Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Общие сведения. Известкование. Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са(ОН)2

Известкование. Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са(ОН)₂, называемой известковым молоком. Основное назначение известкования - снижение щелочности обрабатываемой воды; при этом происходит частичное снижение Ж _о, солесодержания, кремнесодержания, концентрации соединений железа и одновременно из воды удаляются ГДП. Процесс известкования основан на том, что при вводе гашеной извести Са(ОН)₂ (основания), получаемой на ВПУ при взаимодействии СаО и Н₂О, достигается повышение pH обрабатываемой воды до значений 9.5 - 10.3, при котором ионы НСО₃^- и равновесная СО₂ трансформируются в карбонат-ионы. С учетом присутствия в обрабатываемой воде Са²⁺ и образовавшихся СО₃^2- произведение их активностей (концентраций) становится больше ПР_СаСО3, поэтому из воды выделяется труднорастворимый СаСО₃.

В общем, упрощенном виде процесс известкования состоит из нескольких стадий:

1) диссоциации гидроксида кальция, приводящей к повышению pH;

2) гидратации свободной углекислоты с последующей диссоциацией по схеме:

3) диссоциации гидрокарбонатных ионов (бикарбонатов), присутствующих в воде и определяющих ее щелочность, причем в эквивалентных единицах количества образовавшихся ионов СО₃^2- будет в 2 раза больше количества разрушаемых ионов НСО₃^-.

4) выделения в твердую фазу ионов Са²⁺ (содержащихся в исходной воде и введенных с известью) и СО₃^2-, при достижении произведения растворимости.

5) при превышении дозы извести над ее количеством, необходимым для образования карбонатов в воде появляется избыток ионов ОН^- и может быть превышено произведение растворимости Mg(ОН)₂ с переводом Mg²⁺ в твердую фазу:

При совмещении процессов известкования и коагуляции в качестве коагулянта используют обычно закисное сернокислое железо FeSO₄ · 7H₂O с дозой Д _к

Образование гидроксида железа при известковании происходит по суммарной реакции:

Это вызывает дополнительное расходование извести как источника гидроксильных ионов, что должно быть учтено при расчете дозы извести. Оборудование для коагуляции осветлители целесообразно совмещать с установками для известкования поверхностных вод.

Приведенные химические реакции (1.1) - (1.6) позволяют рассчитать требуемую дозу извести в процессе известкования при выделении СаСО₃ (карбонатный режим с pH около 9.5), а также увеличенную дозу извести с дополнительным осаждением Mg²⁺ в виде Mg(ОН)₂ (гидратный режим с pH = 10.0 - 10.3). В промышленных условиях вести строгий режим дозирования извести, обеспечивающий отсутствие гидратной щелочности, практически невозможно. Поэтому обычно процесс известкования проводят в гидратном режиме с остаточной гидратной щелочностью равной 0.1 - 0.3 мг-экв/дм³, создаваемой избытком извести (И _И). Реализации гидратного режима известкования способствуют свойства образующейся твердой фазы, имеющей однородную творожистую структуру с крупными, хорошо осаждающимися хлопьями. В отобранной пробе наблюдается четкая граница раздела между шламом и прозрачным слоем осветленной воды. При карбонатном режиме шлам имеет структуру песка, быстро оседает, но столб жидкости над границей раздела осветляется плохо. К пользе гидратного режима известкования относится также то, что присутствие гидроксида магния в осадке способствует снижению кремнесодержания на 25 - 30% за счет адсорбции ионов НSiO₃^- на свежеосажденном гидроксиде магния.

При необходимости снижения кремнесодержания в воде за осветлителем до 1.0 - 1.5 мг/дм³ на ряде действующих ТЭС процессы известкования и коагуляции дополняются магнезиальным обескремниванием. При дозировке каустического магнезита (смесь MgO (85%) с СаО и SiO₂) в осветлитель MgO гидролизуется

При диссоциации по схеме

поверхность твердой фазы приобретает положительный заряд и на ней происходит адсорбция анионов кремнекислоты. Расчетная доза MgO составляет около 12 мг/мг SiO₃^2-. Из-за трудностей в обслуживании магнезитного реагентного хозяйства и развитием технологии ионитного обескремнивания в проектах ВПУ для новых ТЭС известкование с магнезитовым обескремниванием не используется.

При расчете дозы извести для конкретного типа вод необходимо учитывать их ионный состав. Для практического использования расчетная доза извести (Д _и, мг-экв/дм³) определяется для большинства типов вод для которых

как

принимая в первом приближении при оценочных расчетах Щ _oбр = 0. Конкретизация значения Д _и проводится обычно при наладке работы осветлителя. Передозировка извести по отношению к доле выделенного Mg²⁺ при гидратном режиме известкования не сопровождается снижением жесткости и щелочности, а вызовет замену некарбонатной жесткости на кальциевую по реакции:

,

(1.11)

К моменту прохождения всех стадий процесса известкования остаточная величина карбонатной щелочности (т.е. суммы СО₃^2- и НСО₃^-) обычно составляет 0.5 - 0.8 мг-экв/дм³ в зависимости от величины Ж _Са известкованной воды (табл. 1.1).

Данные, приведенные в табл. 1.1, получены для работы осветлителей в производственных условиях. Они превышают равновесные (расчетные) концентрации для карбонатной щелочности на 0.2 - 0.4 мг-экв/дм³ (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Зависимость остаточных равновесных концентраций ионов СО₃^2- и Са²⁺ в известкованной при 50°С:
1, 2 – солесодержание воды 1.1 и 5.8 мг-экв/дм³

Определение составляющих общей щелочности (С _ОН^-, С _СО3^2-, С _НСО3^-) при рН > 9.5, важное для последующих расчетов схем ВПУ, может быть реализовано путем совместного решения системы уравнений, включающей уравнение первой и второй ступеней диссоциации угольной кислоты, уравнение ионного произведения воды и уравнение электронейтральности раствора, содержащего углекислые соединения. На рис. 1.2 такое решение приведено в виде номограммы, составленной для температуры 25°С и общего солесодержания 20 мг/дм³, облегчающее определение компонентов щелочности воды по общей щелочности и рН. В качестве примера на номограмме показано, что при Щ _o = 0.8 мг-экв/дм³ и рН = 10.2 найденные значения компонентов составляют: С _СО3^2-= 0.40, С _НСО3^-= 0.24 и С _ОН^-= 0.16 мг-экв/дм³.

Рис. 1.2. Номограмма для определения компонентов общей щелочности воды

Теоретические равновесные концентрации примесей в известкованной воде рассчитываются с учетом показателей качества исходной воды, расчетных параметров процессов известкования и коагуляции (Д _и, Д _к, И _и, pH, t), коэффициентов активности ионов различной валентности, табличных значений ПР_СаСО3, ПР_Mg(ОН)2, К _Н2О, К _1Н2СО3, К _2Н2СО3 и уравнения электронейтральности путем решения с использованием ПЭВМ системы из десятка уравнений. Методика и примеры подобных расчетов приведены в главе 10. Необходимые для расчетов значения констант в интервале температур 25 - 40°С сведены в табл. 2.5.

Ухудшение реальных результатов по щелочности, концентрациям ионов Са²⁺ (на 0.15 - 0.30 мг-экв/дм³) и Mg²⁺ (на 0.1 - 0.15 мг-экв/дм³) в процессе известкования по сравнению с равновесными их значениями связывают с влиянием кинетических факторов: достаточно медленной кристаллизации образующейся твердой фазы СаСО₃ и Mg(ОН)₂ при приближении системы к состоянию равновесия и "тормозящей" роли органических примесей (защитных коллоидов) исходной воды, а также выносом из осветлителя микрокристаллов твердой фазы.

В эксплуатационных условиях результаты известкования обычно оцениваются по следующим показателям: остаточная щелочность, стабильность, содержание взвешенных веществ, окисляемость, жесткость, содержание железа, сухой остаток.

Остаточная щелочность составляет примерно 0.5 - 0.8 мг-экв/дм³, причем меньшие значения отвечают большей остаточной жесткости (3 - 5 мг-экв/дм³) и меньшей минерализации исходной воды, а большие - соответственно меньшим значениям Ж _о^ост. С увеличением солесодержания в соответствии с ростом равновесных концентраций и снижением скорости кристаллизации остаточная щелочности может достигать 1.0 - 1.5 мг-экв/дм³. Повышение значения остаточной щелочности наблюдается также и при известковании воды с высоким содержанием органических примесей, особенно примесей техногенного происхождения.

Стабильность - одно из важнейших и обязательных требований к известкованной воде. Чем ближе вода, представляющая собой в процессе обработки пресыщенный раствор, к состоянию равновесия, тем она стабильнее и тем меньше ее склонность к образованию впоследствии отложений на трубопроводах и на зернах фильтрующего материала осветлительных фильтров. Степень отклонения от стабильности на практике характеризуют так называемой нестабильностью, т.е. возможным последующим снижением щелочности и жесткости известкованной воды. На практике нестабильность определяют по разности щелочности воды на выходе из осветлителя и щелочности фильтрата осветлительных фильтров, установленных после осветлителя.

Содержание взвешенных веществ при налаженном режиме работы осветлителя обычно составляет С _взв = 2 - 5 мг/дм³ при норме не более 10 мг/дм³. Вследствие трудоемкости процесса определения содержания взвешенных веществ этот показатель используют в качестве контрольного. Для оперативной оценки устойчивости работы осветлителя содержание взвешенных веществ заменяют на косвенный показатель - прозрачность. Прозрачность обычно определяют по шрифту или кольцу. При устойчивой работе осветлителя (С _взв < 5 мг/дм³) прозрачность составляет не менее 30 см.

Перманганатная окисляемость известкованной воды снижается до 3 - 4 мгО₂/дм³, если исходная вода содержит только природные примеси. При загрязнении природной воды промышленными стоками степень удаления органических примесей колеблется в широких пределах и составляет обычно 30 - 50%, а окисляемость известкованной воды может достигать 7 - 10 мгO₂/дм³. Следует помнить об условности перманганатной окисляемости, которая в наибольшей мере сказывается при загрязнении воды органическими примесями техногенного происхождения.

Жесткость известкованной воды зависит от ее остаточной щелочности, дозы коагулянта и некарбонатной жесткости исходной воды:

Снижение содержания кремнекислых соединений при известковании зависит от количества выделяемого гидроксида магния. Обычно остаточная концентрация SiO₂ составляет 40 - 60% исходной, но, как правило, не меньше 2 - 5 мг/дм³.

Остаточное содержание железа обычно определяется в основном кинетикой кристаллизации труднорастворимых гидроксидов Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃ и присутствием в воде их коллоидно-дисперсных форм, включая органические комплексные соединения. Если концентрация Fe²⁺ в исходной воде значительна, доза извести должна быть увеличена на исходную концентрацию железа. Обычно остаточная концентрация железа в известкованной и коагулированной воде составляет 50 - 150 мкг/дм³.

Пример

На основе изложенных ранее положений определите показатели качества речной воды после проведения процессов известкования и коагуляции при

pH = 10.2 в осветлителе с дозой коагулянта

FeSO₄ Д _к = 0.4 мг-экв/дм³,

избытком извести И _и = 0.20 мг-экв/дм³, рассчитайте значение дозы извести при содержании свободной углекислоты в исходной воде С _СО2 = 0.16 мг-экв/дм³ и остаточной карбонатной щелочности известкованной воды Щ _к^изв = 0.6 мг-экв/дм³.

1. Качество исходной воды:

2. Расчетное определение технологических показателей и качества известково-коагулированной воды:

2.1. Определяем соотношение

Ж _о + Д _к и Щ ^исх - Щ _oбр;

3.8 + 0.4 > 3.0 - 0.5;

2.2. Д _и = С _СО2^исх + Щ _o^исх + Ж _Mg^исх + Д _к + И _и;

Ж _Mg = Ж _о - Ж _Са = 3.8 - 3.0 = 0.8 мг-экв/дм³;

Следовательно,

Д _и = 0.16 + 3.0 + 0.8 + 0.4 + 0.2 = 4,56 мг-экв/дм³;

2.3. Ж _к^изв = Щ _к^изв = 0.6 мг-экв/дм³;

2.4. Ж _нк^изв = Ж _нк + Д _к = 0.8 + 0.4 = 1.2 мг-экв/дм³;

2.5. Ж _о^изв = Ж _к^изв + Ж _нк^изв = 0.76 + 1.2 = 1.96 мг-экв/дм³;

2.6. С _SO4^2-изв = С _SO4^2- + Д _к = 1.4 + 0.4 = 1.8 мг-экв/дм³;

2.7. С _SiO2^изв = 0.5 · С _SiO2 = 0.5 · 9.0 = 4.5 мг/дм³;

2.8. OК ^изв = 0.4 · ОК = 0.4 · 10.0 = 4.0 мгО₂/дм³;

2.9. С _Cl^-изв = С _Cl^- = 0.4 мг-экв/дм³, С _Na^изв = С _Na =1.0 мг-экв/дм³;

2.10. С _OH^- = 0.16 мг-экв/дм³

2.11. С _ГДП^изв ≤ 10 мг/дм³.

2.12. S Кm = S Ан = 2.96 мг-экв/дм³

2.Проведение лабораторной работы:

2.1 Подготовка к анализу:

2.1.1 Приготовление растворов:

. 0,1% раствор СаО: 0,5 г оксида кальция (СаО) растворить в мерной колбе вместимостью 500 мл в дистиллированной воде, довести обьем до метки, перемешать.

0,1% раствор индикатора метилового оранжевого: 0,1 г индикатора растворить в мерной колбе на 100 мл дистиллированной водой и довести до метки.

1. 0,1 Н раствор соляной кислоты: раствор готовят из фиксанала.

2. 0,1 Н раствор трилона Б: готовят из фиксанала

3. Аммиачно-буферный раствор: 10 г хлористого аммония (NH₄CI) растворить в небольшом количестве дистиллированной воды добавить 50 мл аммиака и довести до метки в мерной колбе на 500 мл.

4. Индикатор эриохром черный: 0,25 г индикатора смешать с 50 г сухого хлористого натрия. Тщательно растереть в ступке.

2.2 Порядок проведения работы:

2.1. Определить в исследуемой воде рН, щелочность, общую жесткость, карбонатную жесткость, свободную углекислоту, кальций. Результаты записать в таблицу 2.1

Таблица 2.1 Результаты показателей исследуемой воды.

2.2.Рассчитать необходимую дозу извести по данным анализа. Результаты записать в таблицу 2.2

2.3.Полученную расчетным путем дозу извести уточнить при экспериментальной проверке.

Для этого исследуемую воду разлить в пять литровых (поллитровых) цилиндров (стаканов), в каждый из которых добавить 1% раствор коагулянта FeSO₄ в количестве 25 мг/л. Затем провести подщелачивание, используя 0,1% раствор CaO. В первый цилиндр добавить количество извести полученное расчетным путем, во второй – дозу на 20 мг больше расчетной, в третий на 40 мг больше расчетной, в четвертый на 10 мг меньше расчетной и в пятый на 20 мг меньше расчетной. Содержимое цилиндров перемешать стеклянной палочкой в течение 30 секунд и оставить в покое на 30 минут. Затем воду во всех пяти цилиндрах отфильтровать. В фильтрате определить общую щелочность и жесткость.

За оптимальную дозу извести принимают ту, при которой получается наименьшая щелочность по метилоранжу и соответственно наименьшая карбонатная жесткость.

3. Обработка результатов

Таблица 2.2. Результаты экспериментальной проверки.