Физико-химические основы метода известкования

Обработка воды методом осаждения

Физико-химические основы метода осаждения. Схемы для умягчения воды известковым методом. Выбор метода осаждения для умягчения исходной воды.

Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са (ОН)₂, называемой известковым молоком. Основное назначение известкования — снижение щелочности обрабатываемой воды; при этом происходит частичное снижение Ж₀, солесодержания, кремнесодержания, концентрации соединений железа и одновременно из воды удаляются ГДП. Процесс известкования основан на том, что при вводе гашеной извести Са (ОН)₂ (основания), получаемой на ВПУ при взаимодействии СаО и Н₂О, достигается повышение рН обрабатываемой воды до значений 9,5—10,3, при котором ионы НСО₃ ^– и равновесная углекислота СО₂ трансформируются в карбонат-ионы. С учетом присутствия в обрабатываемой воде Са^{2 +} и образовавшихся СО₃^{2 -} произведение их активностей (концентраций) становится больше произведения растворимости СаСО₃ ПР_СаСО3, поэтому из воды выделяется трудно растворимый карбонат кальция СаСО₃.

В процессе известкования протекают следующие реакции с образованием труднорастворимых соединений CaCO₃ и Mg(OH)₂:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ +H₂O

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ +2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ +2H₂O + 2CaCO₃

MgCl₂ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ +CaCl₂

MgSO₄ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ +CaSO₄

Первая из приведенных реакций показывает, как идет процесс декарбонизации (удаление кислоты). Вторая и третья реакции иллюстрируют снижение щелочности и одновременно карбонатной жесткости исходной воды. Последние две реакции показывают, что, не смотря на удаление из раствора ионов магния, величина некарбонатной жесткости исходной воды практически не изменяется (она вся становится кальциевой).

Приведенные выше реакции завершаются быстро, а образование твердой фазы CaCO₃ и Mg (OH)₂ происходит медленно, однако в осветителе получившийся ранее шлам играет роль контактной среды, способствуя ускорению кристаллизации и укрупнению частиц осадка, что улучшает условия выделения его из воды.

Следует иметь ввиду, что для удаления карбонатной жесткости рН среду достаточно повысить до 9,6, а для осаждения всего количества магния необходимо значение рН = 10,2 – 10,3. При указанных значениях рН коагуляцию воды производят солями железа. В обрабатываемую воду дозируют обычно сернокислую закись железа (FeSO₄ · 7H₂O) – железный купорос. Растворенный в исходной воде кислород окисляет железо, переводя его из 2-х валентного в 3-х валентное. Стехиометрический расход кислорода на окисление Fe^{2 +} в Fe^{3 +} составляет 4 мг О₂ на 1 мг экв FeSO_{4 .}

Гидроксид железа, являющийся коагулирующим агентом получается согласно реакции, которую в общем виде можно представить уравнением:

4FeSO₄ + 4Ca(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Fe(OH)₃↓ + 4CaSO₄

Ecли при повышенных дозировках FeSO₄ кислорода в воде может показаться недостаточно для окисления Fe^{2 +} в Fe^{3 +}, то прибегают к предварительной аэрации или подают в образовываемую воду хлор, который окисляет Fe^{2 +} в Fe^{3 +} по реакции:

6FeSO₄ + 3Cl₂ → 2FeCl₃↓ + 2Fe(SO₄)₃

При рН = 10 время окисления железа хлором составляет 2-3 мин. Потребная доза хлора может быть определена из уравнения:

Cl₂ ≈ 17,5(D_K – O₂/4),

где Cl₂ – доза хлора, мг/л; D_K – доза коагулята, мгэкв/л; O₂ – концентрация в воде растворенного кислорода.

Доза коагулянта принимается в пределах 0,25-0,75 мг экв/л, меньшее для зимы, большее значение – для паводкового периода. Доза флокулянта ПАА при известковании принимается равной 0,5-1,0 мг/л. Ввод ПАА осуществляется после подачи извести и коагулянта в той части осветлителя, где завершено перемешивание реагентов и образованы хлопья. Разрыв между вводом извести и ПАА должен составлять 1-3 мин.

Оборудование для коагуляции должно быть предусмотрено во всех случаях известкования воды в осветлителях, работающих с контактной средой из ранее образовавшегося взвешенного шлама.

Работа осветлителей типа ВТИ при известковании предусматривает выполнение следующих условий:

1) подогрев воды до 40 ºС при колебаниях температуры не более ±1 ºС/ч; постоянство температуры обеспечивается автоматизацией подогрева воды.

2) содержание взвешенных веществ в исходной воде в паводок до 800 мг/л, в остальное время года до 200 мг/л, общее количество образующегося осадка до 1500 мг/л.

Стабильность — одно из важнейших и обязательных требований к известкованной воде. Чем ближе вода, представляющая собой в процессе обработки пресыщенный раствор, к состоянию равновесия, тем она стабильнее и тем меньше ее склонность к образованию впоследствии отложений на трубопроводах и на зернах фильтрующего материала осветлительных фильтров. Степень отклонения от стабильности на практике характеризуют так называемой нестабильностью, т.е. возможным последующим снижением щелочности и жесткости известкованной воды. На практике нестабильность определяют по разности щелочностей воды на выходе из осветлителя и фильтрата осветлительных фильтров, установленных после осветлителя.

Содержание взвешенных веществ при налаженном режиме работы осветлителя обычно составляет С_взв = 2—5 мг/дм³ при норме не более 10 мг/дм³. Вследствие трудоемкости процесса определения содержания взвешенных веществ этот показатель используют в качестве контрольного. Для оперативной оценки устойчивости работы осветлителя содержание взвешенных веществ заменяют на косвенный показатель — прозрачность. Прозрачность обычно определяют по шрифту или кольцу. При устойчивой работе осветлителя (С_взв < 5 мг/дм³) прозрачность составляет не менее 30 см.

Перманганатная окисляемость известкованной воды снижается до 3—4 мгО₂/дм³, если исходная вода содержит только природные примеси. При загрязнении природной воды промышленными стоками степень удаления органических примесей колеблется в широких пределах и составляет обычно 30—50 %, а окисляемость известкованной воды может достигать 7 — 10 мгО₂/дм³.

Жесткость известкованной воды зависит от ее остаточной щелочности, дозы коагулянта и некарбонатной жесткости исходной воды.

Снижение содержания кремнекислых соединений при известковании зависит от количества выделяемого гидроксида магния. Обычно остаточная концентрация SiО₂ составляет 40—60 % исходной, но, как правило, не меньше 2—5 мг/дм³.

Остаточное содержание железа обычно определяется в основном кинетикой кристаллизации трудно растворимых гидроксидов Fe (OH)₂ и Fe (OH)₃ и присутствием в воде их коллоидно-дисперсных форм, включая органические комплексные соединения. Если концентрация Fe^{2 +} в исходной воде значительна, то доза извести должна быть увеличена на исходную концентрацию железа. Обычно остаточная концентрация железа в известкованной и коагулированной воде составляет 50—150 мкг/дм³.

Дата добавления: 2014-12-16