2. Визначення доз реагентів для вапняно-содового пом’якшення води

Дозу вапна й соди при вапняно-содовому пом’якшенні води слід визначати за формулами 4, 5 додатку 7 [1].

Доза вапна Д_В, мг/л, у розрахунку на CaO:

Д_В = 28∙ [(CO₂/22 + Ж_К + (Mg²⁺)/12+ Д_К/е_К + 0,5];

доза соди Д_С, мг/л, у розрахунку на Na₂CO₃:

Д_С = 53∙ (Ж_НК + Д_К/е_К +1),

де CO₂ – концентрація у воді вільного діоксиду вуглецю, мг/л;

Ж_К – карбонатна твердість, мг-екв/л;

Ж_НК – некарбонатна твердість, мг-екв/л;

(Mg²⁺) – вміст у воді магнію, мг/л;

Д_К – доза коагулянту FeCl₃ (у розрахунку на безводний продукт), мг/л;

е_К – еквівалентна маса активної речовини коагулянту (для FeCl₃ = 54).

Попередньо доза коагулянту FeCl₃ визначається за [1, додаток 7, п. 7]. Д_К = 35 мг/л.

Д_В = 28∙[70/22 + 4,4 + 2,4/12 + 35/54 + 0,5] = 250,04 мг/л,

Д_С = 53∙(4,6 + 35/54 + 1) = 331,15 мг/л.

Унесення у воду вапна та соди підвищить каламутність води, тому уточнюється доза коагулянту за формулою:

Д_К= 3∙ ³С,

де С – концентрація завислих речовин, які утворюються при пом’якшенні води (враховуючи каламутність вихідної води М = 200 мг/л):

С = М + 50∙[Ж + Ж_К + СО₂/22 + 0,5] + 29∙ ((Mg²⁺)/12) +

+ Д_В ∙ (100 − m₁/100) + Д_С(100 − m₂/100).

Для вапняно-содового пом’якшення води застосовуються:

а) вапно будівельне з умістом СаО у негашеному вапні кількістю m₁=70%;

б) сода кальцинована технічна марки Б, із активним вмістом Na₂CO₃ кількістю m₂ = 91%.

С = 200 + 50∙(9 + 4,4 + 70/22 + 0,5) + 29∙(2,4/12) + 250,04∙((100 –

– 70)/100) + 331,15∙((100 – 91)/100) = 1159,39 мг/л.

Уточнена доза коагулянту становить Д_К = 3∙ ³1159,39 = 31,52 мг/л.

Після перерахунку при Д_К = 31,52 мг/л:

• доза вапна: Д_В = 28∙[70/22 + 4,4 + 2,4/12 + 31,52/54 + 0,5] = 248,23 мг/л;

• доза соди : Д_С = 53∙(4,6 + 31,52/54 + 1) = 327,74 мг/л.

3. Визначення іонного складу води після реагентного пом’якшення

За розрахунковими дозами вапна та соди рН середовище підвищується й досягає 10,2 – 10,9, при яких і утворюються нерозчинні сполуки CaCO₃ і Mg(OH)₂, які потім випадають в осад.

У процесі реагентного оброблення води частина іонів, уведена у воду, випадає в осад (Ca²⁺, CO₃^2-, Mg²⁺, Fe³⁺), а друга – залишається у воді (Na⁺, Cl^-, SO₄^2- ).

Загальна кількість уведених іонів натрію Д_Na:

Д_Na = Д_С ∙ [Na₂]/[Na₂CO₃] = 327,74 ∙ 46/106 = 142,23 мг/л.

Загальна кількість натрію C_Na після обробки води:

C_Na= (C_Na)_вих +Д_Na = 60 + 142,23 = 202,23 мг/л.

Кількість іонів хлору дCl, уведених із хлорним залізом:

Д_Cl = Д_К ∙ [Cl₃]/[FeCl₃] = 31,52∙106,5/162,5 = 20,66 мг/л.

Загальна кількість іонів хлору C_Cl після обробки води:

C_Cl = (C_Cl)_вих+Д_Cl = 70 + 20,66 = 90,66 мг/л.

У процесі коагуляції в результаті утворення міцел їх зовнішніми шарами сорбується певна кількість іонів. Відбувається зниження іонів Na⁺ й Cl^- на 10%, іонів SO₄^2- на 20%­.

Орієнтовно прийнято:

[HCO₃^- + CO₃^2-] = 1,2 мг-екв/л;

[Ca²⁺ + Mg²⁺] = 1 мг-екв/л [1, додаток 7, п. 3];

[SO₄^2-] = 0,8∙150/48 = 2,5 мг-екв/л;

[Na⁺] = 0,9∙202,23/23 = 7,91 мг-екв/л;

[Cl^-] = 0,9∙90,66/35,5 = 2,30 мг-екв/л.

Кількість катіонів повинна бути рівною кількості аніонів:

К = А

К = 1 + 7,91 = 8,91 і А = 1,2 + 2,5 + 2,30 = 6,0.

Після коректування остаточно приймаємо:

[HCO₃^- + CO₃^2-] = 1,2 мг-екв/л;

[SO₄^2-] = 2,5 + 1,5 = 4,0 мг-екв/л;

[Cl^-] = 2,3 + 1,41 = 3,71 мг-екв/л;

[Ca²⁺ + Mg²⁺] = Ж_РП = 1 мг-екв/л;

[Na⁺] = 7,91 мг-екв/л.

Діаграма іонного складу води після вапняно-содового пом’якшення:

[Ca2+ + Mg2+] = 1,0	Na+ = 7,91			К = 8,91
[HCO3- + CO32-] = 1,2		SO42- = 4,0	Cl- = 3,71	А = 8,91

Солевміст води після реагентного пом’якшення:

Р ≈ 20∙[Ca²⁺+Mg²⁺]+23∙[Na⁺]+61∙[HCO₃^-+CO₃^2-] + 48∙[SO₄^2-]+35,5∙[Cl^-]=

= 20∙1 + 23∙7,91 + 61∙1,2 + 48∙4 + 35,5∙3,71 = 598,84 мг/л.

За графіком [1, додаток 5, рис. 1] визначаємо рН_S насичення води карбонатом кальцію. Для цього задаємо концентрацію кальцію у воді, рівною 0,25 мг-екв/л (тобто 20∙0,25 = 5 мг/л). Тоді рН_S = 8.

Концентрація магнію у воді відповідно 12∙0,75 = 9 мг/л.

Для повної реакції видалення з води магнію із потрібною для практики швидкістю потрібен надлишок у розчині іонів ОН^–, який визначається надлишковою величиною рН = 0,5 – 0,8. Тоді необхідне рН_Н середовища в кінці процесу видалення із води магнію буде:

рН_Н = рН_S + pH = 8,0 + 0,8 = 8,8.

Під час експлуатації установок вапняно-содового пом’якшення сольовий склад оброблюваної води уточнюється аналізами.