4. Катіонітове пом’якшення води

4.1. Розрахунок витрат води за різними напрямками

Витрати потоків води, які направлені на освітлення та пом’якшення, визначаються так:

• витрата води господарчо-питного водопостачання:

Q_B1 = Q_В7 – Q_B3 = 16000 – 700 = 15300 м³/добу,

де Q_В7 – корисна продуктивність станції водопідготовки, м³/добу (за завданням);

Q_B3 – витрата води на виробниче водопостачання, м³/добу (за завданням);

• кількість пом’якшеної води для господарсько-питного водопостачання за [1, додаток 7, формула 1]):

Q_В1П% = 100∙(Ж – Ж_В1)/(Ж – Ж_РП) = 100∙(9 – 7)/(9 – 1) = 25%,

де Ж – твердість вихідної води, мг-екв/л;

Ж_В1 – твердість води, яка повинна подаватися в мережу господарсько-питного водопостачання, мг-екв/л (за ДСПіН);

Ж_РП – твердість води після реагентного пом’якшення, мг-екв/л;

• витрата пом’якшеної води для господарсько-питного водопостачання:

Q_В1П = Q_В1 ∙Q_В1П% = 15300 ∙ 0,25 = 3825 м³/добу;

• продуктивність споруд освітлення води господарсько-питного водопостачання:

Q_B11 = Q_В1 – Q_B1П = 15300 – 3825 = 11475 м³/добу;

• загальна корисна витрата води вапняно-содового пом’якшення із урахуванням промислового водопостачання:

Q_РП = Q_В1П + Q_В3 = 3825 + 700 = 4525 м³/добу = 188,54 м³/год.

П

11475 м³/д

15300 м³/д

одальші розрахунки проводяться для катіонітового пом’якшення.

4525 М3/добу 700 м3/добу

Рисунок 33 – Корисні витрати води

Н- Na-катіонування проводиться згідно вказівок [1, додаток 7, п. 24]. Аналіз сольового складу води після реагентного пом’якшення показує, що сума хлоридів і сульфатів (4,0 + 3,71) = 7,71 > 4 мг-екв/л, [Na⁺] = 7,91 > 2 мг-екв/л. Лужність води повинна бути Л = 0,7 мг-екв/л. За таких умов приймається послідовне воднево-натрієве катіонування.

Витрата води, яка подається на Н-катіонітові фільтри за [1, додаток7, п.25]):

Q_Нк = Q_В3(Л–а)/(А+Л) = 700∙(1,2 – 0,7)/(7,71 + 1,2) = 39,28 ≈ 40 м³/добу,

де Q_Нк – корисна продуктивність Н-катіонітових фільтрів, м³/добу;

Q_В3 – витрата води виробничого водопостачання, м³/добу;

а – потрібна лужність пом’якшеної води, мг-екв/л;

А – сумарний вміст у пом’якшеній воді аніонів сильних кислот (сульфатів, хлоридів, нітратів), мг-екв/л;

Л – лужність води після вапняно-содового пом’якшення, мг-екв/л.

Витрата байпасного водоводу: Q_Б = Q_В3 – Q_Нк = 700 – 40 = 660 м³/добу.

700 М3/добу 660 м3/добу 40 м3/добу 700 м3/добу

Рисунок 34 – Схема катіонітового пом’якшення води

4.2. Визначення якості води після н- та Na-катіонітових фільтрів

4.2.1. Визначення якості фільтрату н-катіонітового фільтра

Твердість фільтрату Н-катіонітового фільтра:

Ж_Н = А² ∙ _Н ∙ (1–_Е)/_Е²=

= (4,0 + 3,71)² ∙ 0,0014∙(1 – 0,68)/0,68² = 0,0576 мг-екв/л,

де А = (Cl^-) + (SO₄^2-) – сума концентрацій сульфатів і хлоридів у воді, яка надходить на Н-катіонітові фільтри, мг-екв/л;

_Н – константа обміну, яка приймається  0,00125...0,0014;

_Е = 0,68 – коефіцієнт ефективності регенерації, який ураховує неповноту регенерації катіоніту й приймається у залежності від питомої витрати кислоти на регенерацію за [1, додаток 7, табл. 4].

Уміст іонів натрію після Н-катіонітових фільтрів:

Na_Н = К² ∙ _Na∙ (1 – _Е)/_Е²,

де К = 1 + 7,91 = 8,91 мг-екв/л – сума катіонів;

_Na – константа обміну, рівна  0,00125 (за В. А. Клячко).

Na_Н = 8,91² ∙0,00125∙(1 − 0,68)/0,68² = 0,0687 мг-екв/л = 0,0687 ∙23 = 1,57 мг/л.

Практично після Н-катіонування іони НCO₃^- та CO₃^2- переходять у оксид вуглецю (CO₂). Середовище приймає окисну реакцію.

Із рівняння А=К визначаємо вміст у воді іонів H⁺.

Сума аніонів: А = (Cl^-) + (SO₄^2-) = 4,0 + 3,71 = 7,71 мг-екв/л.

Сума катіонів: К = (Ж) + (Na⁺) + (H⁺).

С_H =А – (Ж) – (Na⁺) = 7,71 – 0,0576 – 0,0687 = 7,5837 мг-екв/л.

За вмістом іонів водню обчислимо рН. Для цього переведемо вміст іонів водню із мг-екв/л у мг-моль/л. У даному випадку (для одновалентних іонів H⁺):

7,5837 мг-екв/л = 7,5837∙10^–3 г-моль/л.

Логарифмуючи та провівши відповідні обчислення, одержимо:

рН = – lg C_H = – lg (7,5837∙10^–3) =

= – ( lg 7,5837 + lg 10^–3) = – [–2,12] = 2,12.

Діаграма складу води після Н-катіонування:

[Ca2+ + Mg2+] = 0,0576	Na+ = 0,0687	Н+ = 7,5837		К = 7,71
SO42- = 4,0			Cl- = 3,71	А = 7,71

CO₂ = 1,2 мг-екв/л.