Умягчение воды методами осаждения

Умягчением называется процесс обработки воды, в результате которого из нее удаляются катионы жесткости Са²⁺ и Mg²⁺. Наибольшее распространение в настоящее время получили три основных метода: термический, реагентный (осаждение) и катионирование (ионный обмен).

Выбор того или иного метода снижения жесткости определяется качеством исходной воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями.

К методам умягчения воды осаждением относятся: известкование, содоизвесткование, едконатровый метод. Они основаны на обработке воды реагентами, анионы которых образуют с катионами Са²⁺ и Мg²⁺ малорастворимые соединения: СаСо₃, Мg(ОН)₂, и т.д. с последующим их отделением в осветлителе и осветлительном фильтре.

Так как образующиеся вещества – карбонат кальция и гидроокись магния мало, но все же растворимы в воде, причем их растворимость находиться в обратной зависимости от концентрации в обрабатываемой воде ионов , то остаточная жесткость воды может быть понижена тем больше, чем выше избыток введенных реагентов–осадителей.

Известкование. Обработка воды известью была известна давно и ранее применялась для умягчения воды при подпитке котлов низкого давления. Учитывая параметры современных котлоагрегатов, этот метод используется теперь только на стадии предварительной очистки, для улучшения работы ионообменной части ВПУ.

Данный метод заключается в дозировании в обрабатываемую воду суспензии извести, при гашении которой происходит гидратация окиси кальция

(2.29)

Следующей стадией реакции является диссоциация гидрата окиси кальция

(2.30)

С учетом содержащихся в воде растворенных примесей, протекают следующие реакции:

(2.31)

(2.32)

(2.33)

(2.34)

(2.35)

Известкование исходной воды осуществляется для декарбонизации (связывания СО₂), снижения щелочности (карбонатной жесткости), частичного умягчения и снижения солесодержания. При использовании поверхностных вод с карбонатной жесткостью более 2мг-экв/кг обычно совмещают известкование с коагуляцией. При этом происходит более полное удаление взвешенных и органических веществ, соединений кремния и железа.

Известкование целесообразно применять при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости, или в случаях, когда не требуется удаления из воды солей некарбонатной жесткости.

Теоретическая глубина умягчения воды известкованием определяется растворимостью СаСО₃ и Мg(ОН)₂ и зависит от температуры ведения процесса. Практически не удается добиться получения жесткости известкованной воды ниже 1 мг-экв/кг.

Содоизвесткование. При известковании общая жесткость воды, как указывалось выше, снижается только на величину ее карбонатной составляющей, т.к. перевод -ионов в труднорастворимую форму происходит лишь в той мере, в какой образуются ионы в результате разрушения ионов . Для более полного умягчения в воду необходимо дополнительно ввести ионы , а так же увеличить дозировку ионов , чтобы перевести в труднорастворимую форму по возможности все ионы . Это достигается содоизвесткованием, когда вместе с известью в воду дозируют кальцинированную соду . Вследствие чего, кроме реакций (2.15-2.19), приведенных в разделе известкование, происходит удаление солей и кальциевой некарбонатной жесткости:

(2.36)

(2.37)

При этом способе предочистки Ж^ост  0,30,4 мг-экв/кг и вода с такими показателями без дополнительной обработки может быть использована в испарителях, паропреобразователях, водогрейных котлах, в тепловых сетях.

Содоизвесткование с коагуляцией признано наиболее совершенной схемой обработки исходной воды среднего качества на предочистке (Ж_о = 45 мг-экв/кг; Щ_о = 3,54,5 мг-экв/кг, S = 400500 мг/л, окисляемость до 1015 мг О₂/л). Кроме того, в настоящее время содоизвесткование нашло широкое применение в проектах ВПУ с запрещенным сбросом сточных вод.

При проведении этих процессов избытки реагентов ограничивают, исходя из величины допустимой щелочности воды и по соображениям экономии реагентов. Рекомендуемые пределы: избыток извести не должен превышать 0,2-0,35 мг-экв/кг, а соды - 1 мг-экв/кг.

Едконатровый метод. Гидроксильные ионы могут быть введены в обрабатываемую воду не только с известью, но и с едким натром . При данном способе умягчения из воды удаляются практически все виды жесткости и происходит декарбонизация воды по реакциям:

. (2.38)

. (2.39)

. (2.40)

. (2.41)

. (2.42)

Преимущества едконатрового метода умягчения перед содоизвестковым очевидны. Использование одного реагента позволяет перевести в труднорастворимую форму все виды солей жесткости. Едкий натр легко растворим в воде, что существенно упрощает системы приготовления и дозирования его растворов.

Применение данного метода умягчения воды сдерживается высокой стоимостью щелочи NaOH (NaOH в 3-4 раза дороже извести). Эффективность обработки соответствует содоизвесткованию. Все процессы осаждения и коагуляции проводят в специальном аппарате – осветлителе.