Тема 6. Требования к качеству воды в системах оборотного

водоснабжения.

Под качеством воды понимают совокупность физических, биологических и химических показателей, обусловливающих ее свойства и пригодность для использования.

Качество воды характеризуется ее показателями, устанавливаемыми лабораторным анализом отобранных проб воды.

К физическим показателям относятся: температура, содержание взвешенных

Биологические показатели качества характеризуются содержанием в воде вредных и болезнетворных бактерий.

Химические показатели качества воды зависят от содержания ионов: катионы Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, H⁺ и в небольших количествах Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺; анионы HCO₃^-, CO₃^2-, Cl^-, SO₄^2-. Кроме того, в природной воде присутствуют в том или ином количестве растворенные газы O₂, CO₂, SO₂.

Концентрация ионов в воде различных источников неодинакова.

В оборотной охлаждающей воде важнейшим является химическое равновесие карбонатной системы, включающей в качестве главных компонентов СО₂, Н₂СО₃ и ионы HCO₃^-, СО₃^2-, Са²⁺, Mg²⁺, Н⁺. Это определяет условия растворения и выпадения в осадок СаСО₃ и объясняет ряд процессов, связанных с воздействием воды на металл и бетон.

Рассмотрим основные химические показатели качества воды:

1. Активная реакция (рН) или степень кислотности или щелочности.

Характеризуется концентрацией водородных ионов Н⁺.

рН - отрицательный логарифм содержания водородных ионов в воде. рН=7 - нейтральная среда, >7 - щелочная, <7 - кислотная. Большинство природных вод имеет величину рН в пределах 6,5-8,5. Величина рН поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них СО₂ обычно больше, чем рН подземных вод. В открытых водоемах летом, особенно при интенсивном потреблении углекислоты микроорганизмами, а также в системах оборотного водоснабжения с градирнями, при уменьшении СО₂ наблюдается повышение величины рН до 8,5-9. Увеличение водородного показателя приводит к образованию отложений и накипи.

Зимой, при ослаблении деятельности микроорганизмов и накоплении СО₂ подо льдом, наблюдаются более низкие значения рН. Кроме СО₂, на величину рН природных вод могут влиять кислые сточные воды.

В охлаждающих системах оборотной воды рН выше добавленной из источника вследствие потери свободной углекислоты на градирнях.

2. Общая щелочность.

Характеризуется наличием, главным образом, бикарбонатных ионов НСО₃^- и карбонатных ионов СО₃^2-.

3. Общая жесткость воды.

Характеризуется суммарной концентрацией ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

4. Карбонатная жесткость.

Определяется наличием в воде бикарбонатов кальция Са(НСО₃)₂ и бикарбонатов магния Mg(HCO₃)₂.

5. Некарбонатная жесткость.

Разность между общей и карбонатной жесткостью.

6. Хлоридный ион Cl^-

Содержится почти во всех водах в самых широких пределах. В оборотной охлаждающей воде концентрация хлоридного иона увеличивается по сравнению с исходной водой, добавляемой в систему оборотного водоснабжения. Это происходит вследствие потери части воды на испарение при ее охлаждении.

7. Сульфатный ион SO₄^2-.

Распространен, как и ион Cl^-, повсеместно. Содержание SO₄^2- в природных водах лимитируется присутствием в воде Са²⁺, вместе они образуют малорастворимое соединение СаSO₄.

В оборотной охлаждающей воде концентрация SO₄^2- , как и Cl^-, увеличивается по сравнению с исходной добавочной водой также из-за потери части воды на испарение.

8. Общее солесодержание.

Представляет собой сумму всех растворенных в воде веществ.

9. Углекислотное равновесие.

От наличия в воде углекислоты зависит стабильность воды, т.е. склонность к образованию карбонатных отложений или коррозии металла в системах водоснабжения, особенно при использовании воды в обороте в качестве теплоносителя. Углекислые соли обычно составляют более половины общего количества солей, растворенных в природных водах. Обогащение этих вод углекислотой происходит из-за химических и биохимических процессов, протекающих в грунтах и воде при соприкосновении.

В водных растворах углекислых соединений существует динамическое равновесие между различными формами углекислоты. Увеличение или уменьшение концентрации в растворе каких-либо составляющих углекислотного равновесия приводит к соответствующему изменению концентрации других составляющих до установления равновесия по формуле:

2HCO₃^-↔CO₃^2-+CO₂+H₂O.

Из уравнения следует, что для поддержания в растворе определенной концентрации гидрокарбонатных ионов требуется избыточное содержаниеСО₂, соответствующее этой концентрации.

Если из раствора, находившегося в состоянии углекислотного равновесия, удалить нагревом часть свободной углекислоты, то равновесие в уравнении сдвинется вправо, т.е. произойдет распад части гидрокарбонатных ионов с образованием карбонатных ионов и свободной углекислоты. Полученные карбонатные ионы реагируют с имеющимися в природной воде катионами кальция Са²⁺ с образованием малорастворимого карбоната кальция, который, выделяясь в осадок, образует карбонатные отложения.

Ca²⁺+CO₃^2-→CaCO₃↓

При введении в раствор, находящийся в состоянии углекислотного равновесия, некоторого количества свободной углекислоты (результат биологических процессов) равновесие в уравнении сдвигается влево, а , значит, при контакте такой воды с известняком или бетоном может раствориться часть карбоната кальция. Такую воду называют агрессивной.

Стабильной называется вода, содержание свободной углекислоты в которой совпадает с равновесной концентрацией. Из такой воды не будет выделяться осадок карбоната кальция и она не будет растворять СаСО₃.

При повышении температуры воды и при разбрызгивании (градирни) происходит выделение из воды свободной углекислоты.

Свойство воды выделять карбонат кальция СаСО₃ при многократном ее нагреве и охлаждении разбрызгиванием характеризует термостабильность воды. Вода, из которой при этих условиях СаСО₃ не будет выделяться, является термостабильной. Однако эта вода может быть агрессивной по отношению к металлу и бетону. Агрессивные воды разрушают бетон вследствие растворения содержащегося в нем карбоната кальция, растворяют защитные карбонатные пленки в трубопроводах и теплообменных аппаратах и вызывают коррозию металла.

Требования к качеству воды для производственных нужд устанавливаются в каждом конкретном случае в зависимости от технологического процесса. При этом учитывается, какое оборудование устанавливается, и влияние, оказываемое подаваемой водой на это оборудование.

В зависимости от требований вода делится на категории.

Вода I категории.

Используется в качестве теплоносителя для охлаждения через стенку.

Предъявляются следующие требования:

• температура воды не должна быть выше допустимой (для европейской полосы не более 28-30°С). Поэтому оборотную воду охлаждают в градирнях или специальных бассейнах;

• содержание в воде взвешенных частиц крупностью до 0,05 мм не должно превышать допустимого предела и зависит от скорости воды в охлаждаемых аппаратах (табл.6.1.). От механических примесей воду очищают в отстойниках или фильтрах;

• оборотная вода должна быть термостабильной, т.е. при многократном на

Таблица 6.1. Допустимая концентрация взвешенных веществ.

Скорость воды в аппарате, м/с	<0,2	0,2-0,5	0,5-1,0
Допустимая концентрация взвешенных веществ, мг/л	10-30	30-50	50-80

греве и охлаждении выделять СаСО₃ и других солей не более 0,25 г/м²·ч или 0,08 мм/месяц;

• допустимая скорость развития биологических обрастаний теплообменных аппаратов и охладителей в оборотной воде не должна превышать 0,07 г/(м²ч) по сухому весу в воздухе (слой толщиной до 0,05 мм/месяц). Для этого воду, используемую в холодильниках при температуре охлаждаемого продукта ниже 80°С, следует периодически хлорировать, а охладители воды обрабатывать раствором медного купороса;

• вода не должна вызывать точечной, язвенной, а также равномерной коррозии более чем 0,09 г/(м²ч) (слой толщиной 0,1 мм в год) и ярко выраженного разрушения бетона; допустима равномерная скорость коррозии углеродистой стали, не превышающая 0,45 г/(м²ч) (слой до 0,5 мм в год) при отсутствии признаков точечной и язвенной коррозии.

Вода II категории.

Используется в качестве среды, поглощающей транспортируемые примеси при непосредственном контакте ее с продуктом (обогащение полезных ископаемых, гидрозолоудаление и т.д.). Она может содержать взвешенные вещества, по крупности и концентрации не выше установленного предела во избежание осаждения частиц по пути движения воды. Норма допустимой концентрации взвешенных частиц в воде устанавливается отдельно для каждого производства. Перед каждым циклом использования воды в системе оборотного водоснабжения эта вода должна быть очищена и, при необходимости, охлаждена.

Вода III категории.

Используется как среда, поглощающая и транспортирующая механические примеси и одновременно служащая охладителем продукта. В ней могут растворяться соли, органические вещества и газы. Свойства воды этой категории должны отвечать некоторым требованиям к воде I и II категорий.

Особо чистая вода.

Используется для приготовления технологических производственных растворов. Не должна содержать осаждающихся взвешенных частиц или образующих с растворяемыми веществами вредные примеси.