Стабилизация воды с повышенной карбонатной жесткостью подкислением

Стабильность – один из основных показателей качества воды. Она обусловлена соотношением содержания различных форм углекислоты в воде (НСО₃^–; СО₃^2–; СО²). Условия стабильности определяются с помощью индекса стабильности J, имеющего название индекса насыщения или индекса Ланжелье:

. (5.1)

Знак индекса определяют свойства углекислотных соединений воды. Так, при J = 0 вода стабильна; при J < 0 водa коррозионна; при J > 0 вода нестабильна.

Основная часть воды, расходуемая на производственные нужды, тратится на охлаждение, агрегатов (промышленные печи разных производств, конденсаторы паротурбин, компрессоры и т. п.), такая вода должна быть стабильной; при нагреве не давать отложений карбоната кальция CaCО₃ на поверхностях, с которыми она соприкасается; не вызывать коррозию труб и оборудования. Образование отложений в системах водяного охлаждения вызвано тем, что находящиеся в природных водах бикарбонаты кальция Ca(HCO₃)₂ при нагреве выше 35–40°C распадаются, что нарушает углекислотное равновесие:

.

Бикарбонат магния Mg(HCО₃)₂ практически не образует отложений ввиду сравнительно большой растворимости карбоната магния.

В природных водах карбонатная жесткость равна щелочности, поэтому в практических работах по стабилизации воды принято пользоваться величиной щелочности.

Определение стабильности производят и с помощью показателя стабильности, равного отношению щелочности исходной воды к щелочности воды после насыщения карбоната кальция:

. (5.2)

Вода стабильная, если C_О = 1; если же Щ_ИСХ > Щ_НАС, т.е. C_О > 1, то вода нестабильна; если Щ_ИСХ < Щ_НАС, т.е. C_О < 1,то вода коррозионна или агрессивна.

Методика определения С_О сводится к следующему: в пробе воды определяют общую щелочность Щ_ИСХ, а затем в полулитровую колбу отмеряют 400 мл исследуемой воды и добавляют туда 10 г порошкообразного химически чистого карбоната кальция. Колбу закрывают резиновой пробкой и помещают в аппарат для встряхивания. Пробу встряхивают 0,5–1,0 час. Затем осторожно отбирают 100 мл раствора и снова определяют общую щелочность Щ_НАС, По этим показателям устанавливают С_О – показатель стабильности.

При карбонатной жесткости природной воды по кальцию свыше 3–6 мг/л могут появляться отложения, ухудшающие производственные процессы: паротурбины расходуют больше пара и топлива, сокращается срок службы кладки и деталей металлургических печей и т.п. Для стабилизационной обработки охлаждающей воды применяют различные методы: подкисление, фосфатирование, рекарбонизацию и др. При подкислении щелочность воды понижается и выделяется свободная углекислота

.

Для стабилизации воды используют серную или соляную кислоты. При подкислении соли карбонатной жесткости переходят в соли некарбонатной жесткости, которые не распадаются при нагреве. Переход солей жесткости происходит по уравнениям

.

Стабильность воды при подкислении обеспечивается соответствующей дозировкой. Необходимая доза кислоты для стабилизации определяется по формуле:

мг/л, (5.3)

где Щ – щелочность исходной воды, мг-экв/л; e – эквивалентный вес кислоты;

с – содержание СаО в технической серной кислоте %; 2,0 – остаточная щелочность, мг-экв/л.

Порядок проведения лабораторной работы

1. Определить качественнее показатели исходной воды:

— активную реакцию pH;

— общую щелочность, мг-экв/л;

— общую жесткость, мг-экв/л;

— показатель стабильности C_О

Методика определения показателей приведена в лабораторной работе № 1.

2. Определить расчетную дозу кислоты для стабилизационной обработки воды по формуле (5.3).

Для определения оптимальной дозы кислоты расчетное количество уточняется экспериментально, путем пробного подкисления. Для этого испытуемую воду разливают в пять полулитровых или литровых цилиндров и в каждый вводят определенное количество серной кислоты. В 1-й цилиндр добавляют количество кислоты, полученное по расчету, во 2-й количество кислоты с коэффициентом 1,05 от расчетной величины, в 3-й – с коэффициентом 1,1; в 4-й – количество кислоты с коэффициентом 0,95; в 5-й – с коэффициентом 0,9 от расчетной величины. Введенную кислоту перемешивают с водой и оставляют на 10 мин в состояния покоя. Затем определяют общую щелочность воды во всех цилиндрах. Оптимальной дозой будет та, которая дает значение щелочности воды, близкое к 2,5–3,0 мг-экв/л. Все данные сводят в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Наименование	Номера цилиндров
Доза кислоты, мг/л
Количество раствора, соответствующее данной дозе, на 1л, мл
То же на 0,5 л, мл
Общая щелочность, мг–экв/л

Примечание: Методика пересчета концентраций дана в Приложении.

3. Определить качественные показатели воды при оптимальной дозе кислоты:

— активную реакцию pH;

— общую щелочность, мг-экв/л;

— общую жесткость, мг-экв/л;

— показатель стабильности C_О после подкисления и обосновать изменение отдельных показателей.

4. Составить отчет о проделанной работе, заполнив табл. 5.2.

Таблица 5.2

Наименование воды	Наименование качественных показателей
Общая щелочность, мг-экв/л	Общая жесткость, Мг-экв/л	Показатель стабильности, СО	pH
Исходная
После стабилизации
Эффект стабилизации, %

4. Составить отчет о проделанной работе и выполнить задание к лабораторной работе по стабилизации воды:

Расход охлаждающей воды на заводе составляет 2500 м³/сут. Вода в охлаждающих системах будет нагреваться до 40 ° С. Подкисление производят серной кислотой. Необходимо определить дозу серной кислоты при подкислении и годовой расход ее.

Лабораторная работа №6