POLITECHNIKA RZESZOWSKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I
INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Katedra Oczyszczania i Ochrony Wód

Sprawozdanie z przedmiotu: „Technologia wody”

Ćw. nr 4

„Zmiękczanie wody”

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest ustalenie optymalnych parametrów podczas zmiękczania wody metodą wapno-soda oraz ustalenie przydatności danych jonitów do procesów zmiękczania wody.

Wykonanie ćwiczenia (metoda wapno-soda):

Przed przystąpieniem do wykonania właściwych czynności zmiękczania należało ustalić dawki Ca(OH)₂ i Na₂CO₃ zgodnie z wzorami:

1) D_CaO(zmiękczanie za zimno)=28[T_w + (T_o - T_Ca) + CO₂ + 0,5] g CaO/m³ - [ponieważ my mamy użyć Ca(OH)₂, więc obliczoną dawkę dla CaO przeliczymy później dla wodorotlenku wapnia, podobnie dla wzoru 2)]

2) D_CaO(zmiękczanie za gorąco)=28[2/3T_w + (T_o - T_Ca) + CO₂ + 0,5] g CaO/m³

3. D Na₂CO₃ =53[(T_o – T_w) + 1] g Na₂CO₃/m³

Aby wyznaczyć wartości tych dawek należało przeprowadzić analizę wody poddawanej zmiękczaniu. Wyniki tej analizy podane są w tab. 1

Obliczone dawki odpowiednio wyniosły:

D Ca(OH)₂ (na zimno)= 601,25 g

D Ca(OH)₂ (na gorąco)= 550,6 g

D Na₂CO₃= 6,2 ml

Do zmiękczania przygotowano dwie zlewki, w których znajdowało się po litrze wody, która miała zostać poddana zmiękczaniu. Do jednej (dla zmiękczania na zimno wsypano 601,25 g Ca(OH)₂ oraz 6,2 ml Na₂CO₃, do drugiej zaś, w której woda została podgrzana do 60 °C dodano 550,6 g Ca(OH)₂ oraz 6,2 ml Na₂CO₃. Obie zlewki pozostawiono na 60 minut. Po tym czasie wykonano oznaczenia, których wyniki znajdują się w tabeli 1.

Wykonanie ćwiczenia ( zmiękczanie na kationicie)

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należało przygotować kationit. Pierwszą czynnością było zregenerowanie złoża kationitu za pomocą 200 ml NaCl. Po tej czynności wypłukano kationit trzema litrami wody destylowanej w celu wymycia ewentualnych zanieczyszczeń oraz pozostałości czynnika regenerującego.

Zasadniczą częścią ćwiczenia było przepuszczenie przez kationit wody, w celu jej zmiękczenia. Pierwszą porcje przesączu (około 200 ml) odrzucamy. Na pozostałej części wody przepuszczonej przez kationit wykonujemy oznaczenia, których wyniki znajdują się w tabeli 1.

Tabela 1

Wskażniki	Jednostka	Woda surowa	Po metodzie wapno-soda na zimno	Po metodzie wapno-soda na gorąco	Woda zmiękczona na kationicie
pH	-	7,6	10,6	9,2	7,7
Twardość ogólna	mval/ dm^3	15,32	9,0	4,08	0,16
Twardość węglanowa	mval/ dm^3	4,1	7,4	6,1	3,9
Zawartość wolnego CO2	mval/ dm^3	0,9	-	-	26,4
Twardość wapniowa	mval/ dm^3	4,57	-	-	-
Zasadowość F		-	4,7	1,6	-
Zasadowość M		4,1	7,4	6,1	3,9

Prędkość filtracji po kationicie:

d = 0,025 m

t = 0,15 h

V = 0,0006 m³

F = 0,00049 m²

Q = 0,004 m³/h

v = Q/F = 8,16 m/h

Wnioski:

Woda zmiękczona metodą wapno-soda na zimno zmniejszyła twardość ogólną. Podobnie zmalała twardość węglanowa i wapniowa. Wszystko to było spowodowane następującymi reakcjami:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2MgCO₃↓ + 2H₂O

MgSO₄ + Ca(OH)₂ = Mg(HO)₂↓ + CaSO₄

MgCl₂ + Ca(OH)₂ = Mg(HO)₂↓ + CaCl₄

Twardość niewęgalowa została również usunięta za pomocą węglanu sodowego zgodnie z reakcjami:

CaSO₄ + Na₂ CO₃ = 2CaCO₃↓ + Na₂ SO₄

MgCl₂+ Na₂ CO₃ = MgCO₃ + 2NaCl

Zgodnie z oczekiwaniami zmniejszyła się też zawartość dwutlenku węgla, zgodnie z reakcją:

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

Takie same reakcje zachodzą przy zmiękczaniu na gorąco, lecz zachodzą one szybciej i w związku z tym zmiękczanie w tej metodzie miało większą skuteczność. I tak np. twardość ogólna po metodzie wapno-soda na zimno wyniosła 9 mval/ dm³ , a na gorąco
4,08 mval/ dm³, podobnie twardość węglanowa w metodzie na gorąco była niższa.

Wniosek do tej części ćwiczenia jest następujący: Woda po prowadzeniu procesu na zimno powinna mieć twardość pozostałą około 1,4-1,8 mval/ dm³, a przy wysokiej temperaturze około 0,8 mval/ dm³. Tak małych wartości twardości w ćwiczeniu nie otrzymano, co świadczy o za małych dawkach Ca(OH)₂ i Na₂CO₃ lub zbyt krótkim czasie, po którym wykonano pomiary.

Kationity kwasowe pracujące w cyklu sodowym powinny zapewnić prawie całkowitą wymianę jonów wapnia i magnezu. W ćwiczeniu woda po przejściu przez kationit wykazuje twardość ogólną 0,16 mval/ dm³ co świadczy o dosyć dobrej( w porównaniu z wcześniej opisanymi metodami chemicznymi) skuteczności zmiękczania na kationicie. Twardość maleje, gdyż zachodzą reakcje:

2KtNa + Ca(HCO₃) ₂ ↔ Kt₂Ca + 2NaHCO₃

2KtNa + Mg(HCO₃) ₂ ↔ Kt₂Mg + 2NaHCO₃

2KtNa+ CaCl₂ ↔ Kt₂Ca + 2NaCl

2KtNa+ MgSO₄ ↔ Kt₂Mg + Na₂ SO₄

Większą skuteczność w zmiękczaniu potwierdziła metoda wymiany jonowej na kationicie. W tej metodzie nie ma tak dużego ryzyka związanego z dobieraniem odpowiedniej dawki czynników zmiękczających, jak w przypadku metody wapno-soda, gdzie za mała lub za duża dawka może wywołać niepożądane skutki w postacie wzrostu twardości lub wzrostu korozyjności wody.