Schematy technologiczne i elementy konstrukcyjne instalacji zmiękczania wody odczynnikowej

Termochemiczna metoda zmiękczania wody

Zmiękczanie wody metodą dializy

Magnetyczne uzdatnianie wody

Literatura

Teoretyczne podstawy zmiękczania wody, klasyfikacja metod

Zmiękczanie wody oznacza proces usuwania z niej kationów powodujących twardość, tj. wapnia i magnezu. Zgodnie z GOST 2874-82 „Woda pitna” twardość wody nie powinna przekraczać 7 mEq/l. Niektóre rodzaje produkcji wymagają głębokiego zmiękczania wody technologicznej, tj. do 0,05,0,01 mEq/l. Zazwyczaj stosowane źródła wody mają twardość odpowiadającą normom wody pitnej i nie wymagają zmiękczania. Zmiękczanie wody odbywa się głównie podczas jej przygotowania do celów technicznych. Zatem twardość wody zasilającej kotły bębnowe nie powinna przekraczać 0,005 mEq/l. Zmiękczanie wody przeprowadza się metodami: termiczną, polegającą na podgrzewaniu wody, jej destylacji lub zamrażaniu; odczynniki, w których jony obecne są w wodzie Ok ( II ) I Mg ( II ) wiążą się z różnymi odczynnikami w praktycznie nierozpuszczalne związki; wymiana jonowa, polegająca na filtrowaniu zmiękczonej wody przez specjalne materiały, które wymieniają jony zawarte w ich składzie Nie ( I) lub H (1) na jony Ca (II) i Mg ( II ), zawarty w wodzie dializacyjnej; łącznie, reprezentujące różne kombinacje wymienionych metod.

O wyborze metody zmiękczania wody decyduje jej jakość, wymagana głębokość zmiękczania oraz względy techniczno-ekonomiczne. Zgodnie z zaleceniami SNiP przy zmiękczaniu wód gruntowych należy stosować metody wymiany jonowej; przy zmiękczaniu wód powierzchniowych, gdy wymagane jest również klarowanie wody, stosuje się metodę wapienną lub wapniowo-sodową, a przy głębokim zmiękczaniu wody następuje późniejsza kationizacja. Główne cechy i warunki stosowania metod zmiękczania wody podano w tabeli. 20.1.

zmiękczająca woda dializacyjna termiczna

Aby otrzymać wodę na potrzeby bytowe i pitne, zwykle zmiękcza się tylko pewną jej część, a następnie miesza z wodą źródłową, natomiast ilość wody zmiękczonej Qy określone przez formułę

(20.1)

gdzie jest Jo. I. - twardość całkowita wody źródłowej, mEq/l; F 0. s. - twardość całkowita wody wprowadzanej do sieci, mEq/l; F 0. ty - twardość wody zmiękczonej, mEq/l.

Metody zmiękczania wody

Wskaźnik	termiczny	odczynnik	wymiana jonowa	dializa
Charakterystyka procesu	Woda podgrzewana jest do temperatury powyżej 100°C, co usuwa twardości węglanowe i niewęglanowe (w postaci węglanu wapnia, hydroksy- i magnezu oraz gipsu).	Do wody dodaje się wapno, które eliminuje twardość węglanową i magnezową oraz sodę, która eliminuje twardość niewęglanową.	Woda przeznaczona do zmiękczania przepuszczana jest przez filtry kationitowe	Woda źródłowa jest filtrowana przez półprzepuszczalną membranę
Cel metody	Eliminacja twardości węglanowej z wody zasilającej kotły nisko i średniociśnieniowe	Płytkie zmiękczanie przy jednoczesnym klarowaniu wody z zawiesin	Głębokie zmiękczanie wody zawierającej niewielką ilość zawiesin	Głębokie zmiękczanie wody
Zużycie wody na własne potrzeby	-	Nie więcej niż 10%	Do 30% lub więcej proporcjonalnie do twardości wody źródłowej	10
Warunki efektywnego stosowania: mętność wody źródłowej, mg/l	Do 50	Do 500	Nie więcej niż 8	Do 2.0
Twardość wody, mEq/l	Twardość węglanowa z przewagą Ca (HC03) 2, twardość niewęglanowa w postaci gipsu	5.30	Nie więcej niż 15	Do 10,0
Twardość resztkowa wody, mEq/l	Twardość węglanowa do 0,035, CaS04 do 0,70	Do 0,70	0.03.0.05 prn jednostopniowy i do 0.01 z dwustopniową kationizacją	0,01 i poniżej
Temperatura wody, °C	Do 270	Do 90	Do 30 (glaukonit), do 60 (sulfonit)	Do 60

Termiczna metoda zmiękczania wody

Termiczną metodę zmiękczania wody zaleca się stosować przy stosowaniu wód węglanowych zasilających kotły niskociśnieniowe, a także w połączeniu z odczynowymi metodami zmiękczania wody. Polega ona na przesunięciu równowagi dwutlenku węgla podczas jego ogrzewania w kierunku utworzenia węglanu wapnia, co opisuje reakcja

Ca (HC0 3) 2 -> CaCO 3 + C0 2 + H 2 0.

Równowaga zostaje przesunięta na skutek zmniejszenia rozpuszczalności tlenku węgla (IV) spowodowanego wzrostem temperatury i ciśnienia. Gotowanie może całkowicie usunąć tlenek węgla (IV), a tym samym znacznie zmniejszyć twardość węglanu wapnia. Całkowite wyeliminowanie tej twardości nie jest jednak możliwe, gdyż węglan wapnia, choć nieznacznie (13 mg/l w temperaturze 18°C), jest nadal rozpuszczalny w wodzie.

Jeżeli w wodzie występuje wodorowęglan magnezu, proces jego wytrącania przebiega w następujący sposób: najpierw powstaje stosunkowo dobrze rozpuszczalny (110 mg/l w temperaturze 18°C) węglan magnezu

Mg (HCO 3) → MgC0 3 + C0 2 + H 2 0,

który podczas długotrwałego wrzenia hydrolizuje, tworząc słabo rozpuszczalny osad (8,4 mg/l). wodorotlenek magnezu

MgC0 3 +H 2 0 → Mg (0H) 2 +C0 2 .

W rezultacie po zagotowaniu wody zmniejsza się twardość powodowana przez wodorowęglany wapnia i magnezu. Podczas gotowania wody zmniejsza się także twardość mierzona siarczanem wapnia, której rozpuszczalność spada do 0,65 g/l.

Na ryc. Na rycinie 1 przedstawiono zmiękczacz termiczny zaprojektowany przez Kopyeva, charakteryzujący się względną prostotą urządzenia i niezawodnością działania. Uzdatniona woda, podgrzana w aparacie, wpływa poprzez eżektor na króćce grzejnika filmowego i jest rozpylana nad pionowo ułożonymi rurami, po czym spływa nimi w dół w stronę gorącej pary. Następnie wraz z wodą odmuloną z kotłów trafia do osadnika z osadem zawieszonym centralną rurą zasilającą przez perforowane dno.

Dwutlenek węgla i tlen uwalniane z wody wraz z nadmiarem pary są odprowadzane do atmosfery. Sole wapnia i magnezu powstające podczas podgrzewania wody zatrzymują się w warstwie zawieszonej. Po przejściu przez warstwę zawieszoną zmiękczona woda trafia do zbiornika zbiorczego i jest odprowadzana na zewnątrz aparatu.

Czas przebywania wody w zmiękczaczu termicznym wynosi 30,45 minuty, prędkość jej ruchu ku górze w warstwie zawieszonej wynosi 7,10 m/h, a w otworach fałszywego dna 0,1-0,25 m/s.

Ryż. 1. Zmiękczacz termiczny zaprojektowany przez Kopyeva.

15 - odprowadzanie wody drenażowej; 12 - centralna rura zasilająca; 13 - dna fałszywe perforowane; 11 - warstwa zawieszona; 14 - odprowadzanie osadu; 9 - zbieranie zmiękczonej wody; 1, 10 - dostarczanie wody źródłowej i usuwanie wody zmiękczonej; 2 - przedmuch kotła; 3 - wyrzutnik; 4 - parowanie; 5 - grzejnik filmowy; 6 - uwalnianie pary; 7 - rurociąg pierścieniowy perforowany do odprowadzania wody do eżektora; 8 - pochylone przegrody oddzielające

Odczynowe metody zmiękczania wody

Zmiękczanie wody metodami odczynowymi polega na uzdatnianiu jej odczynnikami tworzącymi słabo rozpuszczalne związki z wapniem i magnezem: Mg (OH) 2, CaCO 3, Ca 3 (P0 4) 2, Mg 3 (P0 4) 2 i innymi, a następnie poprzez ich separację w osadnikach, osadnikach cienkowarstwowych i filtrach klarujących. Jako odczynniki stosuje się wapno, sodę kalcynowaną, wodorotlenki sodu i baru oraz inne substancje.

Zmiękczanie wody poprzez wapnowanie stosowany przy wysokiej twardości węglanowej i niskiej twardości niewęglanowej, a także w przypadkach, gdy nie ma konieczności usuwania z wody soli niewęglanowych. Wapno stosuje się jako odczynnik, który w postaci roztworu lub zawiesiny (mleka) wprowadza się do podgrzanej wody uzdatnionej. Po rozpuszczeniu wapno wzbogaca wodę w jony OH - i Ca 2+, co prowadzi do wiązania wolnego tlenku węgla (IV) rozpuszczonego w wodzie z utworzeniem jonów węglanowych i przejściem jonów węglowodorowych w węglanowe:

C0 2 + 20H - → CO 3 + H 2 0, HCO 3 - + OH - → CO 3 - + H 2 O.

Wzrost stężenia jonów CO 3 2 - w uzdatnionej wodzie i obecność w niej jonów Ca 2+, biorąc pod uwagę te wprowadzone z wapnem, prowadzi do wzrostu rozpuszczalności produktu i wytrącania się słabo rozpuszczalnego węglanu wapnia :

Ca 2+ + C0 3 - → CaC0 3.

W przypadku nadmiaru wapna wytrąca się również wodorotlenek magnezu.

Mg 2+ + 20H - → Mg (OH) 2

Aby przyspieszyć usuwanie zanieczyszczeń rozproszonych i koloidalnych oraz zmniejszyć zasadowość wody, stosuje się koagulację tych zanieczyszczeń siarczanem żelaza(II) jednocześnie z wapnowaniem, tj. FeS0 4 *7 H 2 0. Twardość resztkową zmiękczonej wody podczas dekarbonizacji można uzyskać o 0,4-0,8 mg-eq/l więcej niż twardość niewęglanową, a zasadowość wynosi 0,8-1,2 mg-eq/l. Dawkę wapna określa się na podstawie stosunku stężenia jonów wapnia w wodzie do twardości węglanowej: a) w stosunku [Ca 2+ ] /20<Ж к,

(20.2b)

b) przy stosunku [Ca 2+ ] /20 > J c,

(20.3)

gdzie [CO 2 ] oznacza stężenie wolnego tlenku węgla (IV) w wodzie, mg/l; [Ca 2+ ] - stężenie jonów wapnia, mg/l; Fc – twardość węglanowa wody, mEq/l; D k - dawka koagulantu (FeS0 4 lub FeCl 3 w przeliczeniu na produkty bezwodne), mg/l; e k- masa równoważna substancji czynnej koagulantu, mg/mg-eq (dla FeS0 4 mi k = 76, dla FeCl3 e k = 54); 0,5 i 0,3 - nadmiar wapna w celu zapewnienia większej kompletności reakcji, mEq/l.

Konieczne jest poznanie stopnia twardości używanej wody. Od twardości wody pitnej zależy wiele aspektów naszego życia: ile użyć proszku do prania, czy potrzebne są środki w celu zmiękczenia twardej wody, jak długo ryby akwariowe będą żyć w wodzie, czy konieczne jest wprowadzenie polifosforanów w procesie odwróconej osmozy itp. .

Istnieje wiele sposobów określania twardości:

• przez ilość utworzonej piany detergentowej;
• według dzielnicy;
• według ilości kamienia na elementach grzejnych;
• zgodnie z właściwościami smakowymi wody;
• przy użyciu odczynników i specjalnych urządzeń

Co to jest twardość?

Główne kationy występujące w wodzie to: wapń, magnez, mangan, żelazo, stront. Trzy ostatnie kationy mają niewielki wpływ na twardość wody. Występują także trójwartościowe kationy glinu i żelaza, które przy pewnym pH tworzą kamień wapienny.

Twardość może być różnego rodzaju:

• ogólna twardość– całkowita zawartość jonów magnezu i wapnia;
• twardość węglanowa– zawartość węglowodorów i węglanów przy pH większym niż 8,3. Łatwo je usunąć przez gotowanie: podczas ogrzewania rozkładają się na kwas węglowy i osad;
• twardość niewęglanowa– sole wapniowe i magnezowe mocnych kwasów; nie można usunąć przez gotowanie.

Istnieje kilka jednostek twardości wody: mol/m 3, mg-eq/l, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO 3.

Dlaczego woda jest twarda? Jony metali ziem alkalicznych występują we wszystkich wodach mineralizowanych. Pobiera się je ze złóż dolomitu, gipsu i wapienia. Źródła wody mogą mieć twardość w różnych zakresach. Istnieje kilka systemów sztywności. Za granicą podchodzą do tego bardziej „ostro”. Przykładowo w naszym kraju wodę uważa się za miękką o twardości 0-4 mEq/l, a w USA za 0-1,5 mEq/l; bardzo twarda woda w Rosji – ponad 12 mg-eq/l, a w USA – ponad 6 mg-eq/l.

Twardość wód niskozmineralizowanych wynosi 80% ze względu na jony wapnia. Wraz ze wzrostem mineralizacji udział jonów wapnia gwałtownie maleje, a jonów magnezu wzrasta.

Najczęściej wody powierzchniowe mają mniejszą twardość niż wody gruntowe. Twardość zależy również od pory roku: gdy śnieg się topi, maleje.

Twardość wody pitnej zmienia jej smak. Próg czułości dla jonów wapnia wynosi od 2 do 6 mEq/l, w zależności od anionów. Woda staje się gorzka i ma zły wpływ na proces trawienia. WHO nie wydaje żadnych zaleceń dotyczących twardości wody, ponieważ nie ma dokładnych dowodów na jej wpływ na organizm ludzki.

Ograniczenie twardości jest konieczne w przypadku urządzeń grzewczych. Np. w kotłach - do 0,1 mEq/l. Miękka woda ma niską zasadowość i powoduje korozję rur wodociągowych. Zakłady użyteczności publicznej stosują specjalne zabiegi, aby znaleźć kompromis pomiędzy osadem nazębnym a korozją.

Wyróżnia się trzy grupy metod zmiękczania wody:

• fizyczny;
• chemiczny;
• psychiczny.

Odczynowe metody zmiękczania wody

Wymiana jonowa

Metody chemiczne opierają się na wymianie jonowej. Masę filtracyjną stanowi żywica jonowymienna. Składa się z długich cząsteczek, które są zebrane w żółte kulki. Z kulek wystają drobne wyrostki zawierające jony sodu.

Podczas filtracji woda przenika całą żywicę, a jej sole zastępują sód. Sam sód jest usuwany przez wodę. Ze względu na różnicę ładunków jonów wypłukiwanych jest 2 razy więcej soli niż osadzanych. Z czasem sole ulegają wymianie i żywica przestaje działać. Każda żywica ma swój własny okres działania.

Żywicę jonowymienną można umieścić w wkładach lub wlać do długiej beczki - kolumny. Wkłady są niewielkich rozmiarów i służą wyłącznie do zmniejszania twardości wody pitnej. Idealny do zmiękczania wody w domu. Kolumna jonowymienna służy do zmiękczania wody w mieszkaniu lub małym przemyśle. Oprócz wysokich kosztów kolumnę należy okresowo obciążać odzyskaną masą filtracyjną.

Jeśli w żywicy wkładu nie ma już jonów sodu, należy go po prostu wymienić na nowy, a stary wyrzucić. Przy zastosowaniu kolumny jonowymiennej żywica jest regenerowana w specjalnym zbiorniku z solanką. W tym celu należy rozpuścić sól tabletkową. Roztwór soli regeneruje zdolność żywicy do wymiany jonów.

Wadą jest dodatkowa zdolność wody do usuwania żelaza. Zatyka żywicę i czyni ją całkowicie bezużyteczną. Analizę wody należy wykonać w odpowiednim czasie!

Stosowanie innych środków chemicznych

Istnieje wiele mniej popularnych, ale skutecznych sposobów zmiękczania wody:

• soda kalcynowana lub wapno;
• polifosforany;
• antyskalanty – związki zapobiegające tworzeniu się kamienia.

Zmiękczanie wapnem i sodą

Zmiękczanie wody sodą

Metodę zmiękczania wody za pomocą wapna nazywa się wapnowaniem. Stosuje się wapno gaszone. Zawartość węglanów maleje.

Najbardziej skuteczna jest mieszanka sody i wapna. Aby zademonstrować, jak zmiękczyć wodę w domu, możesz dodać sodę kalcynowaną do wody do mycia. Weź 1-2 łyżeczki na wiadro. Dobrze wymieszaj i poczekaj, aż utworzy się osad. Kobiety w starożytnej Grecji stosowały podobną metodę, używając popiołu kuchennego.

Woda po wapnie i sodzie nie nadaje się do celów spożywczych!

Zmiękczanie polifosforanami

Polifosforany mają zdolność wiązania soli powodujących twardość. Są to duże białe kryształy. Woda przepływa przez filtr i rozpuszcza polifosforany, wiążąc sole.

Wadą jest zagrożenie, jakie polifosforany stanowią dla organizmów żywych, w tym człowieka. Są nawozem: po wejściu do zbiornika obserwuje się aktywny rozwój glonów.

Polifosforany nie nadają się również do zmiękczania wody pitnej!

Fizyczne metody zmiękczania wody

Metody fizyczne zwalczają skutki dużej twardości – kamienia. Jest to oczyszczanie wody bez użycia odczynników. Podczas jego stosowania nie dochodzi do zmniejszenia stężenia soli, a jedynie zapobiega uszkodzeniom rur i elementów grzejnych. Woda staje się miękka lub, dla lepszego zrozumienia, zmiękczona.

Wyróżnia się następujące metody fizyczne:

• wykorzystanie pola magnetycznego;
• za pomocą pola elektrycznego;
• obróbka ultradźwiękowa;
• metoda termiczna;
• zastosowanie małopunktowych impulsów prądowych.

Pole magnetyczne

Bezodczynowe zmiękczanie wody za pomocą pola magnetycznego ma wiele niuansów. Efektywność osiąga się tylko wtedy, gdy przestrzegane są pewne zasady:

• pewna prędkość przepływu wody;
• wybrane natężenie pola;
• określony skład jonowy i molekularny wody;
• temperatura wody wpływającej i wypływającej;
• czas przetwarzania;
• ciśnienie atmosferyczne;
• ciśnienie wody itp.

Zmiana dowolnego parametru wymaga całkowitej rekonfiguracji całego systemu. Odpowiedź musi być natychmiastowa. Pomimo trudności w sterowaniu parametrami, w kotłowniach stosuje się magnetyczne zmiękczanie wody.

Jednak zmiękczanie wody w domu za pomocą pola magnetycznego jest prawie niemożliwe. Jeśli chcesz kupić magnes do rurociągu, zastanów się, jak dobierzesz i zapewnisz niezbędne parametry.

Korzystanie z ultradźwięków

Ultradźwięki prowadzą do kawitacji – powstawania pęcherzyków gazu. Zwiększa się prawdopodobieństwo spotkania jonów magnezu i wapnia. Centra krystalizacji pojawiają się nie na powierzchni rur, ale w słupie wody.

Podczas zmiękczania gorącej wody za pomocą ultradźwięków kryształy nie osiągają wielkości niezbędnej do sedymentacji - na powierzchniach wymiany ciepła nie tworzy się kamień.

Dodatkowo powstają wibracje o wysokiej częstotliwości, które zapobiegają tworzeniu się kamienia nazębnego: odpychają kryształy od powierzchni.

Drgania zginające niekorzystnie wpływają na powstającą warstwę kamienia. Zaczyna rozpadać się na kawałki, które mogą zatkać kanały. Przed użyciem ultradźwięków należy oczyścić powierzchnie z kamienia.

Impulsy elektromagnetyczne

Niezawierające odczynników zmiękczacze wody wykorzystujące impulsy elektromagnetyczne zmieniają sposób krystalizacji soli. Tworzone są dynamiczne impulsy elektryczne o różnych charakterystykach. Idą wzdłuż krętego drutu na rurze. Kryształy mają postać długich półek, które trudno przymocować do powierzchni wymiany ciepła.

Podczas obróbki wydziela się dwutlenek węgla, który zwalcza istniejący kamień i tworzy warstwę ochronną na powierzchniach metalowych.

Zmiękczanie termiczne

Pierwszy raz ktoś słyszy o tej metodzie. Ale tak naprawdę wszyscy go używają od dzieciństwa. Jest to znane nam gotowanie wody.

Każdy zauważył, że po zagotowaniu wody tworzy się osad soli twardości. Kawa lub herbata przygotowywana jest z bardziej miękkiej wody niż woda z kranu.

Jak długo się gotuje? To proste: wraz ze wzrostem temperatury i jej wpływem sole twardości stają się mniej rozpuszczalne i bardziej się wytrącają. Podczas procesu ogrzewania wydziela się dwutlenek węgla. Im szybciej odparowuje, tym więcej tworzy się wapienna płytka nazębna. Szczelnie zamknięta pokrywa zapobiega wydzielaniu się dwutlenku węgla, a w otwartym pojemniku płyn szybko odparowuje.

W przypadku stosowania zmiękczania na gorąco należy pozostawić pokrywkę pojemnika lekko otwartą. Konieczne jest również zapewnienie maksymalnej powierzchni osadzania się soli, aby przyspieszyć zmiękczanie wody pitnej.

Przy twardości do 4 mEq/l zmiękczanie termiczne nie jest konieczne: sole osadzają się wolniej niż paruje woda. Pozostała woda będzie miała zwiększone stężenie wielu zanieczyszczeń.

Zmiękczanie wody oznacza proces usuwania z niej kationów powodujących twardość, tj. Ca i Mg. Zmiękczanie wody przeprowadza się następującymi metodami:

1) zmiękczanie termiczne, polegające na podgrzewaniu wody, jej destylacji lub zamrażaniu;

2) odczynnik, w którym jony twardości obecne w wodzie są wiązane przez różne odczynniki w związki praktycznie nierozpuszczalne;

3) wymiana jonowa, polegająca na filtrowaniu zmiękczonej wody przez specjalne materiały, które wymieniają zawarte w ich składzie jony sodu lub wodoru na kationy wapnia i magnezu;

4) dializa;

5) połączone, reprezentujące różne kombinacje wymienionych metod.

O wyborze metody zmiękczania wody decyduje jej jakość, wymagana głębokość zmiękczania oraz względy techniczno-ekonomiczne.

Termiczna metoda zmiękczania wody.

Zaleca się stosować przy stosowaniu wód węglanowych zasilających kotły niskociśnieniowe, a także w połączeniu z odczynowymi metodami zmiękczania wody. Opiera się na przesunięciu równowagi dwutlenku węgla podczas podgrzewania wody w kierunku utworzenia węglanu wapnia

Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓+CO 2 + H 2 O

Równowaga zostaje przesunięta na skutek spadku rozpuszczalności CO 2 spowodowanego wzrostem temperatury i ciśnienia. Gotowanie może całkowicie usunąć CO 2 i tym samym znacznie zmniejszyć twardość węglanową. Ponadto zmniejsza się twardość określona przez siarczan wapnia. Nie jest jednak możliwe całkowite usunięcie tej twardości, ponieważ węglan wapnia jest nadal rozpuszczalny w wodzie (18 mg/l). W tej metodzie stosuje się zmiękczacz termiczny. Czas przebywania w nim wody wynosi 30-45 minut.

Metody zmiękczania odczynników.

Polegają one na uzdatnianiu wody odczynnikami tworzącymi słabo rozpuszczalne związki Mg(OH) 2, CaCO 3, Ca 3 (PO 4) 2 i inne wapniem i magnezem, a następnie ich oddzielaniu w odstojnikach. Jako odczynniki stosuje się wapno, sodę kalcynowaną, wodorotlenki sodu i baru oraz inne substancje.

Zmiękczanie wody poprzez wapnowanie stosuje się przy dużej twardości węglanowej i niskiej niewęglanowej. Jako odczynnik stosuje się wapno, które w postaci zawiesiny wprowadza się do podgrzanej wody. Po rozpuszczeniu wapno wzbogaca wodę w jony OH - i Ca +2, co prowadzi do wiązania rozpuszczalnego w wodzie CO 2 z utworzeniem CO 3 -2 i przejściem HCO 3 do CO 2.

CO 2 + 2 OH - →CO 3 -2 + H 2 O; HCO3 - +OH - → CO 3 –2 + H 2 O

Wzrost stężenia CO 3 –2 w uzdatnionej wodzie i obecność w niej jonów Ca + 2, biorąc pod uwagę te wprowadzone z wapnem, prowadzi do wytrącenia CaCO 3

Ca +2 + CO 3 –2 → CaCO 3 ↓.

Aby przyspieszyć proces, stosuje się koagulację jednocześnie z wapnowaniem.

Dawkę wapna określa się według wzoru:

re ja = 28([CO 2 ] /22 +2 F k - [Ca +2 ]/20 + D k /e k + 0,5)

D k – dawka koagulantu, e – masa zastępcza substancji czynnej koagulantu,

Wyrażenie D k/e k – przyjmuje się ze znakiem – jeżeli koagulant wprowadza się przed wapnem oraz + jeżeli razem czy po.

Głębsze zmiękczenie wody można uzyskać poprzez jej podgrzanie, dodanie nadmiaru odczynnika – strącacza i wytworzenie kontaktu pomiędzy zmiękczoną wodą a powstałym wcześniej osadem.

Fosforanowanie służy do zmiękczania wody. Twardość resztkowa zmniejsza się do 0,02-0,03 mg*eq/l. Fosforanowanie zapewnia również większą stabilność wody, zmniejsza jej korozyjne działanie na metalowe rurociągi i zapobiega osadzaniu się węglanów na wewnętrznej powierzchni ścianek rur. Jako odczynniki fosforanujące stosuje się heksametafosforan sodu i tripolifosforan sodu. Metoda zmiękczania fosforanów przy użyciu fosforanu trójsodowego jest najskuteczniejszą metodą odczynnikową. Chemia procesu jest opisana równaniem:

3Ca(HCO 3) 2 /3 Mg(HCO 3) 2 + 2 Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 / Mg 3 (PO 4) 2 +6 NaHCO 3.

Zmiękczanie fosforanów przeprowadza się poprzez podgrzanie wody do 105–150 0 C. Powstałe wytrącenia Ca 3 (PO 4) 2 i Mg 3 (PO 4) 2 dobrze adsorbują koloidy i kwas krzemowy ze zmiękczonej wody, dlatego tę metodę stosuje się do przygotowania woda zasilająca kotły średnio i wysokociśnieniowe.

Zmiękczanie wody metodą dializy.

Dializa to metoda oddzielania substancji rozpuszczonych znacznie różniących się masą cząsteczkową. Opiera się na różnym tempie dyfuzji tych substancji przez półprzepuszczalną membranę, która oddziela roztwory stężone i rozcieńczone. Dializę przeprowadza się w urządzeniach membranowych z membranami z nitro- i octanu celulozy. O skuteczności membrany półprzepuszczalnej decydują wysokie wartości selektywności i przepuszczalności wody, które musi ona utrzymywać przez długi okres eksploatacji.

Magnetyczne uzdatnianie wody.

Obecnie magnetyczne uzdatnianie wody jest z powodzeniem stosowane w walce z tworzeniem się kamienia i inkrustacją. Jego istota polega na działaniu pola magnetycznego na jony soli rozpuszczalnych w wodzie. Pod wpływem pola magnetycznego następuje polaryzacja i deformacja jonów, czemu towarzyszy spadek ich uwodnienia, zwiększając prawdopodobieństwo ich zbliżenia się i powstania centrów krystalizacji. Istota tej metody polega na tym, że gdy woda przekracza linie sił magnetycznych, odkamieniacze uwalniają się nie na powierzchni grzewczej, ale w masie wody. Powstałe luźne osady usuwa się poprzez przedmuchanie.

Zmiękczanie wody poprzez kationizację.

Istota wymiany jonowej polega na zdolności wymieniaczy jonowych do pochłaniania jonów dodatnich i ujemnych z wody w zamian za równoważną ilość jonów wymieniacza jonowego. Proces uzdatniania wody metodą wymiany jonowej, w wyniku którego dochodzi do wymiany kationów, nazywany jest kationizacją.

Kationity pęcznieją w wodzie i zwiększają swoją objętość. Energię wejścia różnych kationów do wymieniacza kationowego w zależności od wielkości ich aktywności dynamicznej można scharakteryzować następującym szeregiem:

Nie< NН 4+ < К + < Мg +2 < Са +2 < Аl +3

mi p = (Q* Fi)/(a*h к), gdzie Ж i – twardość wody; Q – ilość wody zmiękczonej, m3;

a – powierzchnia filtra kationowymiennego, m2; h k – wysokość warstwy kationitu, m.

Czas działania filtra określa się według wzoru:

T k = mi r * godz k / V k * fa ja. gdzie Vk jest szybkością filtracji wody.

Organiczne wymieniacze kationowe znajdują zastosowanie w technologii uzdatniania wody. Zawierają funkcjonalne grupy chemicznie aktywne, których H + można zastąpić innymi kationami: aminy czwartorzędowe NH 3 OH, grupy sulfo HSO 3, grupy karboksylowe COOH. Grupa HSO 3 ma silne właściwości kwasowe, a COOH ma słabe właściwości kwasowe. W zależności od zawartości grup funkcyjnych wymieniacze kationowe dzielą się na słabo kwaśne i silnie kwaśne. Silne kwasy wymieniają kationy w środowisku zasadowym, obojętnym i kwaśnym, słabe kwasy wymieniają kationy tylko w środowisku zasadowym. Jakość wymieniaczy kationowych charakteryzuje się ich właściwościami fizycznymi, odpornością chemiczną i termiczną oraz roboczą zdolnością wymiany. Skład frakcyjny charakteryzuje właściwości użytkowe wymieniacza kationowego. Robocza pojemność wymienna zależy od rodzaju ekstrahowanych kationów, proporcji soli w wodzie zmiękczonej, pH, wysokości warstwy kationitu, objętości filtra, trybu pracy i jednostkowego zużycia regeneratora.

Kationizacja sodu.

Metodą tą zmiękcza się wodę o zawartości zawiesiny n/b 8 mg/l i barwie n/b 30 0. Kationizacja jednostopniowa obniża twardość wody do 0,05–0,1, kationizacja dwustopniowa – do 0,01 mg *równoważnik/l. Proces kationizacji sodu opisano następującymi równaniami:

2 Na[K] + Ca(HCO 3) 2 / Mg(HCO 3) 2 ↔Ca[K] 2 / Mg[K] 2 +2 NaHCO 3

2 Na[K] + CaCl 2 / Mg Cl 2 ↔Ca[K] 2 / Mg[K] 2 + 2 NaCl, gdzie [K] oznacza nierozpuszczalną matrycę polimerową.

Po wyczerpaniu się roboczej zdolności wymiennej wymiennika kationowego traci on zdolność zmiękczania wody i wymaga regeneracji.

Proces zmiękczania wody przy użyciu filtrów kationowymiennych składa się z następujących operacji:

Filtrowanie wody przez warstwę żywicy kationowymiennej do momentu osiągnięcia w filtracie maksymalnej dopuszczalnej twardości;

Rozluźnienie warstwy kationitu przy wznoszącym się przepływie wody;

Opróżnienie poduszki wodnej, aby uniknąć rozcieńczenia roztworu regeneracyjnego;

Regeneracja żywicy kationowej poprzez przefiltrowanie odpowiedniego roztworu;

Mycie wymiennika kationowego.

Wybór metody podyktowany jest wymaganiami stawianymi wodzie zmiękczonej, właściwościami wody źródłowej oraz względami techniczno-ekonomicznymi. Regenerację przeprowadza się za pomocą 5% roztworu chlorku sodu w ilości 1,2 m 3 roztworu na 1 m 3 żywicy, następnie pozostałą ilość w postaci 8% roztworu. Proces regeneracji opisuje następująca reakcja:

Ca[K] 2 / Mg[K] 2 + 2 NaCl↔2 Na[K] + CaCl 2 / Mg Cl 2

Chlorek sodu stosowany jest ze względu na jego dostępność, niski koszt, a także dlatego, że wytwarza wysoce rozpuszczalne sole CaCl 2 i MgCl 2, które można łatwo usunąć za pomocą roztworu regeneracyjnego i wody.

Zmiękczanie wody wodorowo-kationowo-sodowej.

Uzdatnianie wody metodą H-kationizacji polega na jej przefiltrowaniu przez warstwę kationitu zawierającego wodór jako jony wymienialne.

2 H[K] + Ca(HCO 3) 2 / Mg(HCO 3) 2 ↔Ca[K] 2 / Mg[K] 2 +2H 2 O +CO 2

2H[K] + NaCl↔2 Na[K] + HCl; 2 Н[К] + Na 2 SO 4 ↔2 Na[К] + Н 2 SO 4

Podczas H-kationizacji wody jej pH znacznie spada, na skutek powstawania kwasów w filtracie. CO2 uwolniony podczas kationizacji H można usunąć poprzez odgazowanie, a kwasy mineralne pozostaną w roztworze w ilościach równoważnych zawartości SO 4 -2 i Cl - w wodzie źródłowej. Z powyższych reakcji jasno wynika, że ​​zasadowość wody nie zmienia się podczas wymiany jonowej. Dlatego mieszając proporcjonalnie filtrat kwaśny po filtrach kationowymiennych H z filtratem zasadowym po filtrach kationowymiennych Na, można uzyskać wodę zmiękczoną o różnej zasadowości. Na tym polega istota i zalety H-Na – kationizacja. Stosuje się kationizację równoległą, sekwencyjną i mieszaną Н-Nа. Równolegle 1 część wody przechodzi przez filtr N-kationowymiennego, druga przez filtr H-kationowymiennego. Powstałe wody miesza się w takich proporcjach, aby zasadowość nie przekraczała 0,4 mg*eq/l. W przypadku filtrowania sekwencyjnego część wody przepuszczana jest przez filtr N-kationowymienny, następnie mieszana z resztą wody i podawana do filtra N-kationowymiennego. Umożliwia to pełniejsze wykorzystanie zdolności wymiennej wymieniacza kationowego H i zmniejszenie zużycia kwasu na regenerację. Kationizację mieszaną prowadzi się w jednym filtrze, obciążonym od góry wymiennikiem kationowym H, a od dołu wymiennikiem kationowym Na.

Wiele osób słyszało o zmiękczaniu twardej wody i próbuje zamówić zmiękczacz do uzdatniania wody. Czy jest to takie ważne i konieczne?

Fizjologiczna norma twardości jest określona w SanPiN 2.1.4.1116-02 dla wody butelkowanej i wynosi od 1,5 do 3,5 mmol/l. Urządzenia gospodarstwa domowego wymagają jeszcze bardziej miękkiej wody, aby zapobiec tworzeniu się kamienia.

Istnieją dwa rodzaje twardości:
Węglan (tymczasowy)- nazwany, ponieważ eliminuje się go przez gotowanie.
Niewęglanowy (trwały)- nazywany, ponieważ podczas gotowania twardość nie jest eliminowana, ale po odparowaniu na ściankach naczynia tworzy się jasnobiały, słabo rozpuszczalny osad, taki jak siarczan wapnia lub magnezu, w postaci kamienia. Sole MgCl2, CaCl2, MgSO4 zawarte w wodzie przy stałej twardości powodują korozję konstrukcji stalowych i przyspieszają zużycie urządzeń do podgrzewania wody i ogrzewania. W przypadku stosowania twardej wody w urządzeniach do podgrzewania wody i urządzeniach grzewczych powstaje kamień z węglanów wapnia i magnezu, gipsu i innych soli osadzanie się kamienia utrudnia podgrzanie wody i powoduje wzrost zużycia energii elektrycznej i paliw.

W twardej wodzie mięso, warzywa i zboża nie gotują się dobrze, a herbata nie zaparzy się dobrze. Podczas prania tkanin (jak podczas mycia włosów) powstałe nierozpuszczalne związki osadzają się na powierzchni nici i stopniowo niszczą włókna.

Zmiękczanie wody to proces usuwania z niej kationów twardości, tj. wapnia i magnezu.

Metoda termiczna polega na podgrzaniu wody do temperatury wyższej od jej wrzenia, destylacji lub zamrożeniu w celu wyeliminowania węglanu wapnia i węglanu magnezu. Dzięki zastosowaniu tej metody twardość resztkowa wody nie przekracza 0,7 mmol/l. Dlatego metodę termiczną stosuje się dla potrzeb technicznych, w szczególności przy wykorzystaniu wody zasilającej kotły niskociśnieniowe, a także w połączeniu z metodami odczynowymi.

Podczas zmiękczania wody metody odczynnikowe stosują odczynniki, które w reakcji z wapniem i magnezem tworzą słabo rozpuszczalne związki, które następnie oddzielają się w iluminatorach, osadnikach cienkowarstwowych i filtrach oświetleniowych. Jako odczynniki strącające stosuje się wapno, sodę kalcynowaną, wodorotlenki sodu i baru oraz inne substancje. Wybór odczynników zależy od jakości wody źródłowej i warunków jej dalszego wykorzystania. W przypadku stosowania metod odczynnikowych twardość resztkowa wody wyniesie do 0,7 mg/l. Zgodnie z zaleceniami „Przepisów i przepisów budowlanych” (SN i P) metody odczynnikowe stosuje się głównie do zmiękczania wód powierzchniowych, gdy wymagane jest również klarowanie wody.

Zmiękczanie wody w oparciu o różne szybkości dyfuzji tych substancji przez półprzepuszczalną membranę, oddzielając roztwory stężone i rozcieńczone. Zmiękczanie wody metodą dializy przeprowadza się w urządzeniach membranowych z membranami z folii nitro i octanu celulozy. W wyniku zastosowania tej metody twardość resztkowa wody będzie wynosić do 0,01 mg/l i mniej. Negatywną stroną metody dializy jest wysoki koszt urządzeń membranowych.

Magnetyczne uzdatnianie wody- stosowany do zwalczania tworzenia się kamienia. Istota tej metody polega na tym, że gdy woda przekracza linie sił magnetycznych, odkamieniacze uwalniają się nie na powierzchni grzewczej, ale w masie wody. Powstałe luźne osady (szlam) usuwa się poprzez przedmuch.

Otrzymał największe praktyczne zastosowanie metoda wymiany jonowej zmiękczanie wody. Istota metody wymiany jonowej polega na zdolności materiałów jonowymiennych (wymienników jonowych) do pochłaniania jonów dodatnich lub ujemnych z wody w zamian za równoważną ilość jonów wymieniacza jonowego. W zależności od składu wyróżnia się kationity mineralne i organiczne, które z kolei dzielą się na substancje pochodzenia naturalnego i sztucznego. W technologii uzdatniania wody szeroko stosowane są organiczne kationity sztucznego pochodzenia, tzw. żywice jonowymienne. Jakość żywic jonowymiennych charakteryzuje się ich właściwościami fizycznymi, odpornością chemiczną, termiczną, wydajnością roboczą itp. W instalacjach do zmiękczania wody żywice jonowymienne stosowane są w oparciu o wykorzystanie żywicy kationowymiennej w formie Na i anionu. żywica wymienna w formie Cl, tj. wykorzystuje metodę jonizacji sodowo-chlorowej. Metoda ta składa się z następujących etapów: kationizacja sodu i kationizacja chloru. Na etapie kationizacji sodu jony wapnia i magnezu, które nadają wodzie twardość, zastępowane są jonami sodu.

W efekcie uzdatniona woda ulega zmiękczeniu, a wapń i magnez tworzą nierozpuszczalny polimer. Kiedy woda kationizowana sodem przepuszczana jest przez anion chloru, zachodzą reakcje wymiany anionów zawartych w wodzie kationizowanej Na na jony chloru i zmniejsza się zasadowość uzdatnionej wody. Aby przywrócić właściwości żywicy jonowymiennej (regeneracja), stosuje się roztwór soli kuchennej. W ten sposób osiąga się głębokie zmiękczenie wody (do 0,03...0,05 mmol/l). Przy stosowaniu metody jonizacji sodowo-chlorowej zużywa się tylko jeden odczynnik - sól kuchenną, nie jest wymagane zabezpieczenie antykorozyjne urządzeń, rurociągów i specjalnej armatury, zmniejsza się ilość urządzeń oraz kontrola pracy i pracy stacji zmiękczania wody jest uproszczone. Rezultatem jest zwiększona niezawodność i obniżony koszt zmiękczacza wody. Po prostu pij cały czas ten zmiękczony

Panuje powszechne przekonanie, że wodę z głębokich warstw wodonośnych można pić bez wcześniejszego przygotowania. Rzeczywiście woda z nich jest znacznie czystsza niż z wody źródlanej, jednak zawiera również zanieczyszczenia, których obecność może negatywnie wpłynąć na zdrowie człowieka i działanie sprzętu. Aby szczegółowo zrozumieć zagadnienie, skontaktujmy się ze specjalistami działu systemów uzdatniania wody firmy BIICS.

Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem. Będąc w stałym kontakcie ze skałami, jest nasycony substancjami, z których te skały się składają. Z biegiem czasu gromadzi się ogromna liczba związków. Skład wody zależy od rodzaju skały, w której przechodzi warstwa wodonośna. Moskwa i obwód moskiewski charakteryzują się wysoką zawartością soli twardości węglanowej i związków żelaza.

Długotrwałe spożywanie wody o podwyższonej twardości prowadzi do odkładania się kamienia w nerkach (kamienie), w wyniku kontaktu skóra i włosy stają się suche. Podczas ogrzewania związki wytrącają się, tworząc twardą powłokę, trudną do usunięcia. Elementy grzejne stają się bezużyteczne, rury i węże zatykają się, a tempo zużycia ruchomych części sprzętu wzrasta.

Nadmierną twardość można określić:

• naocznie: powstawanie osadu na armaturze i elementach grzejnych (w czajniku, na elementach grzejnych pralek i zmywarek, bojlerach);
• do smaku: w porównaniu do wody butelkowanej o znanej twardości;
• na pienieniu: w twardej wodzie powstaje mniej piany i większe jest zużycie detergentów;
• w laboratorium.

Zmiękczanie wody polega na obniżeniu stężenia soli powodujących twardość i doprowadzeniu tych wskaźników do zalecanych wartości.

Normy twardości wody

W zależności od stężenia soli twardościowych wodę dzielimy na:

• miękki - zawartość soli nie większa niż 2 mEq/l;
• normalna - zawartość soli w granicach 2 - 4 mEq/l;
• twardy - zawartość soli w zakresie 4 - 6 mEq/l;
• wysoka twardość - zawartość soli powyżej 6 mEq/l.

Rosyjska norma regulująca jakość wody pitnej ustala dopuszczalną wartość stężenia soli twardościowych na poziomie 7,0 mEq/l. Podczas gdy WHO ustala ten wskaźnik na 2,5 mEq/l, EWG przyjęła normę na poziomie 2,9 mEq/l. Tym samym dopuszczalne jest dostarczanie w Rosji bardzo twardej wody pitnej jako wody z kranu, dwukrotnie przekraczającej zalecenia WHO.

Metody zmiękczania wody

Termiczny

Inaczej mówiąc – gotowanie. Wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalny wodorowęglan wapnia (najczęstszy związek powodujący twardość) rozkłada się na nierozpuszczalny węglan wapnia i dwutlenek węgla. Część nierozpuszczalna wytrąca się, a gaz odparowuje. Gotowanie częściowo zmniejsza stężenie siarczanu wapnia. Metoda termiczna jest najbardziej dostępna w domu, ale nie najwygodniejsza i ma niską wydajność. Ponadto nie nadaje się do związków magnezu.

Membrana

Do zmiękczania wody w ten sposób wykorzystuje się membrany molekularne, które przepuszczają jedynie cząsteczki wody, usuwając większość zanieczyszczeń (nawet do 98%). Tak działają filtry odwróconej osmozy.

Nie ma potrzeby pić zanieczyszczonej wody ze względu na zawarte w niej rzekomo korzystne sole. O wiele lepiej jest odżywiać organizm tymi samymi substancjami, które znajdują się w zwykłej żywności. Właściwie ludzkość spędza całe swoje życie spożywając je w chlebie, mleku, mięsie, rybach, warzywach i owocach. Na przykład szklanka mleka zawiera setki razy więcej samego wapnia niż szklanka wody z kranu. W niektórych przypadkach instaluje się mineralizator, aby w ten sposób przygotować wodę pitną.

Substancja chemiczna (odczynnik)

Istota metody polega na przekształceniu związków rozpuszczalnych w nierozpuszczalne. W tym celu stosuje się różne odczynniki w zależności od przewagi tego czy innego rodzaju soli w wodzie. Do soli typu węglanowego stosuje się wapno, związki sodu, sodę oraz związki syntetyczne, takie jak fosforan trójsodowy. W efekcie woda ulega zmiękczeniu, ale ze względu na obecność odczynników nie może być spożywana jako żywność.

Magnetyczny

Na wodę wpływa indukowanie stałego pola magnetycznego. Przejście przez pole magnetyczne zmienia strukturę soli twardości. Cząsteczki przestają się łączyć po podgrzaniu i nie tworzą osadu, a także rozluźniają warstwę istniejącego kamienia, który rozpuszcza się w wodzie. Metoda ta nie zmniejsza stężenia soli, ale zapobiega ich osadzaniu się w postaci osadu. Woda ta dobrze nadaje się do celów domowych: rury, urządzenia pompujące i elementy grzejne wytrzymają dłużej. Wodę można skutecznie zmiękczać za pomocą magnesów jedynie w małych objętościach i przy prędkościach przepływu nie większych niż 0,5 m/s. Zmiękczacz magnetyczny zmniejsza również zawartość żelaza.

Elektromagnetyczny

Jest to ulepszona wersja magnetyczna z tą różnicą, że nadmiar soli nie tylko traci zdolność do wytrącania się, ale także jest usuwany przez studzienkę do kanalizacji.

Wymiana jonowa

Istotą metody jest zastąpienie jonów wapnia i magnezu jonami sodu, których związki są rozpuszczalne i nie mają negatywnego wpływu na zdrowie i sprzęt.

Nowoczesne systemy oczyszczania wody pitnej często łączą kilka metod, które polegają na analizie wody ze studni. Specjalista od uzdatniania wody może pomóc Ci określić, jaki rodzaj zmiękczacza jest potrzebny w Twojej sytuacji. W przypadku studni artezyjskich w regionie moskiewskim, gdzie dominują węglany, zaleca się instalowanie zmiękczaczy wody typu jonowymiennego.

Strukturalnie urządzenie jest plastikowym pojemnikiem, do którego wlewa się polimerową żywicę jonowymienną w postaci granulek, zdolną do uwalniania jonów sodu i absorbowania jonów wapnia i magnezu. Woda wpływająca do cylindra powoli przechodzi przez żywicę, na której zachodzi reakcja wymiany. Gdy stężenie jonów sodu w żywicy spadnie, należy przeprowadzić proces płukania i regeneracji. W tym celu do butli podłączony jest zbiornik soli, z którego dostarczany jest roztwór chlorku sodu. Procesem steruje automatyczna jednostka sterująca. Podczas płukania odcinany jest dopływ zmiękczonej wody, dlatego programowana jest regeneracja w nocy. Jeżeli woda zbiera się w sposób ciągły, zaleca się montaż dwóch cylindrów i naprzemienne rozpoczynanie regeneracji. Okresowo, średnio co 3-4 lata, żywicę należy wymieniać, ponieważ liczba cykli jej renowacji jest ograniczona. Wydajność systemu zależy od objętości ładunku w cylindrze.

Artykuł powstał przy udziale specjalistów z zakładowego działu systemów uzdatniania wody