КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Контроль процессов умягчения, опреснения и обессоливания воды

Умягчить воду — значит удалить из нее кальций и магний. Об­щая жесткость воды, подаваемой водопроводами для хозяйствен­но-питьевых нужд, не должна превышать 7 мг-экв/дм3, а в особых случаях, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологичес­кой службы, не более 10 мг-экв/дм3. Норма жесткости питатель­ной воды парогенераторов может достигать 0,05 мг-экв/дм3. В за­висимости от качества исходной воды и требуемого эффекта сни­жения жесткости применяют реагентный, термохимический, ионитовый методы умягчения или различные комбинации их.

Реагентное умягчение. Реагентные методы основаны на способ­ности катионов Са2+ и Mg2+ образовывать нерастворимые и мало­растворимые соединения при обработке воды реагентами. В ка­честве реагентов наиболее часто используются известь и сода.

Декарбонизация воды только известкованием применяется в тех случаях, когда требуется одновременное снижение жесткости и щелочности воды.

Известь совместно с содой применяют для умягчения воды, в которой кальций и магний содержатся в сочетании с анионами сильных кислот.

Теоретический предел умягчения воды определяется раствори­мостью карбоната кальция и гидроксида магния. Растворимость карбоната кальция в монорастворе при температуре 0°С равна 0,15 мг-экв/дм3, а при температуре 80°С — 0,03 мг-экв/дм3; для гидроксида магния — соответственно 0,4 и 0,2 мг-экв/дм3.

Как СаС03, так и Mg(OH)2 обладают способностью образовы­вать пересыщенные растворы, которые лишь весьма медленно приближаются к равновесному состоянию даже при контакте с твердой фазой образующегося осадка. На практике нецелесообраз­но длительно выдерживать воду в водоумягчительных аппаратах до наступления равновесного состояния. Поэтому вода, умягчен­ная известкованием (если жесткость вся карбонатная) или извест - ково-содовым методом, обычно имеет остаточную жесткость не менее 0,5—1 мг-экв/дм3.

Глубина умягчения зависит от наличия в обработанной воде избытка осаждаемых ионов и осадительных реагентов. Так, при 40°С, солесодержании воды до 800 мг/дм3, наличии в ней ионов Са2+ в количестве 0,7—1,0; 1—3 и > 3 мг-экв/дм3 остаточная кар­бонатная жесткость в отсутствие замедлителей кристаллизации обычно не превышает 0,5—0,8; 0,6—0,7 и 0,5—0,6 мг-экв/дм3 соот­ветственно, а < 1,2; Щгидр < 0,4 и Жо6щ < 1,0 мг-экв/дм3. При солесодержании 800—2000 мг/дм3 Щ0бЩ = 2,0—2,2 мг-экв/дм3, Щгидр < 0,5-0,8 мг-экв/дм3 и Жобщ < 2,0 мг-экв/дм3. Здесь в под­строчнике «общ» и «гидр» обозначают соответственно «общая» и «гидратная».

Следует отметить, что вода, умягченная известкованием или известково-содовым методом, как правило, пересыщена карбона­том кальция и характеризуется очень высоким рН. Поэтому для увеличения точности дозировки реагентов необходимо в допол­нение к автоматическому регулированию пропорционально рас­ходу обрабатываемой воды корректировать дозу еще и по рН. Воз­можна также корректировка дозы в зависимости от электропро­водности обработанной воды, если содержание SO^, СГ и NO3 стабильно и невелико. При небольших колебаниях дозировки из­вести Mg2+ играет буферную роль: с увеличением дозировки из­вести повышается количество Mg2+, переводимого в осадок (ухуд­шая тем самым его свойства), при сохранении щелочности умяг­ченной воды примерно на постоянном уровне.

Контроль за процессом умягчения осуществляется по вели­чине рН, которая должна быть > 10 из-за необходимости уда­ления из воды Mg2+, или, что менее точно, по величине гид - ратной щелочности, рассчитываемой на основе титрования проб воды кислотой в присутствии индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.

Необходимо отметить, что контроль процесса реагентного умягчения воды может осуществляться и по ее электропроводно­сти. При введении в воду извести и переходе бикарбонатов в кар­бонаты, выпадающие в осадок, электропроводность обрабатыва­емой воды изменяется. В соответствии с кривой кондуктометри - ческого титрования в момент полной нейтрализации солей карбонатной жесткости электропроводность достигает минималь­ного значения. При дальнейшем увеличении добавок реагента электропроводность повышается вследствие избытка реагента. Таким образом, оптимальная доза известкового молока, вводимого в умягчаемую воду, характеризуется минимальным значением электропроводности воды.

С повышением температуры воды ускоряются химические ре­акции и кристаллизация осадков СаС03 и Mg(OH)2. Колебания температуры ухудшают условия осаждения.

Коагуляция улучшает осаждение осадков СаС03 + Mg(OH)2. Из-за-высокого рН умягчаемой воды применяют только коагулян­ты вй основе железа и алюминат натрия. На 1 моль FeS04 необ­ходимо наличие в воде 4 мг 02.

Попадание в осветлитель воздуха приводит к взмучиванию и выносу осадка с умягчаемой водой. Пересыщение воды воздухом можно установить, определяя йодометрическим способом содер­жание кислорода в воде после воздухоотделителя и сравнивая по­лученные результаты с табличными для данных температур.

Термохимическое умягчение заключается в подогреве воды выше 100°С и применении извести и соды, реже — едкого натрия и соды. В результате термохимического умягчения кальциевая жесткость может быть снижена до 0,2 мг-экв/дм3, а магниевая — до 0,1 мг-экв/дм3. Термохимический метод часто сочетают с фосфатным доумягчением воды. В качестве фосфатных реагентов используют ди - или тринатрийфосфат. В результате фосфатного доумягчения можно получить воду с остаточной жесткостью 0,04-0,05 мг-экв/дм3.

Сульфатную жесткость устраняют карбонатом, гидроксидом или алюминатом бария.

Для обеспечения правильного проведения описанных выше процессов умягчения воды необходим соответствующий аналити­ческий контроль. Рекомендуемые анализы и частота их выполне­ния приведены в табл. 1.7.

Полезным руководством для обеспечения хорошего эффекта умягчения могут служить следующие правила: 1) гидратная ще­лочность должна превышать магнезиальную жесткость примерно на 0,4 мг-экв/дм3 при процессе без подогрева и на 0,2 мг-экв/дм3 при процессе с подогревом; 2) карбонатная щелочность должна превышать кальциевую жесткость примерно на 1,2 мг-экв/дм3 при процессе без подогрева и примерно на 0,8 мг-экв/дм3 при процессе с подогревом.

Так как некоторые малорастворимые соли [CaC03, Mg(OH)2, А1(ОН)3] при длительном хранении могут выпасть в осадок, a NaOH переходит в Na2C03, то не следует пользоваться данны­ми усредненных проб умягчаемой воды.

Также из-за наличия проскоков суспензии СаС03 и Mg(OH)2 в умягченную воду ее необходимо дополнительно профильтровать через дробленый антрацит. Кварцевый песок в этом случае явля­ется нежелательным материалом в связи с тем, что он может обо­гащать воду соединениями кремниевой кислоты.

Ионитовое умягчение. Оно осуществляется главным образом с применением Na+-, Н+- и NHj-форм.

В процессе умягчения воды Na-катионированием содержание кальция и магния в воде может быть снижено до весьма малых значений. Общая щелочность при этом не изменится, сухой ос­таток несколько возрастает в результате замещения в воде одного иона кальция, имеющего молекулярную массу 40,08, на два иона натрия (масса 2 х 22,99 = 45,98).

При фильтровании через катионит в Н-форме все катионы растворенных солей (в том числе и катионы солей жесткости) будут сорбироваться на его зернах; в воду будет переходить экви­валентное количество Н+-ионов; растворенные в воде соли будут превращаться в соответствующие кислоты. Кислотность воды, прошедшей через Н-катионитовый фильтр, который загружен сильноосновным катионитом, будет равна сумме концентраций в исходной воде солей сильных кислот.

Регенерация Н-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного вытеснения из катионита катионов жесткости («голодная» регенерация), позволяет в рабочем цикле снижать щелочность воды до 0,4—0,5 мг-экв/дм3, не снижая ее некарбонатную жесткость.

Если в умягченной воде не допускается наличия карбонатов натрия и калия, но в ней допустимо присутствие ионов аммония, то вместо H-Na-катионирования можно применять NH4-Na-Ka - тионирование.

Умягченная катионированием вода получается более коррози - онно-активной, чем исходная, из-за полного отсутствия в ней би­карбоната кальция, который при определенных условиях может образовывать защитный слой карбоната кальция на поверхности металла, находящегося в контакте с водой.

При контроле качества фильтрата катионитовых установок осо­бое внимание уделяется определению показателей, так или иначе связанных с понятием жесткости и щелочности воды: жесткости общей и карбонатной, щелочности карбонатной и гидратной, со­держанию солей кальция и магния, общему солесодержанию, ве­личине рН, содержанию анионов.

В процессе работы катионитов дополнительно необходимо пе­риодически проверять поглощение или вынос из них фильтратом органических веществ.

Под обессоливанием воды понимают процесс снижения раство­ренных в ней солей до требуемой величины. Различают частич­ное и полное обессоливание. Частным случаем обессоливания воды является опреснение, в результате которого величина соле - содержания в очищенной воде не превышает 1000 мг/дм3 — ПДК всех солей в питьевой воде.

К наиболее распространенным методам обессоливания воды относятся ионный обмен, электродиализ, обратный осмос и дис­тилляция.

Обессоливание позволяет почти полностью удалить из воды вещества, способные целиком или частично диссоциировать (на­пример, соли и кремниевую кислоту); неэлектролиты при этом могут остаться в воде. Иногда происходит также некоторое уменьшение цветности, связанное с абсорбцией кислых органи­ческих веществ ионитами и мембранами. Так как при обессоли - вании удаляются те вещества, которые проводят электрические вещества, показателем качества обработанной воды служит обыч­но ее электропроводность, выраженная в мкСм/см. Расчетное значение этого параметра при 18°С в «сверхчистой» воде состав­ляет 0,037 мкСм/см. Однако в производственных условиях пока удается получать «сверхчистую» воду с удельной электрической проводимостью 0,1 — 1,0 мкСм/см.

За основной критерий, оценивающий качество обработки воды и ионообменную способность фильтров, часто принимают элект­ропроводность воды, пороговая величина которой устанавливается по опытно-исследовательским данным. Например, электропро­водность воды после катионообменника должна быть менее 240, после слабоосновного анионообменника — 50—220 и после силь­ноосновного анионообменника < 20 мкСм/см. Превышение этих значений указывает на истощение ионообменных смол до конт­рольного уровня и на необходимость их регенерации.

Поскольку существующие нормы качества питьевой воды в большинстве своем регламентируют предельно допустимые концен­трации макро - и микрокомпонентов ее состава, то опресненные воды в основном отвечают действующим нормативным требовани­ям. Однако в связи со все расширяющимся вовлечением опреснен­ных вод в централизованные системы хозяйственно-питьевого во­доснабжения возникает необходимость дополнительного нормиро­вания минимально необходимых концентраций важнейших в гигиеническом отношении показателей качества: содержания каль­ция, бикарбонатов, общего солесодержания, натрия, калия и др. Как показывают современные медико-физиологические исследова­ния, недостаточное содержание в опресненной воды солей жест­кости (менее 1,5 мг-экв/дм3) может привести к нарушениям обме­на веществ и сердечно-сосудистым заболеваниям в организме лю­дей, длительное время употребляющих такую мягкую воду.