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;

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.

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.

Технологические схемы и конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды

Термохимический метод умягчения воды

Умягчение воды диализом

Магнитная обработка воды

Литература

Теоретические основы умягчения воды, классификация методов

Под умягчением воды подразумевается процесс удаления из нее катионов жесткости, т.е. кальция и магния. В соответствии с ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Отдельные виды производств к технологической воде предъявляют требования глубокого ее умягчения, т.е. до 0,05.0,01 мг-экв/л. Обычно используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-питьевых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производят в основном при ее подготовке для технических целей. Так, жесткость воды для питания барабанных котлов не должна превышать 0,005 мг-экв/л. Умягчение воды осуществляют методами: термическим, основанным на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании; реагентными, при которых находящиеся в воде ионы Ca ( II ) и Mg ( II ) связывают различными реагентами в практически нерастворимые соединения; ионного обмена, основанного на фильтровании умягчаемой воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na ( I) или Н (1) на ионы Са (II) и Mg ( II ), содержащиеся в воде диализа; комбинированным, представляющим собой различные сочетания перечисленных методов.

Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиПа при умягчении подземных вод следует применять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды, - известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды - последующее катионирование. Основные характеристики и условия применения методов умягчения воды приведены в табл. 20.1.

умягчение вода диализ термический

Для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд обычно умягчают лишь ее некоторую часть с последующим смешением с исходной водой, при этом количество умягчаемой воды Q y определяют по формуле

где Ж о. и. - общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Ж 0. с. - общая жесткость воды, поступающей в сеть, мг-экв/л; Ж 0. у. - жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

Методы умягчення воды

Термический метод умягчения воды

Термический метод умягчения воды целесообразно применять при использовании карбонатных вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами умягчения воды. Он основан на смещении углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования карбоната кальция, что описывается реакцией

Са (НС0 3) 2 - > СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Равновесие смещается за счет понижения растворимости оксида углерода (IV), вызываемого повышением температуры и давления. Кипячением можно полностью удалить оксид углерода (IV) и тем самым значительно снизить карбонатную кальциевую жесткость. Однако, полностью устранить указанную жесткость не удается, поскольку карбонат кальция хотя и незначительно (13 мг/л при температуре 18°С), но все же растворим в воде.

При наличии в воде гидрокарбоната магния процесс его осаждения происходит следующим образом: вначале образуется сравнительно хорошо растворимый (110 мг/л при температуре 18° С) карбонат магния

Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

который при продолжительном кипячении гидролизуется, в результате чего выпадает осадок малорастворимого (8,4 мг/л). гидроксида магния

MgC0 3 +H 2 0 → Mg (0H) 2 +C0 2 .

Следовательно, при кипячении воды жесткость, обусловливаемая гидрокарбонатами кальция и магния, снижается. При кипячении воды снижается также жесткость, определяемая сульфатом кальция, растворимость которого падает до 0,65 г/л.

На рис. 1 показан термоумягчитель конструкции Копьева, отличающийся относительной простотой устройства и надежностью работы. Предварительно подогретая в аппарате обрабатываемая вода поступает через эжектор на розетку пленочного подогревателя и разбрызгивается над вертикально размещенными трубами, и по ним стекает вниз навстречу горячему пару. Затем совместно с продувочной водой от котлов она по центрально подающей трубе через дырчатое днище поступает в осветлитель со взвешенным осадком.

Выделяющиеся при этом из воды углекислота и кислород вместе с избытком пара сбрасываются в атмосферу. Образующиеся в процессе нагревания воды соли кальция и магния задерживаются во взвешенном слое. Пройдя через взвешенный слой, умягченная вода поступает в сборник и отводится за пределы аппарата.

Время пребывания воды в термоумягчителе составляет 30.45 мин, скорость ее восходящего движения во взвешенном слое 7.10 м/ч, а в отверстиях ложного дна 0,1.0,25 м/с.

Рис. 1. Термоумягчитель конструкции Копьева.

15 - сброс дренажной воды; 12 - центральная подающая труба; 13 - ложные перфорированные днища; 11 - взвешенный слой; 14 - сброс шлама; 9 - сборник умягченной воды; 1, 10 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - продувка котлов; 3 - эжектор; 4 - выпар; 5 - пленочный подогреватель; 6 - сброс пара; 7 - кольцевой перфорированный трубопровод отвода воды к эжектору; 8 - наклонные сепарирующие перегородки

Реагентные методы умягчения воды

Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2 , СаС0 3 , Са 3 (Р0 4) 2 , Mg 3 (P0 4) 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 Са 2+ , что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:

С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0,НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.

Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов С0 3 2 - и присутствие в ней ионов Са 2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция:

Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3 .

При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния

Mg 2+ + 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. FeS0 4 *7 Н 2 0. 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 [Са 2+ ] /20<Ж к,

б) при соотношении [Са 2+ ] /20 > Ж к,

где [СО 2 ] - концентрация в воде свободного оксида углерода (IV), мг/л; [Са 2+ ] - концентрация ионов кальция, мг/л; Ж к - карбонатная жесткость воды, мг-экв/л; Д к - доза коагулянта (FeS0 4 или FeCl 3 в пересчете на безводные продукты), мг/л; е к - эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeS0 4 е к = 76, для FeCl 3 е к = 54); 0,5 и 0,3 - избыток извести для обеспечения большей полноты реакции, мг-экв/л.

Жесткой называют воду, содержащую большое количество солей жесткости, а именно кальция и магния.

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

" и "Химические реагентные способы умягчения воды " раздела "Вода " и подраздела " " мы затронули тему борьбы с солями жёсткости и накипью. В предыдущих статьях мы рассмотрели собственно определение слова "умячгение воды" и рассмотрели, что бывает несколько способов умягчения — физический, химический, экстрасенсорный. А также затронули такие реагентные способы умягчения воды, как ионный обмен и дозировка антискалантов (антинакипеобразователей). В данной статье предлагаем вам два подраздела — немного про экстрасенсорные способыи чуть больше про физические способы умягчения воды.

Экстрасенсорные и физические способы умягчения воды не до конца изучены и поняты. Вероятно, поэтому очень часто экстрасенсорный способ борьбы с жёсткой водой путают с физическим способом борьбы. И, соответственно, теряют деньги, время и веру в людей. Как на покупку экстрасенсорных прибамбасов, так и на ремонт оборудования, которое они не защитили от накипи. Кстати, для хорошего понимания статьи рекомендуем сначала изучить материалы статей "Жёсткая вода " и " ", где даются основные определения, используемые в этой статье (как то умягчение воды, накипь, жёсткость, соли жёсткости и т.д.)

Экстрасенсорные способы умягчения воды.

Итак, экстрасенсорные способы легко спутать с физическими. Примерно так же, как эффект ганцфельд с магией. Так, например, обработка воды магнитным полем. Это и качественный способ борьбы с накипью, и бесполезный экстрасенсорный способ очистки и структуризации воды.

Отличаются физический и экстрасенсорный способы очень просто — если вещь стоит небольшие деньги (в среднем до 100 у.е.), а обещается, что она выполнит вагон задач (как то: очистит воду от всех веществ, уберёт накипь, оздоровит и подарит молодость, структурирует, ускорит рост растений и волос, снимет порчу и т.д.), то это экстрасенсорный способ очистки воды. Подробно на экстрасенсорных способах мы останавливаться не будем, они описаны в различных источниках (например, здесь), поскольку толку от них — разве что сотая часть от обещанного.

Кстати, в последнее время появилась тенденция по удорожанию подобных умягчающих структуризаторов. Так что можно нарваться на подделку весьма дорогостоящую, которая заявлена как защита от накипи. Однако, обычно приборы, которые действительно могут физически помочь с накипью, не имеют дополнительных структуризирующих функций.

Итак, если хочется заняться экстрасенсорной структуризацией, то нужно приобрести специальный прибор. Если нужно умягчать воду физически — нужно приобрести специальный прибор. Но не комплекс. Хотя… Как кому нравится 🙂 А мы перейдём к физическим способам борьбы с накипью.

Как уже говорилось ранее, существуют несколько определений термина "умягчение воды", в зависимости от того, на каком этапе идёт воздействие —

• на этапе борьбы с причинами жёсткости воды или
• на этапе борьбы с последствиями использования жёсткой воды.

Предыдущие способы — ионный обмен — направлены на борьбу с причинами жёсткости воды. То есть, либо из воды удаляются соли кальция и магния, что приводит к созданию мягкой воды.

Физические способы умягчения воды направлены на то, чтобы справиться с последствиями жёсткой воды — с накипью.

Соответственно, физические способы умягчения не предполагают мягкой воды в первом значении (вода вообще без солей жёсткости). Результат работы физического умягчения воды — это вода, которая сохранила все свои соли жёсткости, но не вредит трубам и котлам — то есть, не образует накипь. Однако, жёсткая вода после физической обработки меняет свои свойства — и, как следствие, перестаёт образовывать накипь. То есть, перестаёт быть жёсткой. И становится мягкой. Конечно, если бы мы занимались научными исследованиями, мы бы ввели разницу в терминах "мягкая вода", то есть, вода, в которой нет солей жёсткости в принципе, и "умягчённая вода", которая не образует накипи, но может содержать соли жёсткости. Однако, это терминологические нюансы, которые нам не интересны. Нам собственно физические способы умягчения воды.

Существуют такие основные физические способы борьбы с накипью:

1. Обработка воды магнитным полем.
2. Обработка воды электрическим полем.
3. Обработка воды ультразвуком.
4. Обработка воды с помощью малоточных токовых импульсов.
5. Термический способ умягчения (обычное кипячение воды).

И начнём постепенно характеризовать физические способы борьбы с жёсткой водой. Возможно, все сразу в одной статье мы не охватим, но серия статей точно будет включать в себя характеристики каждого из способов. Начнём с обработки воды магнитным полем, поскольку этот вид физической борьбы с накипью наиболее часто путают с экстрасенсорным умягчением воды.

Обработка воды магнитным полем — сложный и противоречивый вопрос. Не вдаваясь в детали, можно сказать, что эффективное физическое умягчение воды с помощью магнитного поля возможно лишь тогда, когдаудаётся одновременно учитывать огромное множество факторов. Это:

1. напряжённость магнитного поля,
2. скорость потока воды,
3. состав воды:
   • ионный (включая наличие ионов железа и аллюминия, ухудшающих физическую обработку воды),
   • молекулярный (включая крупные органические молекулы, особенно обладающие способностью образовывать комплексы),
   • механические примеси (включая ржавчину),
   • соотношение пара- и диамагнитных компонентов,
   • растворённого кислорода и других газов,
   • наличие неравновесных систем и др.
4. температура воды при обработке и после,
5. длительность обработки,
6. атмосферное давление,
7. давление воды,
8. и т.д.

Все эти и многие другие факторы влияют на эффективность магнитной обработки воды. Так, незначительное изменение состава воды должно компенсироваться изменениями указанных параметров (например, скорости воды и интенсивности магнитного поля). Все изменения должны отслеживаться и на них нужно реагировать немедленно, поскольку эффективность физического умягчения воды с помощью магнитного поля будет изменяться в неизвестную сторону.

Но это возможно, и магнитная обработка воды успешно применяется в многих котельных. В первую очередь это происходит потому, что в котельных соблюдается постоянство большинства из перечисленных факторов — и потока воды, и состава воды, и температуры воды, и давления и т.д.

Однако это практически НЕ возможно повторить в домашних условиях. И когда у вас появляется желание купить магнитик на трубу, чтобы спасти свой дом от накипи, то очень много раз подумайте, и прежде всего обдумайте, сможете ли вы организовать не только постоянство описанных выше показателей, но и найти их оптимальное сочетание путём экспериментов.

Если нет, то обработка воды с помощью магнитного поля в виде магнитиков — это не для вас, и вы ничего не получите, кроме как потери денег на покупку магнитика и на ремонт оборудования и труб. По-другому это можно сказать так: вероятность, что вам поможет натрубный магнитик составляет менее 10 %. То есть, в домашних условиях постоянное магнитное поле приближается к экстрасенсорному умягчению воды.

Для того, чтобы компенсировать изменчивость параметров воды при физической обработке, используются более современные методы физического умягчения — например, с помощью электронного умягчителя воды .

Таким образом, не путайте экстрасенсорные способы умягчения воды, физическое умягчение ограниченной области действия и современные физические способы умягчения воды.

О которых речь пойдёт в продолжении.

Из рекламы мы знаем, что слишком жесткая вода ведет к появлению накипи и быстрому выходу из строя стиральных машин. Производители не врут. Излишняя жесткость вредит не только бытовой технике, но и здоровью: делает волосы тонкими и ломкими, ускоряет старение кожи, способствует развитию заболеваний почек и мочеполовой системы, создает дополнительную нагрузку на сосуды. В зависимости от ситуации смягчить воду можно разными методами, в этой статье мы сделаем обзор самых доступных в домашних условиях средств.

Теория. Жесткость воды – это параметр, характеризующий концентрацию солей кальция и магния в составе. Измеряется в единицах моль/м3 (моль на кубический метр) или градусах жесткости (принято в России) – мг-экв/л (миллиграммы эквивалента на литр). Чем выше этот показатель, тем хуже.

Согласно исследованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) нормальная жесткость воды составляет 1-2°Ж (мг-экв/л). В России допустимой нормой считается показатель до 7°Ж.

По величине жесткости вода делится на:

• мягкую (0-2°Ж) – в природе встречается в болотистой местности с торфяниками, также в эту группу попадает незагрязненный другими веществами растаявший снег. Интересно, что смыть мыло мягкой водой очень сложно.
• среднюю (2,1-7°Ж) – распространена наиболее часто;
• жесткую (7-10°Ж) – вредна и опасна для здоровья;
• сверхжесткую (больше 10°Ж) – в природных условиях встречается в озерах карстовых пещер, пить такую воду невозможно.

В зависимости от содержащихся веществ жесткость воды бывает:

• постоянной – вызвана наличием в воде хлоридов, фосфатов, силикатов, сульфатов и нитратов магния, кальция, которые не распадаются при кипячении, в основном эти вещества удаляются только фильтрами;
• временной – встречается в большинстве случаев, обусловлена гидрокарбонатами магния и кальция, которые при нагреве распадаются, образуя отложения накипи на трубах и нагревательных устройствах, что приводит к повышенным затратам электроэнергии и поломке.

Как определить жесткость воды

Самый простой вариант – посмотреть на специальную карту жесткости воды своего региона. Также можно использовать кондуктометр (TDS-метр) – специальное устройство, измеряющее электропроводимость воды, в народе называется «солемер». Чем выше показатель на экране, тем жестче вода, поскольку содержит много солей. Точное соотношение можно посчитать по таблицам.

Признаки повышенной жесткости воды:

• мыло и стиральный порошок дают очень мало пены;
• стойкая накипь в чайнике после нескольких кипячений;
• после мытья посуды появляются разводы;
• вода имеет слегка горьковатый привкус (чувствуют не все люди);
• после отстаивания на стенках емкостей с водой появляется белый налет.

Калькулятор пересчета единиц жесткости воды

°Ж (Россия) °DH (Германия) °Clark (Великобритания) °F (Франция) ppm (США)

Методы смягчить воду

1. Кипячение. Самый простой доступный способ избавиться от временной жесткости без использования химических веществ и сложных устройств. При высокой температуре гидрокарбонаты и сульфат кальция распадаются, выпадая осадком на дне посуды и нагревательных элементах. Смягченная вода подходит для любых целей: питья, стирки, мытья и пр.

Доведите воду до кипения, оставьте на 2-3 минуты, затем охладите до нужной температуры.

Недостатки:

• частично снижается только временная жесткость воды;
• ограниченность – обеспечить все бытовые нужды кипяченой водой очень сложно;
• спустя некоторое время из-за слоя накипи нагревательные системы и емкости приходится менять или чистить;
• при кипячении из воды улетучиваются полезные вещества;
• нагревание требует значительных затрат энергии.

2. Отстаивание. После 1-2 суток в защищённом от прямых солнечных лучей месте смягчает воду из колодцев и скважин, предназначенную для полива цветов и комнатных растений. Может использоваться для очистки питьевой воды, но только если начальная жесткость лишь слегка выше нормы.

3. Вымораживание. Эффективный метод, не изменяющий структуру воды, вследствие чего все полезные вещества остаются в составе. Поставьте воду в морозилку, когда на стенках емкости появится лед, слейте жидкость по центру.

Растопленный лед используйте как питьевую воду или для полива вазонов.

Недостаток: подготовить этим методом большие объемы воды сложно.

4. Пищевая и кальцинированная сода. Благодаря химическим свойствам сода смягчает воду и снижает кислотность.

Добавьте 2 чайные ложки пищевой или 1 чайную ложку кальцинированной соды на 10 литров воды, хорошо перемешайте и дождитесь появления осадка на дне. Во время приготовления еды всыпьте 1 чайную ложку пищевой соды на 3 литра воды, чтобы крупы и овощи лучше разваривались.

Недостатки:

• смягченная содой вода не может использоваться как питьевая (кроме отваривания);
• сложность в постоянной обработке большого объёма воды.

5. Уксус и лимонная кислота. Частично снижают жесткость, но значительно повышают кислотность, вследствие чего эти средства не рекомендуются для питьевой воды. Зачастую их используют в косметических целях.

Чтобы смягчить воду для мытья волос, добавьте 1 столовую ложку уксуса (1 чайную ложку лимонной кислоты или сок одного лимона) на 2 литра воды, перемешайте. Перед использованием дайте настояться 4-5 минут.

6. Каменная (поваренная) соль. Она же хлористый натрий, который растворяет содержащиеся в воде соли кальция и магния, препятствуя появлению накипи на нагревательных устройствах. Из-за изменений химического состава и вкуса этот метод не рекомендуется для питья.

В основном соль смягчает воду, предназначенную для посудомоечных машин. Для удобства использования производители поставляют соль в виде гранул и таблеток, но в большинстве случаев по составу предлагаемое вещество ничем не отличается от поваренной соли.

7. Химические средства. В первую очередь это раскрученные марки Calgon, Finish и другие, которые продаются в виде порошка или таблеток. Применяются согласно инструкции. Продаются в магазинах бытовой химии.

Недостаток: смягчают воду только для стирки.

8. Фильтры. Универсальные системы, предназначенные для быстрого смягчения большого количества жесткой воды и удаления вредных примесей. Могут действовать автономно или подключаться к водопроводу. Отличаются конструкцией и принципом действия.

Виды систем понижения жесткости воды:

• Фильтр-кувшин – рассчитан на объем 1-3 литра, подходит для очистки питьевой воды, приготовления чая или кофе. Действует с помощью специального картриджа. В зависимости от интенсивности использования и начально жесткости воды служит до 2-х месяцев, потом требует замены фильтрующего картриджа.
• Ионообменные системы – фильтруют и смягчают воду любой жесткости с помощью специальных ионообменных смол и солевого раствора (вещества находятся в разных резервуарах). Эти фильтры отличаются высокой производительностью и относительной простотой обслуживания. Недостатки: не подходят для питьевой воды, требуют периодической замены реагентов и подключения к канализации.
• Магнитные и электромагнитные смягчители – устанавливаются на магистралях или на трубах водопроводов в виде накладок. Под воздействием магнитного или электромагнитного поля соли жесткости теряют способность откладываться в виде накипи и стекают в специальные отстойники. Недостаток: не подходят для очистки питьевой воды.