Změkčování vody dialýzou
Magnetická úprava vody
Literatura
Změkčováním vody se rozumí proces odstraňování kationtů tvrdosti z ní, tzn. vápníku a hořčíku. V souladu s GOST 2874-82 "Pitná voda" by tvrdost vody neměla překročit 7 mEq/l. Určité typy výroby vyžadují hluboké změkčení procesní vody, tzn. až 0,05,0,01 mEq/l. Typicky používané vodní zdroje mají tvrdost, která splňuje normy pro užitkovou a pitnou vodu a nevyžadují změkčování. Změkčování vody se provádí především při její přípravě pro technické účely. Tvrdost vody pro napájení bubnových kotlů by tedy neměla překročit 0,005 mEq/l. Změkčování vody se provádí těmito metodami: termální, na bázi ohřívání vody, její destilace nebo zmrazování; činidla, ve kterých jsou ionty přítomné ve vodě Ca ( II ) A Mg ( II ) vázat se různými činidly na prakticky nerozpustné sloučeniny; iontová výměna, založená na filtraci změkčené vody přes speciální materiály, které vyměňují ionty obsažené v jejich složení Na ( I) nebo H (1) na Ca (II) ionty a Mg ( II ), obsažené v dialyzační vodě; kombinované, představující různé kombinace uvedených metod.
Volba způsobu změkčování vody je dána její kvalitou, požadovanou hloubkou změkčení a technickými a ekonomickými úvahami. V souladu s doporučeními SNiP při změkčování podzemní vody by se měly používat metody iontové výměny; při změkčování povrchových vod, kdy je požadováno i čiření vody, se používá vápenná nebo vápno-sodová metoda a při hloubkovém změkčování vody následná kationizace. Hlavní charakteristiky a podmínky pro použití metod změkčování vody jsou uvedeny v tabulce. 20.1.
změkčující voda dialýza termální
Pro získání vody pro domácí a pitnou potřebu se obvykle změkčuje pouze její určitá část, následně se mísí se zdrojovou vodou, přičemž množství změkčené vody Qy určeno vzorcem
kde je J o. A. - celková tvrdost zdrojové vody, mEq/l; F 0. s. - celková tvrdost vody vstupující do sítě, mEq/l; F 0. u - tvrdost změkčené vody, mEq/l.
Metody změkčování vody
| Index | tepelný | činidlo | iontová výměna | dialýza |
| Charakteristiky procesu | Voda se zahřeje na teplotu nad 100°C, čímž se odstraní uhličitanová i nekarbonátová tvrdost (ve formě uhličitanu vápenatého, hydroxy- a hořčíku a sádry) | Do vody se přidává vápno, které eliminuje uhličitanovou a hořčíkovou tvrdost a také soda, která odstraňuje nekarbonátovou tvrdost. | Voda určená ke změkčení prochází přes katexové filtry | Zdrojová voda je filtrována přes polopropustnou membránu |
| Účel metody | Odstranění uhličitanové tvrdosti z vody používané k napájení nízkotlakých a středotlakých kotlů | Mělké změkčení při současném čištění vody z nerozpuštěných látek | Hluboké změkčení vody obsahující malé množství nerozpuštěných látek | Hluboké změkčení vody |
| Spotřeba vody pro vlastní potřebu | - | Ne více než 10 % | Až 30 % nebo více v poměru k tvrdosti zdrojové vody | 10 |
| Podmínky pro efektivní použití: zákal zdrojové vody, mg/l | Až 50 | Až 500 | Ne více než 8 | Až 2.0 |
| Tvrdost vody, mEq/l | Uhličitanová tvrdost s převahou Ca (HC03) 2, nekarbonátová tvrdost ve formě sádry | 5.30 | Ne vyšší než 15 | Až 10.0 |
| Zbytková tvrdost vody, mEq/l | Uhličitanová tvrdost do 0,035, CaS04 do 0,70 | Až 0,70 | 0,03,0,05 prn jednostupňové a až 0,01 s dvoustupňovou kationizací | 0,01 a méně |
| Teplota vody, °C | Až 270 | Až 90 | Až 30 (glaukonit), až 60 (sulfonit) | Až 60 |
Tepelnou metodu změkčování vody je vhodné použít při použití uhličitanových vod používaných k napájení kotlů nízký tlak a také v kombinaci s reagenčními metodami změkčování vody. Je založena na posunu rovnováhy oxidu uhličitého při jeho zahřívání směrem k tvorbě uhličitanu vápenatého, který je popsán reakcí
Ca (HC03)2 -> CaC03 + C02 + H20.
Rovnováha je posunuta v důsledku snížení rozpustnosti oxidu uhelnatého způsobeného zvýšením teploty a tlaku. Vaření může zcela odstranit oxid uhelnatý a tím výrazně snížit tvrdost uhličitanu vápenatého. Tuto tvrdost však není možné zcela odstranit, protože uhličitan vápenatý, i když nepatrně (13 mg/l při teplotě 18 °C), je stále rozpustný ve vodě.
Pokud je ve vodě přítomen hydrogenuhličitan hořečnatý, proces jeho srážení probíhá následovně: nejprve se vytvoří poměrně vysoce rozpustný (110 mg/l při teplotě 18 °C) uhličitan hořečnatý
Mg (HCO 3) → MgC03 + C02 + H20,
který při delším varu hydrolyzuje a vzniká slabě rozpustná sraženina (8,4 mg/l). hydroxid hořečnatý
MgC03+H20 -> Mg (0H)2+C02.
V důsledku toho se při vaření vody snižuje tvrdost způsobená hydrogenuhličitany vápníku a hořčíku. Při vaření vody klesá i tvrdost, určená síranem vápenatým, jehož rozpustnost klesá na 0,65 g/l.
Na Obr. 1 znázorňuje tepelný změkčovač navržený Kopjevem, vyznačující se relativní jednoduchostí zařízení a spolehlivým provozem. Upravená voda, předehřátá v zařízení, vstupuje ejektorem na hrdlo ohřívače fólie a je rozstřikována přes svisle umístěné trubky a stéká jimi dolů směrem k horké páře. Poté spolu s odkalovací vodou z kotlů protéká centrálním přívodním potrubím perforovaným dnem do čiřiče se suspendovanými sedimenty.
Oxid uhličitý a kyslík uvolněný z vody spolu s přebytečnou párou jsou vypouštěny do atmosféry. Soli vápníku a hořčíku vzniklé při ohřevu vody jsou zadržovány v suspendované vrstvě. Po průchodu suspendovanou vrstvou vstupuje změkčená voda do sběrné nádrže a je vypouštěna mimo zařízení.
Doba setrvání vody v tepelném změkčovači je 30,45 minut, rychlost jejího pohybu vzhůru v zavěšené vrstvě je 7,10 m/h, v otvorech falešného dna 0,1-0,25 m/s.
Rýže. 1. Termální změkčovač navržený Kopyevem.
15 - resetovat drenážní voda; 12 - centrální přívodní potrubí; 13 - falešná perforovaná dna; 11 - zavěšená vrstva; 14 - vypouštění kalu; 9 - sběr změkčené vody; 1, 10 2 - foukání kotle; 3 - vyhazovač; 4 - odpařování; 5 - ohřívač filmu; 6 - vypouštění páry; 7 - prstencové perforované potrubí pro odvod vody do ejektoru; 8 - šikmé dělicí příčky
Změkčování vody reagenčními metodami je založeno na její úpravě činidly, která tvoří s vápníkem a hořčíkem špatně rozpustné sloučeniny: Mg (OH) 2, CaC0 3, Ca 3 (P0 4) 2, Mg 3 (P0 4) 2 a další, následuje jejich separací v čiřičích, tenkovrstvých sedimentačních nádržích a čiřících filtrech. Vápno se používá jako činidla, soda hydroxid sodný a barnatý a další látky.
Změkčení vody vápněním používá se pro vysokou uhličitanovou a nízkou nekarbonátovou tvrdost, jakož i tehdy, když není nutné odstraňovat z vody soli nekarbonátové tvrdosti. Jako činidlo se používá vápno, které se zavádí ve formě roztoku nebo suspenze (mléka) do předehřáté upravené vody. Vápno po rozpuštění obohacuje vodu o OH - a Ca 2+ ionty, což vede k vazbě volného oxidu uhelnatého (IV) rozpuštěného ve vodě za vzniku uhličitanových iontů a přechodu hydrokarbonátových iontů na uhličitanové:
C02 + 20H - → CO 3 + H20, HCO 3 - + OH - → CO 3 - + H20.
Zvýšení koncentrace iontů CO 3 2 - v upravované vodě a přítomnost iontů Ca 2+ v ní, s přihlédnutím k iontům zaváděným s vápnem, vede ke zvýšení součinu rozpustnosti a vysrážení špatně rozpustného uhličitanu vápenatého. :
Ca2+ + C03 - → CaC03.
Při přebytku vápna se vysráží i hydroxid hořečnatý.
Mg2+ + 20H - → Mg (OH) 2
Pro urychlení odstranění dispergovaných a koloidních nečistot a snížení alkality vody se současně s vápněním používá koagulace těchto nečistot síranem železnatým, tzn. FeS0 4 * 7 H 2 0. Zbytkovou tvrdost změkčené vody během dekarbonizace lze získat o 0,4-0,8 mg-eq/l více než nekarbonátové tvrdosti a alkalita je 0,8-1,2 mg-eq/l. Dávka vápna je určena poměrem koncentrace vápenatých iontů ve vodě a uhličitanové tvrdosti: a) při poměru [Ca 2+ ] /20<Ж к,
b) s poměrem [Ca 2+ ] /20 > J c,
kde [CO 2 ] je koncentrace volného oxidu uhelnatého (IV) ve vodě, mg/l; [Ca 2+ ] - koncentrace vápenatých iontů, mg/l; Fc - uhličitanová tvrdost vody, mEq/l; D k - dávka koagulantu (FeS0 4 nebo FeCl 3 ve smyslu bezvodých produktů), mg/l; e k- ekvivalentní hmotnost účinná látka koagulant, mg/mg-ekv. (pro FeSO 4 E k = 76, pro FeCl3 ek = 54); 0,5 a 0,3 - přebytek vápna pro zajištění větší úplnosti reakce, mEq/l.
Výraz D k / e k se bere se znaménkem mínus, pokud se koagulant zavádí před vápno, a se znaménkem plus, pokud se společně nebo po něm.
Při absenci experimentálních dat se dávka koagulantu zjistí z exprese
Dk = 3 (C) 1/3, (20,4)
kde C je množství suspendovaných látek vytvořených během změkčování vody (ve smyslu sušina), mg/l.
C je zase určeno pomocí závislosti
kde M a je obsah nerozpuštěných látek ve zdrojové vodě, mg/l; m- Obsah CaO v komerčním vápně, %.
Metoda změkčování vody vápno-soda je popsána následujícími základními reakcemi:
Pomocí této metody lze dosáhnout zbytkové tvrdosti na 0,5,1 a alkality od 7 do 0,8,1,2 mEq/l.
Dávky vápna D a sody D s (z hlediska Na 2 C0 3), mg/l, se určují podle vzorců
(20.7)
kde je obsah hořčíku ve vodě, mg/l; Jn. K. - nekarbonátová tvrdost vody, mEq/l.
Při vápenně-sodové metodě změkčování vody může výsledný uhličitan vápenatý a hydroxid hořečnatý přesytit roztoky a zůstat po dlouhou dobu v koloidním dispergovaném stavu. Jejich přechod na hrubý kal trvá dlouho, zejména při nízkých teplotách a přítomnosti organických nečistot ve vodě, které působí jako ochranné koloidy. Při jejich velkém množství lze tvrdost vody při změkčování vody reagenciemi snížit pouze o 15,20 %. V takových případech jsou před změkčováním nebo během změkčovacího procesu z vody odstraněny organické nečistoty pomocí oxidačních činidel a koagulantů. U metody vápno-soda se proces často provádí ve dvou fázích. Nejprve se z vody odstraní organické nečistoty a významná část uhličitanové tvrdosti, za použití solí hliníku nebo železa s vápnem, provádění procesu při optimální podmínky koagulace. Poté se přidá soda a zbytek vápna a voda se změkčí. Při odstraňování organických nečistot současně se změkčováním vody se jako koagulanty používají pouze soli železa, protože při vysoké hodnotě pH vody nutné k odstranění tvrdosti hořčíku soli hliníku netvoří sorpčně aktivní hydroxid. Dávka koagulantu v nepřítomnosti experimentálních dat se vypočítá pomocí vzorce (20.4). Množství suspenze je určeno vzorcem
kde W o - celková tvrdost vody, mEq/l.
Hlubšího změkčení vody lze dosáhnout jejím zahřátím, přidáním přebytku srážecího činidla a uvedením změkčené vody do kontaktu s dříve vytvořenými usazeninami. Při zahřívání vody klesá rozpustnost CaCO 3 a Mg (OH) 2 a plněji probíhají změkčovací reakce.
Z grafu (obr. 2, a) je zřejmé, že zbytkovou tvrdost, blízkou teoreticky možné, lze získat pouze při výrazném zahřátí vody. Významný změkčující účinek je pozorován při 35,40 °C; Hluboké změkčení se provádí při teplotách nad 100 °C. Při dekarbonizaci se nedoporučuje přidávat velký přebytek srážecího činidla, protože zbytková tvrdost se zvyšuje v důsledku nezreagovaného vápna nebo pokud je ve vodě hořčíková nekarbonátová tvrdost. k jeho přechodu na vápenatou tvrdost:
MgS04 + Ca (OH) 2 = Mg (OH) 2 + CaS04
Rýže. 2. Vliv teploty (a) a dávky vápna (b) na hloubku změkčení vody vápno-sodou a vápenná metoda
Ca (0H)2 + Na2C03 = CaC03 + 2NaOH,
ale přebytek vápna vede k nehospodárné nadměrné spotřebě sody, což zvyšuje náklady na změkčování vody a zvyšuje alkalitu hydrátu. Proto se bere nadbytek sody asi 1 mEq/l. Tvrdost vody v důsledku kontaktu s dříve padlým sedimentem je snížena o 0,3-0,5 mg-eq/l ve srovnání s procesem bez kontaktu se sedimentem.
Proces změkčování vody by měl být řízen úpravou pH změkčené vody. Pokud to není možné, řídí se hodnotou alkality hydrátu, která se udržuje v rozmezí 0,1-0,2 mg-eq/l během dekarbonizace a 0,3-0,5 mg-eq/l během změkčování vápno-soda.
Při sodno-sodné metodě změkčování vody je ošetřena sodou a hydroxidem sodným:
Vzhledem k tomu, že soda vzniká reakcí hydroxidu sodného s hydrogenuhličitanem, výrazně se snižuje dávka potřebná k jejímu přidání do vody. Pokud je koncentrace bikarbonátů ve vodě vysoká a nekarbonátová tvrdost je nízká, může ve změkčené vodě zůstat přebytek sody. Proto se tato metoda používá pouze s ohledem na vztah mezi uhličitanovou a nekarbonátovou tvrdostí.
Sodno-sodná metoda Obvykle se používá ke změkčování vody, jejíž uhličitanová tvrdost je o něco vyšší než nekarbonátová tvrdost. Pokud je uhličitanová tvrdost přibližně stejná jako nekarbonátová tvrdost, nemusíte sodu přidávat vůbec, protože množství potřebné ke změkčení takové vody vzniká v důsledku interakce bikarbonátů s louhem sodným. Dávka uhličitanu sodného se zvyšuje se zvyšující se nekarbonátovou tvrdostí vody.
Soda-regenerační metoda, založená na obnově sody během procesu změkčování, se používá při přípravě vody a pro napájení nízkotlakých parních kotlů
Ca (HC03)2 + Na2C03 = CaC03 + 2NaHC03.
Hydrogenuhličitan sodný, který vstupuje do kotle se změkčenou vodou, se pod vlivem rozkládá vysoká teplota
2NaHC03 = Na2C03 + H20 + C02.
Výsledná soda, spolu s přebytkem sody původně zavedeným do změkčovače vody, je okamžitě hydrolyzována v bojleru za vzniku hydroxidu sodného a oxidu uhelnatého (IV), který vstupuje do změkčovače vody s čistící vodou, kde se používá k odstranění vápníku. a hydrogenuhličitany hořečnaté ze změkčené vody. Nevýhodou tohoto způsobu je, že tvorba značného množství CO 2 během procesu změkčování způsobuje korozi kovu a zvýšení sušiny v kotlové vodě.
Metoda změkčování vody baryem používá se v kombinaci s jinými metodami. Nejprve se do vody zavedou činidla obsahující baryum (Ba (OH) 2, BaCO 3, BaA1 2 0 4) k odstranění síranové tvrdosti, poté se voda po vyčeření upraví vápnem a sodou ke změkčení. Chemie procesu je popsána reakcemi:
Kvůli vysoká cenačinidel, baryová metoda se používá velmi zřídka. Je nevhodný pro přípravu pitné vody pro toxicitu baryových činidel. Vzniklý síran barnatý se usazuje velmi pomalu, proto jsou potřeba usazovací nádrže nebo čiřiče velké velikosti. K zavedení BaCO3 by měly být použity vločkovače s mechanickými míchadly, protože BaCO3 tvoří těžkou, rychle se usazující suspenzi.
Potřebné dávky barnatých solí mg/l lze zjistit pomocí výrazů: hydroxid barnatý (produkt 100% aktivity) D b =1,8 (SO 4 2-), hlinitan barnatý D b =128Zh 0; uhličitan barnatý Din = 2,07y (S042-);
U vápna se používá uhličitan barnatý. Vystavením uhličitanu barnatého oxidu uhličitému se získá hydrogenuhličitan barnatý, který se dávkuje do vody ke změkčení. V tomto případě se dávka oxidu uhličitého mg/l určí z výrazu: D oblouk. = 0,46 (S042-); kde (S0 4 2-) je obsah síranů ve změkčené vodě, mg/l; γ=1.15.1.20 - koeficient zohledňující ztrátu uhličitanu barnatého.
Oxalátová metoda změkčování vody na základě použití šťavelanu sodného a nízké rozpustnosti výsledného šťavelanu vápenatého ve vodě (6,8 mg/l při 18°C)
Metoda se vyznačuje jednoduchostí technologického a hardwarového provedení, avšak vzhledem k vysoké ceně činidla se používá ke změkčení malých množství vody.
Fosfátování se používá ke změkčení vody. Po změkčení činidla metodou vápno-soda je nevyhnutelná přítomnost zbytkové tvrdosti (asi 2 mEq/l), kterou lze snížit na 0,02-0,03 mEq/l fosfátovým změkčením. Takové hluboké čištění umožňuje v některých případech neuchýlit se ke změkčování vody kationitem.
Fosfátováním se také dosahuje větší stability vody, snižuje její korozivní účinek na kovové potrubí a zabraňuje usazování uhličitanů na vnitřním povrchu stěn potrubí.
Hexametafosfát, tripolyfosfát sodný (ortofosfát) atd. se používají jako fosfátová činidla.
Fosfátová metoda změkčování vody pomocí fosforečnanu sodného je nejúčinnější reagenční metodou. Chemie procesu změkčování vody fosforečnanem sodným je popsána reakcemi
Jak je patrné z výše uvedených reakcí, podstatou metody je tvorba vápenatých a hořečnatých solí kyseliny fosforečné, které jsou málo rozpustné ve vodě, a proto se zcela vysrážejí.
Změkčení fosfátů se obvykle provádí zahřátím vody na 105,150 °C, přičemž její změkčení se dosáhne na 0,02,0,03 mEq/l. Kvůli vysokým nákladům na fosforečnan sodný se fosfátová metoda obvykle používá ke změkčování vody dříve změkčené vápnem a sodou. Dávku bezvodého fosforečnanu sodného (Df; mg/l) pro dodatečné změkčení lze určit z výrazu
DF = 54,67 (W OST + 0,18),
kde Zhost je zbytková tvrdost změkčené vody před změkčením fosfátem, mEq/l.
Ca 3 (P0 4) 2 a Mg 3 (P0 4) 2 sraženiny vzniklé při změkčování fosfátů dobře adsorbují organické koloidy a kyselinu křemičitou ze změkčené vody, což umožňuje identifikovat proveditelnost použití této metody pro přípravu napájecí vody pro středotlaké a vysokotlaké kotle (58 ,8,98,0 MPa).
Roztok pro dávkování hexametafosfátu nebo ortofosfátu sodného o koncentraci 0,5-3% se připravuje v nádržích, jejichž počet musí být alespoň dva. Vnitřní povrchy stěn a dna nádrží musí být potaženy korozivzdorným materiálem. Doba přípravy 3% roztoku je 3 hodiny s povinným mícháním míchadlem nebo probublávačkou (pomocí stlačený vzduch) cesta.
Technologie reagenčního změkčování vody využívá zařízení pro přípravu a dávkování reagencií, míchačky, tenkovrstvé sedimentační nádrže nebo čiřiče, filtry a instalace pro stabilizaci úpravy vody. Schéma zařízení pro změkčování tlakové vody je uvedeno na Obr. 3
Rýže. 3. Zařízení na změkčování vody s vírovým reaktorem.
1 - násypka s kontaktní hmotou; 2 - vyhazovač; 3, 8 - dodávka zdrojové vody a odvod změkčené vody; 4 - vírový reaktor; 5 - vstup činidel; 6 - filtr pro rychlé čištění; 9 - kontaktní hromadné uvolnění; 7 - nádrž na změkčenou vodu
Toto zařízení nemá flokulační komoru, protože v kontaktní hmotě se tvoří vločky sraženiny uhličitanu vápenatého. V případě potřeby se voda před reaktory vyčistí.
Optimální struktura pro změkčování vody pomocí vápenných nebo vápenno-sodových metod je vírový reaktor (tlakový nebo otevřený spiraktor) ( rýže. 20.4). Reaktor je železobetonové nebo ocelové těleso, zúžené směrem dolů (úhel kužele 5,20°) a vyplněné přibližně do poloviny výšky kontaktní hmotou. Rychlost pohybu vody ve spodní úzké části vírového reaktoru je 0,8,1 m/s; rychlost vzestupného proudění v horní části na úrovni odvodňovacích zařízení je 4,6 mm/s. Jako kontaktní hmota se používá písek nebo mramorová drť o zrnitosti 0,2-0,3 mm v množství 10 kg na 1 m3 objemu reaktoru. Při spirálovitém vzestupném proudění vody dochází k zavěšení kontaktní hmoty, zrnka písku na sebe narážejí a na jejich povrchu intenzivně krystalizuje CaCO 3; zrnka písku se postupně mění v kuličky správná forma. Hydraulický odpor kontaktní hmotnost je 0,3 m na 1 m výšky. Když se průměr kuliček zvětší na 1,5,2 mm, největší, nejtěžší kontaktní hmota se uvolní ze dna reaktoru a přidá se čerstvá. Vírové reaktory nezadržují sediment hydroxidu hořečnatého, proto by se měly používat ve spojení s filtry instalovanými za nimi pouze v případech, kdy množství vytvořeného sedimentu hydroxidu hořečnatého odpovídá kapacitě filtrů zadržujících nečistoty.
Při kapacitě zadržování nečistot u pískových filtrů 1,1,5 kg/m3 a filtračním cyklu 8 hodin je přípustné množství hydroxidu hořečnatého 25,35 g/m3 (obsah hořčíku ve zdrojové vodě by neměl překročit 10,15 g/m3 ). Je možné použít vírové reaktory s vyšším obsahem hydroxidu hořečnatého, ale za nimi je nutné instalovat usazovače na separaci hydroxidu hořečnatého.
Spotřeba čerstvé kontaktní hmoty přidané pomocí ejektoru je určena vzorcem G = 0,045QZh, kde G- množství přidané kontaktní hmoty, kg/den; A- tvrdost vody odstraněné v reaktoru, mEq/l; Q - produktivita instalace, m 3 / h.
Rýže. 4. Vírový reaktor.
1,8 - dodávka zdrojové vody a odvod změkčené vody: 5 - vzorkovače; 4 - kontaktní hmota; 6 - uvolnění vzduchu; 7 - poklop pro nakládání kontaktní hmoty; 3 - vstup činidel; 2 - odstranění použité kontaktní hmoty
V technologických schématech reagenčního změkčování vody čiřiči se místo vírových reaktorů používají vertikální mísiče (obr. 5). V čiřičích je nutné udržovat stálá teplota, nedovoluje kolísání o více než 1 °C po dobu jedné hodiny, protože vznikají konvekční proudy, resuspenze sedimentu a jeho odstraňování.
Podobná technologie se používá ke změkčování zakalených vod obsahujících velký počet hořečnaté soli. V tomto případě jsou míchadla zatížena kontaktní hmotou. Při použití čiřičů navržených E.F. Kurgaev, mísiče a komory pro tvorbu vloček nejsou k dispozici, protože k míšení činidel s vodou a tvorbě vloček sedimentu dochází v samotných čiřičích.
Značná výška a malý objem sedimentačních kompaktorů umožňuje jejich použití pro změkčování vody bez ohřevu i pro odsilikonování vody žíravým magnezitem. Rozdělení zdrojové vody tryskami určuje její rotační pohyb ve spodní části aparatury, což zvyšuje stabilitu zavěšené vrstvy při kolísání teploty a přívodu vody. Voda smíchaná s činidly prochází horizontálními a vertikálními mísícími přepážkami a dostává se do zóny sorpční separace a regulace struktury sedimentu, čehož je dosaženo změnou podmínek pro výběr sedimentu po výšce suspendované vrstvy, čímž jsou vytvořeny předpoklady pro získání jeho optimální struktura, která zlepšuje účinek změkčení a čiření vody. Čiřiče jsou navrženy stejným způsobem jako pro běžné čiření vody.
Při průtokech změkčené vody do 1000 m 3 /den lze použít úpravnu vody typu „Jet“. Upravená voda s přidanými činidly vstupuje do tenkovrstvé sedimentační nádrže a poté na filtr.
Hornický ústav sibiřské pobočky Ruské akademie věd vyvinul elektrochemickou technologii pro změkčování vody bez použití činidel. Pomocí jevu alkalizace na anodě a okyselení na katodě při průchodu stejnosměrného elektrického proudu vodním systémem lze reakci výboje vody znázornit následující rovnicí:
2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,
kde e 1 je znak označující schopnost solí tvrdosti disociovat na kationty Ca (II) a Mg (II).
V důsledku této reakce se zvyšuje koncentrace hydroxylových iontů, což způsobuje vazbu iontů Mg (II) a Ca (II) na nerozpustné sloučeniny. Z anodové komory diafragmového (pásová látková membrána) elektrolyzéru přecházejí tyto ionty do katodové komory v důsledku rozdílu potenciálů mezi elektrodami a přítomnosti elektrické pole mezi nimi.
Na Obr. 6 zobrazeno technologický systém zařízení pro změkčování vody pomocí elektrochemické metody.
Výrobní závod byl instalován v okresní kotelně, jejíž testování trvalo asi dva měsíce. Ukázalo se, že režim elektrochemického zpracování byl stabilní v katodových komorách.
Napětí na napájecích přípojnicích bylo 16 V, celkový proud byl 1600 A. Celková produktivita instalace byla 5 m3/h, rychlost pohybu vody v anodových komorách byla 0,31 n-0,42 m/min, v mezeře mezi diafragmou a katodou 0,12- 0,18 m/min.
Rýže. 5. Instalace vápeno-sodového změkčování vody.1 ,8 - dodávka zdrojové vody a odvod změkčené vody; 2 - vyhazovač; 3 - násypka s kontaktní hmotou; 5 vstup reagencií; 6 - čistič s vrstvou suspendovaného sedimentu; 7 - filtr pro rychlé čištění; 4 - vírový reaktor
Rýže. 6. Schéma instalace elektrochemického změkčování vody I - usměrňovač VAKG-3200-18; 2 - membránový elektrolyzér; 3, 4 - analyt a katalyzátor; 5 - čerpadlo; 6 - pH metr; 7 - čiřič s vrstvou suspendovaného sedimentu; 8 - rychlý filtr čištění; 9 - vypouštění do kanalizace; 10, 11 - odstranění změkčené vody a dodávka zdrojové vody; 12 - průtokoměr; 13 - výfuková kapota
Bylo zjištěno, že z vody s W o = 14,5-16,7 mg-eq/l se získá anolyt s tvrdostí 1,1-1,5 mg-eq/l při pH = 2,5-3 a katolyt s tvrdostí 0. 0,6-1 mEq/l při pH=10,5-11. Po smíchání filtrovaného anolytu a katolytu byly ukazatele změkčené vody následující: celková tvrdost kapaliny byla 0,8-1,2 mEq/l, pH = 8-8,5. Náklady na elektřinu činily 3,8 kW*h/m3.
Chemická, rentgenová difrakce, IR spektroskopická a spektrální analýzy Bylo zjištěno, že sediment obsahuje převážně CaC0 3, Mg (OH) 2 a částečně Fe 2 0 3 *H 2 0. To naznačuje, že k vazbě iontů Mg (II) dochází vlivem hydroxylových iontů při vypouštění molekul vody při katodu.
Elektrochemická úprava vody před jejím přivedením do katexových filtrů může výrazně (15-20krát) zvýšit jejich provozní cyklus.
Termochemické změkčování se používá výhradně při přípravě vody pro parní kotle, protože v tomto případě je teplo vynaložené na ohřev vody využito nejefektivněji. U této metody se změkčování vody obvykle provádí při teplotách vody nad 100°C Intenzivnější změkčování vody při zahřívání je usnadněno tvorbou těžkých a velkých vloček sedimentu, její rychlou sedimentací v důsledku poklesu viskozity vody. při zahřívání a spotřeba vápna se také snižuje, protože volný oxid uhelnatý (IV) se odstraňuje zahřátím před zavedením činidel Termochemická metoda se používá s přidáním koagulantu nebo bez něj, protože vysoká hustota sedimentu odpadá jeho navažování při sedimentaci Kromě koagulantu se používá vápno a soda s přídavkem fosforečnanů a méně často hydroxid sodný a soda Použití sodíku místo vápna poněkud zjednodušuje technologii přípravy a dávkování reagencie, ale taková náhrada není ekonomicky opodstatněná kvůli její vysoké ceně.
Aby se zajistilo odstranění nekarbonátové tvrdosti vody, přidává se soda v přebytku. Na Obr. Obrázek 7 ukazuje vliv přebytku sody na zbytkový vápník a celkovou tvrdost vody při jejím termochemickém změkčování. Jak je patrné z grafů, při přebytku sody 0,8 mg/ekv/l lze kalciovou tvrdost snížit na 0,2 a celkovou tvrdost na 0,23 mg/ekv/l. S dalším přidáváním sody se tvrdost ještě snižuje. Zbytkový obsah hořčíku ve vodě lze snížit na 0,05-0,1 mEq/l přebytkem vápna (alkalická hydrát) 0,1 mEq/l. Na Obr. Obrázek 20.8 ukazuje zařízení na termochemické změkčování vody.
Vápenno-dolomitová metoda slouží k současnému změkčování a odsilikonování vody při teplotě 120 °C. Touto metodou změkčování lze snížit alkalitu vody upravené vápnem nebo vápnem a sodou (bez přebytku) na 0,3 mEq/l se zbytkovou koncentrací vápníku 1,5 mg -ekv/l a až 0,5 mEq/l se zbytkovou koncentrací vápníku 0,4 mEq/l. Zdrojová voda je upravována vápeno-dolomitovým mlékem a čištěna v tlakovém čističi. Poté prochází tlakovými antracitovými a Na-kationitovými filtry prvního a druhého stupně.
U čeřičů se bere výška čeřící zóny 1,5 m, rychlost vzestupného proudění při vápnění není větší než 2 mm/s. Doba zdržení vody v čističi je od 0,75 do 1,5 hodiny v závislosti na druhu odstraňovaného znečištění. Koagulant železité (III) soli se doporučuje přidat v množství 0,4 mEq/l.
Rýže. 7. Vliv přebytku sody na zbytkový vápník (a) a celkový (b) tvrdost vody při termochemickém změkčování
Rýže. 8. Instalace vápeno-sodového změkčování vody s fosfátovým změkčováním: 1 - vypouštění kalu ze skladovací nádrže 2,3 - sběr změkčené vody; 4 - vstup vápna a sody; 5, 11 - dodávka zdrojové vody a odvod změkčené vody; 6 - vstup páry; 7, 8 - termoreaktor prvního a druhého stupně; 9 - zavedení fosforečnanu sodného; 10 - rychlý filtr čištění
Vysokoteplotní metoda změkčování vody slouží k jeho téměř úplnému změkčení. Termochemické jednotky na změkčování vody jsou obvykle kompaktnější. Skládají se z dávkovačů činidel, tenkovrstvé sedimentační nádrže nebo ohřívačů čiřičů a filtrů. Dávky vápna D a sody D s, mg/l, pro termochemické změkčování vody
kde C a C c jsou v tomto pořadí obsah CaO a Na2C03 v technickém produktu, %.
Dialýza je metoda separace rozpuštěných látek, které se výrazně liší molekulovou hmotností. Je to založeno na různé rychlosti difúze těchto látek přes polopropustnou membránu oddělující koncentrované a zředěné roztoky. Vlivem koncentračního gradientu (podle zákona o působení hmoty) se rozpuštěné látky s různé rychlosti difundovat přes membránu směrem ke zředěnému roztoku. Rozpouštědlo (voda) difunduje v opačném směru, čímž se snižuje rychlost transportu rozpuštěné látky. Dialýza se provádí v membránových zařízeních s filmovými membránami z nitro- a acetátu celulózy. Účinnost polopropustné membrány pro změkčování vody je dána vysokými hodnotami selektivity a propustnosti vody, které si musí udržet po dlouhou dobu provozu. Selektivita membrány může být vyjádřena následovně:
(Zh i - Zh y) /Zh i (20.11)
kde Ж в je koncentrace původního roztoku (tvrdost); W a - tvrdost změkčené vody.
V praxi se často používá koeficient redukce soli - obsah C a /C arr. Nejvíce plně odráží změny ve fungování membrány spojené s její výrobou nebo vystavením vnějším faktorům.
Existuje několik hypotetických modelů pro působení semipermeabilních membrán.
Hyperfiltrační hypotéza předpokládá existenci pórů v semipermeabilní membráně, která umožňuje průchod asociátů molekul vody a iontů hydratované soli během dialýzy. Základem teoretického vývoje bylo stanovisko, že voda a v ní rozpuštěné soli pronikají přes polopropustnou membránu pomocí difúze a protékají póry.
Sorpční model propustnost vychází z předpokladu, že na povrchu membrány a v jejím póry adsorbovaná vrstva vázaná voda, se sníženou rozpouštěcí schopností. Membrány budou polopropustné, pokud budou mít alespoň v povrchové vrstvě póry, které nepřesahují dvojnásobek tloušťky vrstvy vázané kapaliny.
Difúzní model vychází z předpokladu, že složky systému se rozpouštějí v materiálu membrány a difundují skrz něj. Selektivita membrány se vysvětluje rozdílem v difúzních koeficientech a rozpustnosti složek systému v jejím materiálu.
Elektrostatická teorie je následující. Když se zdrojová voda pohybuje v komoře na jedné straně selektivní (kationitové) membrány a solanka na druhé, migrují ionty sodíku, v případě, že je solanka připravena z roztoku kuchyňské soli, do membrány a poté do zdrojové vody a vápenaté ionty v opačném směru, tj. z tvrdé vody do solanky. Tak jsou vápenaté ionty odstraněny ze zdrojové vody a nahrazeny nesrážlivými sodíkovými ionty. Současně dochází v komorách k vedlejším procesům, které doprovázejí hlavní dialyzační proces: osmotický přenos vody, přenos podobných iontů, difúze elektrolytu. Tyto procesy závisí na kvalitě membrány.
Rovnice výměny mezi ionty obsaženými ve zdrojové vodě a ionty v membráně má tvar
Kde x, x- další ionty obsažené v roztoku a v membráně.
Rovnovážná konstanta
Výměnná rovnice je napsána pouze pro iont vápníku, ale> ve skutečnosti je nutné vzít v úvahu součet iontů vápníku a hořčíku. Rovnováha mezi solným roztokem a membránou je:
Jestliže k1+ k 2 pak
kde n je exponent v závislosti na tom, které ionty jsou obsaženy v roztoku.
Z poslední výraz můžeme dojít k závěru, že pokud je rovnovážný poměr sodných iontů v solance a tvrdé zdrojové vodě např. 10, pak bude tvrdost ve zdrojové vodě přibližně 100x menší než v solance. Plocha, m2, povrch membrány
kde M je množství látky, které prošlo membránou; ΔC av - hnací síla procesu, tj. rozdíl v koncentracích látky na obou stranách membrány; Kd je koeficient přenosu hmoty, obvykle určený experimentálně nebo přibližně z výrazu
β 1 a β 2 jsou odpovídající koeficienty rychlosti přenosu látky v koncentrovaném roztoku na membránu a z ní ve zředěném roztoku; b - tloušťka membrány; D- difúzní koeficient rozpuštěné látky.
Tvrdost změkčené vody po dialýze:
kde Cd a Cp jsou koncentrace solí na začátku zařízení v dialyzátu a v solném roztoku, mEq/l; A Qp - produktivita zařízení pro dialyzát, respektive solanku, m3/h; F d a F r - tvrdost dialyzátu a solanky na začátku aparatury, mEq/l; a je konstanta určená vlastnostmi membrán a roztoků; L- délka dráhy roztoku v dialyzační a solankové komoře přístroje, m; υ d - rychlost pohybu dialyzátu v komoře, m/s.
Experimentální testování rovnice (20.13) na MCC katexových membránách ukázalo dobrou konvergenci výsledků. Analýza vzorce (20.13) ukazuje, že snížení rychlosti pohybu dialyzátu v komorách zařízení zvyšuje změkčovací účinek, pokles tvrdosti změkčené vody je přímo úměrný koncentraci solanky.
V Nedávno V domácí i zahraniční praxi se magnetická úprava vody úspěšně používá k boji proti tvorbě vodního kamene a inkrustaci. Mechanismus vlivu magnetického pole na vodu a jeho příměs není zcela objasněna, existuje řada hypotéz, že E.F. Tebenikhin rozděleny do tří skupin: první, která sjednocuje většinu hypotéz, souvisí s vlivem magnetického pole na ionty soli rozpuštěné ve vodě. Pod vlivem magnetického pole dochází k polarizaci a deformaci iontů, doprovázené poklesem jejich hydratace, zvýšením pravděpodobnosti jejich přiblížení a v nakonec vzdělání krystalizační centra; druhý předpokládá působení magnetického pole na koloidní nečistoty vody; třetí skupina spojuje představy o možném vlivu magnetického pole na strukturu vody. Tento vliv může na jedné straně způsobit změny v agregaci molekul vody a na druhé straně narušit orientaci jaderných spinů vodíku v jejích molekulách.
Úprava vody v magnetickém poli je běžná v boji proti tvorbě vodního kamene. Podstatou metody je, že když voda protíná magnetické siločáry, uvolňovače vodního kamene se neuvolňují na topné ploše, ale v mase vody. Vzniklé volné usazeniny (kal) se odstraňují foukáním. Metoda je účinná při úpravě vod vápenato-uhličitanové třídy, které tvoří asi 80 % vod všech nádrží u nás a pokrývají přibližně 85 % jejího území.
Úprava vody magnetickým polem byla přijata široké uplatnění k boji proti tvorbě vodního kamene v kondenzátorech parních turbín, v nízkotlakých a nízkokapacitních parogenerátorech, v sítích vytápění a horkovodních sítích a různých výměnících tepla, kde použití jiných metod úpravy vody není ekonomicky proveditelné. Oproti změkčování vody jsou hlavními výhodami magnetické úpravy jednoduchost, nízká cena, bezpečnost a téměř úplná absence provozních nákladů.
Magnetické zpracování přírodní vody(čerstvé i mineralizované) vede ke snížení intenzity tvorby vodního kamene na topných plochách pouze v případě, že jsou v době vystavení magnetickému poli přesyceny jak uhličitanem vápenatým, tak síranem vápenatým a za předpokladu, že koncentrace volného oxidu uhelnatého ( IV) je menší než jeho rovnovážná koncentrace. Efekt E proti vodnímu kameni určuje přítomnost oxidů železa a dalších nečistot ve vodě:
kde m n a m m jsou množství vodního kamene vytvořeného na ohřívací ploše během varu za stejných podmínek stejného množství vody, respektive neupravené a upravené magnetickým polem, g.
Účinek proti vodnímu kameni závisí na složení vody, síle magnetického pole, rychlosti pohybu vody a době jejího pobytu v magnetickém poli a dalších faktorech. V praxi se používají magnetická zařízení s permanentními ocelovými nebo ferito-baryovými magnety a elektromagnety (obr. 9). Zařízení s permanentními magnety jsou konstrukčně jednodušší a nevyžadují napájení ze sítě. U zařízení s elektromagnetem jsou cívky drátu navinuty kolem jádra (jádra), čímž vzniká magnetické pole.
Magnetické zařízení se montuje na potrubí ve svislé nebo vodorovné poloze pomocí adaptérových spojek. Rychlost pohybu vody v mezeře by neměla překročit 1 m/s. Provoz zařízení může být doprovázen znečištěním průchozí mezery mechanickými, převážně feromagnetickými nečistotami. Zařízení s permanentními magnety je proto nutné pravidelně rozebírat a čistit. Oxidy železa se odstraňují ze zařízení s elektromagnetickými zařízeními jejich odpojením od sítě.
Výsledky výzkumu MGSU (G.I. Nikoladze, V.B. Vikulina) ukázaly, že pro vodu s uhličitanovou tvrdostí 6,7 mcg-eq/l, oxidovatelností 5,6 mg02/l a obsahem soli 385,420 mg/l byla optimální síla magnetického pole ( 10.12.8) * 19 4 A/m, což odpovídá síle proudu 7,8 A.
Schéma instalace pro magnetickou úpravu doplňkové napájecí vody topných parních kotlů je na Obr. 20.10.
V poslední době se rozšířila zařízení s externími magnetizačními cívkami. Pro magnetizaci velkých mas vody byla vytvořena zařízení se zpracováním po vrstvách.
Kromě prevence tvorby vodního kamene, magnetické ošetření , podle P.P. Strokacha lze použít k zintenzivnění procesu koagulace a krystalizace, urychlení rozpouštění činidel, zvýšení účinnosti použití iontoměničových pryskyřic a zlepšení baktericidního účinku dezinfekčních prostředků.
Rýže. 9. Elektromagnetické zařízení pro úpravu vody proti vodnímu kameni SKV VTI: 1,8 - zásobování zdroje a odvod magnetizované vody; 2 - síť; 3 - pracovní mezera pro průchod magnetizované vody; 4 - kryt; 5 - magnetizační cívka; 6 - jádro; 7 - rám; 9 - víčko; 10 – terminály
Při navrhování magnetických zařízení pro úpravu vody se uvádějí následující údaje: typ zařízení, jeho výkon, indukce magnetického pole v pracovní mezeře nebo odpovídající síla magnetického pole, rychlost vody v pracovní mezeře, doba potřebná voda procházet aktivní zónou zařízení, typ a její napětí pro elektromagnetické zařízení nebo magnetickou slitinu a rozměry magnetu pro zařízení s permanentními magnety.
Rýže. 10. Uspořádání magnetické instalace pro úpravu kotlové vody bez předběžného čištění.
1,8 - zdrojová a doplňovací voda; 2 - elektromagnetická zařízení; 3, 4 - ohřívače I. a II. stupně; 5 - odvzdušňovač; 6 - mezinádrž; 7 - nabíjecí čerpadlo
1. Alekseev L.S., Gladkov V.A. Zlepšení kvality měkkých vod. M.,
2. Stroyizdat, 1994
3. Alferová L.A., Nechaev A.P. Uzavřené vodní systémy průmyslových podniků, areálů a okresů. M., 1984.
4. Ayukaev R.I., Meltser V.Z. Výroba a aplikace filtračních materiálů pro čištění vod L., 1985.
5. Weitzer Yu.M., Miits D.M. Vysokomolekulární flokulanty v procesech čištění vody. M., 1984.
6. Egorov A.I. Hydraulika tlakových trubkových systémů ve vodovodních systémech čistírny odpadních vod. M., 1984.
7. Zhurba M.G. Čištění vody pomocí granulovaných filtrů. Lvov, 1980.
" a "Chemické reagenční metody změkčování vody" sekce "Voda" a podsekce " " jsme se dotkli tématu boje proti tvrdosti solí a vodního kamene. V předchozích článcích jsme se podívali na skutečnou definici slova "změkčování vody" a zvážili, že existuje je několik metod změkčování – fyzikální, chemické, mimosmyslové Dotkli jsme se i takových reagenčních metod změkčování vody, jako je iontová výměna a dávkování antiscalantů (činidel proti vodnímu kameni) V tomto článku vám nabízíme dvě podkapitoly – něco málo o mimosmyslových metodách a trochu více o fyzikálních metodách změkčování vody.
Psychické a fyzikální metody změkčování vody nejsou plně prostudovány a pochopeny. Zřejmě proto bývá mimosmyslový způsob zacházení s tvrdou vodou často zaměňován s fyzickým způsobem boje. A podle toho ztrácejí peníze, čas a víru v lidi. Jak na nákup psychických vychytávek, tak na opravu zařízení, které neuchránili před vodním kamenem. Mimochodem, pro dobré pochopení článku doporučujeme nejprve prostudovat materiály článků „Tvrdá voda“ a „“, kde jsou uvedeny základní definice použité v tomto článku (jako změkčení vody, vodní kámen, tvrdost , soli tvrdosti atd.)
Mimosmyslové metody se tedy snadno zaměňují s fyzickými. Přibližně stejné jako ganzfeld efekt s magií. Například úprava vody magnetickým polem. Jedná se jak o vysoce kvalitní způsob boje proti vodnímu kameni, tak o zbytečný mimosmyslový způsob čištění a strukturování vody.
Rozdíl mezi fyzikálními a mimosmyslovými metodami je velmi jednoduchý – pokud něco stojí málo peněz (v průměru do 100 USD), ale slibuje se, že splní spoustu úkolů (např.: vyčistí vodu od všech látek, odstraňuje vodní kámen, zlepšuje zdraví a dodává mládí, strukturu, urychluje růst rostlin a vlasů, odstraňuje poškození atd.), pak se jedná o mimosmyslový způsob čištění vody. Nebudeme se podrobně zabývat mimosmyslovými metodami, jsou popsány v různých zdrojích (například zde), protože jsou k ničemu kromě setiny toho, co bylo slíbeno.
Mimochodem, v poslední době je tendence zdražovat takové změkčující strukturátory. Můžete tedy narazit na velmi drahý padělek, který je inzerován jako ochrana proti vodnímu kameni. Obvykle však zařízení, která mohou skutečně fyzicky pomoci s měřítkem, nemají další strukturovací funkce.
Pokud se tedy chcete zapojit do mimosmyslového strukturování, musíte si zakoupit speciální zařízení. Pokud potřebujete vodu změkčit fyzicky, musíte si pořídit speciální zařízení. Ale ne komplex. I když... Jak kdo má rád :) A přejdeme k fyzikálním metodám nakládání s vodním kamenem.
Jak již bylo zmíněno dříve, existuje několik definic pojmu „změkčování vody“ v závislosti na fázi, ve které k dopadu dochází -
Předchozí metody – výměna iontů – jsou zaměřeny na boj s příčinami tvrdosti vody. To znamená, že se z vody odstraní buď vápenaté a hořečnaté soli, což vede k vytvoření měkké vody.
V souladu s tím fyzikální metody změkčování neznamenají měkkou vodu v prvním smyslu (vodu bez jakýchkoli solí tvrdosti). Výsledkem fyzikálního změkčování vody je voda, která si zachovala všechny své soli tvrdosti, ale neškodí potrubí a bojlerům – tedy netvoří vodní kámen. Po fyzikální úpravě však tvrdá voda změní své vlastnosti – a v důsledku toho přestane tvořit vodní kámen. To znamená, že to přestává být tvrdé. A stává se měkkým. Samozřejmě, pokud bychom se zabývali vědeckým výzkumem, zavedli bychom rozdíl mezi pojmy „měkká voda“, tedy voda, ve které v zásadě nejsou žádné soli tvrdosti, a „změkčená voda“, která netvoří vodní kámen, ale může obsahovat soli tvrdosti. To jsou však pro nás nezajímavé terminologické nuance. Ve skutečnosti potřebujeme fyzické způsoby, jak vodu změkčit.
Pro boj s vodním kamenem existují následující základní fyzikální metody:
A začneme postupně charakterizovat fyzikální metody zacházení s tvrdou vodou. Možná nepokryjeme vše najednou v jednom článku, ale řada článků bude určitě obsahovat charakteristiky každé metody. Začněme úpravou vody magnetickým polem, jelikož tento typ fyzického boje s vodním kamenem je nejčastěji zaměňován s mimosmyslovým změkčováním vody.
Úprava vody magnetickým polem je komplexní a kontroverzní problém. Aniž bychom zacházeli do detailů, můžeme říci, že efektivní fyzikální změkčování vody pomocí magnetického pole je možné pouze tehdy, když je možné současně vzít v úvahu obrovské množství faktorů. Tento:
Všechny tyto a mnohé další faktory ovlivňují účinnost magnetické úpravy vody. Mírná změna složení vody by tedy měla být kompenzována změnami specifikovaných parametrů (například rychlosti vody a intenzity magnetického pole). Všechny změny je nutné sledovat a okamžitě na ně reagovat, protože účinnost fyzikálního změkčování vody pomocí magnetického pole se bude měnit neznámým směrem.
Ale je to možné a magnetická úprava vody se úspěšně používá v mnoha kotelnách. Především se to děje proto, že v kotelnách je dodržována stálost většiny uvedených faktorů - průtok vody, složení vody, teplota vody, tlak atd.
To však doma téměř NENÍ možné zopakovat. A když si přejete koupit magnet na potrubí, abyste zachránili svůj domov před vodním kamenem, pak hodně přemýšlejte a nejprve přemýšlejte o tom, zda můžete uspořádat nejen stálost výše popsaných ukazatelů, ale také najít jejich optimální kombinaci pomocí experimentů.
Pokud ne, pak úprava vody pomocí magnetického pole ve formě magnetů není nic pro vás a kromě ztráty peněz za nákup magnetu a za opravu zařízení a potrubí nezískáte nic. Jiný způsob, jak to vyjádřit, je toto: pravděpodobnost, že vám trubkový magnet pomůže, je menší než 10 %. To znamená, že doma se konstantní magnetické pole blíží mimosmyslovému změkčování vody.
Aby se vyrovnala variabilita parametrů vody při fyzikální úpravě, více moderní metody fyzikální změkčování – například pomocí elektronického změkčovače vody.
O čemž bude řeč v pokračování.
Základní metody změkčování vody
Termochemická metoda změkčování vody
Změkčování vody dialýzou
Magnetická úprava vody
Literatura
Změkčováním vody se rozumí proces odstraňování kationtů tvrdosti z ní, tzn. vápníku a hořčíku. V souladu s GOST 2874-82 "Pitná voda" by tvrdost vody neměla překročit 7 mEq/l. Určité typy výroby vyžadují hluboké změkčení procesní vody, tzn. až 0,05,0,01 mEq/l. Typicky používané vodní zdroje mají tvrdost, která splňuje normy pro užitkovou a pitnou vodu a nevyžadují změkčování. Změkčování vody se provádí především při její přípravě pro technické účely. Tvrdost vody pro napájení bubnových kotlů by tedy neměla překročit 0,005 mEq/l. Změkčování vody se provádí těmito metodami: termální, na bázi ohřívání vody, její destilace nebo zmrazování; reagenční metody, při kterých jsou ionty Ca (II) a Mg (II) přítomné ve vodě vázány různými činidly na prakticky nerozpustné sloučeniny; iontová výměna, založená na filtraci změkčené vody přes speciální materiály, které vyměňují své ionty Na (I) nebo H (1) za ionty Ca (II) a Mg (II) obsažené v dialyzační vodě; kombinované, představující různé kombinace uvedených metod.
Volba způsobu změkčování vody je dána její kvalitou, požadovanou hloubkou změkčení a technickými a ekonomickými úvahami. V souladu s doporučeními SNiP by se při změkčování podzemní vody měly používat metody iontové výměny; při změkčování povrchových vod, kdy je požadováno i čiření vody, se používá vápenná nebo vápno-sodová metoda a při hloubkovém změkčování vody následná kationizace. Hlavní charakteristiky a podmínky pro použití metod změkčování vody jsou uvedeny v tabulce. 20.1.
změkčující voda dialýza termální
Pro získání vody pro domácí a pitnou potřebu se obvykle změkčuje jen její určitá část, poté se smísí se zdrojovou vodou a množství změkčené vody Q y se určí podle vzorce
kde je J o. A. - celková tvrdost zdrojové vody, mEq/l; F 0. s. - celková tvrdost vody vstupující do sítě, mEq/l; F 0. r. - tvrdost změkčené vody, mEq/l.
Metody změkčování vody
| Index | tepelný | činidlo | iontová výměna | dialýza |
| Charakteristiky procesu | Voda se zahřeje na teplotu nad 100°C, čímž se odstraní uhličitanová i nekarbonátová tvrdost (ve formě uhličitanu vápenatého, hydroxy- a hořčíku a sádry) | Do vody se přidává vápno, které eliminuje uhličitanovou a hořčíkovou tvrdost a také soda, která odstraňuje nekarbonátovou tvrdost. | Voda určená ke změkčení prochází přes katexové filtry | Zdrojová voda je filtrována přes polopropustnou membránu |
| Účel metody | Odstranění uhličitanové tvrdosti z vody používané k napájení nízkotlakých a středotlakých kotlů | Mělké změkčení při současném čištění vody z nerozpuštěných látek | Hluboké změkčení vody obsahující malé množství nerozpuštěných látek | Hluboké změkčení vody |
| Spotřeba vody pro vlastní potřebu | - | Ne více než 10 % | Až 30 % nebo více v poměru k tvrdosti zdrojové vody | 10 |
| Podmínky pro efektivní použití: zákal zdrojové vody, mg/l | Až 50 | Až 500 | Ne více než 8 | Až 2.0 |
| Tvrdost vody, mEq/l | Uhličitanová tvrdost s převahou Ca (HC03) 2, nekarbonátová tvrdost ve formě sádry | 5.30 | Ne vyšší než 15 | Až 10.0 |
| Zbytková tvrdost vody, mEq/l | Uhličitanová tvrdost do 0,035, CaS04 do 0,70 | Až 0,70 | 0,03,0,05 prn jednostupňové a až 0,01 s dvoustupňovou kationizací | 0,01 a méně |
| Teplota vody, °C | Až 270 | Až 90 | Až 30 (glaukonit), až 60 (sulfonit) | Až 60 |
Termální způsob změkčování vody je vhodné používat při použití uhličitanových vod používaných k napájení nízkotlakých kotlů, stejně jako v kombinaci s reagenčními metodami změkčování vody. Je založena na posunu rovnováhy oxidu uhličitého při jeho zahřívání směrem k tvorbě uhličitanu vápenatého, který je popsán reakcí
Ca (HC03)2 -> CaC03 + C02 + H20.
Rovnováha je posunuta v důsledku snížení rozpustnosti oxidu uhelnatého způsobeného zvýšením teploty a tlaku. Vaření může zcela odstranit oxid uhelnatý a tím výrazně snížit tvrdost uhličitanu vápenatého. Tuto tvrdost však není možné zcela odstranit, protože uhličitan vápenatý, i když nepatrně (13 mg/l při teplotě 18 °C), je stále rozpustný ve vodě.
Pokud je ve vodě přítomen hydrogenuhličitan hořečnatý, proces jeho srážení probíhá následovně: nejprve se vytvoří poměrně vysoce rozpustný (110 mg/l při teplotě 18 °C) uhličitan hořečnatý
Mg (HCO 3) → MgC03 + C02 + H20,
který při delším varu hydrolyzuje a vzniká slabě rozpustná sraženina (8,4 mg/l). hydroxid hořečnatý
MgC03+H20 -> Mg (0H)2+C02.
V důsledku toho se při vaření vody snižuje tvrdost způsobená hydrogenuhličitany vápníku a hořčíku. Při vaření vody klesá i tvrdost, určená síranem vápenatým, jehož rozpustnost klesá na 0,65 g/l.
Na Obr. 1 znázorňuje tepelný změkčovač navržený Kopjevem, vyznačující se relativní jednoduchostí zařízení a spolehlivým provozem. Upravená voda, předehřátá v zařízení, vstupuje ejektorem na hrdlo ohřívače fólie a je rozstřikována přes svisle umístěné trubky a stéká jimi dolů směrem k horké páře. Poté spolu s odkalovací vodou z kotlů protéká centrálním přívodním potrubím perforovaným dnem do čiřiče se suspendovanými sedimenty.
Oxid uhličitý a kyslík uvolněný z vody spolu s přebytečnou párou jsou vypouštěny do atmosféry. Soli vápníku a hořčíku vzniklé při ohřevu vody jsou zadržovány v suspendované vrstvě. Po průchodu suspendovanou vrstvou vstupuje změkčená voda do sběrné nádrže a je vypouštěna mimo zařízení.
Doba setrvání vody v tepelném změkčovači je 30,45 minut, rychlost jejího pohybu vzhůru v zavěšené vrstvě je 7,10 m/h, v otvorech falešného dna 0,1-0,25 m/s.
Rýže. 1. Termální změkčovač navržený Kopyevem.
15 - vypouštění drenážní vody; 12 - centrální přívodní potrubí; 13 - nepravá perforovaná dna; 11 - zavěšená vrstva; 14 - vypouštění kalu; 9 - sběr změkčené vody; 1, 10 - dodávka zdrojové vody a vypouštění změkčené vody; 2 - proplachování kotlů; 3 - vyhazovač; 4 - odpařování; 5 - ohřívač filmu; 6 - vypouštění páry; 7 - prstencové perforované potrubí pro odvod vody do ejektoru; 8 - šikmé dělicí příčky
Změkčování vody reagenčními metodami je založeno na její úpravě činidly, která tvoří s vápníkem a hořčíkem špatně rozpustné sloučeniny: Mg (OH) 2, CaC0 3, Ca 3 (P0 4) 2, Mg 3 (P0 4) 2 a další, následuje jejich separací v čiřičích, tenkovrstvých sedimentačních nádržích a čiřících filtrech. Jako činidla se používá vápno, soda, hydroxid sodný a barnatý a další látky.
Změkčování vody vápněním se používá v případě, že má vysokou uhličitanovou a nízkou nekarbonátovou tvrdost a také v případě, kdy není nutné odstraňovat z vody soli nekarbonátové tvrdosti. Jako činidlo se používá vápno, které se zavádí ve formě roztoku nebo suspenze (mléka) do předehřáté upravené vody. Vápno po rozpuštění obohacuje vodu o OH - a Ca 2+ ionty, což vede k vazbě volného oxidu uhelnatého (IV) rozpuštěného ve vodě za vzniku uhličitanových iontů a přechodu hydrokarbonátových iontů na uhličitanové:
C02 + 20H - → CO 3 + H20, HCO 3 - + OH - → CO 3 - + H20.
Zvýšení koncentrace iontů CO 3 2 - v upravované vodě a přítomnost iontů Ca 2+ v ní, s přihlédnutím k iontům zaváděným s vápnem, vede ke zvýšení součinu rozpustnosti a vysrážení špatně rozpustného uhličitanu vápenatého. :
Ca2+ + C03 - → CaC03.
Při přebytku vápna se vysráží i hydroxid hořečnatý.
Mg2+ + 20H - → Mg (OH) 2
Pro urychlení odstranění dispergovaných a koloidních nečistot a snížení alkality vody se současně s vápněním používá koagulace těchto nečistot síranem železnatým, tzn. FeS0 4 * 7 H 2 0. Zbytkovou tvrdost změkčené vody během dekarbonizace lze získat o 0,4-0,8 mg-eq/l více než nekarbonátové tvrdosti a alkalita je 0,8-1,2 mg-eq/l. Dávka vápna je určena poměrem koncentrace vápenatých iontů ve vodě a uhličitanové tvrdosti: a) při poměru [Ca 2+ ] /20<Ж к,
b) při poměru [Ca 2+ ] /20 > J c,
kde [CO 2 ] je koncentrace volného oxidu uhelnatého (IV) ve vodě, mg/l; [Ca 2+ ] - koncentrace vápenatých iontů, mg/l; Fc - uhličitanová tvrdost vody, mEq/l; D k - dávka koagulantu (FeS0 4 nebo FeCl 3 ve smyslu bezvodých produktů), mg/l; e k - ekvivalentní hmotnost účinné látky koagulantu, mg/mg-ekv (pro FeS0 4 e k = 76, pro FeCl 3 e k = 54); 0,5 a 0,3 - přebytek vápna pro zajištění větší úplnosti reakce, mEq/l.
Výraz D k / e k se bere se znaménkem mínus, pokud se koagulant zavádí před vápno, a se znaménkem plus, pokud se společně nebo po něm.
Při absenci experimentálních dat se dávka koagulantu zjistí z exprese
Dk = 3 (C) 1/3, (20,4)
kde C je množství suspendovaných látek vzniklých při změkčování vody (v sušině), mg/l.
C je zase určeno pomocí závislosti
Vápno-sodová metoda změkčování vody je popsána následujícími základními reakcemi:
Pomocí této metody lze dosáhnout zbytkové tvrdosti na 0,5,1 a alkality od 7 do 0,8,1,2 mEq/l.
Dávky vápna D a sody D s (z hlediska Na 2 C0 3), mg/l, se určují podle vzorců
(20.7)
kde je obsah hořčíku ve vodě, mg/l; Jn. K. - nekarbonátová tvrdost vody, mEq/l.
Při vápenně-sodové metodě změkčování vody může výsledný uhličitan vápenatý a hydroxid hořečnatý přesytit roztoky a zůstat po dlouhou dobu v koloidním dispergovaném stavu. Jejich přechod na hrubý kal trvá dlouho, zejména při nízkých teplotách a přítomnosti organických nečistot ve vodě, které působí jako ochranné koloidy. Při jejich velkém množství lze tvrdost vody při změkčování vody reagenciemi snížit pouze o 15,20 %. V takových případech jsou před změkčováním nebo během změkčovacího procesu z vody odstraněny organické nečistoty pomocí oxidačních činidel a koagulantů. U metody vápno-soda se proces často provádí ve dvou fázích. Nejprve se z vody odstraní organické nečistoty a významná část uhličitanové tvrdosti pomocí solí hliníku nebo železa s vápnem, přičemž se proces provádí za optimálních podmínek koagulace. Poté se přidá soda a zbytek vápna a voda se změkčí. Při odstraňování organických nečistot současně se změkčováním vody se jako koagulanty používají pouze soli železa, protože při vysoké hodnotě pH vody nutné k odstranění tvrdosti hořčíku soli hliníku netvoří sorpčně aktivní hydroxid. Dávka koagulantu v nepřítomnosti experimentálních dat se vypočítá pomocí vzorce (20.4). Množství suspenze je určeno vzorcem
kde W o - celková tvrdost vody, mEq/l.
Hlubšího změkčení vody lze dosáhnout jejím zahřátím, přidáním přebytku srážecího činidla a vytvořením kontaktu změkčené vody s dříve vytvořenými usazeninami. Při zahřívání vody klesá rozpustnost CaCO 3 a Mg (OH) 2 a plněji probíhají změkčovací reakce.
Z grafu (obr. 2, a) je zřejmé, že zbytkovou tvrdost, blízkou teoreticky možné, lze získat pouze při výrazném zahřátí vody. Významný změkčující účinek je pozorován při 35,40 °C; Hluboké změkčení se provádí při teplotách nad 100 °C. Při dekarbonizaci se nedoporučuje přidávat velký přebytek srážecího činidla, protože zbytková tvrdost se zvyšuje v důsledku nezreagovaného vápna nebo pokud je ve vodě hořčíková nekarbonátová tvrdost. k jeho přechodu na vápenatou tvrdost:
MgS04 + Ca (OH) 2 = Mg (OH) 2 + CaS04
Rýže. 2. Vliv teploty (a) a dávky vápna (b) na hloubku změkčení vody metodou vápno-soda a vápno
Ca (0H)2 + Na2C03 = CaC03 + 2NaOH,
ale přebytek vápna vede k nehospodárné nadměrné spotřebě sody, což zvyšuje náklady na změkčování vody a zvyšuje alkalitu hydrátu. Proto se bere nadbytek sody asi 1 mEq/l. Tvrdost vody v důsledku kontaktu s dříve padlým sedimentem je snížena o 0,3-0,5 mg-eq/l ve srovnání s procesem bez kontaktu se sedimentem.
Proces změkčování vody by měl být řízen úpravou pH změkčené vody. Pokud to není možné, řídí se hodnotou alkality hydrátu, která se udržuje v rozmezí 0,1-0,2 mg-eq/l během dekarbonizace a 0,3-0,5 mg-eq/l během změkčování vápno-soda.
Při sodno-sodné metodě změkčování vody je ošetřena sodou a hydroxidem sodným:
Vzhledem k tomu, že soda vzniká reakcí hydroxidu sodného s hydrogenuhličitanem, výrazně se snižuje dávka potřebná k jejímu přidání do vody. Pokud je koncentrace bikarbonátů ve vodě vysoká a nekarbonátová tvrdost je nízká, může ve změkčené vodě zůstat přebytek sody. Proto se tato metoda používá pouze s ohledem na vztah mezi uhličitanovou a nekarbonátovou tvrdostí.
Sodno-sodná metoda se obvykle používá ke změkčování vody, jejíž uhličitanová tvrdost je o něco vyšší než nekarbonátová. Pokud je uhličitanová tvrdost přibližně stejná jako nekarbonátová tvrdost, nemusíte sodu přidávat vůbec, protože množství potřebné ke změkčení takové vody vzniká v důsledku interakce bikarbonátů s louhem sodným. Dávka uhličitanu sodného se zvyšuje se zvyšující se nekarbonátovou tvrdostí vody.
Soda-regenerační metoda, založená na obnově sody během procesu změkčování, se používá při přípravě vody a pro napájení nízkotlakých parních kotlů
Ca (HC03)2 + Na2C03 = CaC03 + 2NaHC03.
Hydrogenuhličitan sodný, který vstupuje do kotle se změkčenou vodou, se pod vlivem vysoké teploty rozkládá
2NaHC03 = Na2C03 + H20 + C02.
Výsledná soda, spolu s přebytkem sody původně zavedeným do změkčovače vody, je okamžitě hydrolyzována v kotli za vzniku hydroxidu sodného a oxidu uhelnatého (IV), který vstupuje do změkčovače vody s odkalenou vodou, kde se používá k odstranění vápníku. a hydrogenuhličitany hořečnaté ze změkčené vody. Nevýhodou tohoto způsobu je, že tvorba značného množství CO 2 během procesu změkčování způsobuje korozi kovu a zvýšení sušiny v kotlové vodě.
Baryová metoda změkčování vody se používá v kombinaci s jinými metodami. Nejprve se do vody zavedou činidla obsahující baryum (Ba (OH) 2, BaCO 3, BaA1 2 0 4) k odstranění síranové tvrdosti, poté se voda po vyčeření upraví vápnem a sodou ke změkčení. Chemie procesu je popsána reakcemi:
Vzhledem k vysokým nákladům na činidla se baryová metoda používá velmi zřídka. Je nevhodný pro přípravu pitné vody pro toxicitu baryových činidel. Výsledný síran barnatý se usazuje velmi pomalu, takže jsou zapotřebí velké usazovací nádrže nebo čiřiče. K zavedení BaCO3 by měly být použity vločkovače s mechanickými míchadly, protože BaCO3 tvoří těžkou, rychle se usazující suspenzi.
Potřebné dávky barnatých solí mg/l lze zjistit pomocí výrazů: hydroxid barnatý (produkt 100% aktivity) D b =1,8 (SO 4 2-), hlinitan barnatý D b =128Zh 0; uhličitan barnatý Din = 2,07y (S042-);
U vápna se používá uhličitan barnatý. Vystavením uhličitanu barnatého oxidu uhličitému se získá hydrogenuhličitan barnatý, který se dávkuje do vody ke změkčení. V tomto případě se dávka oxidu uhličitého mg/l určí z výrazu: D oblouk. = 0,46 (S042-); kde (S0 4 2-) je obsah síranů ve změkčené vodě, mg/l; γ=1.15.1.20 - koeficient zohledňující ztrátu uhličitanu barnatého.
Oxalátová metoda změkčování vody je založena na použití šťavelanu sodného a nízké rozpustnosti vzniklého šťavelanu vápenatého ve vodě (6,8 mg/l při 18°C)
Metoda se vyznačuje jednoduchostí technologického a hardwarového provedení, avšak vzhledem k vysoké ceně činidla se používá ke změkčení malých množství vody.
Fosfátování se používá ke změkčení vody. Po změkčení činidla metodou vápno-soda je nevyhnutelná přítomnost zbytkové tvrdosti (asi 2 mEq/l), kterou lze snížit na 0,02-0,03 mEq/l fosfátovým změkčením. Takové hluboké čištění umožňuje v některých případech neuchýlit se ke změkčování vody katexem.
Fosfátováním se také dosahuje větší stability vody, snižuje její korozivní účinek na kovové potrubí a zabraňuje usazování uhličitanů na vnitřním povrchu stěn potrubí.
Hexametafosfát, tripolyfosfát sodný (ortofosfát) atd. se používají jako fosfátová činidla.
Fosfátová metoda změkčování vody pomocí fosforečnanu sodného je nejúčinnější reagenční metodou. Chemie procesu změkčování vody fosforečnanem sodným je popsána reakcemi
Jak je patrné z výše uvedených reakcí, podstatou metody je tvorba vápenatých a hořečnatých solí kyseliny fosforečné, které jsou málo rozpustné ve vodě, a proto se zcela vysrážejí.
Změkčení fosfátů se obvykle provádí zahřátím vody na 105,150 °C, přičemž její změkčení se dosáhne na 0,02,0,03 mEq/l. Kvůli vysokým nákladům na fosforečnan sodný se fosfátová metoda obvykle používá ke změkčování vody dříve změkčené vápnem a sodou. Dávku bezvodého fosforečnanu sodného (Df; mg/l) pro dodatečné změkčení lze určit z výrazu
DF = 54,67 (W OST + 0,18),
kde Zhost je zbytková tvrdost změkčené vody před změkčením fosfátem, mEq/l.
Ca 3 (P0 4) 2 a Mg 3 (P0 4) 2 sraženiny vzniklé při změkčování fosfátů dobře adsorbují organické koloidy a kyselinu křemičitou ze změkčené vody, což umožňuje identifikovat proveditelnost použití této metody pro přípravu napájecí vody pro středotlaké a vysokotlaké kotle (58 ,8,98,0 MPa).
Roztok pro dávkování hexametafosforečnanu sodného nebo ortofosforečnanu sodného o koncentraci 0,5-3 % se připravuje v nádržích, jejichž počet musí být alespoň dva. Vnitřní povrchy stěn a dna nádrží musí být potaženy korozivzdorným materiálem. Doba přípravy 3% roztoku je 3 hodiny s povinným mícháním míchadlem nebo probubláváním (stlačeným vzduchem).
Technologická schémata a konstrukční prvky zařízení na změkčování vody s činidly
Technologie reagenčního změkčování vody využívá zařízení pro přípravu a dávkování reagencií, míchačky, tenkovrstvé sedimentační nádrže nebo čiřiče, filtry a instalace pro stabilizaci úpravy vody. Schéma zařízení pro změkčování tlakové vody je uvedeno na Obr. 3
Rýže. 3. Zařízení na změkčování vody s vírovým reaktorem.
1 - násypka s kontaktní hmotou; 2 - vyhazovač; 3, 8 - dodávka zdrojové vody a vypouštění změkčené vody; 4 - vírový reaktor; 5 - vstup činidel; 6 - filtr pro rychlé čištění; 9 - kontaktní hromadné uvolnění; 7 - nádrž na změkčenou vodu
Toto zařízení nemá flokulační komoru, protože v kontaktní hmotě se tvoří vločky sraženiny uhličitanu vápenatého. V případě potřeby se voda před reaktory vyčistí.
Optimální konstrukcí pro změkčování vody pomocí vápenných nebo vápenných sodových metod je vírový reaktor (tlakový nebo otevřený spiraktor) (obr. 20.4). Reaktor je železobetonové nebo ocelové těleso, zúžené směrem dolů (úhel kužele 5,20°) a vyplněné přibližně do poloviny výšky kontaktní hmotou. Rychlost pohybu vody ve spodní úzké části vírového reaktoru je 0,8,1 m/s; rychlost vzestupného proudění v horní části na úrovni odvodňovacích zařízení je 4,6 mm/s. Jako kontaktní hmota se používá písek nebo mramorová drť o zrnitosti 0,2-0,3 mm v množství 10 kg na 1 m3 objemu reaktoru. Při spirálovitém vzestupném proudění vody dochází k zavěšení kontaktní hmoty, zrnka písku na sebe narážejí a na jejich povrchu intenzivně krystalizuje CaCO 3; postupně se zrnka písku mění v kuličky správného tvaru. Hydraulický odpor kontaktní hmoty je 0,3 m na 1 m výšky. Když se průměr kuliček zvětší na 1,5,2 mm, ze spodní části reaktoru se uvolní největší, nejtěžší kontaktní hmota a přidá se čerstvá. Vírové reaktory nezadržují sediment hydroxidu hořečnatého, proto by se měly používat ve spojení s filtry instalovanými za nimi pouze v případech, kdy množství vytvořeného sedimentu hydroxidu hořečnatého odpovídá kapacitě filtrů zadržujících nečistoty.
Při kapacitě zadržování nečistot u pískových filtrů 1,1,5 kg/m3 a filtračním cyklu 8 hodin je přípustné množství hydroxidu hořečnatého 25,35 g/m3 (obsah hořčíku ve zdrojové vodě by neměl překročit 10,15 g/m3 ). Je možné použít vírové reaktory s vyšším obsahem hydroxidu hořečnatého, ale za nimi je nutné instalovat usazovače na separaci hydroxidu hořečnatého.
Spotřeba čerstvé kontaktní hmoty přidané pomocí ejektoru je určena vzorcem G = 0,045Q Ж, kde G je množství přidané kontaktní hmoty, kg/den; W - tvrdost vody odstraněné v reaktoru, mEq/l; Q - produktivita instalace, m 3 / h.
Rýže. 4. Vírový reaktor.
1.8 - dodávka zdrojové vody a vypouštění změkčené vody: 5 - vzorkovače; 4 - kontaktní hmota; 6 - uvolnění vzduchu; 7 - poklop pro nakládání kontaktní hmoty; 3 - vstup činidel; 2 - odstranění spotřebované kontaktní hmoty
V technologických schématech reagenčního změkčování vody čiřiči se místo vírových reaktorů používají vertikální mísiče (obr. 5). V čističkách by měla být udržována konstantní teplota, která nedovolí kolísání o více než 1 °C, po dobu jedné hodiny, protože dochází ke konvekčním proudům, resuspenzi sedimentu a jeho odstraňování.
Podobná technologie se používá ke změkčování zakalených vod obsahujících velké množství hořečnatých solí. V tomto případě jsou míchadla zatížena kontaktní hmotou. Při použití čiřičů navržených E.F. Kurgaev, mísiče a komory pro tvorbu vloček nejsou k dispozici, protože k míšení činidel s vodou a tvorbě vloček sedimentu dochází v samotných čiřičích.
Značná výška a malý objem sedimentačních kompaktorů umožňuje jejich použití pro změkčování vody bez ohřevu i pro odsilikonování vody žíravým magnezitem. Rozvod zdrojové vody tryskami způsobuje její rotační pohyb ve spodní části aparatury, což zvyšuje stabilitu zavěšené vrstvy při kolísání teplot a přívodu vody. Voda smíchaná s činidly prochází horizontálními a vertikálními mísícími přepážkami a vstupuje do zóny sorpční separace a regulace struktury sedimentu, čehož je dosaženo změnou podmínek pro selekci sedimentu po výšce suspendované vrstvy, čímž jsou vytvořeny předpoklady pro získání jeho optimální struktura, která zlepšuje účinek změkčení a čiření vody. Čiřiče jsou navrženy stejným způsobem jako pro běžné čiření vody.
Při průtokech změkčené vody do 1000 m 3 /den lze použít úpravnu vody typu „Jet“. Upravená voda s přidanými činidly vstupuje do tenkovrstvé sedimentační nádrže a poté na filtr.
Hornický ústav sibiřské pobočky Ruské akademie věd vyvinul elektrochemickou technologii pro změkčování vody bez použití činidel. Pomocí jevu alkalizace na anodě a okyselení na katodě při průchodu stejnosměrného elektrického proudu vodním systémem lze reakci výboje vody znázornit následující rovnicí:
2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,
kde e 1 je znak označující schopnost solí tvrdosti disociovat na kationty Ca (II) a Mg (II).
V důsledku této reakce se zvyšuje koncentrace hydroxylových iontů, což způsobuje vazbu iontů Mg (II) a Ca (II) na nerozpustné sloučeniny. Z anodové komory diafragmového elektrolyzéru (textilní membrána pásového typu) přecházejí tyto ionty do katodové komory v důsledku rozdílu potenciálů mezi elektrodami a přítomnosti elektrického pole mezi nimi.
Na Obr. Obrázek 6 ukazuje technologické schéma zařízení pro změkčování vody elektrochemickou metodou.
Výrobní závod byl instalován v okresní kotelně, jejíž testování trvalo asi dva měsíce. Ukázalo se, že režim elektrochemického zpracování byl stabilní v katodových komorách.
Napětí na napájecích přípojnicích bylo 16 V, celkový proud byl 1600 A. Celková produktivita instalace byla 5 m3/h, rychlost pohybu vody v anodových komorách byla 0,31 n-0,42 m/min, v mezeře mezi diafragmou a katodou 0,12- 0,18 m/min.
Rýže. 5. Instalace vápeno-sodového změkčování 1.8 - dodávka zdrojové vody a odvod změkčené vody; 2 - vyhazovač; 3 - násypka s kontaktní hmotou; 5 vstup reagencií; 6 - čiřič s vrstvou suspendovaného sedimentu; 7 - filtr pro rychlé čištění; 4 - vírový reaktor
Rýže. 6. Schéma instalace elektrochemického změkčování vody I - usměrňovač VAKG-3200-18; 2 - membránový elektrolyzér; 3, 4 - analyt a katalyzátor; 5 - čerpadlo; 6 - pH metr; 7 - čiřič s vrstvou suspendovaného sedimentu; 8 - filtr pro rychlé čištění; 9 - vypouštění do kanalizace; 10, 11 - odstranění změkčené vody a dodávka zdrojové vody; 12 - průtokoměr; 13 - digestoř
Bylo zjištěno, že z vody s W o = 14,5-16,7 mg-eq/l se získá anolyt s tvrdostí 1,1-1,5 mg-eq/l při pH = 2,5-3 a katolyt s tvrdostí 0. 0,6-1 mEq/l při pH=10,5-11. Po smíchání filtrovaného anolytu a katolytu byly ukazatele změkčené vody následující: celková tvrdost kapaliny byla 0,8-1,2 mEq/l, pH = 8-8,5. Náklady na elektřinu činily 3,8 kW*h/m3.
Chemické, rentgenové difrakce, IR spektroskopické a spektrální analýzy prokázaly, že sediment obsahuje převážně CaC03, Mg (OH) 2 a částečně Fe 2 0 3 *H 2
Voda je vynucená a nákladná událost, se kterou je spojen poměrně složitý úkol velký výběr znečišťující látky a výskyt nových sloučenin v jejich složení lze rozdělit do 2 velkých skupin: destruktivní a regenerační. Destruktivní metody jsou založeny na procesech ničení polutantů. Výsledné produkty rozkladu jsou odstraněny...
Vyrábí se prostřednictvím středního a horního sběrného a distribučního zařízení směrováním části použitého regeneračního roztoku nebo přiváděním zdrojové vody přes recirkulační okruh. 1. TYPY FILTRU A VLASTNOSTI JEJICH STRUKTURY Iontové filtry jsou klasifikovány podle principu činnosti a také podle účelu, který je sledován, když jimi voda prochází. 1.1 FIP filtry, ...
Je nutné znát stupeň tvrdosti použité vody. Mnoho aspektů našeho života závisí na tvrdosti pitné vody: kolik ji použít prací prášek, zda jsou potřeba opatření ke změkčení tvrdé vody, jak dlouho budou akvarijní ryby žít ve vodě, zda je nutné zavádět polyfosfáty v reverzní osmóze atd.
Existuje mnoho způsobů, jak určit tvrdost:
Hlavní kationty přítomné ve vodě jsou: vápník, hořčík, mangan, železo, stroncium. Poslední tři kationty mají malý vliv na tvrdost vody. Existují také trojmocné kationty hliníku a železa, které při určitém pH tvoří vápencový plak.
Tvrdost může být různých typů:
Existuje několik jednotek tvrdosti vody: mol/m 3, mg-eq/l, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO 3.
Proč je voda tvrdá? Ionty kovů alkalických zemin se nacházejí ve všech mineralizovaných vodách. Jsou získávány z ložisek dolomitu, sádrovce a vápence. Vodní zdroje mohou mít tvrdost v různých rozmezích. Existuje několik systémů tuhosti. V zahraničí k tomu přistupují „drsněji“. Například v naší zemi je voda považována za měkkou s tvrdostí 0-4 mEq / l a v USA - 0-1,5 mEq / l; velmi tvrdá voda v Rusku - přes 12 mg-eq/l a v USA - přes 6 mg-eq/l.
Tvrdost nízkomineralizovaných vod je 80 % díky vápenatým iontům. Se zvyšující se mineralizací prudce klesá podíl vápenatých iontů a přibývá iontů hořčíku.
Povrchové vody mají nejčastěji menší tvrdost než voda podzemní. Tvrdost závisí také na ročním období: když sníh taje, klesá.
Tvrdost pitné vody mění její chuť. Práh citlivosti pro ionty vápníku je od 2 do 6 mEq/l v závislosti na aniontech. Voda zhořkne a má špatný vliv na proces trávení. WHO nedává žádná doporučení ohledně tvrdosti vody, protože neexistují přesné důkazy o jejím účinku na lidský organismus.
Omezení tuhosti je nutné pro topná zařízení. Například v kotlích - až 0,1 mEq / l. Měkká voda má nízkou zásaditost a způsobuje korozi vodovodního potrubí. Energetické společnosti používají speciální úpravy k nalezení kompromisu mezi plakem a korozí.
Existují tři skupiny metod změkčování vody:
Chemické metody jsou založeny na iontové výměně. Hmota filtru je iontoměničová pryskyřice. Skládá se z dlouhých molekul, které se shromažďují do kuliček žlutá barva. Z kuliček vyčnívají malé procesy obsahující ionty sodíku.
Při filtraci voda prostupuje celou pryskyřicí a její soli nahrazují sodík. Samotný sodík je odnášen vodou. V důsledku rozdílu v nábojích iontů se vyplaví 2x více solí, než se usadí. Po čase se soli vymění a pryskyřice přestane fungovat. Každá pryskyřice má svou vlastní provozní dobu.
Iontoměničová pryskyřice může být v kartuších nebo nalitá do dlouhého sudu - kolony. Kartuše jsou malých rozměrů a používají se pouze ke snížení tvrdosti pitné vody. Ideální pro změkčování vody v domácnosti. Iontoměničová kolona slouží ke změkčování vody v bytě nebo malém průmyslu. Kromě vysokých nákladů musí být kolona periodicky zatěžována regenerovanou filtrační hmotou.
Pokud v pryskyřici kazety nezůstanou žádné sodné ionty, jednoduše se vymění za novou a stará se vyhodí. Při použití iontoměničové kolony se pryskyřice obnovuje ve speciální nádrži solankou. K tomu je třeba rozpustit tabletovací sůl. Solný roztok regeneruje schopnost pryskyřice vyměňovat ionty.
Nevýhodou je přidaná schopnost vody odstraňovat železo. Zanáší pryskyřici a činí ji zcela nepoužitelnou. Rozbor vody byste měli udělat včas!
Existuje řada méně populárních, ale efektivní způsoby změkčování vody:
Změkčování vody sodou
Způsob změkčování vody pomocí vápna se nazývá vápnění. Používá se hašené vápno. Snižuje se obsah uhličitanu.
Nejúčinnější je směs sody a vápna. Chcete-li předvést, jak změkčit vodu doma, můžete do vody na praní přidat sodu. Vezměte 1-2 čajové lžičky na kbelík. Dobře promíchejte a počkejte, až se vytvoří sediment. Podobnou metodu používaly ženy v Starověké Řecko pomocí popela z kamen.
Voda po vápně a sodě není vhodná pro potravinářské účely!
Polyfosfáty jsou schopné vázat soli tvrdosti. Jsou to velké bílé krystaly. Voda prochází filtrem a rozpouští polyfosfáty, pojivové soli.
Nevýhodou je nebezpečí polyfosfátů pro živé organismy včetně člověka. Jsou hnojivem: po vstupu do nádrže je pozorován aktivní růst řas.
Polyfosfáty jsou také nevhodné pro změkčování pitné vody!
Fyzikální metody bojují s následky vysoké tvrdosti – vodního kamene. Jedná se o čištění vody bez použití činidel. Při jeho použití nedochází ke snížení koncentrace soli, ale pouze zabraňuje poškození potrubí a topných těles. Voda změkne nebo pro lepší pochopení změkne.
Rozlišují se následující fyzikální metody:
Změkčování vody bez reagencií pomocí magnetického pole má mnoho nuancí. Účinnosti je dosaženo pouze při dodržení určitých pravidel:
Změna jakéhokoli parametru vyžaduje kompletní rekonfiguraci celého systému. Odezva musí být okamžitá. Přes obtížnost regulace parametrů se v kotelnách používá magnetické změkčování vody.
Ale změkčit vodu doma pomocí magnetického pole je téměř nemožné. Pokud si chcete pořídit magnet na potrubí, promyslete si, jak budete vybírat a zajišťovat potřebné parametry.
Ultrazvuk vede ke kavitaci – tvorbě plynových bublin. Zvyšuje se pravděpodobnost setkání iontů hořčíku a vápníku. Krystalizační centra se neobjevují na povrchu trubek, ale ve vodním sloupci.
Při měknutí horká voda Ultrazvukové krystaly nedosahují velikosti potřebné pro depozici - na teplosměnných plochách se netvoří vodní kámen.
Navíc dochází k vysokofrekvenčním vibracím, které zabraňují tvorbě plaku: odpuzují krystaly od povrchu.
Ohybové vibrace jsou škodlivé pro vytvořenou vrstvu okují. Začne se lámat na kousky, které mohou ucpat kanály. Před použitím ultrazvuku je nutné povrchy očistit od vodního kamene.
Změkčovače vody bez obsahu činidel na bázi elektromagnetické impulsy změnit způsob krystalizace solí. Vznikají dynamické elektrické impulsy s různými charakteristikami. Jdou po navíjecím drátu na potrubí. Krystaly mají podobu dlouhých polic, které se obtížně připevňují k teplosměnné ploše.
Během procesu zpracování se uvolňuje oxid uhličitý, který bojuje se stávajícím vodním kamenem a tvoří se ochranný film na kovové povrchy.
Je to poprvé, co někdo slyší o této metodě. Ale ve skutečnosti to všichni používají od dětství. To je nám známý var vody.
Každý si všiml, že po převaření vody se tvoří sraženina solí tvrdosti. Káva nebo čaj se vyrábí z měkčí vody než voda z kohoutku.
Jak dlouho se vaří? Je to jednoduché: se zvyšující se teplotou a jejím dopadem se soli tvrdosti stávají méně rozpustné a více se srážejí. Během procesu ohřevu se uvolňuje oxid uhličitý. Čím rychleji se odpařuje, tím více se tvoří vápencový plak. Pevně uzavřené víko brání vyjmutí oxid uhličitý a v otevřené nádobě se kapalina rychle odpařuje.
Při použití tepelného změkčování nechte víko nádoby mírně otevřené. Je také nutné zajistit maximální plochu usazování soli pro urychlení změkčení pitné vody.
Při tvrdosti do 4 mEq/l není nutné tepelné změkčování: soli se usazují pomaleji, než se odpařuje voda. Zbývající voda bude mít zvýšenou koncentraci mnoha nečistot.
Tvrdost vody je určena přítomností určitého množství nečistot rozpustných hořečnatých a vápenatých solí v jejím složení.
Tvrdost vody je dána množstvím příměsi solí vápníku a hořčíku.
Jedním z hlavních kritérií, podle kterých se určuje kvalita vody, je její tvrdost. Tvrdost lze upravit pomocí různých metod změkčování vody.
Existuje několik hlavních typů tvrdosti:
Téměř každý člověk přirozeně přemýšlí nad takovou otázkou, jako je kvalita vody, kterou pije.
Voda, která je přiváděna do obytné budovy prostřednictvím přívodu vody prochází určitými úrovněmi filtrace, které však často nestačí zajistit pití vody požadovaná úroveň měkkosti.
Ke změkčení vody můžete použít kousek křemíku.
Většina lidí proto raději používá přídavné filtry, kterých je dnes velmi velké množství, pomocí jiných způsobů změkčování vody.
Prvním signálem, že voda, kterou pijete a ze které vaříte jídlo pro svou rodinu, je tvrdá, je přítomnost vodního kamene v konvici a hrncích, kde se voda vaří.
Příznaky nadměrné tvrdosti vody mohou zahrnovat více než jen vodní kámen. Při vaření v takové vodě se zelenina rozpadne a maso ztuhne. Po umytí zůstávají na talířích a sklenicích bílé skvrny.
Pití příliš tvrdé vody může způsobit zdravotní problémy.
V současné době existuje široká škála metod pro změkčování vody.
Změkčování vody se provádí pomocí určitých zařízení, jejichž úkolem je čištění vody od dvou typů těžkých uhličitanových solí.
Nejjednodušší a od pradávna nejznámější metoda změkčování vody je umístit malý kousek křemíku do nádoby s tekutinou, která bude sloužit k jídlu a pití. Velikost takového kusu by měla být přibližně 5 x 5 cm. Stačí najednou vyčistit třílitrovou sklenici vody. Usazení vody pomocí křemíku trvá asi týden.
Přesně takovou dobu potřebuje tento minerál k nabití a změkčení vody, přičemž neutralizuje hořečnaté a draselné soli.
Tato metoda je vhodná pouze pro domácí použití.
Můžete změkčit vodu různé způsoby. V současné době existují následující hlavní způsoby změkčování vody:
Fyzikální metoda. Při použití této metody změkčování tvrdosti je vyloučeno použití chemikálií jakéhokoli druhu. Tato metoda čištění je ideální pro změkčování vody, která se používá v každodenním životě - k vaření a pití.
Membránová metoda. Membránové metody Existuje několik hlavních metod.
Jedním z nejoblíbenějších podtypů čištění membrán je reverzní osmóza nebo elektrodialýza. Podstatou této metody je odsolení vody pomocí tlaku. Taková voda se stává vhodnou k pití.
Zařízení pro takové čištění obsahuje membránu, což je perforovaná vrstva z drahých materiálů ve filtru. Perforace, tedy aplikace průchozích otvorů, se provádí s ohledem na velikost molekuly vody. To umožňuje zadržet na povrchu membrány jakékoli nečistoty, které přesahují velikost molekuly vody.
Filtrace pomocí reverzní osmózy je natolik kvalitní, že takovou vodu lze využít nejen k pití, ale i v různých oblastech výroby, například ve farmakologii.
Druhým způsobem membránového čištění je nanofiltrace.
Nanofiltrace se provádí za nízkého tlaku. Hlavní výhodou této metody je, že vodu lze získat přesně v takovém stupni čištění a měkkosti, který je pro určité účely nezbytný. A výměnou membrány ve filtračním zařízení můžete dosáhnout různých výsledků čištění.
Mezi hlavní nevýhody této metody patří skutečnost, že většina vody procházející čištěním zůstává v zařízení po dlouhou dobu.
Tato situace nastává z důvodu, že voda prosakuje membránou nízkou rychlostí. Kromě toho je v takovém zařízení více filtrů než jeden, a proto stráví průchod každým z nich určitý čas.
Reverzní osmóza, mechanický filtr, stejně jako klimatizace.
Tato metoda je ideální pro čištění vody nejen od všech typů nečistot, ale také od různých druhů bakterií. Pitná voda musí být bez bakterií.
Klimatizace se proto většinou instaluje na ta zařízení, která mají za úkol vyrábět pitnou vodu.
Použití takové instalace doma je však v současné době obtížně dostupnou metodou čištění.
Chemická metoda. Pro metodu chemického čištění se používají vhodné chemikálie. Patří mezi ně chlor sodný a fosfáty.
S touto metodou čištění, vodní dýmka jsou instalovány speciální dávkovače.
Chemická metoda však může být nebezpečná, protože látky používané k čištění mohou přispívat k tvorbě dalších nečistot, které budou mít za následek nový sediment.
Metoda iontové výměny. Iontová výměna je jedním z technologicky nejvyspělejších jednoduchými způsobyčištění a změkčování vody.
Jeho jednoduchost spočívá v tom, že k provedení tohoto procesu není potřeba stavět žádné složité konstrukce.
Tato metoda funguje na bázi iontové výměny.
Hlavním prvkem takových čisticích zařízení je gelovitá pryskyřice. Pryskyřice obsahuje obrovské množství sodíku. Sodík se při kontaktu s tvrdou vodou vyměňuje za krystaly vápníku a hořčíku.
Tedy neuvěřitelně jednoduchý a rychlé čištění voda a její změkčení.
Ale pryskyřičná patrona pro domácnost musí být čas od času vyměněna, protože sodík má tendenci se z ní vyluhovat.
A kazety používané v průmyslu lze obnovit pomocí speciálního řešení. Zásobník se promyje tímto roztokem a chemická činidla obnoví hladinu sodíku.
Touto metodou se voda čistí velmi rychle a efektivně. Ale nelze to nazvat levným nebo dokonce dostupným. Koneckonců, kazety vyžadují značné náklady, stejně jako jejich restaurování.
Konvové filtry pro domácnost založené na této metodě mají nízkou produktivitu: pouze několik litrů.
Pro zajištění dostatečné úrovně čištění a změkčování pitné vody je nutné dodatečně použít jeden nebo více filtrů založených na jiných metodách.
Metoda bez činidel. Abychom pochopili, co je metoda změkčování vody bez reagencií, stojí za to zvážit jednu z nejběžnějších metod - magnetickou sílu.
Zařízení tohoto způsobu čištění jsou založena na použití permanentní magnety zvýšený výkon.
Tato instalace nevyžaduje velké úsilí při instalaci, stejně jako následná demontáž.
Také se neuvěřitelně snadno udržuje a nevyžaduje žádné speciální náhradní příslušenství v podobě kartuší ani žádné dodatečné čištění.
Proces čištění nastává díky skutečnosti, že magnetické silové pole prochází vodou zvláštním způsobem. Zároveň těžké soli, které způsobují tvrdost vody, mění svůj vzorec a získávají tvar jehličí. Tento tvar umožňuje tření postižených povrchů. staré měřítko, což ho nakonec úplně odstraní.
Voda, která bude takto čištěna, musí být pokojová teplota, jeho průtok by neměl být proměnný, ale konstantní, stejně jako rychlost jeho pohybu.
Aby se neutralizovaly nevýhody této metody, byla přidána do magnetického pole elektřina. V důsledku toho byla vynalezena instalace, která kombinuje oba typy vlivu - elektromagnetické.
Nejběžnější metodou je metoda změkčování iontovou výměnou.
Hlavní rozdíl mezi průmyslovými zařízeními na čištění a změkčování vody od domácích je v tom, že mají různé kapacity nádrží a navíc používají různé třídy iontoměničových pryskyřic.
Vzhledem k tomu, že všechna zařízení vyžadují období zotavení, bude objem vody, který jimi může procházet, přísně definován.
Pokud je objem vody malý, lze použít domácí spotřebiče.
Když mluvíme o o velkých objemech vody, pak má smysl instalovat duplexní změkčovače.
Takové zařízení se skládá ze dvou válců, které jsou ovládány pomocí jednoho sousedního ventilu.
Takové zařízení se nazývá kontinuální zařízení z toho důvodu, že když je voda změkčena v jednom válci, pryskyřice v druhém válci má čas se zotavit.
Velkou roli hraje také třída iontoměničové pryskyřice. Změkčovadla pro domácnost používají pouze potravinářskou pryskyřici, ale průmyslová změkčovadla mohou používat různé třídy pryskyřic.
