Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических и контролирующих материалов по дисциплине «Водоочистка»

ТЕМА 3 Умягчение воды Теоретические основы умягчения воды, классификация методов Под умягчением воды подразумевается процесс удаления из нее катионов жесткости, т. е. кальция и магния. В соответствии с СанПиН 2.1.1.1074-01 жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Отдельные виды производств к технологической воде предъявляют требования глубокого ее умягчения, т. е. до 0,05 ... 0,01 мг-экв/л. Обычно используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-питьевых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производят в основном при ее подготовке для технических целей. Так, жесткость воды для питания барабанных котлов не должна превышать 0,005 мг-экв/л. Умягчение воды осуществляют методами: термическим, основанным на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании; реагентными, при которых находящиеся в воде ионы Са(II) и Mg(II) связывают различными реагентами в практически нерастворимые соединения; ионного обмена, основанного на фильтровании умягчаемой воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na(I) или Н(I) на ионы Са (II) и Mg(II), содержащиеся в воде; диализа; комбинированным, представляющим собой различные сочетания перечисленных методов. Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиПа при умягчении подземных вод следует применять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды, — известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды — последующее катионирование. Для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд обычно умягчают лишь ее некоторую часть с последующим смешением с исходной водой, при этом количество воды от общего количества, подлежащее умягчению (в %), определяют по формуле: где ЖО.И. – общаяжесткость исходной воды, мэкв/л; ЖО.С. - общая жесткость воды, поступающей в сеть, мэкв/л; Ж О.У. – жесткость умягченной воды, мэкв/л. Термический метод умягчения воды Термический метод умягчения воды целесообразно применять при использовании карбонатных вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами умягчения воды.Он основан на смещении углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования карбоната кальция, что описывается реакцией: Са(НСО3)2СаСО3↓ + СО2 ↑+ Н2О. Равновесие смещается за счет понижения растворимости оксида углерода (IV), вызываемого повышением температуры и давления. Кипячением можно полностью удалить оксид углерода (IV) и тем самым значительно снизить карбонатную кальциевую жесткость. Однако, полностью устранить указанную жесткость не удается, поскольку карбонат кальция хотя и незначительно (13 мг/л при температуре 18°С), но все же растворим в воде. При наличии в воде гидрокарбоната магния процесс его осаждения происходит следующим образом: вначале образуется сравнительно хорошо растворимый (110 мг/л при температуре 18 °С) карбонат магния Mg (НСО3) → MgCO3 + СО2 ↑+ Н2О, который при продолжительном кипячении гидролизуется, в результате чего выпадает осадок малорастворимого (8,4 мг/л) гидроксида магния MgCO3 + Н2О → Mg (ОН)2 + СО2↑ Следовательно, при кипячении воды жесткость, обусловливаемая гидрокарбонатами кальция и магния, снижается. При кипячении воды снижается также жесткость, определяемая сульфатом кальция, растворимость которого падает до 0,65 г/л. Реагентные методы умягчения воды Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg(OH)2, СаСО3, Са3(РО4)2, Mg3(PO4)2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества. Умягчение воды известкованиемприменяют при ее высокой карбонатной и низкой некарботаной жесткости, а также в случае, когда не требуется удалять из воды соли некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молока) в предварительно подогретую обрабатываемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду ионами ОН- и Са2+, что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные: СО2 + 2ОН- СО32- + Н2О, HCО3- + ОН- СО32- + Н2О. Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов СО32- и присутствие в ней ионов Са2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция: Са2+ + СО32-СаСО3↓. При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния: Mg2++ 2ОН- → Mg (OH)2↓ . Для ускорения удаления дисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием применяют коагуляцию этих примесей сульфатом железа (II), т. е. FeSO47H2O. Остаточная жесткость умягченной воды при декарбонизации может быть получена на 0,4... 0,8 мэкв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8... 1,2 мэкв/л. Доза извести рассчитывается, зная концентрацию CO2, ЖК, концентрацию Са2+ и дозу коагулянта. Известково-содовый метод описывается уравнениями: CO2+Ca(OH)2CaCO3, Ca(HCO3)2+ Ca(OH)22CaCO3+2H2O, Mg(HCO3)2+ Ca(OH)2MgCO3+CaCO3+2H2O, MgCO3+ Ca(OH)2Mg(OH)2+ CaCO3, CaCl2+Na2CO3 CaCO3+2NaCl, CaSO4+Na2CO3 CaCO3+Na2SO4. При известково-содовом методе умягчения воды, образующиеся карбонат кальция и гидроксид магния могут пересыщать растворы и долго оставаться в коллоидно-дисперсном состоянии. Их переход в грубодисперсный шлам длителен, особенно при низких температурах и наличии в воде органических примесей, которые действуют как защитные коллоиды. При большом их количестве жесткость воды при реагентном умягчении воды может снижаться всего на 15... 20 %. В подобных случаях перед умягчением или в процессе его из воды удаляют органические примеси окислителями и коагулянтами. При известково-содовом методе часто процесс проводят в две стадии. Первоначально из воды удаляют органические примеси и значительную часть карбонатной жесткости, используя соли алюминия или железа с известью, проводя процесс при оптимальных условиях коагуляции. После этого вводят соду и остальную часть извести и доумягчают воду. При удалении органических примесей одновременно с умягчением воды в качестве коагулянтов применяют только соли железа, поскольку при высоком значении рН воды, необходимом для удаления магниевой жесткости, соли алюминия не образуют сорбционно-активного гидроксида. Доза извести рассчитывается, зная концентрацию CO2, ЖК, концентрацию Mg2+ и дозу коагулянта, доза соды – ЖНК и дозу коагулянта. Более глубокое умягчение воды может быть достигнуто ее подогревом, добавлением избытка реагента-осадителя и созданием контакта умягчаемой воды с ранее образовавшимися осадками.При подогреве воды уменьшается растворимость СаСОз и Mg(OH)2 и более полно протекают реакции умягчения. Большой избыток реагента-осадителя при декарбонизации добавлять не рекомендуется, так как возрастает остаточная жесткость из-за не прореагировавшей извести или при наличии в воде магниевой некарбонатной жесткости вследствие ее перехода в кальциевую жесткость: MgSO4 + Са(ОН)2 = Mg (ОН)2↓ + CaSO4↓ . Поэтому рекомендуется принимать избыток извести не более 0,5 мэкв/л. При известково-содовом методе также не рекомендуется применять большие избытки извести, однако, в данном случае они не вызывают увеличения остаточной жесткости, поскольку снимаются содой: Са(ОН)2 + Na2CО3 = СаСО3↓+ 2NaOH, но избыток извести приводит к нерациональному перерасходованию соды, повышению стоимости умягчения воды и увеличению щелочности. Поэтому избыток соды принимают около 1мэкв/л. Контроль процесса умягчения воды следует осуществлять коррекцией рН умягченной воды.Когда этоневозможно, его контролируют по значению щелочности, которую при декарбонизации поддерживают в пределах 0,1 ...0,2мэкв/л, а при известково-содовом умягчении – 0,3 ... 0,5 мэкв/л. При содово-натриевом методе умягчения воды ее обрабатывают содой и гидроксидом натрия: CO2 + NaOH = Na2CO3 + H2O. Ввиду того, чтосода образуется при реакции гидроксида натрия с гидрокарбонатом, необходимая для добавки в воду доза ее значительно уменьшается. При высокой концентрации гидрокарбонатов в воде и низкой некарбонатной жесткости избыток соды может оставаться в умягченной воде. Поэтому этот метод применяют лишь с учетом соотношения между карбонатной и некарбонатной жесткостью. Содово-натриевый методобычно применяют для умягчения воды, карбонатная жесткость которой немного больше некарбонатной. Если карбонатная жесткость приблизительно равна некарбонатной, соду можно совсем не добавлять, поскольку необходимое ее количество для умягчения такой воды образуется в результате взаимодействия гидрокарбонатов с едким натром. Доза кальцинированной соды увеличивается по мере повышения некарбонатной жесткости воды. Бариевый метод умягчения водыприменяют в сочетании с другими методами. Вначале вводят барийсодержащие реагенты в воду (Ва(ОН)2, ВаСО3, ВаА12О4) для устранения сульфатной жесткости, затем после осветления воды ее обрабатывают известью и содой для доумягчения. Химизм процесса описывается реакциями: Из-за высокой стоимости реагентов бариевый метод применяют очень редко. Для подготовки питьевой воды из-за токсичности бариевых реагентов он непригоден. Образующийся сульфат бария осаждается очень медленно, поэтому необходимы отстойники или осветлители больших размеров. Оксалатный метод умягчения водыоснован на применении оксалата натрия и на малой растворимости в воде образующегося оксалата кальция (6,8 мг/л при 18° С): Метод отличается простотой технологического и аппаратурного оформления, однако, из-за высокой стоимости реагента его применяют для умягчения небольших количеств воды. Фосфатирование применяют для доумягчения воды.После реагентного умягчения известково-содовым методом неизбежно наличие остаточной жесткости (около 2 мэкв/л), которую фосфатным доумягчением можно снизить до 0,02—0,03 мэкв/л. Такая глубокая доочистка позволяет в некоторых случаях не прибегать к катионитовому водоумягчению. Фосфатированием достигается также большая стабильность воды, снижение ее коррозионного действия на металлические трубопроводы и предупреждаются отложения карбонатов на внутренней поверхности стенок труб. В качестве фосфатных реагентов используют гексаметафосфат, триполифосфат (ортофосфат) натрия и др. Фосфатный метод умягчения воды при использовании три-натрийфосфата является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды тринатрийфосфатом описывается реакциями: Как видно из приведенных реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок. Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105... 150°С, достигая ее умягчения до 0,02 ... 0,03 мэкв/л. Из-за высокой стоимости тринатрийфосфата фосфатный метод обычно используется для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой. Образующиеся при фосфатном умягчении осадки Са3(РО4)2и Mg3(PO4)2 хорошо адсорбируют из умягченной воды органические коллоиды и кремниевую кислоту, что позволяет выявить целесообразность применения этого метода для подготовки питательной воды для котлов среднего и высокого давления. Термохимический метод умягчения воды Термохимическое умягчение применяют исключительно при подготовке воды для паровых котлов, так как в этом случае наиболее рационально используется теплота, затраченная на подогрев воды. Этим методом умягчение воды производят обычно при температуре воды выше 100 °С. Более интенсивному умягчению воды при ее подогреве способствует образование тяжелых и крупных хлопьев осадка, быстрейшее его осаждение вследствие снижения вязкости воды при нагревании, сокращается также расход извести, так как свободный оксид углерода (IV) удаляется при подогреве до введения реагентов. Термохимический метод применяют с добавлением коагулянта и без него, поскольку большая плотность осадка исключает необходимость в его утяжелении при осаждении. Помимо коагулянта используют известь и соду с добавкой фосфатов и реже гидроксид натрия и соду. Применение гидроксида натрия вместо извести несколько упрощает технологию приготовления и дозирования реагента, однако экономически такая замена не оправдана в связи с его высокой стоимостью. Для обеспечения удаления некарбонатной жесткости воды соду добавляют с избытком. ТЕМА 4 Опреснение и обессоливание воды Методы опреснения и обессоливания воды, их классификация Существующие методы опреснения и обессоливания воды подразделяют на две основные группы: с изменением и без изменения агрегатного состояния воды. К первой группе методов относят дистилляцию, нагрев воды до сверх критической температуры (350 °С), замораживание, газогидратный метод; ко второй – ионообмен, электродиализ, обратный осмос (гиперфильтрация), ультрафильтрацию, экстракцию и др. Наиболее распространены в практике дистилляция, ионообмен, электродиализ и обратный осмос. Выбор метода обусловливается качеством исходной и требованиями к качеству обработанной воды, производительностью установки и технико-экономическими соображениями. Стоимость обессоливания воды ионообменом сильно возрастает с увеличением содержания соли в воде; одновременно снижается глубина обессоливания воды. Поэтому обессоливание ионообменом предпочтительно для вод со степенью минерализации менее 0,8... 1,0 г/л. Выбор метода обессоливания для воды со степенью минерализации более 1,0 г/л должен производиться экономическим сравнением ионитового и дистилляционного или других методов с учетом местных условий. Можно сказать, что при содержании солей в воде до 2... 3 г/л следует рекомендовать ионообменный метод, более 10 г/л – дистилляцию, замораживание или обратный осмос; 2,5... 10 г/л – электродиализ или обратный осмос.

Похожие:

	Учебно-методических материалов по курсу "Оценка земли" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены		Учебно-методических материалов по курсу "Макроэкономика" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены
	Учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические... Комплект учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические проекты»		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Конституционное право зарубежных стран» Учебно-методический комплекс дисциплины является частью образовательной программы высшего учебного заведения, разрабатываемый по...
	Учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и... Комплект учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и оценка риска»		Учебно-методический комплекс Направление подготовки 030900 Юриспруденция квалификация «бакалавр» Банковское право: комплекс учебно-методических материалов для студентов заочного обучения – Калининград: 2013. 37с
	3. Учебно-методический комплекс: состав и структура Мгоу, университет и представляет собой совокупность материалов, регламентирующих содержание учебной и методической работы по организации...		Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Философия» Учебно-методический комплекс включает учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, список основной и дополнительной...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Теория физической культуры» представляет собой совокупность учебно-методических материалов, способствующих эффективному освоению...		Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология...
	Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Физиология центральной нервной системы» Комплекс включает учебно-тематический план изучения дисциплины, учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, структуру...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...