 |
Основы процессов и классификация методов умягчения воды
|
|
|
|
Устранение из воды или снижение содержания солей жесткости называется ее умягчением. Воду умягчают для технологических нужд целого ряда производств (текстильного, искусственного волокна, химического, бумажного, производства пластмасс и др.), где необходима вода жесткостью не более 0,01 мг-экв/л. Умягчение воды требуется при подготовке питательной воды для котельных установок, для банно-прачечного производства. Известны три основных способа умягчения воды: реагентный, катионитовый и термический. При реагентном способе в качестве реагентов могут быть применены известь либо совместно известь и кальцинированная сода, едкий натр и др. В первом случае способ умягчения воды называют известкованием, во втором - известково-содовым, в третьем - едконатровым способом. Катионирование - фльтрование воды через слой катионита, сопровождающееся ионным обменом. Термический способ устранения жесткости основан на уменьшении растворимости углекислоты при нагревании воды и нарушении углекислотного равновесия. Этот способ применяют для умягчения вод, содержащих преимущественно бикарбонатную и карбонатную жесткость и используемых для питания котлов низкого давления и на предприятиях коммунального хозяйства.
Термическое умягчение воды. При нагревании воды растворенная в ней равновесная свободная углекислота выделяется, что ведет к нарушению углекислотного равновесия и к распаду содержащихся в ней двууглекислых солей кальция и магния, теряющих половину связанной углекислоты.
Реакция образования осадка гидроксида магния протекает очень медленно, ускорить ее можно, ведя процесс при температуре кипячения воды. Термическое умягчение воды осуществляют в водоумягчителях-кипятильниках. Однако этот метод устранения жесткости в настоящее время самостоятельного значения не имеет. При реагентном умягчении воды для питания котлов термический метод умягчения используют для предварительного умягчения с целью снижения расхода реагентов.
|
|
|
Реагентов умягчение воды. Реагентное умягчение воды состоит в том, что при введении в воду специальных реагентов катионы кальция и магния, растворенные в ней, переходят в практически нерастворимые соединения, выводимые в осадок. В зависимости от вида применяемых реагентов различают следующие методы умягчения: известковый, известково-содовый, едконатровый, фосфатный и бариевый. Известковый метод используют для частичного устранения карбонатной жесткости воды (для снижения ее щелочности). Самостоятельного распространения этот метод не получил, обычно его сочетают с содовым или катионитовым методом. Введение в воду гашеной извести в виде известкового молока или раствора, в первую очередь, вызывает нейтрализацию свободной углекислоты с образованием малорастворимого карбоната кальция, выпадающего в осадок.
Добавление извести в количестве большем, чем необходимо для нейтрализации свободной углекислоты, вызывает распад бикарбонатов с выделением из воды карбоната кальция.
Дальнейшее введение в воду извести приводит к гидролизу магниевых солей и образованию малорастворимого гидроксида магния Mg (ОН)2, который при рН>10,2- 10,3 декантирует.
Известкованием устраняют из воды и некарбонатную магниевую жесткость при условии, что рН воды будет не ниже 10,2-10,3.
Приведенные уравнения показывают, что магниевая жесткость устраняется, но величина общей жесткости остается неизменной, так как магниевая жесткость заменяется кальциевой, некарбонатной. Следовательно, известкованием воды может быть в той или иной мере устранена карбонатная и магниевая жесткость воды, но не может быть снижена некарбонатная жесткость. Для устранения некарбонатной жесткости в воду кроме извести вводят соду.
|
|
|
После добавления в воду извести и соды мгновенно происходит образование коллоидных соединений карбоната кальция и гидроксида магния. Переход же от коллоидного состояния в грубодисперсное, при котором СаС03 и Mg(ОН)2 выпадают в осадок, занимает длительное время, измеряемое часами.
Для ликвидации тормозящего действия органических примесей на процесс умягчения воды кроме извести и соды в нее вводят коагулянт, достигая при этом удаления из воды органических соединений и вызывая укрупнение мельчайших кристаллов, карбоната кальция и гидроксида магния, что обеспечивает более высокий эффект работы тонкослойных отстойников или осветлителей со взвешенным слоем. В первом случае коагулянт следует вводить до введения извести и соды, во втором - после. Если применение коагулянта вызвано как необходимостью укрупнения коллоидных соединений карбоната кальция и гидроксида магния, так и необходимостью удаления органических соединений, замедляющих процесс водоумягчения, то коагулянт вводят в воду дважды: первый раз - до введения извести, а второй - после.
Задача
При крашении одежды в темно-синий цвет ее последовательно выдерживают в двух ваннах с раствором красителя, состав которых в граммах слудующий (из расчета на 8 кг одежды):
Краситель свежая ванна вторая ванна
Прямой синий
Поваренная соль
Кальцинированная сода
Рассчитайте массовую концентрацию компонентов каждой ванны в отдельности по отношению в одежде и укажите сколько каждого компонента в совокупности по двум ваннам потребуется для крашения 1 тонны одежды.
Решение
Найдем содержание компонентов свежей ванны по отношению к одежде:
А) Краситель бордо
8000 г – 100 %
375 г – х
х = 4,687 %
б) Поваренная соль
8000 г – 100 %
500 г – х
х = 6,25 %
в) Кальцинированная сода
8000 г – 100 %
50 г – х
х = 0,625 %
Рассчитаем также для второй ванны:
А) Краситель бордо
8000 г – 100 %
265 г – х
х = 3,31 %
б) Поваренная соль
8000 г – 100 %
300 г – х
х = 3,75 %
в) Кальцинированная сода
8000 г – 100 %
25 г – х
х = 0,312 %
2. Найдем сколько каждого компонента в совокупности по каждой ванне потребуется на 1000 кг одежды:
|
|
|
А) Краситель бордо 4,687 + 3,31 = 7,99 %
1000 кг – 100 %
х кг – 7,99 %
х = 79,9 кг
б) Поваренная соль 6,250 + 3,750 = 10 %
1000 кг – 100 %
х кг – 10 %
х = 100 кг
в) Кальцинированная сода 0,625 + 0,312 = 0,781 %
1000 кг – 100 %
х кг – 0,937 %
х = 9,37 кг
Ответ: для крашения 1000 кг одежды необходимо красителя бордо – 79,9 кг, поваренной соли – 100 кг, кальцинированной соды – 9,37 кг.
Выводы
Проблема очистки воды, используемой для бытовых и промышленных целей, от различных загрязнений имеет огромное значение. С одной стороны, постоянно повышаются требования к качеству воды, особенно в промышленности и энергетике, а с другой - происходит прогрессирующее загрязнение водных источников, которое затрудняет работу существующих систем очистки.
Водоподготовка воды - это изменение ее физико-химических свойств, в соответствии с требованиями, предъявляемыми в каждом конкретном случае. В зависимости от назначения воды используются различные технологии ее подготовки. Основным критерием выбора технологии водоподготовки являются показатели качества воды, поэтому изначально необходимо провести лабораторные исследования проб воды. От правильно проведенных лабораторных исследований зависит выбор технологии водоподготовки и эффективность работы систем водоочистки. При подготовке воды следует учитывать европейские и местные нормативы, требования производителя эксплуатируемого оборудования и параметры, которым должна соответствовать вода для хозяйственно-питьевых нужд и вода для технологических целей.
Список литературы
1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы. - М.: Агропромиздат, 1987 – 245 с.
2. Боков ВЛ., Лущик А.В. Основы экологической безопасности. - Симферополь: Сонат, 1998. - 224 с.
3. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1985. – 298 с.
4. Капинос П.И., Панесенко Н.А. Охрана природы. - Киев: "Вища школа", 1991. – 210 с.
5. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. / Под редакцией О.А. Юшманова. - М.: Агропромиздат, 1985 – 234 с.
|
|
|
6. Крисаченко В.С. Екологічна культура: теорія і практика. - К.: Заповіт, 1996. - 108 с.
7. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения. / Под редакцией И.К. Гавич. - М.: Агропромиздат, 1985. – 320 с.
8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология. - Уфа: Восточный университет, 1998. - 256 с.
9. Охрана окружающей природной среды. / Под редакцией Г.В. Дуганова. - Киев: "Выща школа", 1990. – 300 с.
10. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков. / Под редакцией В.Н. Соколова. - М.: Стройиздат, 1992. – 260 с.
11. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984. – 120 с.
12. Экология города: Учебник. / Под ред. Ф.В.Стромберга. – К.: Либра, 2000. – 464 с.
|
|
|
