Реагентное умягчение воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

24

1

Содержание

1. Реагентное умягчение воды - виды и применение

2. Реагентные методы умягчения воды

3.Схемы установок для реагентного умягчения воды



1.Реагентное умягчение воды - виды и применение

Проблема жесткой воды, сегодня как никогда актуальна. Из-за высокой степени загрязнения окружающей среды, в частности рек и озер, воде приходится проходить долгий и запутанный путь очистки от разного рода примесей. Развитие техники, увеличение количества людей проживающих на земле, привело к тому, что в современной воде обычного города можно найти чуть ли не всю таблицу Менделеева. А потому очистка воды необходима, что в быту, что на производстве. Для водоснабжения опять же…. При этом современная система очистки воды не дает идеальной очистки. Вода после нее выходит жесткой.

Почему воду называют жесткой? Вся проблема в завышенном количестве солей кальция и магния, которые называют солями жесткости. Именно эти соли - причина всех бед, связанных с жесткой водой. Прежде чем перейдем к рассмотрению многообразия методов реагентного умягчения воды, не мешало бы разобраться, почему сегодня вообще умягчение стало столь популярным.

Для разных нужд нужна разная вода. Для промышленной водоподготовки характерно производство не просто мягкой воды, пригодной в пищу, тут может понадобиться и сверхочищенная вода. Т.к. на производстве свои требования к воде. Поэтому промышленная водоподготовка зачастую является неотьемлемой частью производственного процесса. Особенно если дело касается производства питьевой воды в бутылках или химической промышленности. Кстати, реагентное умягчение воды - это часть промышленной водоподготовки.

Реагентные умягчители воды часто используются на производстве.

Жесткая вода под воздействием температуры меняет свой состав. Соли жесткости выпадают в осадок. При этом оседают они, как правило, на нагревательном элементе и в точках кипения. То есть накипью покрывается либо вся поверхность, которая контактирует с горячей водой, либо нагревательный элемент и места вокруг него.

Удаление накипи процедура долгая и неприятная. Я думаю, ни одна хозяйка потратила большое количество времени и сил на очистку от накипи полов, стен в ванной, посуды, кофеварки и прочих бытовых приборов.

Если удаление накипи не сделать во время, то простой налет, который можно удалить с помощью простенького средства от накипи, быстро превращается в известковый камень. Удаление накипи в виде известкового камня - это многочасовая работа с агрессивным средством от накипи. Гарантии, что такое средство от накипи таки сработает на сто процентов, нет. То есть очистка от накипи, конечно, случится, но неравномерно. Где то накипь отойдет хорошо, а где то еще придется поработать. А где то агрессивное средство от накипи удалит не только накипь, но растворит и саму поверхность. Поэтому любые методы очистки воды, умягчения воды считаются куда более безопасными и оправданными, чем очистка от накипи. Хоть некоторые, почему то до сих пор считают, что очистка от накипи экономнее умягчителя воды.

Плюс не забываем, что очистка воды всегда пройдет качественнее, чем очистка от накипи. Проще всегда предотвратить, чем бороться. Даже реагентное умягчение воды выйдет дешевле, чем постоянная очистка и расходы на средство от накипи. Приобретение химических реагентов в долгосрочной перспективе не будет таким дорогостоящим, как ремонт оборудования после отложений, постоянные промывки, очистки, приобретение агрессивных кислот. И не дай бог еще просчитаться с этими кислотами.

Теперь непосредственно о вреде накипи. Накипь плохо пропускает тепло и не поглощает его, а оседает на нагревательном элементе. Что происходит с обычным бытовым прибором, на котором оседает накипь? Вы включаете в розетку новенький чайник. Он прекрасно работает, мгновенно разогревает воду. Но вот спустя два три месяца работы с жесткой водой, вы стали замечать, что чайник тратит больше времени на нагревание.

Если накипь не удаляется в течение полугода, то в скором времени вы станете замечать, что чайник стал самопроизвольно отключаться от сети. Вода при этом будет еле теплой. Все дело в том, что накипь уже полностью окутала своей паутиной нагревательный элемент, и он не может выполнять свои прямые обязанности. То есть он хочет отдать тепло воде, и не может. В результате все тепло идет внутрь нагревательного элемента, и происходит перегорание прибора. Произойти это может с любым прибором. Потому то очистка воды, установка умягчителя воды получили такое широкое распространение. Никому не хочется покупать новое оборудование, новые бытовые приборы, когда они стоят таких денег.

Кроме этого жесткая вода еще плохо растворяет моющие средства. А это опять расходы на дополнительное полоскание. Придется заплатить и за свет, и за воду.

Чтобы избежать всех этих проблем, связанных с жесткой водой и накипью и было придумано умягчение воды. Его разделяет на реагентное, то есть с применением химических веществ, которые стимулируют какие-то химические реакции, и безреагнтное, когда весь процесс умягчения основан на физических процессах.

В чем состоит сущность реагентного умягчения воды? Почти все соли жесткости очень плохо растворяются. Если в состав воды с такими солями ввести определенные химические вещества, то в ней образуются малорастворимые соли. Это продукты реакции анионов с солями жесткости. Такой процесс образования малорастворимых солей и называется реагентное умягчение воды.

Полученные малорастворимые соли потом оседают. Для этого в реагентных умягчителях используются отстойники или осветлители.

Как понятно из описания процесса работы реагентного умягчения воды, для питьевой воды такие методы не годятся, т.к. последствия влияния реагентов нужно долго удалять. Сильнощелочная реакция воды после такого умягчения не сделает воду полезной. Но при этом реагентное умягчение воды снискало широкую славу в энергетике, промышленности. Как хорошая очистка воды еще до механической очистки она стала просто незаменима.

Когда эти два вида очистки работают в паре, то вода получается с довольно хорошо очищенной. Она и умягчена, и от твердых частичек очищена. Плюс из нее удаляются каллоиды и некоторые органические вещества.

К минусам реагентного умягчения воды и его устройств можно отнести невысокую производительность. Дело в том, что хлопья, образовавшихся малорастворимых солей медленно выпадают в осадок. Из-за этого и реагентные умягчители выполняются в виде огромных баков. Плюс эти самые хлопья образуют трудноутилизируемые отходы.

К недостаткам также можно также отнести постоянный человеческий контроль, зачастую еще и ручной. Нужно операторам реагентных установок постоянно следить за температурой воды, за точностью дозировки, за исходной мутностью воды и прочими характеристиками.

Сегодня прогресс идет вперед и с каждым годом реагентное умягчение воды становится все дешевле и дешевле. Из последних изобретений можно упомянуть тонкослойное отстаивание, ввод флокулянтов, контактную коагуляцию. Все это позволяет умягчать воду быстрее и более качественно.

Добавок-реагентов используется меньше, габариты баков тоже уменьшаются. Есть прогресс и в автоматизации процесса умягчения воды.

Реагентный способ умягчения воды считается самым простым, это ионный обмен. С его помощью снизить жесткость воды можно практически до любых показателей. К плюсам ионного обмена можно смело отнести неограниченную ничем производительность.

Как при этом происходит умягчение воды? Способов несколько - натрий-катионирование, хлор-натрий-катионирование или хлор-катионирование с голодным восстановлением на сильном или слабым кислотном катионите.

Вода контактирует с сильнокислотным натрием, который содержится в составе картриджа с ионообменной смолой. Натрий плохо держится в этом соединении. При контакте с жесткой водой он легко замещается на катионы кальция и магния. При этом содержание солей в воде практически не меняется. А все за счет солесодержания ионов натрия и ионов кальция и магния. Анионный состав такой умягченной воды, практически не изменяется, и вода, как была нейтральной, так и осталась.

Схема химического и реагентного умягчения воды в виде ионообменного фильтра для воды особо не отличается от механического фильтра. Правда в наличии еще есть блок управления и бак для регенерации.

То есть ионообменный фильтр для воды состоит из корпуса фильтра. Рядом с ним устанавливают бак регенерации картриджа. Его еще называют баком солерастворителем. Это большая емкость с обманным дном, в котором содержится определенное количество таблеток соли про запас. Во время работы установки химического и реагентного умягчения воды в нее подают воду. Количество принимаемой баком воды и уровень ее регулируются. Пока вода очищается, соль растворяется. В результате получаем насыщенный довольно раствор, концентрация соли в нем, немного нимало - 26 процентов. Блок управления в установке имеет специальный эжектор подсоса полученного насыщенного соляного раствора. Этот эжектор обеспечивает постоянное соотношение соли и воды 1:2, даже при разном давлении в системе. Когда картридж отправляют на регенерацию, то соляной раствор имеет концентрацию 8-10 процентов.

От механического фильтра при химическом и реагентном умягчении воды отличается и сам блок управления в установке. Здесь есть специальные клапаны для наполнения солерастворителя и эжектор подсоса, созданного раствора.

Как прибор определяет, что пришла пора отправлять картридж со смолой на восстановление? На контроллере или блоке управления устанавливается определенное время очистки воды, либо же задается оббьем очищенной воды. По истечении определенного времени или обьема воды, воду перекрывают и картридж отправляют на восстановление. Подсчет обьма очищенной воды более выгоден и точен. Для этого в установке есть счетчик воды.

Когда установку химического и реагентного умягчения воды только налаживают, обязательно определяют какой оббьем воды в состоянии умягчить данный прибор или устройство. И каждый раз, когда определенный оббьем воды пройдет через фильтр, его отправляют на регенерацию. Это позволяет и качественно умягченную воду получить и расход соли сократить.

Для больших производств, где используются мощные реагентные установки, обязательно используют солерастворитель, а также узел мокрого хранения соли. Причем эта система устанавливается одна на все фильтры. Это относится к многоступенчатым системам фильтрации. Такая система помогает применять обычную соль, а не специальную таблетированую, высокой очистки.

Реагентные фильтры с большими размерами имеют каждый свою запорную арматуру на любой линии впрыска химических веществ. Есть еще вариант применения многоходовых клапанов с приводом. Привод может быть пневматическим, гидравлическим или электрическим.

Поскольку на производстве очень часто нужно обеспечивать постоянную подачу умягченной воды в течение 24 часов в сутки и семи дней в неделю. Тогда устанавливают несколько фильтров параллельно. Минимум - это два фильтра подряд. Максимум четыре. Причем пока один фильтр находится на регенерации, второй усиленно работает.

Одна ступень, это химическое и реагентное умягчение воды, которое в состоянии уменьшить жесткость воды до показателя 0,05 мг-экв/литр. Для теплоэнергетики такого показателя зачастую оказывается недостаточно. Поэтому и устанавливают вторую ступень умягчения.

Если необходимо не просто умягчить воду, но еще и снизить ее щелочность, то в большинстве случаев используют натрий-хлор-ионирование. В этом случае очистка водыпроисходит за счет взаимодействия катионита натрия и хлористого анионита.

Еще один метод реагентного умягчения воды - фосфатирование. Полифосфаты медленно растворяются в жесткой водеОседают на металлических поверхностях и покрывают их тоненькой пленкой, которая защитит металлические поверхности не только от оседания накипи, но и от коррозии. Добавляются полифосфаты в воду строго дозировано, отвечает за этот процесс автоматизированная система. Количество воды напрямую влияет на количество полифосфатов.

При использовании химического и реагентного умягчения воды всегда следует помнить, что мягкая вода способствует развитию коррозии. А значит, при умягчении обязательно следует применять ингибиторы коррозии. Они бывают анодными, катодными и адсорбирующими. Анодные образовывают пленку из оксидов на металлических поверхностях. Катодные тоже организовывают пленку, но из нерастворимых веществ. Адсорбирующие ингибиторы создают поляризационную пленку на поверхности металлов.

Таким образом, мы рассмотрели самые популярные методы химического и реагентного умягчения воды. Рассмотрели их плюсы и минусы. Поняли основную сферу применения. Реагентные умягчители нашли себя в промышленности, в быту их практически не применяют. Помните эту особенность, когда будете приобретать фильтр для воды в свой дом.

2. Реагентные методы умягчения воды

Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2, СаС03, Са3 (Р04) 2, Mg3 (P04) 2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества.

Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарботаной жесткости, а также в случае, когда не требуется удалять из воды соли некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молока) в предварительно подогретую обрабатываемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду ионами ОН - и Са2+, что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:

С02 + 20Н - > СО3 + Н20,НСО3 - + ОН - > СО3 - + Н2О.

Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов С032 - и присутствие в ней ионов Са2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция:

Са2+ + С03 - > СаС03.

При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния

Mg2+ + 20Н - > Mg (ОН) 2

Для ускорения удаления дисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием применяют коагуляцию этих примесей сульфатом железа (II) т.е. FeS04*7 Н20. Остаточная жесткость умягченной воды при декарбонизации может быть получена на 0,4.0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8.1,2 мг-экв/л. Доза извести определяется соотношением концентрации в воде ионов кальция и карбонатной жесткости: а) при соотношении [Са2+] /20<Жк,

(20.2б)

б) при соотношении [Са2+] /20 > Жк,

(20.3)

где [СО2] - концентрация в воде свободного оксида углерода (IV), мг/л; [Са2+] - концентрация ионов кальция, мг/л; Жк - карбонатная жесткость воды, мг-экв/л; Дк - доза коагулянта (FeS04 или FeCl3 в пересчете на безводные продукты), мг/л; ек - эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeS04 ек = 76, для FeCl3 ек = 54); 0,5 и 0,3 - избыток извести для обеспечения большей полноты реакции, мг-экв/л.

Выражение Дк/ек берут со знаком минус, если коагулянт вводится раньше извести, и со знаком плюс, если совместно или после.

При отсутствии экспериментальных данных дозу коагулянта находят из выражения

Дк = 3 (С) 1/3, (20.4)

где С - количество взвеси, образующейся при умягчении воды (в пересчете на сухое вещество), мг/л.

В свою очередь, С определяют, используя зависимость

где Ми - содержание взвешенных веществ в исходной воде, мг/л; m - содержание СаО в товарной извести, %.

Известково-содовый метод умягчения воды описывается следующими основными реакциями:

По этому методу остаточная жесткость может быть доведена до 0,5.1, а щелочность с 7 до 0,8.1,2 мг-экв/л.

Дозы извести Ди и соды Дс (в пересчете на Na2C03), мг/л, определяют по формулам

(20.6)

(20.7)

где [Mg2+] - содержание в воде магния, мг/л; Жн. к. - некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.

При известково-содовом методе умягчения воды образующиеся карбонат кальция и гидроксид магния могут пересыщать растворы и долго оставаться в коллоидно-дисперсном состоянии. Их переход в грубодисперсный шлам длителен, особенно при низких температурах и наличии в воде органических примесей, которые действуют как защитные коллоиды. При большом их количестве жесткость воды при реагентном умягчении воды может снижаться всего на 15.20%. В подобных случаях перед умягчением или в процессе его из воды удаляют органические примеси окислителями и коагулянтами. При известково-содовом методе часто процесс проводят в две стадии. Первоначально из воды удаляют органические примеси и значительную часть карбонатной жесткости, используя соли алюминия или железа с известью, проводя процесс при оптимальных условиях коагуляции. После этого вводят соду и остальную часть извести и доумягчают воду. При удалении органических примесей одновременно с умягчением воды в качестве коагулянтов применяют только соли железа, поскольку при высоком значении рН воды, необходимом для удаления магниевой жесткости, соли алюминия не образуют сорбционно-активного гидроксида. Дозу коагулянта при отсутствии экспериментальных данных рассчитывают по формуле (20.4). Количество взвеси определяют по формуле

(20.8)

где Жо - общая жесткость воды, мг-экв/л.

Более глубокое умягчение воды может быть достигнуто ее подогревом, добавлением избытка реагента-осадителя и созданием контакта умягчаемой воды с ранее образовавшимися осадками. При подогреве воды уменьшается растворимость СаСО3 и Mg (OH) 2 и более полно протекают реакции умягчения.

Из графика (рис. 2, а) видно, что остаточная жесткость, близкая к теоретически возможной, может быть получена только при значительном подогреве воды. Значительный эффект умягчения наблюдается при 35.40°С, дальнейший подогрев менее эффективен. Глубокое умягчение ведут при температуре выше 100° С. Большой избыток реагента-осадителя при декарбонизации добавлять не рекомендуется, так как возрастает остаточная жесткость из-за непрореагировавшей извести или при наличии в воде магниевой некарбонатной жесткости вследствие ее перехода в кальциевую жесткость:

MgS04 + Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + CaS04

Поэтому рекомендуется принимать избыток извести не более 0,5 мг-экв/л. Зависимость остаточной жесткости воды от дозы извести приведена на рис. 2, б.

Рис. 2. Влияние температуры (а) и дозы извести (б) на глубину умягчения воды известково-содовым и известковым методом

При известково-содовом методе также не рекомендуется применять большие избытки извести, однако, в данном случае они не вызывают увеличения остаточной жесткости, поскольку снимаются содой

Са (0H) 2 + Na2C03 = CaC03 +2NaOH,

но избыток извести приводит к нерациональному перерасходованию соды, повышению стоимости умягчения воды и увеличению гидратной щелочности. Поэтому избыток соды принимают около 1 мг-экв/л. Жесткость воды в результате контакта с ранее выпавшим осадком понижается на 0,3.0,5 мг-экв/л п сравнению с процессом без контакта с осадком.

Контроль процесса умягчения воды следует осуществлять коррекцией рН умягченной воды. Когда это невозможно, его контролируют по значению гидратной щелочности, которую при декарбонизации поддерживают в пределах 0,1.0,2 мг-экв/л, при известково-содовом умягчении - 0,3.0,5 мг-экв/л.

При содово-натриевом методе умягчения воды ее обрабатывают содой и гидроксидом натрия:

Ввиду того, что сода образуется при реакции гидроксида натрия с гидрокарбонатом, необходимая для добавки в воду доза ее значительно уменьшается. При высокой концентрации гидрокарбонатов в воде и низкой некарбонатной жесткости избыток соды может оставаться в умягченной воде. Поэтому этот метод применяют лишь с учетом соотношения между карбонатной и некарбонатной жесткостью.

Содово-натриевый метод обычно применяют для умягчения воды, карбонатная жесткость которой немного больше некарбонатной. Если карбонатная жесткость приблизительно равна некарбонатной, соду можно совсем не добавлять, поскольку необходимое ее количество для умягчения такой воды образуется в результате взаимодействия гидрокарбонатов с едким натром. Доза кальцинированной соды увеличивается по мере повышения некарбонатной жесткости воды.

Содорегенеративный метод, основанный на возобновлении соды в процессе умягчения, применяют при подготовке воды, для питания паровых котлов низкого давления

Са (НС03) 2 + Na2C03 = СаС03 + 2NaHC03.

Гидрокарбонат натрия, попадая в котел с умягченной водой, разлагается под влиянием высокой температуры

2NаHC03 = Na2C03 + Н20 + С02.

Образующаяся при этом сода вместе с избыточной, введенной вначале в водоумягчитель, тут же в котле гидролизует с образованием гидроксида натрия и оксида углерода (IV), который с продувочной водой поступает в водоумягчитель, где используется для удаления из умягчаемой воды гидрокарбонатов кальция и магния. Недостаток этого метода состоит в том, что образование значительного количества СО2 в процессе умягчения вызывает коррозию металла и повышение сухого остатка в котловой воде.

Бариевый метод умягчения воды применяют в сочетании с другими методами. Вначале вводят барий содержащие реагенты в воду (Ва (ОН) 2, ВаСО3, ВаА1204) для устранения сульфатной жесткости, затем после осветления воды ее обрабатывают известью и содой для доумягчения. Химизм процесса описывается реакциями:

Из-за высокой стоимости реагентов бариевый метод применяют очень редко. Для подготовки питьевой воды из-за токсичности бариевых реагентов он непригоден. Образующийся сульфат бария осаждается очень медленно, поэтому необходимы отстойники или осветлители больших размеров. Для ввода ВаС03 следует использовать флокуляторы с механическими мешалками, поскольку ВаСО3 образует тяжелую, быстро осаждающуюся суспензию.

Необходимые дозы бариевых солей, мг/л, можно найти, пользуясь выражениями: гидроксида бария (продукт 100% -ной активности) Дб =1,8 (SO42-), алюмината бария Дб=128Ж0; углекислого бария Дв = 2,07г (S042-);

Углекислый барий применяют с известью. Путем воздействия углекислоты на карбонат бария получают бикарбонат бария, который и дозируют в умягчаемую воду. При этом дозу углекислоты, мг/л, определяют из выражения: Дуг. = 0,46 (SO42-); где (S042-) - содержание сульфатов в умягчаемой воде, мг/л; г=1,15.1,20 - коэффициент, учитывающий потери углекислого бария.

Оксалатный метод умягчения воды основан на применении оксалата натрия и на малой растворимости в воде образующегося оксалата кальция (6,8 мг/л при 18° С)

Метод отличается простотой технологического и аппаратурного оформления, однако, из-за высокой стоимости реагента его применяют для умягчения небольших количеств воды.

Фосфатирование применяют для доумягчения воды. После реагентного умягчения известково-содовым методом неизбежно наличие остаточной жесткости (около 2 мг-экв/л), которую фосфатным доумягчением можно снизить до 0,02-0,03 мг-экв/л. Такая глубокая доочистка позволяет в некоторых случаях не прибегать к катионитовому водоумягчению.

Фосфатированием достигается также большая стабильность воды, снижение ее коррозионного действия на металлические трубопроводы и предупреждаются отложения карбонатов на внутренней поверхности стенок труб.

В качестве фосфатных реагентов используют гексаметафос - фат, триполифосфат (ортофосфат) натрия и др.

Фосфатный метод умягчения воды при использовании три - натрийфосфата является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды тринатрийфосфатом описывается реакциями

Как видно из приведенных реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.

Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105.150° С, достигая ее умягчения до 0,02.0,03 мг-экв/л. Из-за высокой стоимости тринатрийфосфата фосфатный метод обычно используется для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой. Доза безводного тринатрийфосфата (Дф; мг/л) для доумягчения может быть определена из выражения

ДФ=54,67 (ЖОСТ + 0,18),

где Жост - остаточная жесткость умягченной воды перед фосфатным доумягчением, мг-экв/л.

Образующиеся при фосфатном умягчении осадки Са3 (Р04) 2 и Mg3 (P04) 2 хорошо адсорбируют из умягченной воды органические коллоиды и кремниевую кислоту, что позволяет выявить целесообразность применения этого метода для подготовки питательной воды для котлов среднего и высокого давления (58,8.98,0 МПа).

Раствор для дозирования гексаметафосфата или ортофосфата натрия с концентрацией 0,5-3% приготовляют в баках, количество которых должно быть не менее двух. Внутренние поверхности стенок и дна баков должны быть покрыты коррозионноустойчивым материалом. Время приготовления 3% -ного раствора составляет 3 ч при обязательном перемешивании мешалочным или барботажным (с помощью сжатого воздуха) способом.

3.Технологические схемы и конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды

вода умягчение реагентный

В технологии реагентного умягчения воды используют аппаратуру для приготовления и дозирования реагентов, смесители, тонкослойные отстойники или осветлители, фильтры и установки для стабилизационной обработки воды. Схема напорной водоумягчительной установки представлена на рис. 3

Рис. 3. Водоумягчительная установка с вихревым реактором.

1 - бункер с контактной массой; 2 - эжектор; 3, 8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 4 - вихревой реактор; 5 - ввод реагентов; 6 - скорый осветлительный фильтр; 9 - сброс контактной массы; 7 - резервуар умягченной воды

В этой установке отсутствует камера хлопьеобразования, поскольку хлопья осадка карбоната кальция формируются в контактной массе. При необходимости воду перед реакторами осветляют.

Оптимальным сооружением для умягчения воды известковым или известково-содовым методами является вихревой реактор (спирактор напорный или открытый) (рис. 20.4). Реактор предоставляет собой железобетонный или стальной корпус, суженный книзу (угол конусности 5.20°) и наполненный примерно до половины высоты контактной массой. Скорость движения воды в нижней узкой части вихревого реактора равна 0,8.1 м/с; скорость восходящего потока в верхней части на уровне водоотводящих устройств - 4.6 мм/с. В качестве контактной массы применяют песок или мраморную крошку с размером зерен 0,2.0,3 мм из расчета 10 кг на 1 м3 объема реактора. При винтовом восходящем потоке воды контактная масса взвешивается, песчинки сталкиваются друг с другом и на их поверхности интенсивно кристаллизируется СаСО3; постепенно песчинки превращаются в шарики правильной формы. Гидравлическое сопротивление контактной массы составляет 0,3 м на 1 м высоты. Когда диаметр шариков увеличивается до 1,5.2 мм, крупную наиболее тяжелую контактную массу выпускают из нижней части реактора и догружают свежую. Вихревые реакторы не задерживают осадка гидроксида магния, поэтому их следует применять совместно с установленными за ними фильтрами только в тех случаях, когда количество образующегося осадка гидроксида магния соответствует грязеемкости фильтров.

При грязеемкости песчаных фильтров, равной 1.1,5 кг/м3, и фильтроцикле 8 ч допустимое количество гидроксида магния составляет 25.35 г/м3 (содержание магния в исходной воде не должно превышать 10.15 г/м3). Возможно применение вихревых реакторов и при большем содержании гидроксида магния, но при этом после них необходимо устанавливать осветлители для выделения гидроксида магния.

Расход свежей контактной массы, добавляемой с помощью эжектора, определяют по формуле G = 0,045QЖ, где G - количество добавляемой контактной массы, кг/сут; Ж - удаляемая в реакторе жесткость воды, мг-экв/л; Q - производительность установки, м3/ч.

Рис. 4. Вихревой реактор.

1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды: 5 - пробоотборники; 4 - контактная масса; 6 - сброс воздуха; 7 - люк для загрузки контактной массы; 3 - ввод реагентов; 2 - удаление отработавшей контактной массы

В технологических схемах реагентного умягчения воды с осветлителями вместо вихревых реакторов применяют вертикальные смесители (рис. 5). В осветлителях следует поддерживать постоянную температуру, не допуская колебаний более 1°С, в течение часа, поскольку возникают конвекционные токи, взмучивание осадка и его вынос.

Подобную технологию применяют для умягчения мутных вод, содержащих большое количество солей магния. В этом случае смесители загружают контактной массой. При использовании осветлителей конструкции Е.Ф. Кургаева, смесители и камеры хлопьеобразования не предусматривают, поскольку смешение реагентов с водой и формирование хлопьев осадка происходят в самих осветлителях.

Значительная высота при небольшом объеме осадкоуплотнителей позволяет применять их для умягчения воды без подогрева, а также при обескремнивании воды каустическим магнезитом. Распределение исходной воды соплами обусловливает ее вращательное движение в нижней части аппарата, что повышает устойчивость взвешенного слоя при колебаниях температуры и подачи воды. Смешанная с реагентами вода проходит горизонтальную и вертикальную смесительные перегородки и поступает в зону сорбционной сепарации и регулирования структуры осадка, что достигается изменением условий отбора осадка по высоте взвешенного слоя, создавая предпосылки для получения его оптимальной структуры, улучшающей эффект умягчения и осветления воды. Проектируют осветлители так же, как и для обычного осветления воды.

При расходах умягчаемой воды до 1000 м3/сут может быть применена водоочистная установка типа "Струя". Обрабатываемая вода с добавленными к ней реагентами поступает в тонкослойный отстойник, затем на фильтр.

В Институте горного дела Сибирского отделения РАН разработана безреагентная электрохимическая технология умягчения воды. Используя явление подщелачивания у анода и подкисления у катода при пропускании постоянного электрического тока через водную систему, можно представить реакцию разряда воды следующим уравнением:

2Н20 + 2е1 > 20Н - + Н2,

где е1 - знак, указывающий на способность солей жесткости диссоциировать на катионы Ca (II) и Mg (II).

В результате протекания этой реакции концентрация гидроксильных ионов возрастает, что вызывает связывание ионов Mg (II) и Ca (II) в нерастворимые соединения. Из анодной камеры диафрагменного (диафрагма из ткани типа бельтинг) электролизера эти ионы переходят в катодную за счет разности потенциалов между электродами и наличия электрического поля между ними.

На рис. 6 показана технологическая схема установки для умягчения воды электрохимическим способом.

Производственная установка была смонтирована в районной котельной, испытания которой длились около двух месяцев. Режим электрохимической обработки оказался устойчивым, осадка в катодных камерах не наблюдалось.

Напряжение на подводящих шинах составляло 16 В, суммарный ток 1600 А. Общая производительность установки - 5 м3/ч, скорость движения воды в анодных камерах 0,31 н-0,42 м/мин, в зазоре между диафрагмой и катодом 0,12-0,18 м/мин.

Рис. 5. Установка нзвестково-содового умягчения воды.1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - эжектор; 3 - бункер с контактной массой; 5 ввод реагентов; 6 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 7 - осветлительный скорый фильтр; 4 - вихревой реактор

Рис. 6. Схема установки электрохимического умягчения воды I - выпрямитель ВАКГ-3200-18; 2 - диафрагменный электролизер; 3, 4 - аналит и каталит; 5 - насос; 6 - рН-метр; 7 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 8 - осветлительный скорый фильтр; 9 - сброс в канализацию; 10, 11 - отвод умягченной и подача исходной воды; 12 - расходомер; 13 - вытяжной зонт

Установлено, что из воды с Жо= 14,5-16,7 мг-экв/л получают анолит с жесткостью 1,1 - 1,5 мг-экв/л при рН = 2,5-3 и католит с жесткостью 0,6-1 мг-экв/л при рН=10,5-11. После смешения отфильтрованных анолита и католита показатели умягченной воды были следующими: общая жесткость Жо составляла 0,8-1,2 мг-экв/л, рН = 8-8,5. Затраты электроэнергии составили 3,8 кВт*ч/м3.

Химическим, рентгеноструктурным, ИК-спектроскопическим и спектральным анализами установлено, что в осадке преимущественно содержатся CaC03, Mg (OH) 2 и частично Fe203*Н20. Это свидетельствует о том, что связывание ионов Mg (II) происходит за счет гидроксил-ионов при разряде молекул воды на катоде.

Электрохимическая обработка воды перед подачей на катионитовые фильтры позволяет значительно (в 15-20 раз) увеличить их рабочий цикл.

Заключение

При использовании химического и реагентного умягчения воды всегда следует помнить, что мягкая вода способствует развитию коррозии. А значит, при умягчении обязательно следует применять ингибиторы коррозии. Они бывают анодными, катодными и адсорбирующими. Анодные образовывают пленку из оксидов на металлических поверхностях. Катодные тоже организовывают пленку, но из нерастворимых веществ. Адсорбирующие ингибиторы создают поляризационную пленку на поверхности металлов.

Таким образом, мы рассмотрели самые популярные методы химического и реагентного умягчения воды. Рассмотрели их плюсы и минусы. Поняли основную сферу применения. Реагентные умягчители нашли себя в промышленности, в быту их практически не применяют. Помните эту особенность, когда будете приобретать фильтр для воды в свой дом.

Размещено на Allbest.ru

...