Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Умягчение воды

Умягчение воды — процесс понижения ее жесткости, обусловленной наличием солей кальция и магния.

Допустимая жесткость питьевой воды должна быть не более 7 мг-экв/л, в исключительных случаях — до 10 мг-экв/л, а для вод тепловых сетей, воды, идущей на приготовление пара, и для некоторых других производств приходится снижать жесткость до 1,0—0,001 мг-экв/л. В практике водоподготовки применяют следующие методы умягчения воды:

реагентный, когда ионы кальция и магния связываются химическими веществами в малорастворимые и легко удаляемые соединения — карбонат кальция и гидроксид магния (часто реагентный метод умягчения воды называют методом осаждения). В зависимости от применяемого реагента различают известковый, известково-содовый, едконатриевый, фосфатный и другие способы умягчения воды;

катионитный, основанный на способности ионообменных материалов (в данном случае катионитов) обменивать присутствующие в воде катионы кальция и магния на обменные катионы натрия или водорода (не придающие воде свойства жесткости), которыми пердварительно заряжается катионит. Обмен ионов натрия называется Ыа+-катионированием, а ионов водорода — Н+-катионированием;

диализ Доннана, осуществляемый на мембранных аппаратах: исходная жесткая вода движется в камере с одной стороны ка- тионитовой мембраны, рассол NaCl в камере — по другую сторону мембраны, ионы натрия мигрируют в мембрану и далее в исходную воду, а ионы кальция — в противоположном направлении, т. е. из жесткой воды в рассол;

термохимический, при котором реагентное умягчение осуществляют обычно с использованием извести и соды или, реже, едкого натра и соды при температуре воды более 100 °С (до 165 °С). Термохимический метод умягчения применяется в основном при подготовке воды для питания котлов. Только в этом случае утилизируется почти все тепло, затраченное на подогрев воды.

Выбор того или иного метода определяется качеством исходной воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями.

Обычно для умягчения подземных вод рекомендуется применять катионообменный метод; для поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды, — известковый или известково-содовый метод умягчения. Практически глубина умягчения известковым или известково-содовым способом составляет 0,5—1 мг-экв/л.

Умягчение воды известкованием применяют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости. Сущность этого метода умягчения воды сводится к следующим основным процессам:

1) раствор извести (известковое молоко) обогащает воду ионами ОН-и Са2+:

2) обогащение воды ионами ОН- приводит к связыванию свободной углекислоты С02:

3) бикарбонаты НС03_, находящиеся в умягчаемой воде, переходят в карбонаты С032_:

4) повышение концентрации С032_ ионов и наличие кальция Са2+ в исходной воде и введенного с известью приводит к превышению произведения растворимости карбоната кальция ПРСаСОз и его осаждению:

5) при добавлении избытка извести осаждается также и магний в виде Mg(OH)2:

Для улучшения удаления тонкодисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием проводят коагуляцию этих примесей, используя в качестве коагулянта железный купорос FeS04 • 7Н20.

Повышенное содержание органических примесей и преобладание магниевой жесткости над кальциевой снижают скорость процесса умягчения.

В практике применяется также известково-содовый метод умягчения. В этом случае помимо реакций (описанных выше), идущих при добавлении извести, дополнительно удаляется некарбонатная жесткость воды за счет введения кальцинированной соды Na2C03.

Доза извести в пересчете на СаО может быть определена по формуле

где [С09] и [Mg2+] — концентрации соответственно СО? и ионов Mg2+, мг/л; Дк — доза коагулянта, мг/л; 28, 22, 12 иек- эквиваленты соответственно CaO, С02, Mg2+ и коагулянта, мг/мг-экв; 0,5 — запас извести, мг-экв/л; Жк — карбонатная жесткость, мг-экв/л.

Доза кальцинированной соды Na2C03 может быть определена по формуле

где Жнк — некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л; Дк — доза коагулянта, мг/л; 53 и ек — эквиваленты соответственно кальцинированной соды Na2C03 и коагулянта, мг/мг-экв; 1 — запас соды, мг-экв/л.

Более глубокому умягчению способствуют подогрев воды, добавление избытка реагента-осадителя и создание контакта умягчаемой воды с ранее образовавшимся осадком.

Умягчение воды по методу ионного обмена основано на свойстве катионитов обменивать катионы, которыми предварительно «заряжены» его активные группы, на содержащиеся в умягчаемой воде катионы кальция и магния. В результате реакции катионит отдает в воду взамен поглощенных обменные катионы. В зависимости от того, каким обменным ионом «заряжен» катионит (натрием, водородом или аммонием), различают процессы Na+-, Н+-, ]ЧН+4-катионирования.

Процесс обмена ионов между катионами и раствором, содержащим соли жесткости, зависит от многих факторов: свойств катионитов, состава исходной воды, условий прохождения процесса и др.

Все эти факторы тесно связаны между собой и прежде всего определяют скорость прохождения ионообменных реакций. Реакция обмена между катионитом и ионами исходной воды обусловливается диффузией ионов из раствора внутрь катионита и из катионита в исходную воду.

В качестве катионитов в настоящее время применяют искусственно получаемые материалы, например сульфоуголь, катиониты марки КУ-1, КУ-2-8 и др.

Особенностью №+-катионирования является то, что карбонатная жесткость умягченной воды, обусловленная бикарбонатами кальция и магния, переходит в бикарбонатную щелочность NaHC03, т. е. концентрация бикарбонатных ионов не изменяется.

Наибольшее практическое применение нашло сочетание процессов Na+- и Н+-катионирования, в результате чего может быть достигнута требуемая щелочность или кислотность при взаимной нейтрализации кислой и щелочной воды.

При одноступенчатом катионировании жесткость может быть снижена до 0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л.

После исчерпания обменной емкости катионита делается его регенерация 6—10 %-ным раствором поваренной соли NaCl, если катионит в №+-форме, или 2—3 %-ным раствором кислоты для Н+-катионита.

Процесс регенерации включает следующие операции: взрыхление катионита исходной водой, подаваемой снизу вверх с интенсивностью 3—4 л/(с • м2); пропуск регенерационного раствора сверху вниз со скоростью ~ 3—5 м/ч и отмывку катионита исходной водой со скоростью ~ 10 м/ч.

Отмывка заканчивается при снижении жесткости фильтрата до 0,1 мг-экв/л, после чего фильтр включается в рабочий цикл.

Основной величиной, определяющей нагрузку на катионообменную установку за один цикл, является количество удаляемых солей жесткости (катионов), г-экв:

где Q — количество умягчаемой воды, м3/сут; Ж0 — общая жесткость умягчаемой воды, г-экв/м3;я — предполагаемое число регенераций в сутки.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>