Умягчение

Умягчение воды - процесс, в результате которого из воды удаляются соли жесткости. Умягчение сегодня может осуществляться с использованием ряда способов. Это может быть:

  • Умягчение с реагентами
  • Умягчение ионным обменом
  • Умягчение нанофильтрацией

Каждый из способов не универсален и может быть применён в тех или иных случаях. Как правило, для умягчения используется система фильтров, каждый из которых направлен на удаление примесей того или иного типа (крупных взвесей и т.д.).

В нашем ассортименте представлен широкий спектр оборудования для осуществления такой процедуры, как умягчение. Всё оборудование прошло тестирование и имеет высокое качество. Вы можете использовать его длительный период времени. В выборе, установке и планировании систем Вы всегда сможете воспользоваться помощью специалистов.

 

Процесс удаления из воды солей жесткости называют умягчением.

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицатель­ное влияние на органы пищеварения. По нормам ВОЗ оптимальная же­сткость питьевой воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающихся по­верхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу ее из строя, а также оставляет налет на волосах и коже человека, создавая неприятное ощущение их «жесткости». При стирке, взаимодействуя с ПАВами мыла или стиральных порошков, со­ли жесткости связывают их и требуют большего расхода.

В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество про­дуктов, вызывая выпадение солей при хранении. Это характерно для бутилированной питьевой воды, пива, соков, водки. Даже при мытье бутылок она оставляет несмываемые потеки. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регла­ментирована и находится на уровне 0,1-0,2 мг-экв/л.

В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды с систему очень быстро выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы. Даже небольшой слой отложений солей на поверхности теплообменного оборудования приводит к резкому снижению коэффи­циента теплопередачи и увеличению расхода топлива. Трубопроводы зарастают настолько, что их производительность падает в несколько раз. Поэтому в тех процессах, где допустимо использование воды с не­которым содержанием солей, ее жесткость ограничивается еще мень­шими значениями - 0,03-0,05 мг-экв/л.

Процессы извлечения из воды солей Са2+ и Mg2+ в водоподготовке называют умягчением. Относительно селективное удаление солей жест­кости может производиться 3 методами:

  • реагентным умягчением;
  • ионным обменом;
  • нанофильтрацией.

Кроме того, для защиты нагревательных элементов водонагревательного оборудования применяют магнитные преобразователи воды, которые на химический состав воды не влияют и не снижают ее жесткость. Они лишь предотвращают отложение солей жесткости на нагревательные элементы оборудования.

Реагентное умягчение воды.

Многие соли жесткости имеют низкую растворимость. При введе­нии в раствор некоторых реагентов увеличивается концентрация анио­нов, которые образуют малорастворимые соли с ионами жесткости Са2+ и Mg2+. Такой процесс называют реагентным умягчением.

Различают умягчение известкованием и содо-известкованием.

При известковании в раствор добавляют гашеную известь Са(ОН)2 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О;

Mg(HCО3)2 + 2Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + 2CaCО3 + 2Н2О.

Данный способ используют при высокой карбонатной и низкой не­карбонатной жесткости, когда требуется одновременное снижение же­сткости и щелочности. Остаточная жесткость на 0,4-0,8 мг-экв/л пре­вышает некарбонатную жесткость. Обычно используется совместно с ионообменным умягчением.

При содо-известковании в раствор добавляют гашеную известь Са(ОН)2 и соду Na2C03 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 + Na23 = 2CaCО3i+ 2NaOH + H23;

Mg(HCО3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaHCО3.

Как следует из уравнений реакций, в процессе образования и осаж­дения осадка из раствора извлекаются соли жесткости. Вместе с ними удаляются коллоидные и взвешенные частицы с ассоциированными на них загрязнениями. На хлопьях осадка частично сорбируются органиче­ские загрязнения.

При содо-известковании за счет избытка ионов НСО3- достигается большая полнота извлечения солей жесткости. Повышение температуры до 70-80°С позволяет довести остаточную жесткость до 0,35-1,0 мг-экв/л. Того же результата можно достигнуть увеличением доз реагентов.

Процессы осаждения осуществляются в отстойниках и осветли­телях со взвешенным слоем осадка.

Отстойники малопроизводительны, и получаемая в них гидроксидная пульпа имеет высокую влажность - 91-99%. Поэтому они в настоящее время практически не применяются.

В практике используются различные варианты осветлителей со взвешенным слоем осадка. В них очищаемый раствор подается снизу и проходит через слой осадка. Это увеличивает коэффициент очистки. Для уменьшения объема шлама используются дополнительные зоны и камеры шламоуплотнения. Увеличение степени осветления достигается введением дополнительных секций тонкослойного отстаивания.

Реагентные методы в подготовке питьевой воды не используются. После них вода имеет сильнощелочную реакцию. Они широко приме­няются в энергетике и промышленности как первая ступень очистки до механических фильтров. При совместной работе они позволяют умяг­чить воду, удалить взвешенные вещества, включая коллоиды, и частич­но очистить ее от органических веществ.

Поскольку осаждение образовавшихся хлопьев происходит очень медленно, производительность оборудования низкая и оно имеет боль­шие габариты. В результате образуются отходы в виде трудно утилизи­руемых шламов. Процесс требует тщательного контроля, причем в ос­новном ручного, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности и т. п.

Новые технологические решения (тонкослойное отстаивание, кон­тактная коагуляция, ввод флокулянтов) позволяют достигнуть тех же показателей при меньших расходе реагентов, размерах установок и их полной автоматизации.

 

Ионный обмен в умягчении воды.

В соответствии с современными воззрениями, для питьевой и хо­зяйственно-бытовой воды оптимальной является жесткость на уровне 1,5 мг-экв/л.

Практически для всех пищевых производств требуется мягкая вода. Для водочного производства установлена предельная жесткость 0,2 мг-экв/л, для производства соков - 0,7 мг-экв/л. для питания паро­вых котлов - 0,05 мг-экв/л и менее. Многие производители стараются использовать воду еще более высокого качества.

Наиболее просто снижение жесткости до практически любых зна­чений обеспечивается ионным обменом. Производительность метода практически не ограничена.

Умягчение воды может производиться методами:

  • Na-катионирования.
  • H-Na-катионирования (параллельное или последовательное)
  • Н-катионирования с голодной регенерацией на сильно- или слабо­кислотном катионите.

 

Как отмечалось выше, в соответствии с уравнением реакции, умягчение воды производится путем ее контактирования с сильнокис­лотным катионитом в Na-форме, в результате чего из воды извлекаются катионы Са2+ и Mg2+ и замещаются ионом Na+. Солесодержание воды при этом практически не меняется, поскольку катионы Са2+, имеющие вес 1 мг-экв равный 20, замещаются катионом Na+ с весом 1 мг-экв, равным 23. Поскольку анионный состав не меняется, раствор остается практически нейтральным. Щелочность воды и рН может увеличиться на 0,1-0,2 единицы, в зависимости от содержания солей жесткости.

Интересным решением вопроса умягчения со снижением щелочно­сти воды является Na-Cl-ионирование. Оно основано на применении для очистки воды катионита в Na-форме и анионита в С1-форме. Регенерация обоих ионитов производится одним и тем же раствором NaCI. В этом процессе протекают следующие сум­марные реакции:

на катионите:

2R-Na + Ca(Mg)(HCO3)2 <-> R2-Ca(Mg) + 2NaHCO3      (1)

2R-Na + Ca(Mg)SО4 <-> R2-Ca(Mg) + Na2S04                (2)

2R-Na + Ca(Mg)(NО3)2 <->R2-Ca(Mg) + 2NaNО3             (3)

на анионите:

R-Cl + NaHCО3<-> R-НСОз + NaCl:        (4)

2R-C1 + Na24<-> R2-SO4 + 2NaCl;           (5)

R-Cl + NaNО3<-> R-NO3 + NaCI.                (6)

В результате реакций (1-3) с сильнокислотным катионитом об­рабатываемая вода умягчается до заданного уровня, и в ней остаются только соли натрия. При их контактировании с сильноосновным анионитом в С1-форме происходит замена бикарбонатных, сульфатных и нитратных анионов на С1 (реакции 4-6). При сорбции бикарбонатного иона уменьшается щелочность воды, которая мини­мальна в начале цикла, а затем постепенно увеличивается. Время рабо­ты анионитного фильтра определяется повышением щелочности до за­данного предела.

Метод Na-Cl-ионирования применяют при соотношении концен­траций анионов в исходной воде НСО3-/ SО42- + NО3- > 1 при суммар­ном содержании сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/л.

Поскольку регенерация катионита и анионита производится после­довательно одним и тем же раствором соли, необходимо исключить образование осадка карбонатов кальция в слое катионита. Для этого регенерат после анионита подкисляют, разрушая бикарбонат-ионы. Также трудно сбалансировать объемы ионитов, чтобы они насыщались одновременно. При близких значениях жесткости и щелочности в ис­ходной воде и вдвое-втрое большей емкости катионита, чем анионита, объем последнего должен быть в 2-3 раза больше.

Другими путями являются умягчение воды методами H-Na-катионирования (параллельным или последовательным), Н-катионирования с нейтрализацией, Н-катионирования с голодной регенерацией на сильно- или на слабокислотном катионите.

Эти способы позволяют свести щелочность к минимуму, а также уменьшить солесодержание воды. Их недостатком является потребность в больших количествах кислоты и специальном кислотостойком обору­довании. Для удаления образовавшейся углекислоты в буферных баках желательно установить распылительные головки или эжекторы-декарбонизаторы.

Н-катионирование воды позволяет полностью удалить жесткость и щелочность, а также снизить солесодержание. При кон­такте с катионитом в Н-форме из воды извлекаются все катионы, кото­рые замещаются ионом водорода, рН раствора становится рав­ным 2,5-4,0, в зависимости от исходного солесодержания. Во время очистки в воду выделяются катионы водорода, которые реагируют с бикарбонат-ионами по реакции:

HCО3- + Н+ -> Н2О + СО2 (7)

Кислотность воды велика, все бикарбонаты полностью переходят в растворенный углекислый газ, который отдувается в декарбонизаторе - ДКБ. Вода после декарбонизатора содержит только анио­ны сильных кислот и имеет кислую реакцию. Для ее нейтра­лизации в воду дозируют раствор щелочи. В результате очищенная вода имеет минимальную щелочность и жесткость, а содер­жание катионов соответствует первоначальному содержанию анионов сильных кислот. Снижение солесодержания соответствует исходной щелочности.

При необходимости поддерживать щелочность на определенном уровне при минимальной жесткости применяют параллельное или по­следовательное H-Na-катионирование (рис. 3.3, г, Э). Оба этих режима обеспечивают и некоторое снижение солесодержания воды.

При параллельном H-Na-катионирование часть раствора очищает­ся Н-катионированием на сильнокислотном катионите, а другая часть умягчается Na-катионированием на таком же ионите. В во­де, прошедшей через катионит в Н-форме, удаляются все катионы и вместо них в воду поступает катион водорода, рН раствора становится равным 2,5-4,0 в зависимости от солесодержания. Бикарбонаты полно­стью разрушаются и присутствуют в виде растворенной углекислоты. В воде, прошедшей через катионит в Na-форме, катионы солей жестко­сти заменены на натрий, рН не меняется. Обработанные растворы сме­шиваются в расчетных соотношениях и подаются на декарбонизатор, где удаляют углекислоту. Очищенная вода может иметь остаточную щелочность Щост менее 0,35 мг-экв/л.

Параллельное H-Na-катионирование используется тогда, когда не­обходимо иметь остаточную щелочность Щост менее 0,35 мг-экв/л; в исходной воде карбонатная жесткость составляет более 50%, а сумма концентраций солей сильных кислот - менее 5-7 мг-экв/л.

Последовательное H-Na-катионирование заключает­ся в пропускании части питающего раствора через катионит в Н-форме, смешении подкисленного раствора с исходным, декарбонизации и умягчении всего потока на катионите в Na-форме. При подкислении воды при Н-катионировании частично разрушается бикарбонат-ион, и связанная с ним жесткость становится некарбонатной. Щелочность пе­ред Na-катионированием поддерживается на уровне 0,7-1,0 мг-экв/л. Поскольку степень извлечения жесткости на Н-катионировании особого значения не имеет, регенерация кислотой может осуществляться без избытка. Такой способ умягчения используется для сильноминерализо­ванных вод с солесодержанием более 1 г/л, когда карбонатная жесткость менее 50% от общей, а щелочность 0,7-1,0 устраивает потребителя.

Магнитное проеобразование воды:

В последние десятилетия, как в России, так и за рубежом, для борьбы с образованием накипи и отложений на внутренней поверхности труб и теп- лообменного оборудования применяют магнитную обработку воды. Ее широко используют в конден­саторах паровых турбин, парогенераторах низко­го давления и малой производительности, тепло­вых сетях и системах горячего водоснабжения, в различных теплообменных аппаратах. Эффект, последствия обработки воды в магнитном поле из­вестны давно. Еще в XIII в. были отмечены лечеб­ные свойства «омагниченной» воды. Но только в ХХ в. началось использование магнитов в технике водоподготовки.

Первый патент на аппарат магнитной обработки воды был выдан в 1946 г. бельгийскому инженеру Т. Вермейрену, еще за 10 лет до этого обнаружив­шего, что при нагреве воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на поверхности теплооб­мена накипь не образуется.

Магнитная обработка воды в аппаратах с пос­тоянными магнитами и электромагнитами при­меняется уже несколько десятилетий. Замечено, что при воздействии магнитного поля на солевые кристаллы последние меняют свою структуру: кристаллы становятся гораздо мельче, и кристал­лы кальцита приобретают орагонитную форму. В целом кристаллы карбоната кальция вместо обычной накипи образуют рыхлую массу, легко вымываемую из трубопровода. Кроме того, об­разовавшаяся большая поверхность множества мелких кристаллов «конкурирует» за отложения с нагретой поверхностью. Более 70% частиц имеют размер менее 0,5 мкм.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен, но имеется ряд гипотез.

Современные воззрения объясняют механизм воздействия магнитного поля на воду и ее приме­си поляризационными эффектами и деформаци­ей ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются, образуя кристал­лическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоид­ные примеси воды, другой - изменение структу­ры воды. При наложении магнитного поля в мас­се воды формируются центры кристаллизации, вследствие чего выделение нерастворимых солей жесткости происходит не на теплопередающей по­верхности (нагрева или охлаждения), а в объеме воды. Таким образом, вместо твердой накипи в воде появляется мигрирующий тонкодисперсный шлам, легко удаляемый с поверхности теплооб­менников и трубопроводов. В аппаратах магнитной обработки вода должна двигаться перпендикуляр­но магнитным силовым линиям.

x Товар добавлен в корзину.
x На складе недостаточно товара.
Яндекс.Метрика