5. Расчет дозы реагентов для умягчения исследуемой воды

5.1. Теоретическая часть

Использование жестких вод для хозяйственно-бытовых и промышленных нужд приводит к весьма нежелательным последствиям:

- усиление коррозии паровых котлов и теплообменников вследствие гидролиза магниевых солей и повышения концентрации водородных ионов в растворе;

- отложение накипи на поверхности теплообменных аппаратов (котлов, холодильников) снижает экономичность работы этих установок. Это приводит к образованию вздутий и трещин в трубах паровых котлов;

- в жесткой воде плохо развариваются продукты, понижается их питательная ценность. Белки переходят в нерастворимое состояние, плохо усваиваются организмом;

- преждевременный износ тканей при стирке в жесткой воде и перерасход моющего средства. Волокна тканей сорбируют кальциевые и магниевые мыла, а это делает их хрупкими и ломкими.

Для умягчения воды в промышленности и в быту используют термический, реагентный и ионообменный методы.

Термический метод применяют для устранения карбонатной (временной) жесткости воды. При кипячении гидрокарбонаты металлов разрушаются, образуя труднорастворимые вещества:

t^o

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃↓ + СО₂↑+ Н₂О

Общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости.

Ионообменный метод широко применяется в промышленности. Жесткость воды устраняют с помощью ионитов (ионообменных смол). Воду фильтруют через ионообменные смолы (катиониты), при этом ионы кальция и магния замещаются на катионы Н⁺, Nа⁺, образуя растворимые соединения, не обусловливающие жесткость воды. Процесс ионного обмена можно представить схемой:

2 NaR + Са²⁺ = СаR₂ + 2 Na⁺

2 НR + Са²⁺ = СаR₂ + 2 Н⁺

где: NаR, НR – условное обозначение катионита в Nа⁺– и Н⁺ – форме.

После замещения всех ионов Н⁺, Nа⁺ в катионите ионами кальция или магния его регенерируют (восстанавливают), пропуская через смолу концентрированный раствор хлорида натрия или кислоты:

СаR₂ + 2 Na⁺ = 2 NaR + Са²⁺

СаR₂ + 2 Н⁺ = 2 НR + Са²⁺

Реагентный метод заключается в обработке воды различными химическими вещества (реагентами), которые осаждают ионы кальция и магния и умягчают воду.

Фосфатный метод основан на использовании гексаметафосфата натрия, что обеспечивает глубокое умягчение воды независимо от вида жесткости:

2 СаС1₂ + Na₆Р₆O₁₈ = Na₂Са₂P₆О₁₈ + 4 NaCl

Известково-содовый метод умягчения воды является одним из самых распространенных, рекомендованных СНиП 2.04.02-84. Известь устраняет карбонатную жесткость воды, а сода – некарбонатную. При использовании этого метода можно достичь величины остаточной жесткости 0,5 - 1,0 мг-экв/дм³ и карбонатной жесткости 0,8 - 1,2 мг-экв/дм³. Нижние пределы жесткости могут быть получены при нагреве воды до 35-40^ºС.

Карбонатную жесткость устраняют добавлением к воде щелочи (гидроксида кальция - гашеной извести):

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2 СаСО₃ ↓+ 2 Н₂О

Дозу извести в мг/дм³ рассчитывают по формуле:

мг/дм³

где: Дuзвести – доза извести для 1дм³ умягчаемой воды в расчете на CaO, мг/дм³; CO₂ – содержание свободной углекислоты, мг/дм³; [Mg²⁺] – содержание Mg²⁺, мг/дм³; Ж_к – жесткость карбонатная, мг-экв/дм³; Д_к – доза коагулянта, мг/дм³; Э_к –эквивалент коагулянта, мг/экв – мг; 0,5 – избыток извести для ускорения процесса, мг-экв/дм³; 28 – эквивалент CaO.

Некарбонатную жесткость воды устраняют добавлением к воде соды:

СаС1₂ + Na₂CO₃ = СаСО₃↓ + 2 NaCl

2 MgSO4 + 2 Na2CO3 + Н2О = (МgOH)2СО3↓+ СО2↑+ 2 Na2SO4

Дозу соды в мг/дм³ рассчитывают по формуле:

, мг/дм³

где: Дcоды – доза соды для 1дм³ умягчаемой воды, мг/дм³; Жнк– жесткость некарбонатная, мг-экв/дм³; Д_к, Э_к – см. выше; 1 – избыток соды для ускорения процесса; 53 – эквивалент соды.

Примечание: При условии > Жк, содержании [Mg²⁺] ≤ 15 мг/дм³ и перманганатной окисляемости ≤ 10 мг 0₂/дм³ в производственных условиях можно использовать не осветлители с взвешенным осадком, а вихревые реакторы, что позволяет не применять коагулянты и из приведенных формул определения Дuзвести и Дcоды исключить член .