Основні методи пом'якшення води

Основні методи пом'якшення води

Зміст

Теоретичні основи пом'якшення води, класифікація методів

Термічний метод пом'якшення води

Реагентні методи пом'якшення води

Технологічні схеми і конструктивніелементи установок реагентного пом'якшення води

термохімічних метод пом'якшення води

Пом'якшення води діалізом

Магнітна обробка води

Література

Теоретичні основи пом'якшення води, класифікація методів

Під зм'якшуванням води мається на увазі процес видалення з неїкатіонів жорсткості, тобто кальцію і магнію. Відповідно до ГОСТ 2874-82"Вода питна" жорсткість води не повинна перевищувати 7 мг-екв/л. Окремівиди виробництв до технологічної воді пред'являють вимоги глибокого її пом'якшення,тобто до 0,05.0,01 мг-екв/л. Звичайно використовувані вододжерела мають жорсткість, що відповідаєнормам господарсько-питних вод, і в пом'якшенні не потребують. Пом'якшення води виробляютьв основному при її підготовці для технічних цілей. Так, жорсткість води для харчуваннябарабанних котлів не повинна перевищувати 0,005 мг-екв/л. Пом'якшення води здійснюютьметодами: термічним, заснованим на нагріванні води, її дистиляції чи виморожування;реагентними, при яких знаходяться у воді іони Ca ( II ) і Mg ( II ) пов'язують різними реагентами в практичнонерозчинні сполуки; іонного обміну, заснованого на фільтруванні умягчаетсяводи через спеціальні матеріали, що обмінюють входять до їх складу іони Na ( I) або Н (1) на іониСа (II) і Mg ( II ),містяться у воді діалізу; комбінованим, що представляє собою різні поєднанняперерахованих методів.

Вибір методу пом'якшення води визначається її якістю, необхідноїглибиною зм'якшування і техніко-економічними міркуваннями. У відповідності з рекомендаціямиСНіПа при пом'якшенні підземних вод слід застосовувати іонообмінні методи; приумягчении поверхневих вод, коли одночасно потрібно і освітлення води, - вапнянийабо вапняно-содовий метод, а при глибокому пом'якшенні води - подальше катіонірованіе. Основні характеристики та умови застосування методів пом'якшення води наведенів табл. 20.1.

зм'якшування вода діаліз термічний

Для отримання води для господарсько-питних потреб зазвичай мовить м'якенькілише її деяку частину з наступним змішуванням з вихідною водою, при цьому кількістьумягчается води Q y визначаютьза формулою

(20.1)

де Ж о. і . - Загальна жорсткість вихідної води, мг-екв/л;Ж 0. з . - Загальна жорсткість води, що надходить в мережу, мг-екв/л; Ж 0. у. - жорсткість пом'якшеної води, мг-екв/л.

Методи пом'якшення води

Показник термічний реагентниє іонообмінний діалізу Характеристика процесу Воду нагрівають до температури вище 100 В° С, при цьому віддаляється карбонатнаі Некарбонатная жорсткості (у вигляді карбонату кальцію, гідрокси-. да магнію і гіпсу) У воду додають вапно, що знімає карбонатну і магнієву жорсткість,а також соду, що знімає некарбонат - іую жорсткість умягчается вода пропускається через катіоніту - ші фільтри Вихідна вода фільтрується через напівпроникну мембрану Призначення методу Усунення карбонатної жорсткості з води, вживаної для живленнякотлів низького н середнього тиску Неглибоке умягчение при одночасному освітленні води від зваженихречовин Глибоке зм'якшування води, що містить незначну кількість зваженихречовин Глибоке пом'якшення води Витрата води на власні потреби - Не більше 10% До 30% і більше пропорційно жорсткості вихідної води 10 Умови ефективного застосування: каламутність початкової води, мг/л До 50 До 500 Не більше 8 До 2,0 Жорсткість води, мг-екв/л Карбонатна жорсткість з переважанням Са (НС03) 2, Некарбонатная жорсткістьу вигляді гіпсу 5.30 Не вище 15 До 10,0 Залишкова жорсткість води, мг-екв/л Карбонатна жорсткість до 0,035, CaS04 до 0,70 До 0,70 0,03.0,05 прн одноступенчатом і до 0,01 при двухступенчатом ка - тіонірованіі 0,01 і нижче Температура води, В° С До 270 До 90 До 30 (глауконіт), до 60 (сульфоуглі) До 60 Термічний метод пом'якшення води

Термічний метод пом'якшення води доцільно застосовувати привикористанні карбонатних вод, що йдуть на харчування котлів низького тиску, а такожв поєднанні з реагентними методами пом'якшення води. Він заснований на зсуві вуглекислотногорівноваги при її нагріванні в бік утворення карбонату кальцію, що описуєтьсяреакцією

Са (НС0 3 ) 2 -> СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Рівновага зміщується за рахунок пониження розчинності оксиду вуглецю(IV), що викликається підвищенням температури і тиску. Кип'ятінням можна повністювидалити оксид вуглецю (IV) і тим самим значно знизити карбонатну кальцієвужорсткість. Однак, повністю усунути зазначену жорсткість не вдається, оскількикарбонат кальцію хоча і незначно (13 мг/л при температурі 18 В° С), але все жрозчинний у воді.

При наявності у воді гідрокарбонату магнію процес його осадженнявідбувається наступним чином: спочатку утворюється порівняно добре розчинний(110 мг/л при температурі 18 В° С) карбонат магнію

Mg (НСО 3 ) в†’ MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

який при тривалому кип'ятінні гідролізується, в результатічого випадає осад малорастворимого (8,4 мг/л). гідроксиду магнію

MgC0 3 + H 2 0в†’ Mg (0H) 2 + C0 2 .

Отже, при кип'ятінні води жорсткість, що обумовлюєтьсягідрокарбонатами кальцію і магнію, знижується. При кип'ятінні води знижується такожжорсткість, обумовлена ​​сульфатом кальцію, розчинність якого падає до 0,65г/л.

На рис. 1 показаний термоумягчітель конструкції Копйова, що відрізняєтьсявідносною простотою пристрою і надійністю роботи. Попередньо підігрітав апараті оброблювана вода надходить через ежектор на розетку плівкового підігрівачаі розбризкується над вертикально розміщеними трубами, і по ним стікає вниз назустрічгарячій парі. Потім спільно з продувної водою від котлів вона по центрально подаючоїтрубі через дірчасті днище надходить в освітлювач із зваженим осадом.

Виділяються при цьому з води вуглекислота і кисень разом знадлишком пара скидаються в атмосферу. Утворені в процесі нагрівання водисолі кальцію і магнію затримуються у зваженому шарі. Пройшовши через зваженийшар..., пом'якшена вода надходить у збірник і відводиться за межі апарату.

Час перебування води в термоумягчітеле складає 30.45 хв,швидкість її висхідного руху у зваженому шарі 7.10 м/ч, а в отворах помилковогодна 0,1.0,25 м/с.

Рис. 1. Термоумягчітель конструкції Копйова.

15 - скидання дренажної води; 12 - центральна подаючатруба; 13 - помилкові перфоровані днища; 11 - зважений шар; 14 - Скидання шламу; 9 - збірник пом'якшеної води; 1, 10 - подача вихідноїі відведення зм'якшеної води; 2 - продування котлів; 3 - ежектор; 4 - випарувати; 5 - плівковий підігрівач; 6 - скид пара; 7 - кільцевої перфорованийтрубопровід відведення води до ежектору; 8 - похилі сепаруючі перегородки

Реагентні методи пом'якшення води

Пом'якшення води реагентними методами засновано на обробці їїреагентами, що утворюють з кальцієм і магнієм малорозчинні сполуки: Mg (OH) 2 , СаС0 3 ,Са 3 (Р0 4 ) 2 , Mg 3 (P0 4 ) 2 і інші з наступним їхвідділенням в освітлювачах, тонкошарових відстійниках і освітлювальні фільтрах. Вякості реагентів використовують вапно, кальциновану соду, гідроксиди натріюі барію та інші речовини.

Пом'якшення води вапнуванням застосовують при її високійкарбонатною і низькою некарботаной жорсткості, а також у разі, коли не потрібнавидаляти з води солі некарбонатних жорсткості. В якості реагенту використовують вапно,яку вводять у вигляді розчину або суспензії (молока) в попередньо підігрітуоброблювану воду. Розчиняючись, вапно збагачує воду іонами ОН - і Са 2 + ,що призводить до зв'язування розчиненого у воді вільного оксиду вуглецю (IV) зутворенням карбонатних іонів і переходу гідрокарбонатних іонів в карбонатні:

С0 2 + 20Н - в†’ СО 3 + Н 2 0, НСО 3 - + ОН - в†’ СО 3 - + Н 2 О.

Підвищення в оброблюваній воді концентрації іонів С0 3 2- і присутність в ній іонів Са 2 + з урахуванням введенихз вапном приводить до підвищення твори розчинності і осадженню малорастворимогокарбонату кальцію:

Са 2 + + С0 3 - в†’СаС0 3 .

При надлишку вапна в осад випадає і гідроксид магнію

Mg 2 + + 20Н - в†’Mg (ОН) 2

Для прискорення видалення дисперсних і колоїдних домішок і зниженнялужності води одночасно з вапнуванням застосовують коагуляцію цих домішоксульфатом заліза (II) тобто FeS0 4 * 7 Н 2 0.Залишкова жорсткість пом'якшеної води при декарбонізації може бути отримана на 0,4.0,8мг-екв/л більше некарбонатних жорсткості, а лужність 0,8.1,2 мг-екв/л. Доза вапнавизначається співвідношенням концентрації у воді іонів кальцію і карбонатної жорсткості:а) при співвідношенні [Са 2 + ]/20 <Ж до ,

(20.2б)

б) при співвідношенні [Са 2 + ]/20> Ж до ,

(20.3)

де [СО 2 ] - концентрація у воді вільного оксидувуглецю (IV), мг/л; [Са 2 + ] - концентрація іонів кальцію, мг/л; Ж до - Карбонатна жорсткість води, мг-екв/л; Д до - доза коагулянту (FeS0 4 або FeCl 3 в перерахунку на безводні продукти), мг/л; е до - еквівалентна масаактивної речовини коагулянту, мг/мг-екв (для FeS0 4 е до = 76, для FeCl 3 е до = 54); 0,5 і 0,3 - надлишок вапна для забезпечення більшої повноти реакції, мг-екв/л.

Вираз Д до /е до беруть зі знаком мінус,якщо коагулянт вводиться раніше вапна, і зі знаком плюс, якщо спільно або після.

При відсутності експериментальних даних дозу коагулянту знаходятьз виразу

Д до = 3 (С) 1/3 , (20.4)

де С - кількість суспензії, що утворюється при пом'якшенні води (вперерахунку на суху речовину), мг/л.

У свою чергу, С визначають, використовуючи залежність

де М і - вміст завислих речовин у вихіднійводі, мг/л; m - зміст СаО в товарній вапна,%.

Вапняно-содовий метод пом'якшення води описується наступнимиосновними реакціями:

За цим методом залишкова жорсткість може бути доведена до 0,5.1,а лужність з 7 до 0,8.1,2 мг-екв/л.

Дози вапна Д і і соди Д з (в перерахункуна Na 2 C0 3 ),мг/л, визначають за формулами

(20.6)

(20.7)

де [Mg 2 + ] - вміст уводі магнію, мг/л; Ж н. к. - Некарбонатная жорсткість води, мг-екв/л.

При вапняно-содовому методі зм'якшення води утворюються карбонаткальцію і гідроксид магнію можуть пересищать розчини і довго залишатися в колоїдно-дисперсномустані. Їх перехід в грубодисперсних шлам тривалий, особливо при низьких температурахі наявності у воді органічних домішок, які діють як захисні колоїди.При великій їх кількості жорсткість води при реагентному пом'якшенні води може знижуватисявсього на 15.20%. У подібних випадках перед зм'якшуванням або в процесі його з водивидаляють органічні домішки окислювачами і коагулянтами. При вапняно-содовомуметоді часто процес проводять у дві стадії. Спочатку з води видаляють органічнідомішки і значну частину карбонатної жорсткості, використовуючи солі алюмініюабо заліза з вапном, проводячи процес при оптимальних умовах коагуляції. Післяцього вводять соду і решту частини вапна і доумягчают воду. При видаленніорганічних домішок одночасно з зм'якшуванням води в якості коагулянтів застосовуютьтільки солі заліза, оскільки при високому значенні рН води, необхідному для видаленнямагнієвої жорсткості, солі алюмінію не утворюють сорбційно-активного гідроксиду.Дозу коагулянту при відсутності експериментальних даних розраховують за формулою(20.4). Кількість суспензії визначають за формулою

(20.8)

де Ж про - загальна жорсткість води, мг-екв/л.

Більш глибоке зм'якшування води може бути досягнуто її підігрівом,додаванням надлишку реагенту-осаджувача і створенням контакту умягчается води з ранішеутвореними опадами. При підігріві води зменшується розчинність СаСО 3 і Mg (OH) 2 і більш повнопротікають реакції пом'якшення.

З графіка (рис. 2, а) видно, що залишкова жорсткість, близькадо теоретично можливої, може бути отримана тільки при значному підігрівіводи. Значний ефект пом'якшення спостерігається при 35.40 В° С, подальший підігрівменш ефективний. Глибоке умягчение ведуть при температурі вище 100 В° С. Великийнадлишок реагенту-осаджувача при декарбонізації додавати не рекомендується, так якзростає залишкова жорсткість через непрореагіровавшей вапна або за наявностіу воді магнієвої некарбонатних жорсткості внаслідок її переходу в кальцієву жорсткість:

MgS0 4 + Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + CaS0 4

Тому рекомендується приймати надлишок вапна не більше 0,5мг-екв/л. Залежність залишкової твердості води від дози вапна наведена на рис.2, б.

Рис. 2. Вплив температури (а) і дози вапна (б) на глибинупом'якшення води вапняно-содовим і вапняним методом

При вапняно-содовому методі також не рекомендується застосовувативеликі надлишки вапна, однак, в даному випадку вони не викликають збільшення залишковоїжорсткості, оскільки знімаються содою

Са (0H) 2 + Na 2 C0 3 = CaC0 3 +2 NaOH,

але надлишок вапна призводить до нераціонального перерасходованіюсоди, підвищенню вартості пом'якшення води і збільшення гідратної лужності. Томунадлиш...ок соди приймають близько 1 мг-екв/л. Жорсткість води в результаті контакту зраніше випав осадом знижується на 0,3.0,5 мг-екв/л п порівнянні з процесом безконтакту з осадом.

Контроль процесу пом'якшення води слід здійснювати корекцієюрН пом'якшеної води. Коли це неможливо, його контролюють за значенням гідратноїлужності, яку при декарбонізації підтримують в межах 0,1.0,2 мг-екв/л,при вапняно-содовому умягчении - 0,3.0,5 мг-екв/л.

При содово-натриевом методі пом'якшення води її обробляють содоюі гідроксидом натрію:

Зважаючи на те, що сода утворюється при реакції гідроксиду натріюз гідрокарбонатом, необхідна для добавки в воду доза її значно зменшується.При високій концентрації гідрокарбонатів у воді і низькою некарбонатних жорсткостінадлишок соди може залишатися в пом'якшеній воді. Тому цей метод застосовують лишез урахуванням співвідношення між карбонатною і некарбонатних жорсткістю.

содово-натрієвий метод зазвичай застосовують для зм'якшенняводи, карбонатна жорсткість якої трохи більше некарбонатних. Якщо карбонатнажорсткість приблизно дорівнює некарбонатних, соду можна зовсім не додавати, оскількинеобхідне її кількість для пом'якшення такої води утворюється в результаті взаємодіїгідрокарбонатів з їдким натром. Доза кальцинованої соди збільшується по міріпідвищення некарбонатних жорсткості води.

Содорегенератівний метод, заснований на відновленні соди впроцесі пом'якшення, застосовують при підготовці води, для живлення парових котлів низькоготиску

Са (НС0 3 ) 2 + Na 2 C0 3 = СаС0 3 + 2NaHC0 3 .

Гідрокарбонат натрію, потрапляючи в котел з зм'якшеної водою, розкладаєтьсяпід впливом високої температури

2NаHC0 3 = Na 2 C0 3 +Н 2 0 + С0 2 .

Утвориться, при цьому сода разом з надлишковою, введеної спочаткув водоумягчітель, тут же в котлі гідролізує з утворенням гідроксиду натрію іоксиду вуглецю (IV), який з продувної водою надходить в водоумягчітель, девикористовується для видалення з умягчается води гідрокарбонатів кальцію і магнію. Недолікцього методу полягає в тому, що утворення значної кількості СО 2 в процесі пом'якшення викликає корозію металу і підвищення сухого залишку в котловоїводі.

Барієвий метод пом'якшення води застосовують у поєднанні зіншими методами. Спочатку вводять барій містять реагенти в воду (Ва (ОН) 2 ,Васо 3 , Ваа1 2 0 4 ) для усунення сульфатної жорсткості,потім після освітлення води її обробляють вапном і содою для доумягченія. Хімізмпроцесу описується реакціями:

Через високу вартість реагентів барієвий метод застосовують дужерідко. Для підготовки питної води через токсичність барієвих реагентів він непридатний.Утворений сульфат барію осідає дуже повільно, тому необхідні відстійникиабо освітлювачі великих розмірів. Для введення ВаС03 слід використовувати флокуляторз механічними мішалками, оскільки ВАЛТ 3 утворює важку, швидко осаджуютьсясуспензію.

Необхідні дози барієвих солей, мг/л, можна знайти, користуючисьвиразами: гідроксиду барію (продукт 100%-ної активності) Д б = 1,8(SO 4 2 - ), алюмінату барію Д б = 128Ж 0 ;вуглекислого барію Д в = 2,07 Оі (S0 4 2 - );

Вуглекислий барій застосовують з вапном.

води.

двох.матеріалом.3

Рис. 3.При необхідностімасою.фільтрів.

Можливо

Рис. 4.

Оброблювана вода

На рис.

Рис. 5.

Рис. 6.е змішання відфільтрованих аноліта і католітапоказники пом'якшеної води були наступними: загальна жорсткість Ж про складала0,8-1,2 мг-екв/л, рН = 8-8,5. Витрати електроенергії склали 3,8 кВт * год/м 3 .

Хімічним, рентгеноструктурним, ІЧ-спектроскопічні й спектральниманалізами встановлено, що в осаді переважно містяться CaC0 3 , Mg (OH) 2 і частково Fe 2 0 3 * Н 2 0.Це свідчить про те, що зв'язування іонів Mg (II) відбувається за рахунок гідроксил-іонів при розряді молекул водина катоді.

Електрохімічна обробка води перед подачею на катіонітовихфільтри дозволяє значно (у 15-20 разів) збільшити їх робочий цикл.

Термохімічний метод пом'якшення води

термохімічної умягчение застосовують виключно при підготовціводи для парових казанів, так як в цьому випадку найбільш раціонально використовуєтьсятеплота, витрачена на підігрів води. Цим методом пом'якшення води виробляють зазвичай 'при температурі води вище 100 В° С. Більш інтенсивному пом'якшення води при її підігрівісприяє освіта важких і великих пластівців осаду, якнайшвидше його осадженнявнаслідок зниження в'язкості води при нагріванні, скорочується також витрата вапна,так як вільний оксид вуглецю (IV) віддаляється при підігріві до введення реагентів.Термохімічний метод застосовують з додаванням коагулянту і без нього, оскільки більшащільність осаду виключає необхідність в його утяжелении при осадженні. Крімкоагулянту використовують вапно і соду з добавкою фосфатів і рідше гідроксид натріюі соду. Застосування гідроксиду натрію замість вапна дещо спрощує технологіюприготування і дозування реагенту, проте економічно така заміна не виправданау зв'язку з його високою вартістю.

Для забезпечення видалення некарбонатних жорсткості води соду додаютьз надлишком. На рис. 7 показано вплив надлишку соди на залишкову кальцієву та загальнужорсткість води при її термохімічної умягчении. Як видно з графіків, при надлишкусоди 0,8 мг-екв/л кальцієва жорсткість може бути знижена до 0,2, а загальна - до 0,23мг/екв-л. При подальшому Додатку соди жорсткість ще більш знижується. Залишковийвміст магнію у воді може бути знижено до 0,05.0,1 мг-екв/л при надлишку вапна(Гідратної лужності) 0,1 мг-екв/л. На рис. 20.8 показана установка термохімічногопом'якшення води.

Вапняно-доломітовий метод використовують для одночасногозм'якшування і збезкремнювання води при температурі 120 В° С. Цим методом пом'якшеннялужність води, обробленої вапном або вапном і содою (без надлишку), можебути знижена до 0,3 мг-екв/л при залишковій концентрації кальцію 1,5 мг-екв/л ідо 0,5 мг-екв/л при залишковій концентрації кальцію 0,4 мг-екв/л. Вихідна водаобробляється вапняно-доломітовим молоком і освітлюється в напірному освітлювачі.Потім вона проходить через напірні антрацитові і Na-катіонітовихфільтри першого і другого ступенів.

В освітлювачах висоту зони прояснення приймають рівною 1,5 м, швидкість висхідного потоку при вапнуванні - не більше 2 мм/с. Час перебування води в освітлювачівід 0,75 до 1,5 год залежно від виду видаляється забруднення. Коагулянт солі заліза(III) рекомендується додавати в кількості 0,4 мг-екв/л.

Рис. 7. Вплив надлишку соди на залишкову кальцієву (а) і загальну (Б) жорсткість води при її термохімічної умягчении

Рис. 8. Установка вапняно-содового пом'якшення води з фосфатнимдоумягченіем: 1 - скидання шламу з накопичувача 2,3 - збірник зм'якшеноїводи; 4 - введення вапна й соди; 5, 11 - подача вихідної і відведення зм'якшеноїводи; 6 - введення пара; 7, 8 - термореактор першої та другої ступені; 9 - введення тринатрийфосфата; 10 - освітлювальні швидкий фільтр

Метод високотемпературного пом'якшення води застосовують практичнодля повного її пом'якшення. Установки термохімічного пом'якшення води зазвичай більшкомпактні. Вони складаються з дозаторів реагентів, підігрівачів тонкошарових відстійниківчи освітлювачів і фільтрів. Дози вапна Д і і соди Д з , мг/л,при термохімічної умягчении води

де С і і С з - відповідно змістСаО і Na 2 C0 3 в технічному продукті,%.

Пом'якшення води діалізом

Діаліз - метод розділення розчинених речовин, що значно відрізняютьсямолекулярними масами. Він заснований на різних швидкостях дифузії цих речовин черезнапівпроникну мембрану, розділяє концентрований і розбавлений розчини.Під дією градієнта концентрації (за законом діючих мас) розчинені речовиниз різними швидкостями дифундують через мембрану в бік розведеного розчину.Розчинник (вода) дифундує в зворотному напрямку, знижуючи швидкість переносурозчинених речовин. Діаліз здійснюють в мембранних апаратах з нітро - і ацетатцеллюлозниміплівковими мембранами. Ефективність напівпроникної мембрани для пом'якшення водивизначається високими значеннями селективності та водопроникності, які вонаповинна зберігати протягом тривалого часу роботи. Селективність мембраниможна виразити таким чином:

(Ж і - Ж у )/Ж і (20.11)

де Ж в - концентрація вихідного розчину (жорсткість);Ж і - жорсткість пом'якшеної води.

На практиці часто використовують коефіцієнт зниження соле - змістуЗ і /С обр . Він найбільш повно відображає зміни в роботі мембрани,пов'язані з її виготовленням або з впливом зовнішніх факторів.

Існує кілька гіпотетичних моделей дії напівпроникнихмембран.

Гіпотеза гіперфільтрації припускає існування внапівпроникною мембрані пір, проникних при діалізі ас - соціанти молекул водиі гідратованих іони солей. Основою теоретичних розробок з'явилося положенняпро те, що через напівпроникну мембрану вода і розчинені в ній солі проникаютьза допомогою дифузії і потоків через пори.

Сорбційна модель проникності заснована на передумові,згідно якої на поверхні мембрани і в її порах адсорбується шарзв'язаної води, що володіє зниженою розчинювальною здатністю. Мембрани будутьнапівпроникності, якщо вони, хоча б в поверхневому шарі мають пори, які не перевищуютьза розміром подвоєної товщини шару зв'язаної рідини.

Дифузійна модель виходить з припущення, що компонентисистеми розчиняються в матеріалі мембрани і дифундують через неї. Селективністьмембрани пояснюється відмінністю в коефіцієнтах дифузії і розчинності компонентівсистеми в її матеріалі.

Електростатична теорія полягає в наступному. Прирусі вихідної води в камері з одного боку селективної (катіонітової) мембрани,а розсолу з іншого, іони натрію в разі, коли розсіл приготований з розчину кухонноїсолі, мігрують в мембрану і далі у вихідну воду, а іони кальцію в протилежномунапрямку, тобто з твердої води в розсіл. Таким чином, відбувається видалення іонівкальцію з вихідної води і заміна їх неосадкообразующімі іонами натрію. Одночаснов камерах відбуваються побічні процеси, супутні основному процесу діалізу:осмотичні переноси води, перенесення однойменних іонів, дифузія електроліту. Ціпроцеси залежать від якості мембрани.

Рівняння обміну між іонами [Ca 2 + ],містяться у вихідній воді, і іонами [Na + ]в мембрані має вигляд

де х, х - інші іони, що містяться в розчині і в мембрані.

Константа рівноваги

Рівняння обміну написано тільки для іона кальцію, але> фактичнонеобхідно враховувати суму іонів кальцію і магнію. Рівновага між розсолом і мембраноюмає вигляд:

Якщо k1 + k 2 ,то

де n - показник ступеня, що залежитьвід того, які іони входять до складу розчину.

З останнього виразу можна зробити висновок, що, якщо рівновазівідношення іонів натрію в розсолі і жорсткої вихідній воді одно, наприклад, 10, тожорсткість у вихідній воді буде приблизно в 100 разів менше, ніж в розсолі. Площа,м 2 , поверхні мембрани

де М - кількість речовини, що пройшло через мембрану; О”С ср - Рушійна сила процесу, т е. різниця концентрацій речовини по обидва боки мембрани;До д - коефіцієнт масопередачі, обумовлений зазвичай експериментальноабо наближено з виразу

ОІ 1 і ОІ 2 - Відповідні коефіцієнти швидкості переносу речовини в концентрованому розчинідо мембрани і від неї в розбавленому; б - товщина мембрани; D - Коефіцієнт дифузії розчиненої речовини.

Жорсткість пом'якшеної води після діалізу:

де С д і С р - концентрації солей на початкуапарату відповідно в діалізаті і в розсолі, мг-екв/л; і Q p - продуктивність апарату відповіднопо діалізату та розсолу, м 3 /год; Ж д і Ж р - жорсткістьдіалізату та розсолу на початку апарату, мг-екв/л; а - константа, обумовлена ​​властивостямимембран і розчинів;; L - довжина шляху розчину в діалізатнойі розсільної камерах апарату, м; П… д - швидкість руху діалізатув камері, м/с.

Експериментальна перевірка рівняння (20.13) на катіонітовихмембранах МКК показала хорошу збіжність результатів. Аналіз формули (20.13) показує,що зменшення швидкості руху діалізату в камерах апарату збільшує ефектзм'якшування, зниження жорсткості пом'якшеної води прямо пропорційно концентраціїрозсолу.

Магнітна обробка води

Останнім часом у вітчизняній і зарубіжній практиці для боротьбиз накипформування і інкрустацією успішно застосовують магнітну обробку води. Механізм впливу магнітного поля на воду та її домішки остаточно нез'ясований, є ряд гіпотез, які Е.Ф. Тебеніхіним класифіковані на тригрупи: перша, яка об'єднує більшість гіпотез, пов'язує дію магнітногополя на іони солей, розчинених у воді. Під впливом магнітного поля відбуваютьсяполяризація і деформація іонів, які супроводжуються зменшенням їх гідратації, підвищувальноїймовірність їх зближення, і в кінцевому підсумку освіту центрів кристалізації; друга передбачає дію магнітного поля на колоїдні домішки води, а третинагрупа об'єднує уявлення про можливий вплив магнітного поля на структуруводи. Це вплив, з одного боку, може викликати зміни в агрегації молекулводи, з іншого - порушити орієнтацію ядерних спінів водню в її молекулах.

Обробка води в магнітному полі поширена для боротьбиз накипформування. Суть методу полягає в тому, що при перетині водоюмагнітних силових ліній накіпеобразователі виділяються не на поверхні нагрівання,а в масі води. Утворені пухкі опади (шлам) видаляють при продувці. Метод ефективнийпри обробці вод кальцієво-карбонатного класу, які становлять близько 80% водвсіх водойм нашої країни і охоплюють приблизно 85% її території.

Обробка води магнітним полем отримала широке застосування дляборотьби з накипформування в конденсаторах парових турбін, в парогенераторах низькоготиску і малої продуктивності, в теплових мережах і мережах гарячого водопостачанняі різних теплообмінних апаратах, де застосування інших методів обробки водиекономічно недоцільно. У порівнянні з зм'якшуванням води основними перевагамиїї магнітної обробки є простота, дешевизна, безпека і майже повневідсутність експлуатаційних витрат.

Магнітна обробка природних вод (як прісних, так і мінералізованих)призводить до зменшення інтенсивності утворення накипу на поверхнях нагріву тількиза умови перенасиченості їх як карбонатом, так і сульфатом кальцію в моментвпливу магнітного поля і за умови, що концентрація вільного оксиду вуглецю(IV) менше його рівноважної концентрації. Протинакипних ефект Е обумовлюєприсутність у воді оксидів заліза та інших домішок:

де m н і m м - маса накипу, що утворилася на поверхні нагрівупри кип'ятінні в однакових умовах одного і того ж кількості води, відповіднонеобробленої та обробленої магнітним полем, м.

протинакипних ефект залежить від складу води, напруженостімагнітного поля, швидкості руху води та тривалості її перебування в магнітномуполе і від інших факторів. На пр...актиці застосовують магнітні апарати з постійнимисталевими або ферито-барієвої магнітами і електромагнітами (рис. 9). Апаратиз постійними магнітами конструктивно простіше і не вимагають живлення від електромережі.В апаратах з електромагнітом на сердечник (керн) намотуються котушки дроту,створюють магнітне поле.

Магнітний апарат монтується до трубопроводів у вертикальномуабо горизонтальному положенні за допомогою перехідних муфт. Швидкість руху води взазорі не повинна перевищувати 1 м/с. Процес роботи апаратів може супроводжуватисязабрудненням прохідного зазору механічними головним чином феромагнітними домішками.Тому апарати з постійними магнітами необхідно періодично розбирати і чистити.Оксиди заліза з апаратів з електромагнітними видаляють, відключивши їх від мережі.

Результати досліджень МГСУ (Г.І. Николадзе, В.Б. Вікулін)показали, що для води з карбонатною твердістю 6.7 мкг-екв/л, окислюваність 5,6мг02/л і солевмістом 385.420 мг/л, оптимальна напруженість магнітного полястановила (10.12,8) * 19 4 А/м, що відповідає силі струму 7.8 А.

Схема установки для магнітної обробки додаткової живильноїводи опалювальних парових котлів наведена на рис. 20.10.

Останнім часом набули поширення апарати із зовнішніминамагничивающей котушки. Для омагнічування великих мас води створені апаратиз пошаровим її обробкою.

Крім запобігання накипформування магнітна обробка , за даними П.П. Строкача, може застосовуватися для інтенсифікації процесу коагуляціїі кристалізації, прискорення розчинення реагентів, підвищення ефективності використанняіонообмінних смол, поліпшення бактерицидної дії дезінфектантів.

Рис. 9. Електромагнітний апарат для протинакипної обробкиводи ВКВ ВТІ: 1,8 - подача вихідної і відведення омагніченной води; 2 - Сітка; 3 - робочий зазор для проходу омагнічіваемой води; 4 - кожух; 5- Намагнічує котушка; 6 - сердечник; 7 - корпус; 9 - кришка; 10 - клеми

При проектуванні магнітних апаратів для обробки води задаютьсятакі дані: тип апарату, його продуктивність, індукція магнітного поля в робочомузазорі або відповідна їй напруженість магнітного поля, швидкість води в робочомузазорі, час проходження водою активної зони апарату, рід і його напруга дляелектромагнітного апарата або магнітний сплав і розміри магніту для апаратів зпостійними магнітами.

Рис. 10. Схема розміщення магнітної установки для обробки котловоїводи без попереднього очищення.

1,8 - вихідна і підживлювальної вода; 2 - електромагнітніапарати; 3, 4 - підігрівачі I і II ступеня; 5 - деаератор; 6 - Проміжний бак; 7 - підживлюючий насос

Література

1.Алексєєв Л.С., Гладков В.А. Поліпшення якості м'яких вод. М.,

2.Стройиздат, 1994 р.

3.Алфьорова Л.А., Нечаєв А.П. Замкнуті системи водного господарства промисловихпідприємств, комплексів та районів. М., 1984.

4.Аюкаев Р.І., Мельцер В.З. Виробництво і застосування фільтруючих матеріалівдля очищення води.Л., 1985.

5.Вейцер Ю.М., Мііц Д.М. Високомолекулярні флокулянти в процесах очищенняводи. М., 1984.

6.Єгоров А.І. Гідравліка напірних трубчастих систем в водопровідних очиснихспорудах. М., 1984.

7.Журба М.Г. Очищення води на зернистих фільтрах. Львів, 1980.