РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗВЕСТКОВАНИЮ ВОДЫ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Составлено водно-химическим отделением Всесоюзного дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнического научно-исследовательского института нм.Ф.Э.Дзержинского

Авторы канд.техн.наук В.М.КВЯТКОВСКИЙ и инк. А.И.ЕАУЛША Редактор инк. В.Ф.ГВОоДЕВ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Be е д е н и е................................ 3

1. Назначение и описание метода известковании

воды........................................ 4

П. Основные факторы, влияющие на процесс известкования ..................................... 21

iL.    Результаты очистки воды..................... 26

1У.    Осветлитель ................................. 37

У.    Механические фильтры........................ qq

У1. Конструктивное решение и проектирование пред-

очистки...................................... 6J

УП.    Наладка и эксплуатация предочистки.......... 75

Приложение I. Методика лабораторных опытов по известкованию воды.................... 80

Приложение 2. Вычисление равновесного остаточного содержания магний-иона в известкованной воде....... 82

Приложение 3. Определение мутности воды по величине оптической плотности ............. 84

Приложение 4. Определение физических

свойств контактной среды осветлителя ......... 85

Приложение 5. Основные требования к монтажу осветлителя........................... 87

Приложение 6. Анализ полиакриламида ...    90

Литература ........................... 94

Фактически требуется дозировать активной хлор в количествах, больших стехиометрического,из-за расходования его на окисление других примесей, содержащихся в воде.

Время, потребное на окисление кислородом закисного железа до окисного, вависит от величины pH воды. Оно составляет примерно 2-3 мин при рН»Ю.

9.    Кроме сернокислого аакисного железа FeSO _f в качестве коагулянта при известковании возможно применение хлорного железа FeCtj и сернокислого окисного железа Ге_г(SO^. Эти коагулянты редко применяются на водоподготовительных установках адектростанций из-за их большой коррозионной активности, особенно FeCt^ . Их преимущество перед сернокислым закисным железом в том, что не требуется окисление Fe до Fe^J1.

10.    Применять в качестве коагулянта при известковании воды сернокислый шаттл[/К₂(50^)у 18Н₂0] не следует: при обычно поддерниваемых значениях pH около 10 и более иэ-за амфотерности гидроокиси алюминия повышается остаточное содержание его соединений в известкованной воде и ухудшается результат коагуляции, кроме того, если последующая обработка добавочной воды ограничивается катионированием, алюминий, находясь в составе аниона, не будет задепжан и поступит в котел, где поведет себя как накипеобразова-тель.

11.    Дову коагулянта невозможно определить расчетом по анализу исходной воды. £е следует определять экспериментально пробной коагуляцией при одновременном известковании в лабораторных условиях (методику лабораторной обработки воды см. в приложении l) и уточнять далее ао результатам обработки воды на предочистке.

В зависимости от свойств исходной волы и желаемых результатов ее очистки при известковании требуются различные дозы коа^-ляНта. Обычно достаточна доза в пределах 0,25-0,75 мг-вкв/л. Дозу приходится увеличивать: при необходшюсти достичь возможно более глубокого удаления соединений железа ив "трудно обеажелезиваемых" вод, при высокой ехислявности исходной воды и ее загрязнении промышленными стоками, при иввестковании вод с малой исходной

щелочностью, при известковании высокоцветных вод, используемых далее для подпитки теплосети с открытым водорвабором.

В первых трех случаях обычво достаточна доза коагулянта 1 мг-экв/л и редко 1,25 мг-экв/л. В последнем случав требуемая доза иногда достигает 2 мг-экв/л и больше.

12.    Применение коагуляции солями железа увеличивает расход извести, кальциевую некарбонатную жесткость, ^одержание сульфат-ионов (или хлор-ионов при использовании в качестве коа^лянта хлорного железа), естественно, сухой остаток воды, т.е. приводит к увеличению расхода реагентов и на известкование, и на последующую ионитовую обработку воды. Поэтоцу при эксплуатации предочист-ки следует поддерживать ту минимальную дозу коагулянта, при которой достигается необходимое качество известкованной воды и необходимые свойства шлама, образующего контактную среду в осветлителях, своевременно уменьшая дозу коагулянта при сезонном улучшении свойств исходной воды. Однако в периоды ухудшения качества исходной воды необходимо своевременно увеличивать дозу коагулянта для того, чтобы избежать ухудшения качества известкованной воды, ухудшения условий последующей ионитовой обработки воды, а иногда и ухудшения состояния основного энергетического оборудования.

13.    Щелочность известкуемой воды снизится в том случае, если образующиеся С0₃ -ионы будут удалены в осадок в составе СаС0₃ [уравнение (9)J . Для этого необходимо, чтобы количество Са²*-ио-нов, содержавшихся в исходной воде и введенных с известью, было не меньше (при выражении концентрации веществ в эквивалентных единицах), чем количество образующихся СО_} -ионов:

а| С0_} | ^ | Са I _исх + Л_а мг-экв/л. (16)

СО* -ионы обоавуются в результате связывания свободной C0_Z (уравнение (6)j и диссоциации ионов HCOJ [уравнение (?)]. При диссоциации одного одновалентного НСО^ -иона образуется один двухвалентный СО^ -ион, т.е. в эквивалентных единицах количество образующихся £0^ -ионов будет в два раза больше содержавшихся в воде HCOj -ионов. Количество образующихся СО -ионов:

l<H®,U⁺2KU-2KL. иг—эке/л. (17)

Количество НСО -ионов, которое остается в известкованной воде при поддерживаемом значении pH (см. табл Л) ~\HCOf \_ктУ невелико. СО* -юны расходуются на связывание Са^г -ионов, и к моменту окончания процесса иевесткования обдая^величина_ карбонатной щелочности (т.е. еумма содержаний ионов СО^ и НСО^ ) составит в среднем о, 5 мг-экв/л. Отношение содержания карбонатных и би-карбонатных ионов вависит от pH раствора (см.табл.1) и, например, при рН*10,5 равно 3:2 - при выражении концентраций в грамм-ионах на литр или 3:1 - при выражении концентраций в миллиграмм-эквивалентах на литр. В этом случае при общей остаточной карбонатной щелочности 0,5 мг-экв/л содержание бикарбонат-ионов ( NCQ~)_qc -0,125 мг-экв/л.

Обозначим | НСО' | „„ - | НСО] \_кт = 4 | НСО] | .

LCL -ионы содержатся в исходной воде и, кроме того, поступают в воду с дозируемой и&вестыо в количестве, эквивалентном количеству введенных ОН -ионов. Последние должны вводиться для:

-    связывания свободной С0_г [уравнение (6)];

-    разложения бикарбонат-ионов [уравнение (8)J в количестве, эквивалентном разности исходного и конечного их содержания;

-    разложения коагулянта [уравнение (12)J •

Они могут быть также введены при необходимости выделения из воды в составе А/^(Й^части (или всех) содержащихся в воде Мд^г^-\&о-нов [уравнение (IOjJ.

Отсюда в общем случае расчетная доза (стехиометрическое количество) извести определится как:

Дц“\^СОг\ис>⁺Ь I^НС03 1^+Л\^М9*\^+Лк “^{г-экв /л}’    ⁽¹⁸⁾

где A\Mg^Z*\ -количество выделяемых Л/у²-нонов, мг-экв/л.

Для успешной декарбонизации требуется ообдюсти условие

\^со, I vex⁺¹ д1^нс0/1«    *1со_г    l_ucf    aIhco'J    +а)м/'1+д_к

или

Д\нс0₃\4 \Са¹ l_UCx+ л\м^^г I + Д _к мг-экв /л.    (19)

14. В отношении величин требуемых доз извести, режима известкования и применимости иевесткования для декарбонизации природные воды можно разделить на три группы:

-первая - воды, при декарбонизации которых путем известкования не обязательно выделение Мд^г* ;

-вторая - воды, при декарбонизации которых путем известкования требуется выделение Мд^г*\

-третья - щелочные воды, достаточно полная декарбонизация которых одним известкованием не достигается.

15. Воды первой группы, при декарбонизации которых не обязательно выделение Мд* , пренебрегая значением ///£0₃“/    -    оно

невелико, - можно охарактеризовать как воды, у которых щелочность меньше кальциевой жесткости иди, точнее, меньше кальциевой жесткости в сумме с дозой коагулянта:

Щ исх ^< I ^{Со 2} I исх⁺ А _к мг-экв/л .    (20)

Для таких вод неравенство (15) соблюдается при д|мд^г j =0;

Д J НСО~| <; | Са^г*\_иех+Д_к иг-акв/л    (21)

.. i+

и, следовательно, выделения Мд -ионов для декарбонизации воды не требуется.

Для этого случая расчетная Д08а извести будет равна

А и"¹ \ ^cot\исх ⁺ А I ^HCOjl + Д_К мг-экв/л. (22)

Если при обработке таких вод дозировать известь в ббдьшкх количествах, то/*/^²⁺-ионы будут выделяться, но их выделение не будет сопровождаться снижением щелочности и жесткости воды - магниевая жесткость будет лишь заменяться кальциевой. Это - случай взаимодействия извести с*некарбонвтной магниевой жесткостью":

+Со(ОН)_г = MflOHh + Са%1 .(23)

16. Воды второй группы, при декарбонизации которых требуется выделение Мд^г\ пренебрегая значением /    ,    можно    охаракте

ризовать как воды, у которых щелочность меньше жесткости, чо больше кальциевой ее составляющей иди, точнее, больше кальциевой ее составляющей в сумме с дозой коагулянта:

для таких вод неравенство (19) соблюдается только, если Д\Мд**\ больше нуля и равно

Alty*/ -л1 нсо; I -1 са^г*1_иск - Д_к мг-экв/л. (25)

Для етого случая расчетная доза извести должна быть принята большей на величину Д \Mg ^Л*1 и будет равна

Д_и ^e I^O_£ I _исх + Д I HCOj I +    Д    1мд    2+1    мг-экв/л    (2б)

Лж

или после подстановки значения Д\Мд (по уравнению (25):

А_и " I ⁰⁰гКсл ^{+ 2d} 1^/1 ~ I ^Са^< исх "^г“^эке/л- ^(г7)

В последней уравнении отсутствует величина Д_к, однако, как видно из исходного неравенства (24), дозирование коагулянта предполагается.

Остаточное расчетное содержание Мд -иона в известкованной воде для этого случал будет равно:

\^мэ\А^м9\г^\^м9^г*\^ии‘^мг'^экв/л- ⁽²⁶⁾

Для случаев, когда коагулянт не дозируется, в уравнениях

(20Ы22), (24)-(26), (26)Д_к = 0.

17. К третьей группе относятся делочные воды, т.е. воды,

у которых избыток содержания ионов ИС0₃ по сравнению с хест-

костыо(1//ОД'"Г_/„₁, >    )    определяется    наличием    в    воде    ионов

+ ^хг    исх    исх

No или л .

Должная декарбонизация щелочных вод при известковании возможна только, если их избыточная щелочность не превышает заметно дозы коагулянта (иди вообще невелика, если его не довируют):

Щ'исх"' ^жисх * А к мг-экв/л. (29)

В этом случае расчетная доза извести определяется по уравнению (16), а Л Мд^г+ - | Мд ^г*\_исх •

При большой исходной избыточной щелочности остаточное ее зна-чение будет велико: Щ_жт =* Щ _исх - Ж_исх - Д_к .

В результате взаимодействия Са(ОН)_г с той долей бикарбонат-ионов, которая определяется присутствием На* -ионов (или отчасти К* -ионов) и наличие которой создает избыток щелочности над жесткостью в исходной воде (точнее, жесткостью в сумме с дозой коагулянта), бикарбонат-ионы будут переведены в карбонат-ионы; из последних только половина уйдет в осадок. Величина избыточной щелочности воды в эквивалентных единицах останется прежней, а pH воды возрастет:

^гХ^нсоз * ^Ca(°^Hh ⁼ Са_х^С°³ *^Ааг^с0з +^гнг° *    (30)

Для того, чтобы и в этом случае связать избыток ионов СО*~, требуется введение в известкуемую щелочную воду Са -ионов в составе нейтральной легко растворимой соли, например СаСС^ Дова вводимой кальциевой соли в этом случае определится величиной дефицита Са -ионов в исходной воде, если учесть дозу коагулянта и пренебречь остаточным содержанием //£^~-ионов:

^Асосе₁⁼\^нсоз\ _иС)Г- ^жисл~^лк *г-эка/л. ⁽3l)

Такой прием возиэжен только в том случае, когда повшение сухого остатка известкованной воды допустимо по условиям дальнейшего ее употребления (например, при подпитке теплосети).

Поэтому для декарбонизации щелочных вод на водоподготовительных установках электростанций, как правило, следует применять Н-катионирование в дополнение к известкованию или взамен него в тех случаях, когда питание водоподготовительной установки производится прозрачной подземной водой, водопроводной водой, иди в случае предварительной коагуляции сернокислым алюминием воды поверхностного водоисточника.

16. 8 практике водоподготовки щелочность известкованной воды определяется титрованием пробы воды соляной кислотой о индикаторами фенолфталеином и метилоранжем иди смешанным [Л.4}« Рассчитывая компоненты щелочности по результатам титрования, исходят из

положения, что наличие в воде гидратов исключает присутствие бикарбонатов и наоборот. Однако это положение условно - в действительности при свойственных известкованной воде значениях рН*^с. ,5+к»,5 в ней наряду с ОН-ионами присутствуют и НСО-\ло\\и.

Теи не менее расчет по результатам титрования прост, з получаемые результаты удовлетворяют практическим требованиям регулирования режима известкования воды.

3 настоящих Руководящих указаниях гидоатной, карбонатной и бикарбонатной щелочностью называются величины, полученные расчетов по результатам титрования; значение pH соответствуют температуре 2э°С независимо от того, какова температура подогрева известкуемой воды.

Однако следует иметь а виду, что при возрастай.м температуры воды величина ионного произведения воды возрастаетпри .25°С К_В«Ю“¹⁴, при 30°С К^КГ¹³»³³, при 40°С ^«КГ¹³»⁵³). Соответственно значение pH уменьшается при сохранении того же значения т_а ,т.е.₉ по существу, гидратной щелочности, котогал представляет интерес в качестве основного показателя режима декарбонизации. Следовательно, чтобы сохранить значение (ОН )_а,&данное оптимальным значение* pH при температуре :35°С, и случаях измерения pH при большей температуге    тгэбуется    поддергивать    меньшее

вначение pH на величину разности pil ^.отрицательных логарифмов ионного произведения воды) ири температуре 25°С и температуре измерения pH ( t_f °С).

Это уменьшение pH составляет приблизительно ,17 единиц гН для температуры 30°С и 0,47 для температуры 40°С.

1-. Минимальное значение щелочности известкованной воды достигается при дозировании извести в стехиометрическом количестве - избыток извести или недостаток ее увеличивают остаточную щелочность. Однако в промышленных условиях в соответствии с возможностями применяемых дозирующих устройств и средств технологического контроля неизбежны некоторые отступления от оптимальной дозы. Попеременная подача извести то с избытком, то с недостатком недопустима: известкованная вода оказывается при атом нестабильной и возникает опасность образования карбонатных отложений на частицах 8агруаки механических фильтров Г’закапбоначива-ние^н загрувки).

Поэтоцу, как правиле, известь дозируют с избытком, ..эдиержи-

вая в известкованной воде гидратную щелочность не цензе 0,о5 мг-экв/л и до 0,3 мг-экв/л. Чей уже пределы фактических значений гидратной щелочности, теи меньше остаточная щелочность и расход реагентов на обработку воды. Желательное значение гид-ратной щелочности 0,с5-0,15 мг-экв/л (т.е. О,IjO,05 мг-экв/л), значение pH известкованной воды порядка 10,0-10,3 (при температуре измерения 25°С).

При таком, так называемом гнцратном, режиме известкования теоретически остаточное содержание магний-ионов (полагая, что Л/^-ионы выделяются только в составе Мд(ОН)^ должно быть равно равновесному его значению при данной величине pH:

1 "9¹Лосп,~—**'Т^ПРН*°^Ми мг-^{экв/л 1 (32)}

*

где ПРмд(он)₂ ” произведение растюримости гидроокиси магния;

Kj - ионное произведение воды;

- коэффициент активности ионов Ид .

Л \мд « )мд ^г*1 _исх - I Мд ^\ _ост мг-экв/л . (33)

Способ вычисления величины равновесного значения | Мд указан в приложении 2.

Расчетная доза извести (если пренебречь величиной (НС0~

Д_и = \^СОг1_исх-*-и{_иеж+А\мд^г*1+ А_к    мг-экв/л .(34)

где U_и - избыток извести по сравнению со стехиометрическим

количеством.

При pH*1U,0 U_u * и,1 мг-экв/л, при pH*10,3 U_u * и,3 мг-экв/л.

Такой режим известкования применяется для вод первой и второй группы, а также при допустимом значении избыточной щелочности в исходной воде третьей группы

Гидратный режим известкования благоприятен для удаления соединений желе8а, кремнекислых соединений и для осветления воды, поэтому он применяется всегда, когда допустимы возникающие при этом величины pH.

20.    Бикарбонатный режим известкования, при котором бикарбо-натную щелочность известкованной воды поддерживают в пределах 0,05-0,15 мг-экв/л, применяют для обработки добавочной воды теплосети с открытым водораьбором, когда хотят исключить последующее подкисление известкованной воды с целью нейтрализации избыточной гидратной щелочности. Допустимое значение pH известкованной воды в этом случае не более 5,5, расчетные дозы извести определяются по уравнениям 122) и (27), в которых может быть при-НЯТО Д 1Н^СОз1~Щ_ис, .

21.    Может быть принят и гидратный режим известкования для обработки добавочной воды теплосети с открытым водоразбором при условии последующего подкисления известкованной воды до значения 5,5 > pH > 5,0. Недостаток такого решения - осложнение схемы установки и технологического процесса из-за необходимости ввода кислоты; преимущества - лучшие условия удаления соединений железа и обесцвечивания воды, легче выдержать заданное нормами значение "карбонатной жесткости" добавочной воды яне более 0,7 мг-окв/д): при бикарбонатном режиме известкования она определяется суммой бикарбонатной и карбонатной щелочностей, при гидратном - только карбонатной щелочностью.

Следует отметить, что при сколько-нибудь удовлетворительном соблюдении дозы кислоты опасность перекисдения воды исключается: в известкованной воде содержание ОН ”-ионов, на связывание которых расходуется кислота, не более содержания карбонат-ионов. При передозировании кислоты даже вдвое излишек ее будет израсходован на перевод СО^ -ионов в^Л7-ионы:

со*~ч- гн* - 2 (HCOJ) .    (35)

22.    Обязательное при известковании перед химическим обессоливанием добавочной воды котлов максимально возможное удаление

из вод поверхностных источников кремнекисдоты ^особенно нереакционноспособной) соединений железа и органических соединений (сниже-

нив окислявмости води) происходит в процессе их коагуляции или в порядке соосаждения с веществами, образующимися при декарбонизации. Необходимость удаления перечисленных примесей сказывается на величине расчетной дозы извести лишь в той мере, в какой она определяет оптимальное по условиям удаления указанных веществ значение pH. Часто для достижения лучшего аффекта очистки воды требуется соблюдать оначвние pH,равное 10,3 и иногда 10,5. Эта величина должна быть учтена при определении Л\Мд^г*\и U в уравнении v34).

Подземные во^ы иногда содержат заметное количество растворенных соединений железа С Fe(HCQA_t FeSO,\ и др.). В таких случаях на их удаление расходуется существенное количество извести и расчетная доза ее должна быть принята большей на величину содержания 1в ыг-экв/д) соединений железа.

33. Расчетная доза извести должна использоваться при проектировании БОмОподготовительной установки доя определения размеров складов, для выбора устгояств реагентного хоолйства, а также при расчете осветлителей. При расчетах следует избегать занижения расчетных значений Д_ки А\Мд^ъ\, с1сли они окажутся меньше фактических, то ото приведет к снижению надежности работы водоподготовительной установки. Не тпебуется при определении расчетной Дозы извести большой точности. Необходимо ли^ь, чтобы она не была занижена. Однако не следует при зтом и излишне завышать расчетную дозу во избежание увеличения непроизводительных первоначальных затрат на сооружение водоподготовительной установки.

В практике эксплуатации расчетная доза извести может быть использован^ для предварительного определения условий работы реагентного хозяйства и размеров подачи реагента в осветлитель. Фактически требуемая доза должна быть откорректирована на основе результатов химического анализа известкованной в осветлителе воды и пгпнята такой, при которой соблюдается желаемая гидратная Сили бикарбонзтная) щелочность известкованной воды.

УТШРВДи):

Главный инженер Гдавтехуправления

С. И. МОЛОКАНОВ

17 апреля 1972 г.

ВВЕДЕНИЕ

Руководящие указания по известкованию воды предназначены для использования при проектировании, наладке и эксплуатации водоподготовительных установок электростанций систем Минэнерго СССР.

₄Чаряду с декарбонизацией при известковании воды перед химический обессоливанием требуется глубокое удаление органических соединений, соединений хелеэа и нереакционноспособной кремнекис-лоты^

Изучение и совершенствование технологии известкования в свете этих требований, разработка аппаратуры для установок высокой производительности еще не вакончены. Однако признано необходимым уже на данном этапе выпустить Руководящие указания по известкованию воды, поскольку предыдущий ижструктивный материал [Jl.lj устарел.

Руководящие указания составлены на основе исследований ВТИ, опыта проектирования, наладки и эксплуатации водоподготовитель-ных установок электростанций, а также литературных данных.

Указания содержат главным образом сведения по применению известкования перед химическим обессоливанием добавочной воды котлов.

¹Этим термином далее обозначена та доля соединений кремния, котооея без специальной обработки пробы воды не образует коемнз-модибденового комплекса.

- 21 -

П. ОСНОВНЫЕ ШТОРЫ, ВДОЫЩЕ НА ПРОЦЕСС ИоВЕСТКОВШЯ

24.    На протекание процесса известкования влияют следующие основные факторы: качество исходной воды, температура обрабатываемой воды, использование ранее выпавшего шлама в качестве контактной среды, применение коагулянта и фдокулянта.

25.    Известкование (как правило , с одновременной коагуляцией солями железа) технологически применимо для предварительной очистки несоленой и несолоноватой природной воды практически любого качества, за исклкчен/.ем вод с большой избыточной щелочностью (см.раздел I).

26.    Для применения известкования благоприятна большая мелочность исходной воды - более 2 мг-экв/л ^преимущественно "кальциевая"), малое содержание в воде взвеси (до 10о мг/л) и малая окисдяемость (до 10 мг/л О_г ), отсутствие или малое содержание загрязнений, вносимых сточными водами.

27.    Известкование может применяться и для вод с небольшой (порядка 1 мг-экв/л) щелочностью. 8 этом случае оно должно рассматриваться как коагуляция воды солями железа с подщелачиванием известью.

28.    Целесообразность применения известкования или коагуляции воды сернокислым алюминием должна быть определена в каждом случае технико-экономическим сравнением с учетом качества исходной воды, результатов и надежности очистки воды тем и другим методом, возможности обеспечения реагентами, фактического качества и местных цен на них, условий сброса образующихся осадков и продувочной воды осветлителей и т.п., а также затрат на последующие стадии очистки воды.

29.    При подогреве известкуемой воды ускоряются процессы химического взаимодействия и кристаллизации образующихся веществ, уменьшается степень пересыщения раствора, остаточные концентрации приближаются к равновесным, улучшаются условия выделения осадка яв-81 уменьшения вязкости воды. Вследствие этого снижается остаточная щелочность и содержание других примесей в обработанной воде, интенсифицируются процессы обработки, что позволяет уменьшить расчетную длительность пребывания воды в осветлителе и увеличить допустимую скорость движения воды через осветлитель.

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗВЕСТКОВАНИЯ ВОДЫ

1.    На алектростамцвях известкование воды применяют:

-    доя предварительное очистки добавочной воды котлов перед ее химическим обессоливанием или питательной воды испарителей перед ее Na -катнонированием;

-    для очистки воды» подаваемой на подпитку теплосети;

-    как сопутствующее мероприятие при магневиальном обескрем-нивании [Л.2].

Возможно также применение известкования для декарбонизации добавочной воды систем охлаждения конденсаторов турбин.

2.    Известкование (или коагуляция сернокислым алюминием в случае технико-экономической целесообразности такой замены) обязательно при питании водоочистки водой поверхностного источника.

Подземные воды известкуют при технико-зхономической целесообразности в случае большой исходной щелочности или при большом содержании соединений железа, а перед химическим обессоливанием также и при наличии нереакционноспособной кремнекколоты.

3* При известковании достигается снижение щелочности воды (и, как правило, соответствующее снижение жесткости и сухого остатка), удаление взвеси и осветление, снижение содержания соединений железа, кремнекислоты, органических соединений и снижение цветности воды.

4.    Известкование проводится в осветлителе, куда подают подогретую воду и реагенты - известь, коагулянт и при необходимости фжокулянт (рис.1). Примеси удаляются из воды в составе осадка, который выводят ив осветлителя в дренаж с продувочной водой. Известкованную воду окончательно осветляют в механических фильтрах

и направляют на дальнейшую ионитовую обработку или к месту потребления.

5.    Для известкования воды используют следующие реагенты:

а) кальциевую быстрогасящуюся известь.

Из-за отсутствия сорта, специально изготавливаемого для обработки воды, обычно применяют строительную известь комовую (ГОСТ 9179-70), реже известковое молоко или известь гидратную (пушонку). Содержание активного вещества (СаО) в составляемой

РисЛ. Схема процесса известкования воды:

1 - исходная вода; 2 - подогреватель; 3 - осветлитель: 4 - известковое молоко: 5 - раствор коагулянта; о - раствор флокулянта; 7 - в дренаж; 6 - известкованная вода; У - промежуточный бак; Ю - перекачивающий насос; 11 - механический фильтр; 12 -осветленная вода; 13 - греющий пар; 14 - конденсат

комовой извести обычно существенно ниже, чем это установлено ГОСТ (65-65 вес.%), и составляет около 40%, а иногда и мень.е.

Оно различно в различных партиях продукта. Известь дотируют в виде суспензии (известкового молока), а на установках малой производительности - в виде раствора.

При гашении извести происходит гидратация окиси кальция:

СаО *■ Н_гО - Са(0Н)₂ ;

б)    в качестве коагулянта, как правило,- сернокислое закис-ное железо (FeSO^ 7Н_г0 ) - купорос железный технический

(ГОСТ 69ы~5ф ^d сорте А содержание FeSO^ не менее 53%, нерастворимых примесей не более 0,4%, в сорте Б - соответственно 47Л и 1%. Реагент поставляется в деревянных ящиках, бочках или барабанах;

в)    в качестве флокулянта - полиакриламид (Г1АА) - вязкий, желто-зеленый гель, содержащий от 4 до 9% активного продукта (полимера), а также некоторое количество примесей (гипс или сульфат аммония) и мономера.

Молекула полимера состоит из звеньев амида -    - СН_г -

и солей акриловой кислоты -СН-СН₂~    СО

Полиакриламид изготавливается по техническим условиям Мин-химпрома СССР |л.з] .

б. При известковании протекает процесс декарбонизации,т.в. снижение щелочности обрабатываемой воды.

Природная щелочность воды обусловливается в основном присутствием бикарбонат-ионов ( НСО,), находящихся в химическом равновесии с угольной кислотой ( Н СОj ) ^и карбонат-ионами ( COj ).

Процентное соотношение содержания в воде этих формугольной кислоты ( Н_гС0₅ в грамм-молекулах в литре, НС0_} и СО* в грамм-ионах в литре) в зависимости от значения pH при малой минерализации воды и температуре 25°С указано в табл.1.

Таблица. 1

Содержание угольной кислоты в воде U)

угольной кислоты 5 6 7 8 9 9,5 10 10,5 нгсо3 100 69 18 2,2 0,2 ш нс о: - 31 82 97,3 95,2 87 68 40 О ■а. 1 , - - - 0,5 4.6 13 32 СО

В природной воде (pH около 7) содержится свободная угольная кислота и ионы НССL ; ионы СО^ практически отсутствуют. При значениях pH, равных 9 и больших, угольная кислота практически полностью диссоциирована - свободная угольная кислота отсутствует.

По мере возрастания величины pH содержание ионов HCOj убываете ионов С0*~ увеличивается.

Декарбонизация воды достигается повышением pH воды сверх 9 в результате дозирования извести и выводом (путем осаждения) из сферы реакции образующихся карбонат-ионов в составе труднорастворимого соединения СаСО_} •

При растворении извести в обрабатываемой воде увеличивается содержание ионов Са и 0//~;

Са(0Н)_г— Са^г* + ZOH~.    ц)

Увеличение концентрации ОН -ионов приводит к нарушению существовавшего в воде равновесия между их содержанием и содержа-

ниен Н*-.янов. Условия этого равновесия определяются уравнением:

где    \0Н~\-    активные концентрации ионов //* и 0//;

- ионное прои8ведение воды - при данной температуре величина постоянная.

Нарушение равновесия сопровождается связыванием ионов Н и ОН в молекулы воды:

Н ⁺ + ОН ' — НО.    (з)

Z

Из сферы реакции выводятся при этом как ионы ОН , так и ионы Н , но содержание последних в обрабатываемой воде ограничено (оно определяется диссоциацией самой воды и угольной кислоты), а содержание 0// -ионов может поддерживаться на требуемом уровне дозированием нанести. Поэтому при вновь установившемся равновесии концентрация// -ионов окаьывается намного меньше первоначальной и меньше концентрациям ОН-ионов;

Соответственно возрастает против прежнего значения и величина pH.

В результате повышения величины pH до 9 и более (обычно не больше 10,3) происходит:

а) гидратация свободного углекислого rasa и диссоциация; образующихся молекул угольной кислоты до карбонат-ионов:

со+гон~+ но — нсо, + гон'—- н⁺<- нсо' + гон'—

— но +нсо' + он'-— но + н *+ со²' * он' —

*    J    ж    О

г -

(5)

- Ь -

Суммарно, опуская промежуточные стадии:

со₂ *■ гон'-*- СО*' + Н_г0 ;    16)

б) диссоциация бикарбонат-ионов, обусловливающих щелочность гсходной воды:

нсо~н* + со*' .    (?)

•/    о

Учитывая конечный результат \ уравнения (3) и (7) могут быть записаны в виде одного - суммарного:

нсо~ + он -*- СО*' + Н_гО .    (.6)

Вследствие повышения концентрации СО*-\лоноъ достигается произведение раствогимост'лСаСО. Ч1Р_гпгл ) и происходит выделение

'2-    -2+    о    cacoj

в осадок ионов COj и uz - как первоначально содержавшихся в воде, так и введенных с известью:

С а ² *+ СО*² —СаСО_ч .    (?)

Выделение ионовCOj иа раствора в составе осадка приводит к дальнейшей диссоциации ионов НСО, .

При дозировании извести в количества, большем, чем это необходимо длл связывания^ и разложения ионовНСОу в воде появляется избыточная концентрация ионов ОН , в результате чего достигается произведение растворимости гидроокиси магния    ^* ^К0Т0Рая

также выпадает в осадок, что приводит к частичному снижению магниевой жесткости воды:

Mg ^Z+ + ZOH ~ -*■ Мд(ОН)_г .    ЦО)

_ I

^Запись условна, так как вьаимодвйствие меаду двумя ионами о одинаковыми зарядами невозможно.

Приведенные уравнения лишь примерно отражают происходящие процессы» так как они составлены исходя из предположения, что все ионы Са ^выделяются в виде CaCO_J и все ионы Мд ^г+- в составе Мд(0Н)₂» В действительности наряду с основной массой этих соединений выделяются и другие более сложные (например, типа Са-Мд(С0^)₂\ Состав и условия обравования этих соединений научены недостаточно.

Частичное образование подобных соединений приводит к тому, что требуемые дозы извести, содержание растворенных соединений в известкованной воде и состав образующегося осадка несколько отличаются от определенных расчетом иэ уравнений (6)-(10).

7. Для углубления эффекта декарбонизации и удаления других примесей в обрабатываемую воду наряду с известью дозируется коагулянт - обычио сернокислое эакисное желево (железный купорос) ГеЖ 7Н_г0.

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

6. При введении в воду сернокислого ьакисного железа происходит гидролив его, окисление растворенным в воде кислородом и образование гидроокиси железа:

FeSO, — Fe **+ SO*~ :

if    if    /

Fe ^г++ гон Fe (ОН)_г ;

4Fe(0H)_z+ ZH_zO +0,— O-Fe(OH), .    (ц)

Суммарно:

4FeS0_v +80H+ гн_гО+О_г —- 0Fe(0U)₃ * О SO*'    (I?)

иди в молекулярной форме

4FeS0₄ * ЧСа(ОН)_г +2Н_г0 *0_г —- OFejOH)^ 14CaS0₄ .    (13)

Гидроокись железа образует первоначально коллоидную систему, частицы которой коагулируют коллоидные примеси исходной воды. Затем образуются хлопья, которые захватывают естественную вэвэсь и мелкие частицы осадка, выделяющегося при известковании волы.

Стехиометрическое количество кислорода, требуемое для окисления Fe в Fe , составляет около 4 мг О_г на 1 мг-экв FeSOi^ ; для ускорения процесса и большей полноты окисления требуется некоторый избыток кислорода. Обычно содержание растворенного кислорода в известкуемой воде достаточно. В отдельных относительно редких случаях в зимний период во время ледостава кислорода может не хватить из-за плохой аэрации исходной воды в источнике.

Нехватка кислорода может быть также вызвана наличием в исходной воде загрязняющих веществ, на окисление которых в процессе самоочищения водоисточника расходуется кислород.

В таких случаях для окисления закисного железа требуется обогащать воду кислородом путем ее аэрации воздухом или до подачи коагулянта вводить в обрабатываемую воду активный хлор.

Процесс окисления закисного железа активным хлором описывается следующим уравнением:

BFeSO. + 3CF, = ZFeCl + ZFe, (30 ) .    44)

Т    X    J    ж    “    4/

Стехиометрический расход активного хлора:

где Д*- доза коагулянта, мг-зкв/д;

| 0^ | - содержание в воде растворенного кислорода, мг/л.

1

При современном уровне сведений только экспериментально может быть определено, какая исходная вода попадает под это определение. Обычно это воды, сильно загрязненные промышленными стоками.