Методы осветления и умягчения сетевой воды.
О с в е т л е н и е проводится с целью удаления взвешенных в воде механических примесей. Естественное осаждение взвесей в отстойниках неэкономично из-за их громоздкости и малой производительности. Вместо отстойников применяют механические фильтры, в которых вода прокачивается сверху вниз через слой фильтрующего материала. Фильтрующая засыпка изготавливается из мелкозернистого речного песка или кварцевого песка или мраморной крошки с крупностью зерен 0,5-2 мм. Механическая очистка воды не уменьшает ее жесткости, поэтому применяются различные способы умягчения.
У м я г ч е н и е производится методом осаждения, катионного обмена или стабилизации жесткости воды.
Осаждение основано на переводе хорошо растворимых солей в нерастворимые с помощью присадок химических реагентов. Наиболее дешевое осаждение солей временной жесткости достигается известкованием (рис.1). Для этого в трубопровод сырой воды дозируется раствор известкового молока (гашеная известь):
Ca(HCO3)2 +Ca(OH)2 = 2CaCO3 +2H2O
M
g(HCO3)2
+2Ca(OH)2
= 2CaCO3
+Mg(OH)2
+2H2O
Разложение бикарбонатов ускоряется перемешиванием. Поэтому вода подводится в спирактор - конический аппарат с тангенциальным вводом, на половину загруженный речным песком или мраморной крошкой. Восходящий поток воды в спиракторе приобретает вихревое движение, хорошо перемешивающее воду с заполнителем. В результате взвешивания зерен заполнителя происходит равномерная кристаллизация карбоната кальция на всей поверхности частиц. Коническая форма спирактора обеспечивает плавное уменьшение скорости воды и постепенное ее осветление в верхней части аппарата. Отвод умягченной воды производится по перфорированной трубе, размещенной вблизи осветленного зеркала воды.
На зернах осадителя в спиракторе хорошо кристаллизуется лишь углекислый кальций. Частицы песка, обрастая кристаллами карбоната кальция, увеличиваются в объеме в 20 - 100 раз. Тяжелые частицы оседают на дно аппарата, откуда, периодически удаляются. Догрузка чистого песка с размерами частиц 0,3 - 0,8 мм производится через верх аппарата. Для осаждения кристаллов гидрата окиси магния необходимо пропустить полуумягченную воду в кварцевый фильтр.
Катионирование основано на электролитической диссоциации вещества на ионы. В процессе катионирования накипеобразующие катионы кальция (Са+) и магния (Mg+) заменяются катионами натрия (Na+) и водорода (H+), а катионы кальция и магния остаются на зернах катионитного заполнителя фильтров.
При проходе воды через катионитовые фильтры катионы кальция и магния, растворенные в воде, составляющие основу карбонатной жесткости, обмениваются на катионы Na и Н. После катионитовой обработки в воде остаются соли натрия, щелочи и кислоты, которые при нагревании не дают осадка в виде шлама и накипи. Кальций и магний остаются в фильтре на зернах катионного вещества и в последующем выводятся из фильтра при его регенерации. При Н-катионировании сильно возрастает в воде концентрация двуокиси углерода, являющейся катализатором коррозии. Для снижения концентрации СО2 вода после Н-катионитовых фильтров пропускается через декарбонизаторы.
Термическое
умягчение воды производят в
декарбонизаторах
(рис. 2). В
подогревателе вода нагревается до
необходимой температуры, а в баке
происходит разложение солей. Удаляемый
выпар предупреждает обратное восстановление
бикарбонатов. Образующийся карбонат
кальция кристаллизуется на взвешенных
зернах речного песка или мраморной
крошки. Для выделения из воды кристаллов
гидрата окиси магния необходимо
умягченную воду из декарбонизатора
направить в кварцевый фильтр.
Если температура нагрева воды в сетевых подогревателях и сетях превышает принятую температуру обработки воды, то в подогревателях и сетях возможен дальнейший распад бикарбонатов (ввиду нехватки равновесной углекислоты) и выпадение карбонатной накипи. В связи с этим температура термического умягчения воды должна выбираться в зависимости от температуры сетевой воды.
Стабилизация жесткости воды производится методом подкисления, фосфатного импфирования, нагрева. Метод подкисления присадками серной (или соляной) кислоты состоит в переводе части или всей временной жесткости воды в постоянную.
Ca(HCO3)2 +H2SO4 = CaSO4 +2CO2 + 2H2O
Термическая стабилизация жесткости воды является наиболее простым методом подготовки подпиточной воды, применимым как для закрытых, так и открытых систем теплоснабжения. Сущность этого метода основана на диссоциации солей временной жесткости по реакциям:
Са (НСО3)2 = СаCO3 +СО2+H2O
Mg (НСО3)2 = MgCO3 +СО2+H2O
Диссоциация бикарбоната магния идет медленнее диссоциации бикарбоната кальция, а образующийся карбонат магния хорошо растворяется в воде по реакции
MgCO3+ H2O =Mg (OH)2 + CO2
При недостатке в растворе равновесной углекислоты реакции диссоциации смещаются вправо, т. е. происходит разложение бикарбонатов. Разложение бикарбонатов прекращается с образованием равновесной углекислоты. Следовательно, если по мере разложения бикарбонатов постепенно удалять образующуюся в растворе равновесную углекислоту, можно достичь любого конечного содержания солей временной жесткости. Количество свободной углекислоты, которое приостанавливает дальнейший распад на каком-то уровне солесодержания, стабилизирует эту остаточную жесткость воды.