Зм’якшення води вапняково-содовим методом, хімізм процесу, розрахунок дози реагенту
Вапняково-содовий метод. Використовується для усунення карбонатної і некарбонатної твердості. Вапном усувають з води вуглецю (ІV) оксид, гідрогенкарбонат кальцію (рівняння 4), солі магнію (рівняння 5 – 7), а натрію карбонатом - сульфати і хлориди кальцію. Тоді усунення солей твердості опишеться рівняннями:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О,
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4,
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl.
Усунення солей твердості содово-вапняковим методом є неповним через незначну розчинність СаСО3 і Mg(OH)2. Тому цей метод використовується для неглибокого зм’якшення (до 1,4 – 1,8 мекв./дм3).
Зм’якшення води методом іонного обміну, механізм процесу, обмінна ємність іонітів. Суть процесів
За зм’якшення води методом іонного обміну використовують Na-катіонування, Н-катіонування і Н-Na- катіонування.
За використання Na-катіонітового методу протікають такі реакції:
Са(НСО3)2 + 2Na[kat] = Ca[kat]2 + 2NaHCO3,
Mg(HCO3)2 + 2Na[kat] = Mg[kat]2 + 2NaHCO3,
CaSO4 + 2Na[kat] = Ca[kat]2 + Na2SO4,
CaCl2 + 2Na[kat] = Ca[kat]2 + 2NaCl,
MgSO4 + 2Na[kat] = Ca[kat]2+Na2SO4,
MgCl2 + 2Na[kat] = Mg[kat]2 + 2NaCl.
Регенерацію Na-катіонітового фільтру проводять 5 – 10 % м розчином натрію хлориду:
Ca[kat]2 + 2NaCl = 2Na[kat] + CaCl2,
Mg[kat]2 + 2NaCl = 2Na[kat] + MgCl2.
Недоліком Naкатіонування є збільшення лужності води, яка зм’якшується та збільшення її загальної мінералізації.Висока лужність води, якаподається на живлення парових котлів, може спричинити спінювання і «броски» котлової води і каустичну крихкість металу з якого виготовленийкотел. У цьому випадку для зменшення лужності води її підкиснюютьсульфатною кислотою, або частково зм’якшують вапнуванням з наступним Na-катіонуванням або Н-Na-катіонуванням.
|
|
|
За використання катіоніту в Н-формі (Н-катіонування) зм’якшення протікає за такими реакціями:
Са(НСО3)2 + 2Н[kat] = Ca[kat]2 + 2Н2О + 2СО2 ,
Mg(HCO3)2 + 2Н[kat] = Mg[kat]2 + 2Н2О + 2CO2,
CaSO4 + 2Н[kat] = Ca[kat]2 + Н2SO4,
CaCl2 + 2Н[kat] = Ca[kat]2 + 2НCl,
MgSO4 + 2Н[kat] = Ca[kat]2+Н2SO4,
MgCl2 + 2Н[kat] = Mg[kat]2 +2НCl.
Регенерацію Н-катіонітового фільтру проводять 1–2 %-м розчином сульфатної кислоти або 5-6% розчином хлоридної кислоти:
Ca[kat]2 + 2НCl = 2Н[kat] + CaCl2,
Mg[kat]2 + 2НCl = 2Н[kat] + MgCl2.
Ca[kat]2 + Н2SO4 = 2Н[kat] + CaSO4,
Mg[kat]2 + Н2SO4= 2Н[kat] + MgSO4.
За Н-катіонування рН води сильно зменшується внаслідок утворення у фільтраті кислот.
Метод Н-Na-катіонування дозволяє отримати зм’якшену воду з необхідним значенням рН шляхом змішування фільтратів після Н- і Na- фільтрів.
Характеристика процесів опріснення і знесолення води. Фізико-хімічна суть і принципова технологічна схема іонообмінного знесолення води.
Процес видалення солей із води залежно від ступеня їх вилучення називається знесоленням або опрісненням. Під час знесолення залишкова концентрація солей у воді знижується до межі близької для вмісту їх у дистильованій воді, тобто 5 – 15мг/дм3. Під час опріснення – усувають солі до вмісту допустимого для використання води для питних потреб (до 1000 мг/дм3), у тому числі сульфатів до мг/дм3, хлоридів - мг/дм3. Є дві групи методів знесолення і опріснення. У першій групі з води вилучають солі, у другій – із соленої води вилучають молекули води. До першої групи належать: метод іонного обміну і електродіаліз. До другої групи належать : зворотний осмос; газогідратний метод; екстракція; дистиляція і виморожування. За реалізації перших трьох методів другої групи вода вилучається із солоного розчину без зміни агрегатного стану, а два останні методи можливі за зміни агрегатного стану води (дистиляція - перетворення в пару, виморожування – в лід). Іонообмінний метод. Метод застосовується для опріснення води із загальною мінералізаціює 1,5 – 2,0 г/дм3. Він полягає в послідовному пропусканні води через Н-катіонітові і ОН-аніонітові фільтри.
|
|
|
Методи опріснення води, їх порівняльна характеристика.
Під час опріснення – усувають солі до вмісту допустимого для використання води для питних потреб (до 1000 мг/дм3
Дистиляція води
Метод грунтується на випарюванні води з наступною конденсацією парів. Для випарювання води за t = 1000С їй потрібно надати 2,26 МДж/кг теплоти, щоб вода перейшла у пароподібний стан. Для випарювання використовують теплоту згорання палива, конденсації пари, енергію сонячного випромінювання, енергію атомних реакторів. Метод рекомендується до використання для загального солевмісту води>10 г/дм3 . Залишкова концентрація солей коливається в межах 0,5 – 50 мг/дм3.
|
|
|
Метод виморожування
Опріснення методом виморожування полягає в розділенні кристалів прісного льоду та розсолу.Температура замерзання розчину нижча від температури замерзання чистої води. Зниження температури замерзання розчину Тзам. Відносно розчинника (води) пропорційна до кількості розчиненої речовини Тзам. = Ккр.• n,
Де Ккр.- кріоскопічна константа, яка чисельно рівна зниженню температури замерзання, якщо введено 1 моль розчиненої речовин в 1000 грам розчинника. Вона не залежить від природи й концентрації розчиненої речовини, а лише від природи розчинника. Для води Ккр. = 1,86 0С/моль; n – кількість молів речовини, розчиненої в 1000 грамах розчинника.
Тому при зниженні температури в твердий стан спочатку переходить чиста вода. У результаті порожнини заповнюються розсолом і розсіл буде включений в масу прісного льоду.
|
|
|
Із підвищенням температури першими у рідкий стан переходять включення розсолу. Розсіл дренує масу льоду і стікає раніше ніж починають танути кристали прісного льоду.
Газогідратний метод
Він ґрунтується на здатності деяких газів за визначених t і Р утворювати під час контакту з водою тверду фазу у вигляді газогідратів загального виду М • nН2О, де М - молекула гідратотвірного газу. До складу газогідратів включаються молекули води, а іони розчинених солей залишаються у воді. Здатність утворювати газогідрати мають насичені вуглеводні (метан, етан, пропан), їх галоїдні похідні (фреони), хлор, вуглекислий газ. За зовнішнім виглядом газогідрати нагадують лід або мокрий сніг. Розрізняють 2 можливі структури газогідратів: І - М • Н2О, або М •7,67 Н2О. Формула газогідрату ІІ - М • 17Н2О.
Із доступних і недорогих гідратотвірних речовин найкращим є пропан, який опріснює воду за t = 2…50С та Р = 0,5 МПа.
Найважливішими стадіями процесу опріснення є сепарація газогідратів і їх відмивання від розсолу. Якщо вихідний загальний солевміст не вищий 10 г/дм3, то можна одержати прісну воду з загальним солевмістом не менше як 1 г/дм3.
Метод зворотнього осмоса
Здійснюється фільтруванням води через напівпроникну мембрану, яка пропускає воду, але затримує гідратовані іони розчинених у воді солей. Щоб здійснити опріснення води потрібно створити надлишковий тиск і заставити воду фільтруватися через мембрану в напрямку протилежному осмотичному перенесенню, тобто зі сторони соленої води.
Мембрани – основна частина мембранних елементів, модулів. Модуль – це труби виготовлені із пористої речовини, викладені із внутрішнього боку напівпроникною мембраною з ацетату целюлози. Для океанської води із солевмістом 35 г/дм3 осмотичний тиск становить близько 2,5 МПа.
Електродіаліз
В електричному полі катіони солей рухаються до зануреного у воду катода, а аніони – до аноду. Якщо посудину, де знаходяться електроди поділити проникною для катіонів та аніонів мембранами на три частини: катодну, робочу і анодну та ввімкнути постійний струм. Поступово більша частина катіонів солей, які містяться у воді буде перенесена в катодний, а аніонів – в анодний простір. Вода, що міститься в робочій частині електродіалізатора опрісниться. Вимоги до води, яка піддається електродіалізу: перманганат на окиснюваність не > 5 мг О2/дм3; вміст завислих домішок не > 1,5 мг/дм3; кольоровість не > 20 К; борати - не > 3 мг/дм3; бром - не > 0,4 мг/дм3; вміст заліза і мангану - не > 0,05 мг/дм3. Іонообмінні мембрани найчастіше отруюються речовинами, які перебувають у колоїдному стані і речовинами малорухомими у фазі іоніту.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 367; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!