Основы процессов и классификация методов умягчения воды.

Лекция 11. Умягчение воды

План

1. Основы процессов и классификация методов умягчения воды.

2. Термический метод умягчения воды.

3. Реагентные методы умягчения воды.

4. Термохимический метод умягчения воды.

5. Магнитная обработка воды.

6. Основы метода умягчения воды катионированием.

Основы процессов и классификация методов умягчения воды.

Умягчение воды в технике называется процесс удаления из воды катионов жесткости, т.е. Ca²⁺ и Mg²⁺.

В соответствии с требованием ГОСТ 2874-73 жесткость воды, предназначенной для хозяйственно-бытовых целей, не должна превышать 7 мг-экв/л.

В большинстве случаев используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-бытовых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производится в основном при ее подготовке для технических целей. Например, жесткость воды, используемой для барабанных котлов, не должна превышать 0,005 мг-экв/л.

Для умягчения воды применяют следующие методы:

1. термические, основаны на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании;

2. реагентные, при которых находящиеся в воде катионы Cа²⁺ и Mg²⁺ связываются различными реагентами в практически нерастворимые соединения;

3. ионного обмена, основанные на фильтровании умягченной воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na⁺, H⁺ на ионы Ca²⁺, Mg²⁺, содержащиеся в воде;

4. комбинированные, представляющие собой различное сочетание названных методов.

При получении воды, пригодной для хозяйственно-питьевых нужд, обычно умягчают лишь часть воды с последующим смешением ее с исходной водой.

Количество воды, подлежащей умягчению g_у, определяют по формуле:

g _у = Жо.исх. – Жо.с. ∙ 100%,

Жо.исх. – Ж у

где Жо. исх. – общая жесткость исходной воды;

Жо. с. – общая жесткость воды, поступающей в сеть;

Жу – жесткость умягченной воды.

Реагентные методы умягчения воды

Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее такими реагентами, анионы которых образуют с катионами Ca²⁺, Mg²⁺ малорастворимые соединения: СаCO₃, Mg(OH)₂, Ca₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂.

В качестве реагентов для умягчения воды применяют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария.

Умягчение воды известкованием

Умягчение воды известкованием применяют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости воды. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молоко). Растворяясь, известь обогащает воду ионами OH^- и Ca²⁺:

Са(OH)₂ Ca²⁺ + 2OH^-

Обогащение воды ионами OH^- приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов:

CO₂ + 2OH^-→ CO₃^2- + H₂O

и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

Карбонатные ионы взаимодействуют с катионами Ca²⁺ с образованием малорастворимой соли:

Ca²⁺+ CO₃^2- → CaCO₃↓

При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния:

Mg²⁺ + 2OH^- → Mg(OH)₂ ↓

Доза извести Д_и зависит от соотношения концентрации в воде ионов кальция и карбонатной жесткости:

а) при соотношении [Ca²⁺] < Ж_к:

2О

Д_и = 28([CО₂] + 2Ж_к = [Ca²⁺] + Д_к + 1);

22 2О l_к

б) при соотношении [Ca²⁺] > Ж_к:

2О

Д_и = 28﴾[CО₂] + Ж_к + Д_к + 0,5﴿,

22 l_к

где: Д_и – доза извести в пересчете на СаО;

[CО₂] – концентрация в воде свободного оксида (IV), мг/л;

Ca²⁺ – концентрация ионов кальция, мг/л;

Ж_к – карбонатная жесткость воды, мг-экв/л;

Д_к – доза коагулянта (FeSO₄, FeCl₃), мг/л, вводимого для лучшего удаления коллоидных примесей и снижения щелочности воды;

l_к – эквивалентная масса активного вещества коагулянта (FeSO₄ - 76, FeCl₃ - 54);

1 и 0,5 – избыток извести для обеспечения полноты реакции.

Магнитная обработка воды

В последнее время в отечественной и зарубежной литературе появляются сообщения об успешном применении магнитной обработки с целью интенсификации процессов очистки воды, для борьбы с накипеобразованием и инкрустацией.

Механизм действия магнитного поля на воду окончательно не выяснен. Все существующие гипотезы Тебенихин и Гусев классифицировали в три группы:

● первая, объединяющая большинство гипотез, связывает действие магнитного поля на ионы солей. Под влиянием магнитного поля происходит поляризация и деформация ионов, сопровождающиеся уменьшением их гидратации, что повышает вероятность их сближения и образования центров кристаллизации;

● вторая предполагает действие магнитного поля на примеси воды, находящиеся в коллоидном состоянии;

● третья – возможность влияния магнитного поля на структуру воды. Это влияние вызывает изменение в агрегации воды и нарушает ориентацию ядерных атомов водорода в молекуле.

Наиболее широко магнитная обработка воды распространена в борьбе с накипеобразованием. Принцип метода заключается в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий накипеобразователи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды.

Метод эффективен для кальциево-карбонатных вод, которые составляют 80% вод всех водоемов.

Катиониты и их свойства

Катиониты по составу разделяют на минеральные и органические, которые в свою очередь разделяются на естественного и искусственного происхождения (слайд 61).

Минеральные катиониты естественного происхождения характеризуются малой обменной способностью и недостаточной стойкостью.

В практике водоподготовки из катионитов естественного происхождения применяют глауконитовый песок и гумусовые угли.

Минеральные катиониты искусственного происхождения приготавливают смешением раствора сульфата алюминия с растворами соды и жидкого стекла. Выпадающий в осадок алюмогель Na₂O∙Al₂O₃∙n∙SiO₂∙mH₂O обезвоживают на фильтропрессе с последующим просушиванием. Все катиониты содержат функциональные активные группы, водород которых способен замещаться другими катионами: сульфогруппу HSO₃^- (или SO₃H^-) карбоксильную группу COOH^-.

Группа HSO₃^- - кислая, COOH и OH^- - слабокислая.

Схема структуры молекулы катионита приведена на рис. 18.15 (слайд 62).

Лекция 11. Умягчение воды

План

1. Основы процессов и классификация методов умягчения воды.

2. Термический метод умягчения воды.

3. Реагентные методы умягчения воды.

4. Термохимический метод умягчения воды.

5. Магнитная обработка воды.

6. Основы метода умягчения воды катионированием.

Основы процессов и классификация методов умягчения воды.

Умягчение воды в технике называется процесс удаления из воды катионов жесткости, т.е. Ca²⁺ и Mg²⁺.

В соответствии с требованием ГОСТ 2874-73 жесткость воды, предназначенной для хозяйственно-бытовых целей, не должна превышать 7 мг-экв/л.

В большинстве случаев используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-бытовых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производится в основном при ее подготовке для технических целей. Например, жесткость воды, используемой для барабанных котлов, не должна превышать 0,005 мг-экв/л.

Для умягчения воды применяют следующие методы:

1. термические, основаны на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании;

2. реагентные, при которых находящиеся в воде катионы Cа²⁺ и Mg²⁺ связываются различными реагентами в практически нерастворимые соединения;

3. ионного обмена, основанные на фильтровании умягченной воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na⁺, H⁺ на ионы Ca²⁺, Mg²⁺, содержащиеся в воде;

4. комбинированные, представляющие собой различное сочетание названных методов.

При получении воды, пригодной для хозяйственно-питьевых нужд, обычно умягчают лишь часть воды с последующим смешением ее с исходной водой.

Количество воды, подлежащей умягчению g_у, определяют по формуле:

g _у = Жо.исх. – Жо.с. ∙ 100%,

Жо.исх. – Ж у

где Жо. исх. – общая жесткость исходной воды;

Жо. с. – общая жесткость воды, поступающей в сеть;

Жу – жесткость умягченной воды.