Способы умягчения воды. Умягчение жесткой воды Химический способ смягчения воды

19.10.2019

Чем плоха жесткая вода

Жесткая вода не подходит для многих технологических процессов. Она неприятна на вкус, в ней плохо стирать и мыться, так как для стирки требуется повышенный расход моющих средств, а при мытье на волосах и коже остается налет. Жесткая вода не подходит для нужд пищевой промышленности из-за горького привкуса и из-за того, что в процессе хранения продуктов соли выпадают в осадок. Да и качество продуктов страдает при использовании плохой питьевой воды.

Жесткая вода доставляет неприятности всем промышленным предприятиям, так как быстро забивает трубы водопроводов осадками и накипью.

Солевые отложения - бич нагревательного оборудования, которое безнадежно выходит из строя, а также требует существенного перерасхода топлива, так как эффективность теплообменных процессов резко падает, когда на поверхности теплообменников откладывается плохо проводящий тепло солевой слой.

Умягченная вода требуется в котельном оборудовании, в чайниках и стиральных машинах, в теплонасосах и теплоцентралях коммунальных служб. Для котлов высокого давления не подходит даже вода с небольшим количеством солей жесткости, поскольку выход из строя этих установок может привести к серьезной аварии. На практике оказывается гораздо дешевле провести комплекс мероприятий по удалению из воды солей жесткости, чем ремонтировать и заменять трубное, нагревательное и котельное оборудование.

Смягчение воды требуется и для получения сверхчистой воды для лабораторных и аналитических нужд, для фармацевтических и медицинских предприятий. Смягчение - первый этап очистки воды для этих целей.

Методы умягчения воды

Основными методами смягчения воды на сегодняшний день являются:

Смягчение с помощью ионообменных смол;
- использование мембран;
- реагентный (химический);
- магнитная обработка воды;
- термический;
- электрохимический;
- комбинирование нескольких методов в одной установке.

Смягчение воды с помощью ионообменных смол - наиболее популярный на данный момент способ для нужд коммунальных служб и пищевой промышленности. Принцип очистки основан на фильтрации воды через ионообменные смолы, проходя через которые ионы кальция и магния замещаются на ионы натрия и водорода. Регенерация смол осуществляется с помощью раствора поваренной соли - дешевого и доступного реактива. Сам процесс очистки легко автоматизируется. Ионообменный метод часто применяется в комбинированных установках для глубокой очистки воды.

Мембранный метод смягчения воды является наиболее технологичным, хотя и дорогим. Он позволяет не только смягчать воду, но и очищать от большинства химических, органических примесей, ионов тяжелых металлов, хлора и хлорорганических соединений, бактерий, взвесей. Принцип очистки - воду пропускают через специальные мембранные материалы с определенным размером пор.

Смягчение воды с помощью реагентов основано на добавлении в воду специальных реактивов, которые образуют с катионами кальция и магния нерастворимые или малорастворимые соединения. Чаще всего в промышленных масштабах используется гашеная известь и сода. Недостатками этого способа является высокая засоленность сточных вод, которые требуют дополнительной очистки; необходимость тщательного, чаще всего ручного контроля процесса и высокая щелочная реакция полученной воды. Химические методы не подходят для смягчения питьевой воды. Как правило, эти методы являются первой ступенью для комбинированной очистки воды.

Магнитный способ умягчения воды основан на переводе солей жесткости в модифицированное состояние, при котором они кристаллизируются не в плотный кальцит, а в неустойчивый арагонит, который не откладывается на поверхностях труб и теплообменников, а выводится с водой.

Термическое умягчение воды основано на том, что при повышении температуры жесткой воды свыше 120 °С соли кальция и магния выпадают в осадок. Очистить воду можно также вымораживанием и дистилляцией . В промышленности дистилляция применяется редко и только тогда, когда имеется доступ к дешевой энергии для нагревания, а вот в лабораториях дистилляторы часто используются для глубокой очистки воды.

Электрохимический метод смягчения воды основан на нескольких одновременно происходящих процессах, протекающих в момент прохода воды между электродами (электрофорез, электролиз, поляризация и др.), которые приводят к образованию нерастворимых солей магния и кальция.

Конкретный метод смягчения воды обычно определяется в зависимости от качества исходной воды, требуемого качества получаемой воды, необходимой производительности установки и допустимых финансовых затрат.

Мы можем предложить нашим покупателям, у которых есть потребность в умягчении воды, купить Аквадистиллятор PHS AQUA 10 , мембранные фильтры Владипор и

Разбирать проблемы излишней жесткости современной воды невозможно без детального изучения многообразия способов умягчения воды . Обилие фильтров на полках магазинов и рынков заставляет задуматься над тем, что выбор прибора для квартиры не так прост. И чтобы выбрать нужный вариант умягчителя нужно ознакомиться хотя бы с разными видами способов умягчения воды. Не зная основ, невозможно разбираться в теме.

Хотя о накипи у нас знают достаточно много, до сих пор существует слишком много предубеждений в отношении фильтрующих приборов, а также мифов о бесполезности , по крайне мере для бытовых условий. Излишняя жесткость воды приводит к большому количеству нежелательных явлений. Цена образования накипи и плохой растворимости жестковатой некачественной водой любых моющих средств слишком дорога, чтобы сегодня пренебрегать вопросами умягчения воды.

У нас почему-то считается, что излишняя жесткость в воде это миф, и что использование фильтров, это выкачка денег из доверчивых граждан. При этом все прекрасно видели и знают, что такое накипь и насколько трудно бороться с ней, как непросто ее удалять, постоянно из месяца в месяц. Если у вас есть сомнения в степени жесткости вашей воды, вы всегда можете провести химический анализ воды. Он всегда поможет вам не только определить, на сколько вода у вас чистая, и пригодная в пищу. На основе ее результатов вы сможете составить правильную, то есть грамотную .

О том, что вы пользуетесь некачественной водой, вы узнаете по многим признаком, столь нам всем хорошо знакомым. Излишняя жесткость проявит себя даже при варке. Такая вода заставляет мясо становится более жестким. Овощи при варке в такой воде разваливаются. И извечная кромка осадка солей жесткости. Если у вас уже есть такие чайники или кастрюли с извечной твердой кромкой внутри на поверхностях, то сто процентов жесткость в вашей воде давно превысила допустимые пределы. О наличии подобной воды в квартире вы узнаете не только по известковому налету внутри чайника, оставит свой след вода и даже при мытье посуды в посудомоечной машине. Казалось бы, бокалы и тарелки после мытья в такой машинке должны выходить скрипящими и идеально чистыми, но не в случае с жестковатой водой. Об использовании подобной воды можно будет узнать по предательским белым разводам на бокалах, по едва заметному белому налету на тарелках.

Сказывается жесткость и на качестве приготовленных блюд, и чая с кофе. У настоящего натурального кофе, заваренного на хорошей воде совсем другой вкус, и если вы настоящий кофеман, то вопрос создания системы очистки от жесткости вас ни разу не смутит. Стоит только попробовать хороший кофе на правильной воде.

О присутствии в воде излишков солей кальция с магнием скажет и плохо выстиранная одежда. Образование накипи – это далеко не все к чему приводит работа с подобной водой. Есть у нее еще такая особенность – как плохая растворимость, что порошка, что мыла с моющим средством для посуды. Работая с жестковатой водой, сэкономить никак не удастся. Вот эта особенность приводит к быстрому износу тканей, они начинают трещать и рваться буквально на глазах. И стоит установить перед стиральной машинкой один электромагнитный умягчитель воды АкваЩИт и проблема с повышенной жесткостью воды будет решена. Но многие считают, что прибор на магнитах не может чистить воду. Пока они же на собственном примере не убеждаются, как рационально и экономно работают способы умягчения воды.

И еще один момент - использование некачественной воды для личного употребления, в конце концов, негативно отразиться на нашем здоровье. Нельзя безнаказанно пить такую воду. И ваш организм вам ответит различными хроническими заболеваниями, ранним старением кожи и выпадением волос. Только не все люди могут сразу идентифицировать причину таких болезней в жесткости воды.

Способы умягчения воды подразумевают применение специальных приборов. Их задача устранить из воды излишек двух карбонатных солей. Но есть и более примитивные способы. Их почти не используют сегодня, но когда-то до изобретения , их применяли наши предки в стремлении хоть как-то оградить себя от пагубного влияния кальция и магния.

Таким самым простым способом умягчения воды является применение простого кусочка кремния. Все, что вам нужно для получения мягкой воды, это купить кусочек кремния размером где-то 5х5 см и положить его в бутыль (3-литровый) с водопроводной водой. Через недели вы сможете пить «заряженную» воду и она будет не плесневелая, а мягкая и вкусная, еще и с лекарственными свойствами. Таково влияние кремния на соли кальция и магния. Очень часто в древности облицовывали колодец кремнием, чтобы получить хорошую воду.

На сегодня использование такого кремниевого способа умягчения воды имеет право на жизнь, но очистить с его помощью большое количество воды вряд ли удастся. Поэтому только лечебное, лекарственное применение такого способа.

Для промышленности использование примитивных способов умягчения воды невозможно. В этой ситуации даже применение тщательно продуманной, сделанной на основе химического анализа воды, системы подготовки воды не является полной защитой от образования накипи. Так в теплоэнергетике, все равно придется проводить очистку от известкового налета. И разница состоит в том, что после работы , налет образуется слабенький, а нарастает медленнее и что немаловажно достаточно легко устраняется. Вам даже не придется покупать под него специальные средства. Достаточно обычной промывки водой.

Образование накипи не хуже плохой растворимости в воде вредит бытовым приборам и оборудованию. Проблема еще в том, что если накипь не убирать своевременно, то она начинает нарастать еще быстрее, и еще увереннее. И в след за ней, начинает потихоньку развивать свою деятельность коррозия. Эти два явления неразрывно связаны между собой.

Мало того, что накипь, это не эстетично, некрасиво, мало полезно, но еще и вместе с образованием накипи возрастает угроза потерять технику и дорогостоящее оборудование. Проблемы с накипью особенно в промышленности – это всегда очень большие расходы. Способы умягчения воды. как реагентные, так и безреагентные не могли проявиться просто так. Должны были быть веские причины для их создания. Вот такой причиной и является накипь.

В котельных, особенно паровых, – это целая история. Для того, чтобы паровая котельная работала, качество пара должно быть очень высоким и за время очистки, что вода, что пар проходят огромное количество инстанций, что помогает в дальнейшем паровым электростанциям прослужить гораздо дольше, чем при работе с неочищенной водой.

К чему же приводит плохая вода? Ее разогревают. Соли жесткости в процессе нагрева образуют малорастворимый осадок, то есть накипь, которая при нагреве оседает именно на нагреваемую поверхность. Образованный слой, хоть и образовался в процессе нагрева, но сам по себе тепло не поглощает,и не передает. И мы помним, отложился он как раз на нагревательной поверхности. Со временем плотность слоя накипи достигает таких пределов, что тепло абсолютно перестает передаваться в воду.

За этот отрезок времени расход топлива растет просто невообразимо. Ведь прибор или оборудование пытается работать. А их работа – это греть воду. И чтобы это сделать, нужно попытаться так нагреть накипь, чтобы она хотя бы 10 процентов переданного ей тепла отдала в воду. Для этого приходится расходовать очень много топлива. Это занимает много времени и поверхности при этом терпят бешенные перегрузки. Естественно вечно это продолжаться не может. Металлы, как будь то попадают в мартеновскую печь, если они покрыты слоем накипи.

Вот и получается, что бытовой прибор может отключиться, чтобы не перегореть, а котел на твердом топливе этого сделать не может. Его только может разорвать от подобного эффекта. Здесь и человеческие жертвы возможны. Поэтому к тому, нужно относиться очень правильно и внимательно. Упускать очистки от накипи особенно в промышленности категорически нельзя.

Любая очистка от накипи промышленного оборудования подразумевает под собой обязательную остановку системы. Это простои, это снова недопоставленная вовремя продукция, это расходы. Сделать очистку от накипи при работающем оборудовании не представляется возможным. Только остановка и очистка. И чаще всего разборная очистка, т.к. оборудование, что в котельных, что в металлургии сложное. Добраться до самых отдаленных мест сразу не получится. Вот и считайте, так ли уж дешево удаление. Бригады по монтажу оборудования, бригады по чистке поверхностей, время на простои, оплата за чистящие средства. На удалении накипи сэкономить точно не получится.

И как бы вы не старались, бесследно провести какую либо противонакипную очистку точно не удастся. Всегда будут царапины, механическая очистка снимает не только защитное покрытие, она заденет и основной слой. Ну а любая испорченная поверхность – любимое место отложения накипи. Вот и получается, что устраняя одну накипь, мы стимулируем быстрое образование других слоев. Так, что невыгодно постоянно удалять накипь, совсем не выгодно.

Теперь, что касается способов умягчения жесткой воды. Хоть и может показаться на первый взгляд, что приборов для умягчения много, и, тем не менее, способов умягчения жесткой воды не так уж много, хотя выбор какой-никакой есть. Способы можно смело поделить на химические и физические. Химическая очистка воды подразумевает использование разнообразных реагентов, в процессе работы которых соли жесткости становятся малорастворимыми, выпадают в осадок и легко выводятся из систем, где используют воду. Давайте подробнее узнаем про эти способы умягчения жесткой воды. Их виды и преимущества.

Физические способы умягчения воды

Группа же физических способов умягчения воды работает без применения каких-либо химикатов. Эта группа идеальна для очистки водопроводной воды, то есть той воды, которая в том числе идет для личного использования – пить и есть. Там вода должна быть мягкой по умолчанию.

Мембранные способы умягчения воды

Еще можно выделить группу мембранных способов умягчения воды . Сюда входят очень популярный в промышленности обратный осмос. Это метод тонкой очистки с помощью давления. Внутри такого прибора располагается тонкая мембрана, выполненная из дорогостоящих материалов. Вся поверхность такой мембраны испещрена отверстиями. Диаметр таких дырочек не превышает размера молекулы воды. Такая полупроницаемая поверхность дает возможность устранить из воды практически любые примеси, которые имеют размер более молекулы воды.

С таким прибором вы легко сможете получить воду идеальную для той же фармакологии или для производства питьевой воды. Дистиллят получают с помощью нанофильтрации. Это еще один вид обратного осмоса, только низконапорного.

Главный козырь этого способа умягчения воды – высочайшая степень очистки, возможность получить воду с заданными признаками, только сменив мембрану. Но есть у обратного осмоса, как и у других мембранных способов очистки воды, свои минусы. Когда прибор работает, очень много воды находится внутри прибора. Так происходит по нескольким причинам. Во-первых, скорость просачивания через мембрану далеко не такая высокая, плюс прибор включает в себя не один фильтр. В установку могут входить обратный осмос, механический фильтр и кондиционер. Последний в обязательном порядке ставят на установках для производства питьевой воды. Такой способ умягчения воды очень хорошо устраняет любые примеси вплоть до бактерий с вирусами, что для питьевой воды немаловажно. Потом без кондиционирования такая вода становится непригодной для личного использования. Ну и потом использование обратного осмоса значительно ограничивает стоимость установки. Далеко не все в быту пока могут дозволить себе, использовать такую установку.

Химический способ умягчения воды

Химический способ умягчения воды как мы уже говорили, подразумевает использование химических веществ. Сюда относят и натрий хлор, и фосфаты. Для такого умягчения чаще всего используют дозаторы, которые монтируют на трубу водопровода. Такие способы плохи тем, что химикаты могут образовывать другие примеси в воде и получается все тот же осадок. Только он еще и очень плохо устраняется. При этом к химическому способу умягчения воды относится и химическое восстановление фильтрующих частей приборов. Поэтому самым известной такого способа является ионный обмен. Здесь картридж восстанавливают с помощью очень соленого раствора. После восстановления картридж сможет снова работать.

Ионообменный способ умягчения воды

Ионный обмен , как способ умягчения воды один из самых простых. Каких-то особых конструкций он не требует. Основа, как понятно из названия ионный обмен. Работает внутри такого прибора гелеобразная смола. В ней содержится большое количество натрия, который очень быстро при контакте с жестковатой водой сменяется на кристаллы солей кальция и магния. Вот и получается простой и быстрый процесс очистки, без каких либо усилий. Спустя определенный период времени, весь натрий из картриджа вымывается.

В промышленности картридж восстанавливают, промывая раствором, а вот в быту просто меняют, т.к. питьевая вода не терпит реагентов. Скорость очистки отличная, только вот расходы на картриджи или их восстановление довольно большие. Да и в быту фильтр-кувшин в состоянии от силы очистить вам пару тройку литров. Для полной защиты от накипи и жесткости придется в обязательном порядке использовать еще один фильтр.

Безреагентный способ умягчения воды

Ярким представителем безреагентного способа умягчения воды является магнитное силовое воздействие. Основу таких приборов составляют мощные магниты. Обязательно постоянные. Такой прибор еще только монтируешь, а магнитное поле уже работает. При этом прибор легко установить, легко снять. Обслуживания он не требует, не нужны ему картриджи и очистки. Он работает. Магнитное силовое поле, таким образом, пронизывает воду, что находящиеся в ней соли жесткости теряют прежнюю форму. Теперь это острые иголочки. Они натирают поверхности со старой накипью, очень качественно при этом ее удаляя. Но магнитное воздействие очень придирчиво к воде. Ему нужна вода комнатной температуры, текущая в одном направлении и с определенной скоростью. Убрать все минусы магнитного способа умягчения воды получилось только путем добавления электрического тока. Так и изобрели электромагнитную установку.

Ознакомившись со всеми способами умягчения воды , нужно сделать вывод, что сегодня отказаться от умягчения означает рисковать здоровьем своей семьи и полное отсутствие дальновидности. Поэтому все больше народу, сегодня выбирает именно такой путь .

Умягчение воды сводится к уменьшению концентрации в ней кальциевых и магниевых солей. Умягчение воды 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 7мг-экв/л.

Умягчение воды может проводиться различными методами, их можно разделить на следующие группы:

Термический метод умягчения воды

При нагревании воды до кипения происходит превращение гидрокарбонатов кальция и магния в карбонаты по следующим схемам:

Са (HCO 3) 2 = CaCO 3 ↓+ СО 2 + Н 2 О;

Mg(HCO 3) 2 = МgСО 3 + СО 2 + Н 2 О.

Эти обратимые процессы можно почти целиком сместить вправо за счет кипячения воды, так как при высоких температурах растворимость двуокиси углерода понижается.

Однако полностью устранить карбонатную жесткость нельзя, так как углекислый кальций хотя и незначительно (около 9,95 мг/л при 15 °С), но растворим в воде. Растворимость MgCO 3 достаточно высока (110 мг/л), поэтому при длительном кипячении он гидролизуется с образованием малорастворимой (8 мг/л) гидроокиси магния:

MgCO 3 + H 2 O ═ Mg (OH) 2 ↓ + CO 2 .

Этот метод может применяться для умягчения воды, содержащей преимущественно карбонатную жесткость и идущей для питания котлов низкого и среднего давления.

Недостатки: снижается только временная (карбонатная) жесткость; требуются большие энергозатраты - в промышленности этот способ водоподготовки используют лишь при наличии дешевых источников тепла (на ТЭЦ, например).

Реагентное умягчение воды

Из реагентных методов наиболее распространен содово-известковый способ умягчения. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са и Mg нерастворимых солей СаСО 3 и Mg(OH) 2 , выпадающих в осадок.

Оба реагента — соду Na 2 CO 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(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 + 2Н 2 О

Гидрат окиси магния Mg(OH)2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na2CO3.

Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:

Na 2 CO 3 + CaSO 4 = CaCO 3 + Na 2 SO 4 ;

Na 2 CO 3 + СаСl 2 = СаСО 3 + 2NaCl.

В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок. 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 насосной 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.

К специальным видам очистки и обработки воды относятся опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.

Данный способ обычно используется только в некоторых отраслях промышленности для предварительной очистки технической воды. В обычном бытовом использовании технология неприменима.

Умягчение воды бариевыми солями.

Этот метод схож с известково-содовым, но имеет то преимущество, что образующиеся при реакции продукты нерастворимы в воде. Содержание солей, обусловливающих жесткость воды, при этом методе понижается, и умягчение идет гораздо полнее. Кроме того, нерастворимость ВаСО 3 не требует строгих дозировок, процесс может протекать автоматически.

Реакции, протекающие при умягчении бариевыми соединениями, можно представить схемами:

1) CaSO 4 + Ba (ОН) 2 ® Са (ОН) 2 + ВаSО 4 ↓;

2) MgSO 4 + Ba (OH) 2 ® Mg (ОН) 2 ↓ + BaS0 4 ↓;

3) Са (НСО 3) 2 + Ba (OH) 2 ® CaCO 3 ↓ + ВаСО 3 ↓ + 2Н 2 О;

4) Mg (НС0 3) 2 + 2Ва (OH) 2 ® 2BaCO 3 ↓ + Mg (OH) 2 ↓ + 2Н 2 О;

5) ВаСО 3 + CaSO 4 ® BaSO 4 ↓ + CaCO 3 ↓;

6) Ca (OH) 2 + Ca (HCO 3) 2 ® 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O.

При умягчении бариевыми солями реакции приводят не к замене одной соли другой, а к полному удалению их из воды; в этом заключается преимущество умягчения бариевыми солями. К недостаткам этого метода относятся высокая стоимость бариевых солей и медленное течение реакции с карбонатом бария ВаСО 3 .

Реагентная водоподготовка применяется только на больших станциях водоподготовки, поскольку связан с рядом специфических проблем: утилизация твердого осадка, специально оборудованные хранилища для реагентов, необходимость точной дозировки химикатов и их правильной подачи в исходную воду.

Ионообменное умягчение воды

Вещества, способные к сорбционному обмену ионов с раствором электролита, называются ионитами .

Иониты – это твердые зернистые вещества, набухающие в воде, но не растворимые в ней. По составу основного скелета, который связывает воедино ионогенные группы, ионообменные сорбенты делятся на:

минеральные
органические.

Применяемые при очистке воды иониты бывают естественного и искусственного происхождения. Примером первых могут быть глаукониты, гумусовые угли, а примером вторых – сульфированные угли, синтетические ионообменные смолы.

Ионообменные смолы – это сетчатые, трехмерные полимеры, не растворяющиеся в воде, но ограниченно набухающие в ней и содержащие ионогенные группы, т. е. группы, способные к обмену ионов. Число и длина мостиков, соединяющих линейные цепи полимера, определяют «густоту» сетки, которая оказывает сильное влияние на свойства ионитов.

Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Вещества, обменивающие катионы, называются катионитами, а обменивающие анионы – анионитами.

Катиониты диссоциируют на небольшие, подвижные и способные к ионному обмену катионы (например, Н +) и высокомолекулярный анион (R m -1), а аниониты дают мелкие, легко перемещающиеся анионы (например, ОН –) и высокомолекулярный катион (R n +).

Условно их диссоциацию можно представить в следующем виде:

Н m R = mH + + R m – ; R(OH) n = R n + + nOH – ,

где m и n– число подвижных ионов в катионите и анионите.

Из катионообменных смол наибольшее распространение получили смолы, образованные поликонденсацией фенолов и формальдегида, а также полимеры – продукты сополимеризации стирола с диеновыми углеводородами.

Из смоляных анионитов чаще применяются аминоформальдегидные аниониты и полистирольные аниониты, продукты присоединения от основных групп к сополимерам полистирола.

Все иониты могут иметь одинаковые или различные ионогенные группы. Катиониты со смешанными функциональными группами встречаются в следующем сочетании:

сульфокислые и оксифенольные;
сульфокислые и карбоксильные;
остатки фосфорной кислоты и оксифенольные;
мышьяковокислые и оксифенольные;
карбоксильные и оксифенольные.

По степени диссоциации иониты подразделяют на:

сильнокислотные
слабокислотные;
сильноосновные
слабоосновные.

Сильнокислотные катиониты вступают в реакцию с солями, растворенными в воде в нейтральных и кислых средах.

Слабокислотные катиониты , содержащие карбоксильные или оксифенольные группы, обменивают свой протон в нейтральных растворах лишь на катиониты солей слабых кислот, причем полнота обмена возрастает с повышением рН среды.

Сильные аниониты вступают в реакцию с растворами солей в нейтральной и даже слабощелочной среде.

Слабоосновные аниониты вступают в реакцию обмена лишь в кислых средах, причем полнота обмена гидроксильной группы анионита на анион растворенного электролита возрастает с повышением кислотности среды. На силу ионогенных групп оказывают большое влияние непосредственно связанные с ними другие функциональные группы.

Следовательно, большинство катионитов представляют собой полимерные полифункциональные кислоты, в состав которых входят группы – СООН, –SO 3 H, –ОН, –SH, SiOOH и др.

Аниониты являются высокомолекулярными соединениями, содержащими огромное количество основных групп, таких как –NH 2 , –NH 3 OH, –NHR, –NR 2 и т. д. В состав одного и того же ионита могут входить ионогенные группы с различной степенью кислотности и щелочности.

Для целей фильтрования смолу стараются получить в виде сферических частиц путем суспензионной полимеризации или перемешивания расплавленной еще «несшитой» смолы в среде инертного растворителя с последующим охлаждением. Иониты (в таком неплотном виде) создают благоприятные условия для движения фильтруемой жидкости.

В основе процесса обмена лежит химическая реакция, протекающая на внешней и внутренней поверхности ионитов. Обмен ионами протекает в строго эквивалентных количествах.

Обменные реакции в растворе происходят практически мгновенно, но процессы ионообмена с ионитами, протекающие в гетерогенной среде, обладают вполне измеримой скоростью. Фактически наблюдаемая скорость определяется скоростью диффузии, наиболее медленной стадией ионообмена. При этом скорость ионообмена падает с увеличением размеров зерна ионита.

Обмен ионов в растворах протекает избирательно. С уменьшением абсолютной концентрации раствора многовалентные ионы адсорбируются лучше, чем одновалентные, а при высоких концентрациях адсорбируется одновалентный ион. Например, при умягчении воды избирательно поглощаются ионы Са 2+ и Mg 2+ , а ионы Na+ при этом практически не адсорбируются. При обработке концентрированным раствором NaCl ионы двухвалентных металлов вытесняются из катионита ионами натрия. Этим пользуются при регенерации катионитового фильтра.

Основной технологической характеристикой ионитов является их обменная емкость , которая определяется количеством ионов, извлеченных из воды 1 г воздушно-сухого ионита.

В практике очистки воды часто используют Н- и Na-катиониты. В зависимости от катиона этот процесс называют Н-катионирование и Na-катионирование.

При Н-катионировании повышается кислотность воды, а при Na-катионировании происходит увеличение щелочности фильтрата, если в исходной воде содержится карбонатная жесткость.

Следует заметить, что скорость обмена ионами при катионировании зависит от многих факторов, например от валентности ионов, их заряда, величины гидратации, эффективного радиуса иона. По скорости вхождения ионов в катионит их располагают в следующий убывающий ряд: Fe 3 +>Al 3 +>Ca 2 +>Mg 2 +>Ba 2 +>NH 4 + >K + >Na+. Эту закономерность можно изменить, увеличивая концентрацию ионов в процессе регенерации катионитовых фильтров при обработке их концентрированным раствором хлористого натрия.

Катионитовый фильтр представляет собой стальной цилиндрический резервуар диаметром от 1 до 3 м, в котором на дренажном устройстве помещается слой катионита. Высота фильтрующего слоя составляет 2…4 м. Скорость фильтрования – от 4 до 25 м/ч. Фильтры рассчитаны на рабочее давление до 6 атм.

Работа катионитового фильтра происходит по следующим этапам:

фильтрование через подготовленный фильтр до насыщения обменной емкости катионита;
рыхление катионита восходящим потоком;
регенерация фильтра раствором NaCl (при Na-катионировании);
промывка загрузки от излишних количеств регенерирующего вещества.

Регенерация загрузки продолжается от полутора до двух часов.

Na-катионирование обеспечивает умягчение воды до 0,05 мг-экв/л. В практике применяют двухступенчатое Na-катионирование. На фильтрах первой ступени производится грубое умягчение воды, снижающее жесткость примерно на 75 %. Остающуюся жесткость удаляют повторным фильтрованием через фильтры второй ступени. Основная масса ионов кальция и магния задерживается фильтрами первой ступени, фильтры второй ступени несут незначительную нагрузку по жесткости и рабочий цикл их длится до 150¼200 ч. Остаточная жесткость воды после двухступенчатого Na-катионирования равна 0,01¼0,02 мг-экв/л. Подобный прием умягчения воды приводит к экономии соли на регенерации фильтров первой ступени. Для этой цели используются промывные воды от фильтров второй ступени. Кроме того, двухступенчатое Na-катионирование упрощает эксплуатацию установки тем, что удлиняет фильтроцикл и не требует постоянного ухода за фильтратом.

При катионировании происходят следующие процессы:

2NaR + Са (НСОз) 2 ═ СаR 2 + 2NaHCO 3 ;

2NaR + Mg (HCO 3) 2 ═ MgR 2 + 2NaHCO 3 ;

2NaR + CaSO 4 ═ CaR 2 + Na 2 SO 4 ;

2NaR + MgCl 2 ═ MR 2 + 2NaCl.

При фильтровании воды, содержащей некарбонатную жесткость, получают соли сильных кислот и сильных оснований. Эти соли не подвержены гидролизу даже при высоких температурах. Но при удалении карбонатной жесткости образуется гидрокарбонат натрия, который гидролизуется при высоких температурах с образованием сильной щелочи:

NaHCO 3 + H 2 O ═ NaOH + Н 2 СО 3 .

Для снижения щелочности воды ее фильтруют последовательно через Na-, а затем Н-катиониты или разбивают поток на две части, одну из них пропускают через Na-катионит, а вторую – через Н-катионит, а затем фильтраты смешивают.

Недостатки ионообменного метода водоподготовки:

относительно большой расход реагентов, (особенно у параллельноточных натрий-катионитных фильтров);
увеличение эксплуатационных расходов пропорционально солесодержанию исходной воды и при необходимости уменьшить предел обессоливания обработанной воды;
в зависимости от качества исходной воды требуется предподготовка – иногда весьма сложная;
необходима обработка сточных вод и сложности с их сбросом.

Безреагентная водоподготовка

Ультразвуковые установки

— неплохо справляются с накипью, но для достижения эффективности требуется работа установки на большой мощности. Это означает высокий уровень звукового воздействия, что влечет за собой возможность повреждения защищаемого оборудования (в местах сварки швов и завальцовки), а также повышенную опасность для персонала.

Умягчение воды в аппаратах с постоянными магнитами.

В сравнении с другими распространенными методами (ионообменными, баромембранными) магнитную водоподготовку отличают простота, дешевизна, безопасность, экологичность, низкие эксплутационные расходы.

Согласно СНиП 11-35-76 “Котельные установки” , магнитную обработку воды для теплооборудования и водогрейных котлов целесообразно проводить, если содержание ионов железа Fe 2+ и Fe 3+ в воде не превышает 0,3 мг/л, кислорода — 3 мг/л, постоянная жесткость (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2) — 50 мг/л, карбонатная жёсткость (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2) не выше 9 мг-экв/л, а температура нагрева воды не должна превышать 95 0 С.

Для питания паровых котлов – стальных, допускающих внутрикотловую обработку воды, и чугунных секционных – использование магнитной технологии обработки воды возможно, если карбонатная жёсткость воды не превышает 10 мг-экв/л, содержание Fe 2+ и Fe 3+ в воде — 0,3 мг/л, при поступлении воды из водопровода или поверхностного источника.

Ряд производств устанавливает более жесткие регламентации к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,035-0,05 мг-экв/л): для водотрубных котлов (15-25 ати) — 0,15 мг-экв/л; жаротрубных котлов (5-15 ати) — 0,35 мг-экв/л; котлов высокого давления (50-100 ати) — 0,035 мг-экв/л.

Недостатки – необходимо один раз в 5–7 дней механически очищать полюсы магнита от отложений ферромагнитных частиц; свои свойства омагниченная вода сохраняет меньше суток (это явление потери магнитных свойств называется релаксацией, или эффектом «привыкания воды» ).

Поэтому в системах, где вода находится в течение многих часов и дней (оборотные системы водоснабжения, циркуляционные контуры котлов и систем отопления и др.), необходимо предусматривать рециркуляционные системы, куда направлять не менее 10% находящейся в системе воды, и постоянно эту часть воды подмагничивать.

Электромагнитное умягчение воды

Основой устройства является электронный микропроцессорный блок, который генерирует выходной апериодический сигнал звуковой частоты (1–10 кГц). Сигнал подается на излучатели, навитые на трубопроводе с обрабатываемой жидкостью в определенном порядке, и создает пульсирующее динамическое электромагнитное поле.

Механизм воздействия на обрабатываемую воду имеет физический (безреагентный) характер. Кальций, гидрокарбонатные соли в водном растворе существуют в форме положительно и отрицательно заряженных ионов. Из этого вытекает возможность эффективного воздействия на них с помощью электромагнитного поля. Если на трубопровод с протекающей жидкостью навивается катушка и в ней наводится определенное динамическое электромагнитное поле, то происходит высвобождение ионов бикарбоната кальция, электростатически связанных с молекулами воды. Высвобожденные таким способом положительные и отрицательные ионы соединяются в результате взаимного притяжения, и в воде образуются арагонитовые кристаллы (высокодисперсная взвесь), не образующие накипи.

Так как побочным продуктом при образовании арагонитовых кристаллов является углекислый газ, то вода, обработанная таким способом, имеет свойства дождевой воды, т.е. способна растворять в трубопроводе существующие твердые карбонатные отложения.

Под действием электромагнитного поля возникает в воде и определенное количество перекиси водорода, которая при контакте со стальной поверхностью внутри трубопровода образует на ней химически стабильную пленку Fe 3 0 4 , которая предохраняет поверхность от коррозии. Перекись водорода оказывает также существенное антисептическое и антибактериальное действие — уничтожает около 99% водных бактерий. Образовавшиеся молекулы перекиси водорода, однако, имеют очень короткий жизненный цикл и быстро конвертируются в форму кислорода и водорода, поэтому обработанная таким способом питьевая вода не оказывает никаких вредных побочных эффектов на здоровье человека.

На сегодняшний день - это самый экологически чистый и экономически оправданый метод умягчения жесткой воды.

Безреагентное умягчение воды. Умягчитель воды Рапресол

Безреагентная водоподготовка с применением умягчителей воды Рапресол эффективно заменяет затратный метод химической водоподготовки, принося предприятию значительную экономию.

Снижаются расходы на эксплуатацию (реагенты, регенерация, утилизация, содержание персонала, и т.п.), что обеспечивает наибольший экономический эффект и быструю окупаемость прибора при очень высокой функциональной эффективности. Систему отличает простота монтажа и минимальные эксплуатационные расходы.

Технология электромагнитного умягчения воды — одна из рекомендованных энергосберегающих технологий (РД 34.20.145-92) и позволяет не только увеличить срок работы теплообменного оборудования между его вынужденными остановками для проведения очистки, но и достигнуть реальной экономии средств и энергоносителей.

Технико-экономические обоснования (ТЭО) и расчет сроков окупаемости приборов Рапресол:

для организаций,
для предприятий,

Комбинированные методы водоподготовки

Установка умягчителя воды Рапресол перед установкой ионообменного умягчения позволяет существенное увеличить межрегенерационный срок эксплуатации фильтров и пропускную способность фильтров

прибор Рапресол перед ионообменной очисткой связывает ионы кальция в нерастворимое состояние;
качественно активируются (увеличивается емкость поглощения ионитов) и ускоряются в несколько раз ионообменные реакции;
концентрация растворенных ионов кальция в воде перед ионным обменом существенно снижается;
вследствие снижения концентрации бикарбонатов кальция за один фильтроцикл можно получить гораздо больше очищенной воды.

Достигнутый экономический эффект:

уменьшаются затраты воды на отмывку смолы в процессе регенерации, минимизируется влияние «проскоков» необработанной воды.
в 2-3 раза увеличиваются межремонтные сроки котлов и теплообменников (образующаяся от остаточной жесткости накипь будет рыхлой и легко удаляется обычными продувками через 500-1000 часов работы).
полностью исключаются реагентные промывки оборудования и загрязнение окружающей среды;
обеспечивается надежная противонакипная и противокоррозионная очистка и защита как теплоагрегата, так и всех трубопроводов;
укрепляются внутренняя поверхность оборудования и сетей;
повышается теплоотдача котла и теплопроводность трубных разводок;
экономится топливо;

Кроме того, в десятки раз снижаются расходы:

соли и других реагентов на регенерацию;
воды на взрыхление, регенерацию и отмывку фильтров;
электроэнергии, потребляемой насосами для перекачки реагентов.
снижается сброс промывных солесодержащих вод;

Виды жесткости. Способы умягчения воды

Катионы Ca 2+ обусловливают кальциевую жесткость, а катионы Mg 2+ - магниевую жесткость. Общая жесткость складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном удалении из нее катионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ . Существует три основных способа умягчения воды: термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании воды до 70-80 ° С или ее кипячении. При этом катионы Ca 2+ , Mg 2+ осаждаются в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость карбонатную и некарбонатную .

Карбонатной называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca (HCO 3 ) 2 и магния Mg (HCO 3 ) 2 . При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому карбонатную жесткость также называют временной .

При кипячении катионы кальция осаждаются в виде карбоната кальция :

Ca 2+ + 2HCO 3 2- = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2 ,

а катионы магния - в виде основного карбоната или в виде гидроксида магния (при рН>10.3):

2Mg 2+ + 2HCO 3 - + 2OH - = (MgOH) 2 CO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

гидроксид-ионы OH - образуются за счет взаимодействия ионов HCO 3 - с водой:

HCO 3 - + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной . Она определяется содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов, хлоридов, нитратов . При кипячении эти соли не удаляются, поэтому некарбонатную жесткость также называют постоянной .

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить добавлением гашеной извести

Ca 2+ + 2 HCO 3 - + Ca 2+ + 2 OH - = 2 CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

Mg 2+ + 2HCO 3 2- + 2Ca 2+ + 4OH - = Mg(OH) 2 ↓ + 2CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый способ ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная - содой:

Ca 2+ + CO 3 2-+ = CaCO 3 ↓;

Mg 2+ + CO 3 2-+ = MgCO 3

MgCO 3 + Ca 2+ + 2 OH - = Mg (OH ) 2 ↓ + CaCO 3 ↓

Эффективным средством для умягчения воды служит полифосфат натрия Na 5 P 3 O 10 . В этом случае связывание ионов Ca 2+ и Mg 2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:

P 3 O 10 5- + Ca 2+ = 3-

P 3 O 10 5- + Mg 2+ = 3-

3. Ионный обмен

Применяются и другие способы устранения жесткости воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов - катионитный способ . Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов .

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами , другие обменивают свои анионы и называются анионитами . Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты - алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙4 SiO 2 ∙ m H 2 O имеет пространственную решетку, образованную атомами Al , Si и O . Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы Na + . Последние, обладая определенной свободой перемещения, замещаются на ионы Ca 2+ и Mg 2+ при пропускании воды через слой зерен (гранул) цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы , получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты . Их состав условно можно выразить общей формулой Na 2 R , где Na + - весьма подвижный катион, а R 2- - частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na 2 R = 2Na + + CaR;

Mg 2+ + Na 2 R = 2 Na + + MgR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать - утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают концентрированный раствор NaCl (Na 2 SO 4 ) или HCl (H 2 SO 4 ). При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na + или H + .

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы, основанные на физических явлениях.

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.

Е.А. Нуднoва, И.Н. Аржaнова

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;

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.