3. Очистка воды методом осаждения

3.1. Известкование воды

Применяется для снижения щелочности (декарбонизации) исходной воды, одновременного уменьшения жесткости, сухого остатка, удаления ГДП, соединений железа. Осуществляется введением в воду гашеной извести Са(ОН)₂.

При этом протекают следующие процессы:

1. диссоциация Са(ОН)₂:

( 1) Са(ОН)₂ Са²⁺ + ОН^-

повышение рН

2) гидратация свободной углекислоты с образованием и диссоциацией Н₂СО₃:

СО₂ + Н₂О Н₂СО₃ (гидратация)

Н₂СО_{3 _} + ОН^- НСО₃^- + Н₂О

НСО₃^- + ОН^- СО₃^2- + Н₂О (диссоциация)

Н₂СО₃ + 2ОН^- СО₃^2- + 2 Н₂О

Суммарно эту стадию можно выразить:

( 2) СО₂ + Н₂О + 2ОН^- СО₃^2- + 2Н₂О

(так как на первой стадии рН увеличивается, то равновесие в реакции (2) смещено вправо)

3) диссоциация НСО₃^- (бикарбонат – ионов, обуславливающих щелочность природной воды):

( 3) НСО₃^- + ОН^- СО₃^2- + Н₂О

4. Так как на второй и третьей стадиях вся свободная углекислота и НСО₃^- - ионы переведены в СО₃^2- - ионы, то в результате достигается величина (4,3 · 10^-9) и происходит реакция:

( 4) Са²⁺ + СО₃^2- СаСО₃↓

Если к воде добавлено извести больше, чем необходимо для превращения СО₂ и НСО₃^- в СО₃^2-, то есть имеется избыток ОН^- - ионов, то возможно также достижение (5,5 · 10^-12) и образуется малорастворимое соединение – гидроксид магния:

( 5) Мg²⁺ + 2ОН^- Мg(ОН)₂↓

При совмещении процессов коагуляции и известкования (а на АЭС при предварительной подготовке воды применяют именно совмещение этих процессов) протекает реакция:

( 6) 4FеSО₄ + О₂ + 2Н₂О + 8 ОН^- 4 Fе(ОН)₃ + 4 SО₄^2-

Как видно из (6), использование солей Fе (II) связано с дополнительным расходом ОН^- - ионов, что должно быть учтено при выборе дозы извести.

3.2. Расчет дозы извести для практического использования

Как следует из рассмотренных выше реакций, снижение щелочности происходит в результате образования трудно растворимого СаСО₃, для чего эквивалентное количество Са²⁺, содержащегося в исходной воде и внесенного с известью, должно быть не меньше, чем количество образующихся ионов СО₃^2-.

Ионы СО₃^2- образуются по реакциям (2) и (3), причем по реакциям (3) из одного одновалентного иона НСО₃^- образуется один двухвалентный ион СО₃^2-. В эквивалентном соотношении получается, что на образование 1 мг-экв/кг ионов СО₃^2- требуется 2 мг-экв/кг ионов НСО₃^-. В реакции (2) количество образовавшихся ионов СО₃^2- равно (в эквивалентном отношении) количеству свободной углекислоты СО₂.

Таким образом, суммарное количество образовавшихся ионов СО₃^2- равно:

, (7)

- остаточная бикарбонатная щелочность известкованной воды при определенном рН.

Ионы Са²⁺ содержатся в исходной воде (Ж_Са), а также поступают с известью в количестве, равном количеству ионов ОН^- (в эквивалентном соотношении), то есть