6.2.2. Известково-содовый метод.
Известь связывает бикарбонатные ионы, переводя их в карбонатные. Если доза извести больше содержания бикарбонатных ионов, то остаточная жесткость перестает уменьшаться, так как магниевая жесткость начинает переходить в кальциевую:
МgСl2 +Са(ОН)2→ Мg(ОН)2+СаСl2.
Если же в воду добавить соду, то СаСl2 переводится в осадок:
СаСl2+Nа2СО3→ СаСО3↓+2 NаСl.
В результате остаточная жесткость снизится до 0,5-1,0 мг-экв/л, а щелочность – до 0,8-1,2 мг-экв/л.
Дозы извести и соды зависят от соотношения концентрации Са и карбонатной жесткости и определяются как функция содержания углекислого газа, карбонатной жесткости, дозы коагулянтов и Са2+.
Умягчение происходит в две стадии:
химическая реакция- это быстрая стадия,
хлопьеобразование - медленная стадия.
Для интенсификации хлопьеобразования используют следующие способы:
подогрев воды до 35-400С, так как при этом уменьшается растворимость солей жесткости,
контакт с ранее образовавшимися хлопьями в осветлителях со взвешенным осадком,
повышение дозы коагулянта.
Технологическая схема умягчения воды известкованием включает следующие сооружения:
реагентное хозяйство.
Смесители.
Осветлители специальной конструкции (с поддонным осадкоуплотнителем).
Фильтры.
Если вода достаточно чистая, то вместо осветлителей применяют вихревые реакторы. Для этого должны выполняться условия - Са2+/20>Жк, концентрация магния – до 15мг/л, перманганатная окисляемость - до10 мг/л.
Контактная масса- это молотый известняк, размолотая крупка карбоната кальция, выгруженная из реактора, или мраморная крошка размером 0,2-0,3 мм. Количество загружаемой контактной массы-10 кг/м3. Коагулянт в этом сооружении не нужен. Расчетные параметры для проектирования: ввод воды со скоростью 0,8-1,0 м/ч, скорость в верхней части- 4-6 мм/с, угол конусности-15-200. Такие сооружения намного дешевле осветлителей и, кроме того, выделяющуюся в реакторе крупку можно обжигать и использовать повторно для получения извести.
При использовании осветлителей вода в коридоры подается сверху опускными трубами (одна труба на 20м2), доступными для очистки от карбоната кальция (здесь вероятность зарастания повышенная).
В скорых фильтрах используют загрузку из песка или антрацита диаметрами 0,5-1,25мм с коэффициентом неравномерности 2,0-2,2 высотой 0,8-1,2 м; скорость фильтрования – до 6,0 м/ч. возможно использование двухслойных фильтров. При любой конструкции фильтров необходимо предусматривать поверхностную промывку загрузки. Необходимость такой промывки обусловлена образованием карбонатной пленки на поверхности слоя.
6.2.3. Фосфатный метод.
Применяется в сочетании с известковым и известково-содовым методами для снижения остаточной жесткости. Реагенты – тринатрийфосфат или динатрийфосфат, образующие малорастворимые фосфорнокислые соли кальция и магния - Са(РО4)2 и Мg(РО4)2. При температуре 100 0С остаточная жесткость воды 0,04-0,05 мг-экв/л.
6.2.4. Бариевый метод.
Метод применяют только для технического водоснабжения. Здесь используют карбонат бария, углекислый барий или гидроокись бария. В этом методе снижается и сульфатная жесткость, однако необходимо одновременное применение извести или соды. Из-за высокой стоимости реагентов метод применяют редко.
6.2.5. Термохимическое умягчение.
Метод применяют при температуре воды более 100 0С. используют следующие реагенты - известь или сода, фосфаты. Целесообразно его применение при подготовке воды для котлов, так как здесь используется тепло, отводимое от котла в виде пара.
7. УМЯГЧЕНИЕ воды катионированием.
Ионный обмен- это свойство некоторых веществ отдавать свои катионы или анионы в обмен на катионы или анионы, содержащихся в растворе солей. Для умягчения используются именно катиониты, так как кальций и магний являются катионами.
Катиониты классифицируют следующим образом:
природные - минеральные и органические,
искусственные – также бывают минеральные и органические.
Природные минеральные катиониты - глауконит, волконсит и другие алюмосиликаты натрия, кальция и магния. Природные органические катиониты – гумус, бурые угли, торф и другие вещества, содержащие соли органических кислот. Искусственные минеральные получают обжигом предварительно обезвоженных алюмосиликатов, которые сушат и дробят. Самый дешевый органический катионит – сульфированный уголь (сульфоуголь). Однако его обменная емкость (главный технологический параметр) невелика и поэтому за рубежом его не применяют. искусственные катиониты КУ-1 и КУ-2 изготовляют на основе полимеров.
В зависимости от вида активной группы катиониты делятся на два класса:
сильнокислотные (сульфатная группа);
слабокислотные (карбоксильная группа).
Наиболее распространенный вид катионитов – сильнокислотные, которые получают обработкой химически инертных зерен полистирола концентрированной серной или хлорсульфатной кислотой. Сильнокислотные катиониты работают в любой среде, а слабокислотные – только в щелочной (при рН> 7.0).