Реагентное умягчение воды

                 Содержание

1. Реагентное умягчение воды  - виды и применение.............2 
       

2.Реагентные методы умягчения воды .....................................7

 

3.Схемы установок для реагентного умягчения воды.............18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Реагентное умягчение воды  - виды и применение. 
Проблема жесткой воды, сегодня как никогда актуальна. Из-за высокой степени загрязнения окружающей среды, в частности рек и озер, воде приходится проходить долгий и запутанный путь очистки от разного рода примесей. Развитие техники, увеличение количества людей проживающих на земле, привело к тому, что в современной воде обычного города можно найти чуть ли не всю таблицу Менделеева. А потому очистка воды необходима, что в быту, что на производстве. Для водоснабжения опять же…. При этом современная система очистки воды не дает идеальной очистки. Вода после нее выходит жесткой. 

Почему воду называют жесткой? Вся проблема в завышенном количестве солей кальция и магния, которые называют солями жесткости. Именно эти соли - причина всех бед, связанных с жесткой водой. Прежде чем перейдем к рассмотрению многообразия методов реагентного умягчения воды, не мешало бы разобраться, почему сегодня вообще умягчение стало столь популярным. 
Для разных нужд нужна разная вода. Для промышленной водоподготовки характерно производство не просто мягкой воды, пригодной в пищу, тут может понадобиться и сверхочищенная вода. Т.к. на производстве свои требования к воде. Поэтому промышленная водоподготовка зачастую является неотьемлемой частью производственного процесса. Особенно если дело касается производства питьевой воды в бутылках или химической промышленности. Кстати, реагентное умягчение воды - это часть промышленной водоподготовки.

Реагентные умягчители воды часто используются на производстве. 
Жесткая вода под воздействием температуры меняет свой состав. Соли жесткости выпадают в осадок. При этом оседают они, как правило, на нагревательном элементе и в точках кипения. То есть накипью покрывается либо вся поверхность, которая контактирует с горячей водой, либо нагревательный элемент и места вокруг него. 

Удаление накипи процедура долгая и неприятная. Я думаю, ни одна хозяйка потратила большое количество времени и сил на очистку от накипи полов, стен в ванной, посуды, кофеварки и прочих бытовых приборов. 
Если удаление накипи не сделать во время, то простой налет, который можно удалить с помощью простенького средства от накипи, быстро превращается в известковый камень. Удаление накипи в виде известкового камня - это многочасовая работа с агрессивным средством от накипи. Гарантии, что такое средство от накипи таки сработает на сто процентов, нет. То есть очистка от накипи, конечно, случится, но неравномерно. Где то накипь отойдет хорошо, а где то еще придется поработать. А где то агрессивное средство от накипи удалит не только накипь, но растворит и саму поверхность. Поэтому любые методы очистки воды, умягчения воды считаются куда более безопасными и оправданными, чем очистка от накипи. Хоть некоторые, почему то до сих пор считают, что очистка от накипи экономнее умягчителя воды.

 

 

Плюс не забываем, что очистка воды всегда пройдет качественнее, чем очистка от накипи. Проще всегда предотвратить, чем бороться. Даже реагентное умягчение воды выйдет дешевле, чем постоянная очистка и расходы на средство от накипи. Приобретение химических реагентов в долгосрочной перспективе не будет таким дорогостоящим, как ремонт оборудования после отложений, постоянные промывки, очистки, приобретение агрессивных кислот. И не дай бог еще просчитаться с этими кислотами. 

Теперь непосредственно о вреде накипи. Накипь плохо пропускает тепло и не поглощает его, а оседает на нагревательном элементе. Что происходит с обычным бытовым прибором, на котором оседает накипь? Вы включаете в розетку новенький чайник. Он прекрасно работает, мгновенно разогревает воду. Но вот спустя два три месяца работы с жесткой водой, вы стали замечать, что чайник тратит больше времени на нагревание. 
       Если накипь не удаляется в течение полугода, то в скором времени вы станете замечать, что чайник стал самопроизвольно отключаться от сети. Вода при этом будет еле теплой. Все дело в том, что накипь уже полностью окутала своей паутиной нагревательный элемент, и он не может выполнять свои прямые обязанности. То есть он хочет отдать тепло воде, и не может. В результате все тепло идет внутрь нагревательного элемента, и происходит перегорание прибора. Произойти это может с любым прибором. Потому то очистка воды, установка умягчителя воды получили такое широкое распространение. Никому не хочется покупать новое оборудование, новые бытовые приборы, когда они стоят таких денег. 

Кроме этого жесткая вода еще плохо растворяет моющие средства. А это опять расходы на дополнительное полоскание. Придется заплатить и за свет, и за воду. 

Чтобы избежать всех этих проблем, связанных с жесткой водой и накипью и было придумано умягчение воды. Его разделяет на реагентное, то есть с применением химических веществ, которые стимулируют какие-то химические реакции, и безреагнтное, когда весь процесс умягчения основан на физических процессах.

В чем состоит сущность реагентного умягчения воды? Почти все соли жесткости очень плохо растворяются. Если в состав воды с такими солями ввести определенные химические вещества, то в ней образуются малорастворимые соли. Это продукты реакции анионов с солями жесткости. Такой процесс образования малорастворимых солей и называется реагентное умягчение воды.

Полученные малорастворимые соли потом оседают. Для этого в реагентных умягчителях используются отстойники или осветлители. 
Как понятно из описания процесса работы реагентного умягчения воды, для питьевой воды такие методы не годятся, т.к. последствия влияния реагентов нужно долго удалять. Сильнощелочная реакция воды после такого умягчения не сделает воду полезной. Но при этом реагентное умягчение воды снискало широкую славу в энергетике, промышленности. Как хорошая очистка воды еще до механической очистки она стала просто незаменима. 
Когда эти два вида очистки работают в паре, то вода получается с довольно хорошо очищенной. Она и умягчена, и от твердых частичек очищена. Плюс из нее удаляются каллоиды и некоторые органические вещества. 

К минусам реагентного умягчения воды и его устройств можно отнести невысокую производительность. Дело в том, что хлопья, образовавшихся малорастворимых солей медленно выпадают в осадок. Из-за этого и реагентные умягчители выполняются в виде огромных баков. Плюс эти самые хлопья образуют трудноутилизируемые отходы. 

К недостаткам также можно также отнести постоянный человеческий контроль, зачастую еще и ручной. Нужно операторам реагентных установок постоянно следить за температурой воды, за точностью дозировки, за исходной мутностью воды и прочими характеристиками.

Сегодня прогресс идет вперед и с каждым годом реагентное умягчение воды становится все дешевле и дешевле. Из последних изобретений можно упомянуть тонкослойное отстаивание, ввод флокулянтов, контактную коагуляцию. Все это позволяет умягчать воду быстрее и более качественно.

Добавок-реагентов используется меньше, габариты баков тоже уменьшаются. Есть прогресс и в автоматизации процесса умягчения воды. 
Реагентный способ умягчения воды считается самым простым, это ионный обмен. С его помощью снизить жесткость воды можно практически до любых показателей. К плюсам ионного обмена можно смело отнести неограниченную ничем производительность.

Как при этом происходит умягчение воды? Способов несколько - натрий-катионирование, хлор-натрий-катионирование или хлор-катионирование с голодным восстановлением на сильном или слабым кислотном катионите.

Вода контактирует с сильнокислотным натрием, который содержится в составе картриджа с ионообменной смолой. Натрий плохо держится в этом соединении. При контакте с жесткой водой он легко замещается на катионы кальция и магния. При этом содержание солей в воде практически не меняется. А все за счет солесодержания ионов натрия и ионов кальция и магния. Анионный состав такой умягченной воды, практически не изменяется, и вода, как была нейтральной, так и осталась. 
Схема химического и реагентного умягчения воды в виде ионообменного фильтра для воды особо не отличается от механического фильтра. Правда в наличии еще есть блок управления и бак для регенерации. 
То есть ионообменный фильтр для воды состоит из корпуса фильтра. Рядом с ним устанавливают бак регенерации картриджа. Его еще называют баком солерастворителем. Это большая емкость с обманным дном, в котором содержится определенное количество таблеток соли про запас. Во время работы установки химического и реагентного умягчения воды в нее подают воду. Количество принимаемой баком воды и уровень ее регулируются. Пока вода очищается, соль растворяется. В результате получаем насыщенный довольно раствор, концентрация соли в нем, немного нимало - 26 процентов. Блок управления в установке имеет специальный эжектор подсоса полученного насыщенного соляного раствора. Этот эжектор обеспечивает постоянное соотношение соли и воды 1:2, даже при разном давлении в системе. Когда картридж отправляют на регенерацию, то соляной раствор имеет концентрацию 8-10 процентов.

 
От механического фильтра при химическом и реагентном умягчении воды отличается и сам блок управления в установке. Здесь есть специальные клапаны для наполнения солерастворителя и эжектор подсоса, созданного раствора.

Как прибор определяет, что пришла пора отправлять картридж со смолой на восстановление? На контроллере или блоке управления устанавливается определенное время очистки воды, либо же задается оббьем очищенной воды. По истечении определенного времени или обьема воды, воду перекрывают и картридж отправляют на восстановление. Подсчет обьма очищенной воды более выгоден и точен. Для этого в установке есть счетчик воды. 
Когда установку химического и реагентного умягчения воды только налаживают, обязательно определяют какой оббьем воды в состоянии умягчить данный прибор или устройство. И каждый раз, когда определенный оббьем воды пройдет через фильтр, его отправляют на регенерацию. Это позволяет и качественно умягченную воду получить и расход соли сократить. 
Для больших производств, где используются мощные реагентные установки, обязательно используют солерастворитель, а также узел мокрого хранения соли. Причем эта система устанавливается одна на все фильтры. Это относится к многоступенчатым системам фильтрации. Такая система помогает применять обычную соль, а не специальную таблетированую, высокой очистки.

Реагентные фильтры с большими размерами имеют каждый свою запорную арматуру на любой линии впрыска химических веществ. Есть еще вариант применения многоходовых клапанов с приводом. Привод может быть пневматическим, гидравлическим или электрическим.

Поскольку на производстве очень часто нужно обеспечивать постоянную подачу умягченной воды в течение 24 часов в сутки и семи дней в неделю. Тогда устанавливают несколько фильтров параллельно. Минимум - это два фильтра подряд. Максимум четыре. Причем пока один фильтр находится на регенерации, второй усиленно работает.

Одна ступень, это химическое и реагентное умягчение воды, которое в состоянии уменьшить жесткость воды до показателя 0,05 мг-экв/литр. Для теплоэнергетики такого показателя зачастую оказывается недостаточно. Поэтому и устанавливают вторую ступень умягчения.

Если необходимо не просто умягчить воду, но еще и снизить ее щелочность, то в большинстве случаев используют натрий-хлор-ионирование. В этом случае очистка водыпроисходит за счет взаимодействия катионита натрия и хлористого анионита.

Еще один метод реагентного умягчения воды - фосфатирование. Полифосфаты медленно растворяются в жесткой водеОседают на металлических поверхностях и покрывают их тоненькой пленкой, которая защитит металлические поверхности не только от оседания накипи, но и от коррозии. Добавляются полифосфаты в воду строго дозировано, отвечает за этот процесс автоматизированная система. Количество воды напрямую влияет на количество полифосфатов.

При использовании химического и реагентного умягчения воды всегда следует помнить, что мягкая вода способствует развитию коррозии. А значит, при умягчении обязательно следует применять ингибиторы коррозии. Они бывают анодными, катодными и адсорбирующими. Анодные образовывают пленку из оксидов на металлических поверхностях. Катодные тоже организовывают пленку, но из нерастворимых веществ. Адсорбирующие ингибиторы создают поляризационную пленку на поверхности металлов.

Таким образом, мы рассмотрели самые популярные методы химического и реагентного умягчения воды. Рассмотрели их плюсы и минусы. Поняли основную сферу применения. Реагентные умягчители нашли себя в промышленности, в быту их практически не применяют. Помните эту особенность, когда будете приобретать фильтр для воды в свой дом.

 

 

2. Реагентные методы умягчения воды

 

Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2, СаС03, Са3 (Р04) 2, Mg3 (P04) 2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества.

Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарботаной жесткости, а также в случае, когда не требуется удалять из воды соли некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молока) в предварительно подогретую обрабатываемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду ионами ОН - и Са2+, что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:

 

С02 + 20Н - → СО3 + Н20,НСО3 - + ОН - → СО3 - + Н2О.

 

Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов С032 - и присутствие в ней ионов Са2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция:

 

Са2+ + С03 - → СаС03.

 

При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния

 

Mg2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2

 

Для ускорения удаления дисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием применяют коагуляцию этих примесей сульфатом железа (II) т.е. FeS04*7 Н20. Остаточная жесткость умягченной воды при декарбонизации может быть получена на 0,4.0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8.1,2 мг-экв/л. Доза извести определяется соотношением концентрации в воде ионов кальция и карбонатной жесткости: а) при соотношении [Са2+] /20<Жк,

 

 (20.2б)

 

б) при соотношении [Са2+] /20 > Жк,