2.2.2 Качественная оценка накипеобразующей способности воды

Отложения, образующиеся на внутренних поверхностях водогрейного оборудования, относятся к классу так называемых низкотемпературных. Основным компонентом таких отложений является карбонат кальция. В зависимости от химического состава исходной воды и конкретных условий работы оборудования в отложениях могут присутствовать окислы железа, сульфат кальция, силикаты и другие составляющие.

Движущей силой процесса образования твердой фазы карбоната кальция (СаСО₃) в воде является пересыщение по этому соединению. Это явление может быть представлено как превышение произведения активностей (активных концентраций) ионов кальция и карбонатных ионов ( ) произведения растворимости карбоната кальция ( ):

,

Наличие пересыщения воды по карбонату кальция может быть установлено путем сравнения реального значения произведения активностей ионов кальция и карбонатных ионов ( ), вычисленного с учетом ионной силы водного раствора, с величиной произведения растворимости карбоната кальция ( ):

или <

Значения для разной температуры нагрева воды приведены в таблице 3:

Таблица 3

Темпе- ратура, °С	20	30	40	50	60	70	80	100	200
, 10-9	5,22	3,93	3,03	2,37	1,83	1,35	1,02	0,47	0,005

а) Для проведения расчетов необходимо учесть процесс термического разложения бикарбонатов, происходящий при нагревании воды. В условиях нормальной работы водогрейного оборудования вода в процессе нагревания не вскипает, поэтому разложение бикарбонат-ионов происходит без отвода из системы газообразной углекислоты и может быть описано уравнением:

Отсюда следует, что концентрацию карбонатных ионов, образовавшихся в результате термического разложения бикарбонат-ионов, можно определить по формуле:

,

где и - концентрации ионов, мг/дм³; и - массы ионов, определенные с помощью таблицы Менделеева.

б) Используя полученные по результатам химического анализа концентрации всех содержащихся в воде ионов, можно определить ионную силу раствора и коэффициенты активностей ионов кальция и карбонатных ионов;

1) Для проведения расчетов необходимо выразить концентрацию всех ионов в специальных (используемых для расчета) единицах - в грамм-ионах на кубический дециметр воды (г-ион/дм³). Для этого надо умножить все значения концентраций ионов, выраженных в миллиграммах на кубический дециметр воды (мг/ дм³), на 10^-3 и разделить на ионную (молекулярную) массу:

,

где М – масса каждого иона, определенная с использованием таблицы Менделеева.

2) Ионную силу раствора в грамм-ионах на кубический дециметр воды определяют по формуле:

где С_ион – концентрация иона, г-ион/дм³; Z_ион – валентность иона, найденная по таблице Менделеева.

Коэффициенты активности двухвалентных ионов кальция и карбонат-ионов (они совпадают по величине) находят по таблице 4 или используя формулу:

Таблица 4

µ,	0,001	0,002	0,005	0,01	0,02	0,05	0,1	0,2
f2	0,87	0,82	0,74	0,66	0,58	0,44	0,33	0,24

в) Активности (активные концентрации) ионов кальция и карбонат-ионов находят по формулам:

,

,

где и - фактические концентрации ионов, г-ион/дм³.

г) Произведение активностей ионов кальция и карбонат-ионов находят из выражения:

д) Условие теоретической невозможности появления карбонатной накипи запишется как: . При условии: вода пересыщена по карбонату кальция и существует потенциальная возможность образования карбонатной накипи.

Для качественной оценки накипеобразующей способности природной воды предложен показатель, названный кристаллизационным напором. Он представляет собой соотношение:

При углекислотном равновесии кристаллизационный напор равен единице. Ненасыщенный раствор карбоната кальция характеризуется значением . При раствор пересыщен по этому соединению, и вода с таким показателем может быть причиной карбонатного накипеобразования в оборудовании, где происходит ее нагревание.