Na 2 C0 3 \u003d CaC0 3 + 2NaOH,

При содово-натриевом методі пом'якшення води її обробляють содою і гідроксидом натрію:

Содово-натрієвий метод зазвичай застосовують для пом'якшення води, карбонатна жорсткість якої трохи більше некарбонатних. Якщо карбонатна жорсткість приблизно дорівнює некарбонатних, соду можна зовсім не додавати, оскільки необхідне її кількість для пом'якшення такої води утворюється в результаті взаємодії гідрокарбонатів з їдким натром. Доза кальцинованої соди збільшується в міру підвищення некарбонатних жорсткості води.

Са (НС0 3) 2 + Na 2 C0 3 \u003d СаС0 3 + 2NaHC0 3.

2NаHC0 3 \u003d Na 2 C0 3 + Н 2 0 + С0 2.

Барієвий метод пом'якшення води застосовують в поєднанні з іншими методами. Спочатку вводять барій містять реагенти в воду (Ва (ОН) 2, ВАЛТ 3, Ваа1 2 0 4) для усунення сульфатної жорсткості, потім після освітлення води її обробляють вапном і содою для доумягченія. Хімізм процесу описується реакціями:

Оксалатний метод пом'якшення води заснований на застосуванні оксалату натрію і на малій розчинності в воді утворюється оксалату кальцію (6,8 мг / л при 18 ° С)

Фосфатирование застосовують для доумягченія води. Після реагентного пом'якшення вапняно-содовим методом неминуче наявність залишкової жорсткості (близько 2 мг-екв / л), яку фосфатним доумягченіем можна знизити до 0,02-0,03 мг-екв / л. Така глибока доочищення дозволяє в деяких випадках не вдаватися до катионитового водоумягченію.

Як фосфатних реагентів використовують гексаметафос - фат, триполіфосфат (ортофосфат) натрію і ін.

Д Ф \u003d 54,67 (Ж ОСТ + 0,18),

де Ж ост - залишкова жорсткість пом'якшеної води перед фосфатним доумягченіем, мг-екв / л.

Розчин для дозування гексаметафосфата або ортофосфата натрію з концентрацією 0,5-3% готують в баках, кількість яких має бути не менше двох. Внутрішні поверхні стін і дна баків повинні бути покриті корозієстійких матеріалом. Час приготування 3% -ного розчину становить 3 год при обов'язковому перемішуванні Мешалочние або барботажний (за допомогою стиснутого повітря) способом.

Технологічні схеми і конструктивні елементи установок реагентного пом'якшення води

Мал. 3. Водоумягчітельная установка з вихровим реактором.

1 - бункер з контактною масою; 2 - ежектор; 3, 8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 4 - вихровий реактор; 5 - введення реагентів; 6 - швидкий освітлювальний фільтр; 9 - скидання контактної маси; 7 - резервуар пом'якшеної води

Оптимальним спорудою для пом'якшення води вапняним або вапняно-содовим методами є вихровий реактор (спірактор напірний або відкритий) (рис. 20.4). Реактор надає собою залізобетонний або сталевий корпус, звужений донизу (кут конусності 5.20 °) і наповнений приблизно до половини висоти контактної масою. Швидкість руху води в нижній вузькій частині вихрового реактора дорівнює 0,8.1 м / с; швидкість висхідного потоку у верхній частині на рівні водовідвідних пристроїв - 4.6 мм / с. Як контактної маси застосовують пісок або мармурову крихту з розміром зерен 0,2.0,3 мм з розрахунку 10 кг на 1 м3 обсягу реактора. При гвинтовому висхідному потоці води контактна маса зважується, піщинки стикаються один з одним і на їх поверхні інтенсивно кристалізується СаСО 3; поступово піщинки перетворюються в кульки правильної форми. Гідравлічний опір контактної маси становить 0,3 м на 1 м висоти. Коли діаметр кульок збільшується до 1,5.2 мм, велику найбільш важку контактну масу випускають з нижньої частини реактора і довантажують свіжу. Вихрові реактори не затримують осаду гідроксиду магнію, тому їх слід застосовувати спільно з встановленими за ними фільтрами тільки в тих випадках, коли кількість утворюється осаду гідроксиду магнію відповідає грязеємність фільтрів.

Витрата свіжої контактної маси, що додається за допомогою ежектора, визначають за формулою G \u003d 0,045QЖ, де G - кількість додається контактної маси, кг / добу; Ж - видаляється в реакторі жорсткість води, мг-екв / л; Q - продуктивність установки, м 3 / год.

Мал. 4. Вихревой реактор.

1,8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води: 5 - пробовідбірники; 4 - контактна маса; 6 - скидання повітря; 7 - люк для завантаження контактної маси; 3 - введення реагентів; 2 - видалення відпрацювала контактної маси

Подібну технологію застосовують для пом'якшення митних вод, що містять велику кількість солей магнію. В цьому випадку змішувачі завантажують контактної масою. При використанні освітлювачів конструкції Е.Ф. Кургаєва, змішувачі та камери утворення пластівців не передбачають, оскільки змішання реагентів з водою і формування пластівців осаду відбуваються в самих осветлителях.

2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,

де е 1 - знак, який вказує на здатність солей жорсткості диссоциировать на катіони Ca (II) і Mg (II).

На рис. 6 показана технологічна схема установки для пом'якшення води електрохімічним способом.

Виробнича установка була змонтована в районній котельні, випробування якої тривали близько двох місяців. Режим електрохімічної обробки виявився стійким, осаду в катодних камерах не спостерігалося.

Мал. 5. Установка нзвестково-содового пом'якшення води.1,8 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 2 - ежектор; 3 - бункер з контактною масою; 5 введення реагентів; 6 - освітлювач з шаром зваженого осаду; 7 - освітлювальний швидкий фільтр; 4 - вихровий реактор

Мал. 6. Схема установки електрохімічного пом'якшення води I - випрямляч ВАКГ-3200-18; 2 - діафрагмовий електролізер; 3, 4 - аналіт і катали; 5 - насос; 6 - рН-метр; 7 - освітлювач з шаром зваженого осаду; 8 - освітлювальний швидкий фільтр; 9 - скидання в каналізацію; 10, 11 - відведення пом'якшеної і подача вихідної води; 12 - витратомір; 13 - витяжний парасоль

Хімічним, рентгеноструктурньїм, ІК-спектроскопическим і спектральним аналізами встановлено, що в осаді переважно містяться CaC0 3, Mg (OH) 2 і частково Fe 2 0 3 * Н 2

Вод - вимушене і дорогий захід, що представляє собою досить складну задачу, пов'язану з великою різноманітністю забруднюючих речовин і появою в їх складі нових соедіненій.Методи очищення вод можна розділити на 2 великі групи: деструктивні і регенеративні. В основі деструктивних методів лежать процеси руйнування забруднюючих речовин. Утворені продукти розпаду видаляються ...

Проводиться через середнє і верхнє збірно-розподільчий пристрій за рахунок спрямування частини відпрацьованого регенераційного розчину або подачі вихідної води по контуру рециркуляції. 1. ВИДИ ФІЛЬТРІВ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ БУДОВИ іонітні фільтри класифікуються в залежності від принципу дії, а також від цілей, переслідуваних при проходженні води через них. 1.1 Фільтри ФІПа, ...

Знати ступінь жорсткості води обов'язково. Від показника жорсткості питної води залежить безліч аспектів нашого життя: скільки використовувати прального порошку, Чи потрібні заходи по пом'якшення жорсткої води, скільки проживуть акваріумні рибки в воді, чи потрібно введення поліфосфатів в зворотному осмосу і т.д.

Існує безліч способів визначення жорсткості:

за кількістю утвореної піни миючого засобу;
по району;
за кількістю накипу на нагрівальних елементах;
за смаковими властивостями води;
за допомогою реагентів і спеціальних приладів

Що таке жорсткість?

У воді присутні основні катіони: кальцій, магній, марганець, залізо, стронцій. Останні три катіона мало впливають на жорсткість води. Існують ще тривалентний катіон алюмінію і заліза, які при певному рН утворюють вапняковий наліт.

Жорсткість може бути різного виду:

загальна жорсткість - загальний вміст іонів магнію і кальцію;
карбонатні жорсткість- вміст гідрокарбонатів і карбонатів при рН більшому 8,3. Їх легко видалити через кип'ятіння: під час нагрівання розкладаються на вугільну кислоту і осаду;
некарбонатная жорсткість - солі кальцію і магнію сильних кислот; не можна видалити за допомогою кип'ятіння.

Існує кілька одиниць жорсткості води: моль / м 3, мг-екв / л, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO 3.

Чому вода має жорсткість? Іони лужноземельних металів є у всіх мінералізованих водах. Вони беруться з покладів доломітів, гіпсу і вапняку. Джерела води можуть мати жорсткість в різних діапазонах. Існує кілька систем жорсткості. За кордоном до неї підходять більш «жорстко». Наприклад у нас вода вважається м'якою при жорсткості 0-4 мг-екв / л, а в США - 0-1,5 мг-екв / л; дуже жорстка вода в Росії - понад 12 мг-ек / л, а в США - понад 6 мг-екв / л.

Жорсткість мінералізованих вод на 80% зумовлена \u200b\u200bіонами кальцію. З ростом мінералізації частка іонів кальцію різко знижується, а іонів магнію - збільшується.

Найчастіше поверхневі води мають меншу твердість, ніж підземні. Так само жорсткість залежить від сезону: під час танення снігів вона знижується.

Жорсткість питної води змінює її смак. Поріг чутливості для іона кальцію - від 2 до 6 мг-екв / л, залежить від аніонів. Вода ставати гіркою і погано впливає на процес травлення. ВООЗ не дає будь-яких рекомендацій по жорсткості води, так як немає точних доказів її впливу на організм людини.

Обмеження жорсткості необхідно для нагрівальних приладів. Наприклад, в котлах - до 0,1 мг-екв / л. М'яка вода має низьку лужність і викликає корозію водопровідних комунікацій. Комунальні служби використовують спеціальну обробку, що б знайти компроміс між нальотом і корозією.

Існує три групи способів пом'якшення води:

фізичний;
хімічний;
екстрасенсорний.

Реагентні способи пом'якшення води

іонний обмін

Хімічні методи засновані на іонному обміні. Фільтрує масою є іонообмінна смола. Вона являє собою довгі молекули, які зібрали в кульки жовтого кольору. З кульок виступають маленькі відростки з іонами натрію.

Під час фільтрації вода просочує всю смолу, а її солі стають на місце натрію. Сам натрій нестися водою. Через різницю зарядів іонів вимивається в 2 рази більше солей, ніж осідає. З плином часу солі все замінюються і смола перестає працювати. Період роботи у кожної смоли свій.

Іонообмінна смола може бути в картриджах або насипати в довгий болон - колона. Картриджі мають невеликий розмір і використовуються тільки для зниження жорсткості питної води. Ідеально підходить для пом'якшення води в домашніх умовах. Ионообменная колона використовується для пом'якшення води в квартирі або невеликому виробництві. Крім великої вартості колона повинна періодично завантажуватися відновленої фільтрує масою.

Якщо в смолі картриджа не залишилося іонів натрію, то його просто замінюють на новий, а старий - викидають. При використанні іонообмінної колони смолу відновлюють в спеціальному баку з розсолом. Для цього розчиняють таблетуванню сіль. Сольовий розчин регенерує здатність смоли до обміну іонами.

Зворотною стороною є додаткова здатність води видаляти залізо. Воно забиває смолу і приводить її в повну непридатність. Слід вчасно робити аналіз води!

Використання інших хімічних реагентів

Існує ряд менш популярних, але ефективних способів пом'якшення води:

кальцинована сода або вапно;
поліфосфати;
антискаланта - з'єднання проти утворення накипу.

Пом'якшення вапном і содою

Пом'якшення води содою

Метод пом'якшення води з використанням вапна називається вапнуванням. Використовують гаситься вапно. Вміст карбонатів знижується.

Суміш соди і вапна найбільш ефективно. Для наочності пом'якшення води в домашніх умовах можна додати кальциновану соду в воду для прання. На відро беруть 1-2 чайні ложки. Добре розмішують і чекають випадання осаду. Подібним методом користувалися жінки в Стародавній Греції, Використовуючи пічну золу.

Вода після вапна і соди не придатна для харчових цілей!

пом'якшення поліфосфатами

Поліфосфати здатні зв'язувати солі жорсткості. Вони являють собою великі білі кристали. Вода проходить через фільтр і розчиняє поліфосфати, пов'язуючи солі.

Недоліком є \u200b\u200bнебезпека поліфосфатів для живих організмів, в тому числі і людини. Вони є добривом: після потрапляння у водойму спостерігається активне зростання водоростей.

Поліфосфати так само непридатні для пом'якшення питної води!

Фізичний метод пом'якшення води

Фізичні способи борються з наслідками високої жорсткості - накипом. Це безреагентна очищення води. При її використанні не відбувається зниження концентрації солі, а просто запобігає шкоду для труб і нагрівальних елементів. Вода стає м'якою або для більшого розуміння - пом'якшеної.

Виділяють наступні фізичні способи:

використання магнітного поля;
за допомогою електричного поля;
ультразвукова обробка;
термічний спосіб;
використання малоточечних струмових імпульсів.

Магнітне поле

Безреагентне пом'якшення води за допомогою магнітного поля має безліч нюансів. Ефективність досягається тільки при дотриманні певних правил:

певна швидкість потоку води;
підібрана напруженість поля;
певний іонний і молекулярний склад води;
температура вхідної та вихідної води;
час обробки;
атмосферний тиск;
тиск води і т.д.

Зміна будь-якого параметра вимагає повної переналаштування всієї системи. Реакція повинна бути негайною. Незважаючи на складність контролю параметрів, магнітне пом'якшення води використовують в котельних.

Але для пом'якшення води в домашніх умовах за допомогою магнітного поля майже неможливо. При появі бажання придбати магнітик на трубопровід, подумайте, як ви підберете і будите забезпечувати необхідні параметри.

Використання ультразвуку

Ультразвук призводить до кавітації - утворення газових бульбашок. Підвищується ймовірність зустрічі іонів магнію і кальцію. З'являються центри кристалізації не на поверхні труб, а в товщі води.

при пом'якшенні гарячої води ультразвуком кристали не досягають розміру, необхідного для осадження - накип не утворюється на теплообмінних поверхнях.

Додатково виникають високочастотні коливання, які перешкоджають утворенню нальоту: відштовхують кристали від поверхні.

Згинальні коливання згубні для освіченої верстви накипу. Вона починає відколюватися шматочками, які можуть засмітити канали. Перед використанням ультразвуку необхідно очистити поверхні від накипу.

електромагнітні імпульси

Безреагентниє пом'якшувачі води на основі електромагнітних імпульсів змінюють спосіб кристалізації солей. Створюються динамічні електричні імпульси з різними характеристиками. Вони йдуть по дроту-обмотці на трубі. Кристали знаходять форму довгих поличок, яким важко закріпитися на поверхні теплообміну.

В процесі обробки виділяється вуглекислота, яка бореться з вже наявним вапняним нальотом і утворює захисну плівку на металевих поверхнях.

термозм'ягчення

Хтось чує про цей метод вперше. Але насправді їм користується кожен з дитинства. Це звичне для нас кип'ятіння води.

Всі помічали, що після кип'ятіння води утворюється осад з солей жорсткості. Кава або чай роблять з більш м'якої води, ніж водопровідна.

А скільки потрібно кип'ятити? Все просто: з ростом температури і її впливом солі жорсткості менш розчинні і більше випадають в осад. В процесі нагрівання виділяється вуглекислий газ. Чим швидше він випаровується, тим більше утворюється вапняковий наліт. щільно закрита кришка перешкоджає виведенню вуглекислого газу, а у відкритій ємності швидко випаровується рідина.

При використанні термозм'ягчення слід залишати кришку в ємності злегка відкритою. Так само слід забезпечити максимальну площу осадження солей для прискорення пом'якшення питної води.

При жорсткості до 4 мг-екв / л термічне пом'якшення не потрібно: солі будуть осідати повільніше, ніж випаровується вода. У воді, що залишилася буде підвищена концентрація багатьох домішок.