Лекция 5 Стабилизация воды систем водоснабжения

Вода, в которой соблюдается карбонатное равновесие, стабиль­на, она не изменяет своего состава при контакте с карбонатами и строительными материалами.

Вода, содержащая избыток свободной угольной кислоты над равновесной, агрессивна; при контакте с бетоном или карбонатами она растворяет их согласно системе уравнений:

С0₂ + 2Н₂0 <-> Н₃0⁺ + НС

СаС0₃ + Н₃0⁺ + НС <-> Са²⁺ + 2НС + Н₂0;

Са(ОН)₂ + 2Н₃0⁺ + 2НС <-> Са(НС0₃)₂ + ЗН₂0.

Вода, имеющая сверх равновесное содержание гидрокарбонатов, т.е. повышенную щелочность, нестабильна: карбонатное равновесие в такой воде смещается в сторону разложения гидрокарбонатов. При наличии ионов Са²⁺ и Мg²⁺ в воде наблюдаются образование карбонатов и осадкообразование на стенках аппаратуры:

Са²⁺ + 2НС <-> СаС0₃ + С0₂.

Определение агрессивной угольной кислоты в воде проводится сопоставлением щелочности воды до и после ее контакта с кар­бонатом кальция. При наличии в воде агрессивной угольной кис­лоты происходит растворение карбоната кальция — образуется гидрокарбонат, что повышает щелочность воды. При взаимодей­ствии 1 мг свободной С0₂ с карбонатом кальция в воду поступает 0,91 мг Са²⁺ и 2,77 мг НС .

Стабильность воды оценивают по методу Ланжелье, основан­ном на том, что значению рН соответствует количество свободной угольной кислоты, находящейся в равновесии с другими ее фор­мами. Величину рН, соответствующую равновесному насыщению воды карбонатом кальция рНs, вычисляют по номограмме (рис. 5.2.1) или по формуле:

рНs = рК2 - рПР_СаСОз - lg[Са²⁺] - lgЩо + 2,5 + 7,6,

где рК2 — отрицательный логарифм константы 2-й ступени дис­социации угольной кислоты; рПР_СаСОз — отрицательный логарифм произведения растворимости; [Са²⁺] — концентрация ионов Са²⁺, мг/л; Що — общая щелочность, мг-экв/л; I — ионная сила воды.

Индекс насыщения — индекс Ланжелье — это разность между рН_исх исследуемой воды и рНs— равновесного насыщения воды карбонатом кальция:

При положительном значении индекса Ланжелье I > О, когда p> pHs, вода нестабильна и способна к образованию карбо­натных отложений. При отрицательном значении индекса Ланжелье I < 0, когда рН_исх < pHs, вода имеет повышенную кис­лотность, т.е. агрессивна, и способна растворять соединения — коррозионноактивна.

Рис. 2. Номограмма расчета рН равновесного насыщения

I=p-pHs.

Для стабильной воды имеет место p=pHs и индекс Ланжелье для них равен 0. Практически вода считается стабильной при-0,3< I< +0,3.

Стабильность воды может характеризоваться показателями ста­бильности С.

Основной показатель стабильности — С_осн — отношение ще­лочности исходной воды Щ_исх к щелочности воды, насыщенной карбонатом кальция :

С_осн=.

Вспомогательный показатель стабильности — — отноше­ние рН исходной воды рН_исх к рН воды, насыщенной карбонатом кальция р:

.

При С = 1, т.е. рН_исх = рН_нас — вода стабильна;

при С > 1 вода нестабильна;

при С < 1 вода агрессивна.

Стабилизация воды, содержащей агрессивную угольную кис­лоту, производится повышением щелочности воды действием из­вести, гидроксида и карбоната натрия. Агрессивную воду стаби­лизируют, фильтруя ее через слой известняка, мрамора, природ­ного и полуобожженного доломита — магномассы, Процесс обработки воды карбонатом кальция описывается схемой уравне­ний.

С0₂ + 2Н₂0 <-> Н₃0⁺ + НС0₃-;

СаС0₃ + Н_эО⁺ <-> Са²⁺ + НС0₃^_ + Н₂0.

При фильтровании воды через слой магномассы происходит взаимодействие оксида магния с угольной кислотой:

Мg0 + 2Н_эО⁺ <-> Мg²⁺ + ЗН₂0.

Стабилизацию коррозионноактивных вод производят путем снижения щелочности при обработке кислотами (соляной, серной) или насыщения диоксидом углерода — карбонизация:

нсо₃- + н₃о⁺ <-> 2н₂о + со₂ <-> н₂со₃ + н₂о.

Следует иметь в виду, что стабилизация воды диоксидом угле­рода не доводит состояние воды до равновесного, так как значи­тельная растворимость последнего и равновесная с ним угольная кислота делают воду всегда кислой.