Известкование воды

Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспезией гашеной извести Са(ОН)₂, называемой известковым молоком. Основное назначение известкования – снижение щелочности обрабатываемой воды; при этом происходит частичное снижение общей жесткости обрабатываемой воды, солесодержания, кремнийсодержания, концентрации соединений железа и одновременно из воды удаляются ГДП.

Сущность процесса известкования состоит в том, что при вводе извести достигается повышение рН обрабатываемой воды до значения 9,5 – 10,3, при котором бикарбонаты и равновесная углекислота СО₂ переходят в карбонат-ионы . С учетом присутствия в обрабатываемой воде ионов кальция и образовавшихся карбонат-ионов произведение их концентраций становится больше произведения растворимости СаСО₃, поэтому из воды выделяется труднорастворимый карбонат кальция.

В упрощенном виде при известкования протекают следующие реакции:

1) при вводе извести происходит её диссоциация, приводящая к повышению рН

(1)

2) в воде появляются ионы ОН^-, которые связывают свободную углекислоту переводя ее в карбонат-ионы

(2)

3) происходит диссоциация гидрокарбонатных ионов (бикарбонатов) с переводом их в карбонаты

(3)

причем по реакции (3) из одного одновалентного иона образуется один двухвалентный ион , ав эквивалентных единицах концентрация образовавшихся будет в два раза больше концентрации разрушаемых ионов;

4) выделение в осадок почти нерастворимого СаСО₃ происходит при достижении произведения растворимости по карбонату кальция, так как в воде есть кальций, как содержащийся в исходной воде, так и введенный с известью, и вновь образованные карбонаты

; (4)

5) при превышении дозы извести над её количеством, необходимым для образования карбонатов в воде, появляется избыток ионов ОН^- и может быть превышено произведение растворимости с переводом магния в твердую фазу в виде Мg(ОН)₂

(5)

При совмещении процессов известкования и коагуляции в качестве коагулянта используют обычно сульфат двухвалентного железа в дозировке Д_к. На образование гидроксида железа при известковании требуется дополнительный расход извести как источника гидроксид-ионов, что должно учитываться при расчете дозы извести:

(6)

Приведенные реакции (1-6) позволяют определить требуемую дозу извести в процессе известкования при выделении, главным образом, СаСО₃ (карбонатный режим с рН = 9,5), а также увеличенную дозу извести с дополнительным осаждением магния в виде Mg(OH)₂ (гидратный режим с рН = 10,0 – 10,3). В промышленных условиях вести строгий режим дозирования извести, обеспечивающий отсутствие гидратной щелочности, практически невозможно. Обычно процесс известкования проводят в гидратном режиме с остаточной гидратной щелочностью, равной 0,1 – 0,3 мг-экв/дм³. В гидратном режиме образуется шлам, имеющий однородную творожную структуру с крупными хорошо осаждающимися хлопьями. В карбонатном режиме шлам имеет структуру песка, быстро оседает, но столб жидкости над границей раздела осветляется плохо. К преимуществам гидратного режима известкования относится также то, что присутствие гидроксида магния в осадке способствует снижению кремнийсодержания на 25 – 30 % за счет адсорбции ионов на свежеосажденном гидроксиде магния.

При определении дозы извести надо иметь в виду, что кроме теоретически необходимого количества ионов ОН^- по реакциям (2), (3), (5) для смещения обратимых реакций в нужном направлении приходится вводить избыток извести в пределах 0,1 – 0,2 мг-экв/дм³, что определяет наличие в известкованной воде титруемой гидратной щелочности, повышение рН до 10,1 – 10,3 единиц и практическое отсутствие титруемой бикарбонатной щелочности.

При расчете дозы извести необходимо учитывать ионный состав обрабатываемой воды. Для практического использования расчетная доза извести Д_и, мг-экв/дм³, определяется для большинства типов вод, для которых Ж_о + Д_к ≥ Щ^исх – Щ^обр,

. (7)

Передозировка извести по отношению к доле выделенного магния Mg²⁺ при гидратном режиме не сопровождается снижением жесткости и щелочности, а вызывает замену некарбонатной магниевой жесткости на кальциевую по реакции

.

К моменту прохождения всех стадий известкования остаточная карбонатная щелочность (т.е. сумма и) обычно составляет 0,5 – 0,8 мг-экв/дм³ в зависимости от кальциевой жесткости известкованной воды.

Ухудшение реальных результатов по щелочности, концентрациям ионов Са²⁺ (на 0,15 – 0,3 мг-экв/дм³) и Mg²⁺ (на 0,1 – 0,15 мг-экв/дм³) в процессе известкования по сравнению с равновесными их значениями связывают с влиянием кинетических факторов: достаточно медленной кристаллизацией образующейся твердой фазы СаСО₃ и Mg(OH)₂ при приближении системы к состоянию равновесия и «тормозящей» роли органических примесей (защитных коллоидов) исходной воды, а также с выносом из осветлителя микрокристаллов твердой фазы.