Глава восьмая

СНИЖЕНИЕ ЩЕЛОЧНОСТИ, УМЯГЧЕНИЕ

И ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД

МЕТОДОМ ОСАЖДЕНИЯ

8-1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Умягчение воды методом осаждения накипеобразователей заключается в обработке исходной воды такими реагентами, как Са(ОН)₂, Na₂CO₃, NaOH, Na₃РО4, анио­ны которых образуют с катионами Са2⁺ и Mg2⁺ трудно растворимые соединения: карбонат кальция СаСО₃, гид­рат окиси магния Mg(OH)₂, фосфат кальция и магния Са₃(РО₄)₂ и Mg(PO₄) которые отделяются от умягченной воды сначала в виде осадка в осветлителях, а затем в осветлительных фильтрах.

При обработке воды содой, известью, гидроокисью на­трия и тринатрийфосфатом протекают следующие про­цессы:

Са2⁺ + СО₃^2- → СаСО₃

Mg²⁺ + 2OH^- → Mg(OH)₂;

3 Са2⁺ +2 РО₄^3- → Са₃(РО₄)₂

3 Mg²⁺ + 2 РО₄^3- → Mg₃(РО₄)₂

Методом осаждения не удается получить достаточно полного умягчения природной воды. Поэтому на ТЭС обычно применяются комбинированные схемы, в которых предварительная обработка воды (предочистка) осущест­вляется методом осаждения, а окончательная — методом ионного обмена. В этих схемах предочистка использует­ся главным образом для снижения щелочности воды в целях уменьшения непрерывной продувки парогенера­торов, для чего применяется обработка воды известью, сочетаемая в необходимых случаях с коагуляцией.

Эффективность обработки воды методами осаждения определяется скоростью процесса выделения растворен­ных в воде веществ в твердую фазу, что связано с процессами кристаллизации. В зависимости от ряда условии процессы кристаллизации могут протекать с различной скоростью. Основным приемом интенсификации процесса кристаллизации является использование выпавших ра­нее твердых частиц в качестве центров кристаллизации. Благодаря своей большой поверхности эти частицы спо­собствуют более быстрому росту кристаллов и их даль­нейшему укрупнению, что облегчает процесс отстаивания.

Процесс кристаллизации еще более интенсифицируется с повышением температуры и при перемешивании вводи­мых раздельно воды и реагентов в присутствии ранее выпавшего осадка. Эти особенности процесса учтены в конструкциях осветлителей.

Использование осадка в качестве контактной среды при обработке методами осаждения позволяет сократить продолжительность обработки воды, повысить скорости движения ее в аппаратах, уменьшить расход реагентов и улучшить качество обработанной воды.

8-2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ВОДЫ МЕТОДОМ ОСАЖДЕНИЯ

А) Снижение щелочности и умягчение воды известкованием

Гашеная известь в виде раствора или в виде суспен­зии (молока) вводится в заранее подогретую обрабаты­ваемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду иона­ми ОН^- и Са²⁺:

Са(ОН)₂ = Са²⁺ + 2ОН^- Обогащение воды ионами ОН^- приводит:

а) к переводу бикарбонатных ионов в карбонатные:

НСО₃^- + ОН^- → СО₃^2- +Н₂О б) к связыванию растворенной в воде свободной угле­кислоты с образованием карбонатных ионов:

СО₂ + 2ОН^- → СО₃^2- + Н₂О Повышение концентрации ионов СО₃^2- в обрабаты­ваемой воде и наличие в ней ионов Са2⁺, как содержа­щихся в исходной воде, так и введенных с известью, при­водят к превышению произведения растворимости

С _Са²⁺ +С _СО3^2- = ПР_СаСо

и выделению в осадок почти нерастворимого в воде кар­боната кальция

С _Са²⁺ + С _СО3^2- → СаСО₃

При дозировке извести в количестве, большем, чем это необходимо для осаждения ионов кальция и связы­вания свободной углекислоты, в воде появляется избы­точная концентрация ионов, в результате чего достигает­ся произведение растворимости и для гидроокиси магния и выпадение последней в осадок:

Mg²⁺ + 2OH^- → Mg(OH)₂.

Приведенные уравнения предполагают, что все ионы кальция выделяются в виде СаСО₃, а все ионы магния — в виде Mg(OH)₂.

С целью углубления процесса снижения щелочности и процесса удаления из воды грубодисперсных и колло­идных примесей одновременно с известкованием приме­няется коагуляция этих примесей. Для коагуляции при известковании обычно используется в качестве коагулян­та сернокислое закисное железо FeSO₄*7H₂O. В зависи­мости от состава исходной воды и условий обработки щелочность обрабатываемой воды снижается при этом до 0,5—0,75 мг-экв/кг. Одновременно со снижением ще­лочности происходит уменьшение сухого остатка и жест­кости обработанной воды. Известкование пригодно толь­ко для обработки вод, не обладающих высокой избыточ­ной щелочностью, т. е. при Щ₀ < Ж₀. При известковании вод, у которых Щ₀ > Ж₀ и разность Що—Жо равна кон­центрации бикарбоната натрия, последний, реагируя с анионами СО₃^2- и ОН^-, переходит в соду или едкий натр:

NaHCO₃ ↔ Na ⁺ + HCO₃^-

HCO₃^- + ОН^- → Н₂О + HCO₃^-

2 Na ⁺ + CO₃^2- ↔ Na₂CO₃

Na ⁺ + ОН^- ↔ NaОН

Следовательно, известкованием нельзя в необходимых размерах снизить избыточную щелочность подобной ис­ходной воды.

При обработке вод с большой некарбонатной жесткостью в от­дельных случаях целесообразно применять метод осаждения не только для снижения щелочности, но и для более глубокого умягчения воды, чем только при одном известковании. Это может быть достигнуто дополнительным введением соды. При дозировании Na₂СO₃ в воде возрастает концентрация карбонатных ионов, что позволяет снизить не только карбонатную жесткость, как при из­вестковании, но и некарбонатную; при этом сода дозируется без избытка. При температуре около 40 С остаточная жесткость умяг­ченной воды составляет 2—3 мг-экв/кг; окончательное умягчение воды производится методами катионного обмена.