22 Стабілізаційна обробка води

Стабільною є вода, яка не сприяє утворенню щільних відкладень солей жорсткості і не викликає корозії в системі водопостачання [1].

Карбонатні відкладення утворюються під час втрати вільної вуглекислоти у процесі нагрівання і охолодження її на градирнях. При цьому утворюються карбонат-іони CO₃^2-, які реагують з іонами Ca²⁺ та утворюють малорозчинні сполуки CaCO₃ , що осаджуються на стінках трубопроводів.

Необхідність обробки води для запобігання утворенню карбонатних відкладень в системах оборотного водопостачання випливає з умови [4]:

,

де Щ_під – лужність підживлюючої води, мг-екв/л;

К_к – коефіцієнт концентрування солей оборотної води, який визначається з формули:

,

де Р₁ – втрати води на випаровування, відсотків;

Р₂ – втрати води на крапельний виніс, відсотків;

Р₃ – скид води із системи (втрати у виробництві і з продувкою), відсотків.

Для запобігання утворенню карбонатних відкладень необхідно приймати такі методи оброблення води: підкислення, рекарбонізацію, фосфатування і комбіновану фосфатно-кислотну обробку.

Підкислення використовують за будь-яких величинах лужності, загальної жорсткості природних вод і коефіцієнта концентрування води в системах.

Фосфатування – у випадках, коли лужність підживлюючої (природної) води складає Щ_під  5,5 мг-екв/л.

Комбіновану фосфатно-кислотну обробку – у випадках, коли фосфатування не запобігає утворенню карбонатних відкладень або величина продувки економічно недоцільна.

Рекарбонізацію димовими газами або газоподібною вуглекислотою використовують при лужності підживлюючої води до 3,5 мг-екв/л і коефіцієнті концентрування не більше 1,5.

Дози кислоти, вуглекислоти або фосфатних реагентів належить визначати згідно [4].

23 Метод підкислення

Під час підкислення води дозу кислоти Д_кис, мг/л із розрахунку на додаткову воду визначають за формулою [4, додаток 12], мг/л:

,

де е_кис – еквівалентна вага кислоти мг/мг-екв; для сірчаної кислоти е_кис = 49, для соляної е_кис = 36,5;

Щ_під – лужність підживлюючої води, мг-екв/л;

Щ_об – лужність оборотної води, мг-екв/л, яка установлюється під час оброблення води кислотою;

С_кис – вміст сірчаної або соляної кислоти, відсотків; для сірчаної кислоти С_к = = 75-92,5%, для соляної С_к = 27,5%,;

К_к – коефіцієнт концентрування солей оборотної води.

Лужність оборотної води, мг-екв/л:

де ,

де  - величина яка залежить від загального солевмісту S_об оборотної води і температури охолодженої води t₂.  приймають за табл. 15;

(Ca_під) – концентрація Са в підживлюючій воді, мг/л (у завданні концентрація Са²⁺ надається в мг-екв/л, для переведення в мг/л треба завдану величину помножити на еквівалентну вагу Са, яка дорівнює 20);

(СО₂)_охол – концентрація діоксиду вуглецю в охолодженій воді, мг/л. Визначається з табл. 16 залежно від лужності підживлюючої води і коефіцієнта концентрування солей в системі К_к;

(СО₂)_під – концентрація діоксиду вуглецю в підживлюючій воді, мг/л. Приймають із завдання.

Таблиця 15 – Визначення коефіцієнта 

Температура охолодженої води, t2, 0C	Солевміст охолодженої води, Sоб, мг/л
	200	400	600	800	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500	5000	5500	6000
5	8,29	8,96	9,49	9,93	10,32	11,11	12,10	12,65	13,29	13,74	14,28	14,70	15,13	15,47	15,89
10	8,09	8,75	9,26	9,69	10,07	10,84	11,81	12,34	12,97	13,41	13,93	14,35	14,76	15,10	15,50
15	7,82	8,47	8,96	9,38	9,75	10,49	11,42	11,94	12,55	12,97	13,48	13,89	14,29	14,61	15,00
20	7,53	8,14	8,62	9,02	9,37	10,09	10,99	11,49	12,07	12,48	12,98	13,35	13,74	14,05	14,43
25	7,18	7,76	8,22	8,60	8,94	9,62	10,48	10,96	11,51	11,90	12,37	12,74	13,10	13,40	13,76
30	6,83	7,39	7,82	8,18	8,50	9,15	9,97	10,42	10,95	11,32	11,77	12,12	12,47	12,75	13,09
35	6,38	6,90	7,31	7,64	7,95	8,55	9,31	9,74	10,23	10,58	10,99	11,32	11,65	11,91	12,23
40	5,91	6,39	6,76	7,08	7,36	7,92	8,62	9,02	9,47	9,79	10,18	10,48	10,78	11,03	11,32

Таблиця 16 – Визначення СО₂ в охолодженій воді

Лужність підживлюючої води, Щпід, мг-екв/л	Коефіцієнт концентрування Кк
	1,2	1,5	2,0	2,5	3,0	1,2	1,5	2,0	2,5	3,0
	Значення (СО2)охол у воді, охолодженій на градирнях, мг/л
	під час підкислення					під час рекарбонізації
1	-	0,6	0,6	0,5	0,5	0,2	0,7	0,9	1,5	2,4
2	2,2	2,1	2,1	2,0	2,0	1,8	3,3	6,9	12,0	18,9
3	3,6	2,8	2,5	2,3	2,2	6,0	10,0	26,0	34,0	36,0
4	5,3	4,6	3,8	3,5	3,4	12,0	28,0	36,0	40,0	43,0
5	9,0	6,4	5,1	4,5	4,3	34,0	36,0	40,0	-	-
6	16,3	9,0	7,6	6,0	5,4	-	-	-	-	-

Величина солевмісту оборотної води, мг/л:

,

де S_під – солевміст підживлюючої води, мг/л, який приймають за завданням.

У процесі оброблення води кислотою продувка системи оборотного водопостачання не обов’язкова, якщо під час виносу води вітром на охолоджувачах і відбору води на технологічні потреби (втрати у виробництві) коефіцієнт концентрування не досягає величини, за якої збільшується концентрація сульфатів, що викликає створення відкладень сульфату кальцію.

Сульфат кальцію не випадає в системі оборотного водопостачання, якщо добуток активних концентрацій іонів Са²⁺ і SO₄^2- в оборотній воді не перевищує добутку розчинності сульфату кальцію, тобто:

де f_u – коефіцієнт активності двохвалентних іонів, який приймають за табл. 17 залежно від величини  - іонної сили розчину (охолодженої води), що визначається за формулою, г-іон/л:

,

де - концентрація іонів бікарбонатних, натрію, магнію і кальцію в підживлюючій воді відповідно, г-іон/л. Концентрації іонів компонентів дані в завданні в мг-екв/л, при переведенні в г-іон/л необхідно їх значення помножити на 10^-3, тобто перевести в грами і поділити на валентність;

- концентрація іонів хлоридного та сульфатного в підкисленій додатковій воді, г-іон/л;

Таблиця 17 – Визначення коефіцієнта активності f_u

Іонна сила розчину охолодженої води, г-іон/л, 	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16
Коефіцієнт активності двохвалентних іонів fu	0,67	0,58	0,53	0,50	0,47	0,45	0,43	0,41	0,39	0,38	0,36	0,35	0,34	0,32	0,31	0,30

Після підкислення сірчаною кислотою , а

.

Після підкислення соляною кислотою , а

,

де - концентрація іонів хлоридних і сульфатних в підживлюючій воді до підкислення, г-іон/л (дивись завдання);

Д_кис – доза кислоти, мг/л;

ПР – добуток розчинності сульфату кальцію (константа) при температурі води 25 – 60⁰ слід приймати рівним 2,410^-5.