Реагентные методы умягчения воды

Реагентные методыосаждения накипеобразователей основаны на реакциях, в результате которых образуются труднорастворимые соединения, удаляемые из воды в виде осадков. К таким методам относятся известкование, содоизвесткование и другие.

Умягчение воды методами осаждения основано на связывании катионов кальция и магния карбонатными и гидроксильными ионами с образованием труднорастворимых соединений карбоната кальция CaCO₃ и гидроксида магния Mg(OH)₂.

Карбонатные и гидроксильные ионы вводятся в обрабатываемую воду с различными реагентами-осадителями, в качестве которых применяют гашеную известь Ca(OH)₂, кальцинированную соду Na₂CO₃, иногда - каустическую соду или едкий натр NaOH. Эти реагенты могут применяться, как каждый в отдельности, так и в комбинациях. При повышенной окисляемости воды дополнительно к обработке реагентами-осадителями необходимо предусматривать коагуляцию. В качестве коагулянта применяют железный купорос FeSO₄ ∙ 7 H₂O.

При использовании коагулянта интенсифицируется эффект очистки воды от глинистой взвеси, органических веществ, соединений железа, кремниевой кислоты, веществ, обусловливающих цветность природной воды. При введении коагулянта в воду наряду с гидролизом происходит окисление железа с образованием коллоидного раствора гидроксида железа. Коагулирующий гидроксид сорбируется на поверхности коллоидных и грубодисперсных примесей, связывая их в комплексы. Образующиеся флоккулы, выделяются из воды.

На формирование шлама и на его отделение из воды также влияют дозы реагентов, величина рН, условия ввода реагентов и перемешивания их с водой, температура воды и ее стабильность, скорость восходящего движения воды в осветлителе и количество взвеси в исходной воде.

Качество воды после обработки зависит от технологии осаждения, используемых реагентов и условий проведения процесса. Нормы качества воды, обработанной методами осаждения, следующие:

-прозрачность - по «кольцу» не менее 45см, по «шрифту» не менее 30см;

-мутность - не более 10 мг/дм³;

-окисляемость снижается на 40-60%;

-кремнесодержание снижается на 50%;

-свободная углекислота удаляется полностью;

-бикарбонат-ион не обнаруживается;

-общая щелочность не более 1 мг-экв/дм³;

-общая жесткость - при известковании ; при содоизвестковании - не более 0,4 мг-экв/дм³;

-водородный показатель - рН=9,5-10,5;

-содержание сульфат-ионов – увеличивается на дозу коагулянта.

1) Известкование используется для декарбонизации, снижения щелочности воды, частичного умягчения (удаления карбонатной жесткости) и снижения солесодержания. Одновременно из воды удаляются грубодисперсные примеси, органические загрязнения, соединения железа и кремниевой кислоты. При этом протекают реакции:

CO₂ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃¯ +H₂O;

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ ®2CaCO₃¯ +H₂O;

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂®Mg(OH)₂¯ +2CaCO₃¯ +H₂O;

4Fe(HCO₃)₂ +8Ca(OН)₂ + O₂ ®4Fe(OH)₃¯ +8CaCO₃¯ +6H₂O;

Fe₂(SO₄)₃ +3Ca(OH)₂ ®2Fe(OH)₃¯ +3CaSO₄;

H₂SiO₃ + Ca(OH)₂ ® CaSiO₃¯ +2H₂O;

H₂SiO₃ +Mg(OH)₂ ® Mg(OH)HSiO₃¯ +H₂O

Процесс известкования применяется для вод со щелочностью более 1,5мг-экв/дм³, за исключением вод с большим превышением щелочности над жесткостью воды. При необходимости известкование может совмещаться с коагуляцией. Происходящая при коагуляции в условиях известкования реакция записывается следующим образом:

4FeSO₄ +4Ca(OH)₂ + 2H₂O +O₂ ® 4Fe(OH)₃¯ + 4CaSO₄

Это значит, что часть извести расходуется на гидролиз
коагулянта.

Доза извести зависит от качества исходной воды и определяется расчетом, а затем корректируется. Доза коагулянта выбирается ориентировочно, уточняется расчетом и проверяется в лабораторных условиях. Поскольку остаточная бикарбонатная щелочность в известкованной воде мала, в приближенных расчетах ее величиной, как правило, пренебрегают.

Для вод 1 группы при Ж_Са ³ Щ_б или Ж_Са + Д_к ³ Щ_б, если известкование дополняется коагуляцией, доза извести в миллиграмм-эквивалентах на 1дм³ воды определяется уравнением:

,

где Ж_Са, Щ_б – соответственно кальциевая жесткость и бикарбонатная щелочность исходной воды, мг-экв/дм³; Д_к – доза коагулянта, мг-экв/дм³, ориентировочно принятая по таблице 3; - содержание углекислоты, мг-экв/дм³.

Таблица 3

Для вод 2 группы при Ж_Са < Щ_б или Ж_Са + Д_к < Щ_б требуется увеличить дозу извести на величину дефицита ионов кальция. Это - случай обработки исходных вод, содержащих магниевую карбонатную жесткость. Для того, чтобы достичь выделения ионов магния, необходимо обеспечить соответствующую концентрацию гидроксильных ионов в известкованной воде, т. е. дозировать известь с избытком. Требуемая доза извести в миллиграмм-эквивалентах на 1дм³ воды в этом случае равна:

,

где И_и – избыток извести, равный 0,1-0,2 мг-экв/дм³.

Уточненная доза коагулянта в миллиграмм-эквивалентах на 1дм³ воды в пересчете на безводное сернокислое железо FeSO₄ составит:

,

гдеС – количество образующейся при умягчении взвеси мг/дм³;

76 – эквивалентная масса FeSO₄.

Количество образующейся при умягчении взвеси определяется по формулам:

- для вод с отношением :

- для вод с отношением :

где С_В- содержание взвешенных веществ в исходной воде, равное 100-400 мг/дм³; а_к –коэффициент, равный 0,5-1,0.

2) Содоизвесткование осуществляется в целях удаления солей не только карбонатной, но и некарбонатной жесткости, при этом кроме реакций, протекающих при известковании, происходят следующие реакции:

CaSO₄ + Na₂CO₃ ® CaCO₃¯ + Na₂SO₄

MgCl₂ + Ca(OH)₂ ® Mg(OH)₂ ¯ + CaCl₂;

CaCl₂ + Na₂CO₃ ® CaCO₃¯ + 2NaCl

В отличие от известкования в этом способе достигается глубокое умягчение воды. Известково-содовая обработка может совмещаться с коагуляцией примесей воды. Коагуляция достигается при помощи железного купороса. Дозу коагулянта находят по таблице 3 и уточняют аналогично. Количество взвеси определяют по формулам:

-для вод с отношением :

-для вод с отношением :

Дозы извести и соды в миллиграмм-эквивалентах на 1дм³ воды при содоизвестковании определяют по формулам:

,

,

или ,

где Ж_о, Щ_о – соответственно общая жесткость и щелочность воды, мг-экв/дм³; И_и – избыток извести равный 0.2-0,35 мг-экв/дм³, И_с – избыток соды не превышающий 1 мг-экв/дм³.

В отсутствии необходимости удаления коллоидных примесей расчетные дозы извести и соды не включают расход этих реагентов на химические реакции с участием коагулянта.

Поиск по сайту: