Zmiękczanie wody metodami strącania

Twardość wody jest spowodowana jonami:

Wapnia Ca²⁺

Magnezu Mg²⁺

(żelaza i manganu

Cechy twardości:

• Nadmierne zużycie środków piorących, wytracanie mydeł w postaci soli Ca i Mg, trudno rozpuszczalnych w wodzie

• Wydzielanie osadów w postaci tzw. Kamienia kotłowego

Rodzaje twardości wody

Twardość węglanowa - t_w:

Ca(HCO₃)₂,Mg(HCO₃)2

Twardość niewęglanowa (stała) - t_nw:

Cacl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄

Twardość ogólna: t_o= t_w + t_nw

Relacje twardości i zasadowość

Jeśli:

1. T_o > zas „m”, występuje t_w i t_nw

Wtedy t_w= zas „m”, t_nw= t_o - t_w

2. T_o < zas. „m” , występuje tylko t_w

Wtedy t_o= t_w, zas „alk” = zas”m” - t_o

3. T_o = zas „m”, występuje tylko t_w

Podział wód pod względem twardości

^on

Miękkie 5 - 10

Średnio Twarde 10 - 15

Twarde 15 - 30

Bardzo twarde > 30

METODY USUWANIA TWARDOŚCI WODY ZA POMOCĄ STRĄCANIA

Usuwanie twardości węglanowej wapnem

Ca₂ + Ca(OH)₂ = CaCO­₃ + H₂O pH < 8,5

Ca(HCO₃₀)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2H₂O pH > 9 ( 10 - 15,5)

MgHCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ = Mg(OH)+2+ + 2CaCO₃ + 2H₂O pH> 10,5 ( 11 - 11,5)

MgHCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MgCO₃ + CaCO₃ + 2H₂O

MgCO₃ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ + CaCO₃ + H₂O

Węglan wapnia CaCO₃ i wodorotlenek magnezu sątrudno rozpuszczalne.

Rozpuszczalność w 20⁰C :

CaCO₃ 31 mg\dm3

Mg(OH)₂ 9mg/dm3

MgCO₃ 70 mg\dm

USUWANIE TWARDOŚCI WODY ZA POMOCĄ WAPNA WYKONUJE SIĘ RÓWNIEŻ W CELU USUNIĘCIA WODOROWĘGLANÓW - JEST TO PROCES DEKARBONIZACJI WODY.

Wapno nie usuwa twardości stałej. Do usunięcia twardości niewęglanowej - stałej stosuje się sode - ( węglad sodu - Na₂CO₃):

CaSO₄ + Na₂CO₂ = CaCO₃ + Na₂SO₄

CaCL₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl

Dekarbonizację wody można wykonać za pomocą wodorotlenku sodu:

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂o

Ca(HCO3)2 + NaOH = CaCO3 + NA2CO3 + 2 H2o

Reakcja wtórna:

CaSO4 + Na2CO3 = CaSO3 + Na2So4

Powstające sole Na2So4 wzbogacają wodę w jony Na⁺, co nie jest korzystne

Procesy dodatkowe

-usuwanie żelaza

FeSO4+2Ca(OH)2+0,5O2+H2O=CaSO4+Fe(OH)3

Utlenianie Fe²⁺ z utworzeniem wodorotlenku FE(III) trudno rozp. W środowisku silnie zasadowym

-usuwanie fosforanów

3Ca(HO)2 + NAH2PO4 > Ca3(PO4)2+4H2O+NaOH

Z utworzeniem b. trudno rozp. Fosforanu Ca

-usuwanie metali

2Na2CO3+6NaOH+5Zn²⁺=Zn5(OH3)2(OH)6+10Na⁺

Na2CO3+2NaOH+2Cu²⁺=Cu2(CO3)(OH)2+4Na⁺

2Na2CO3+6NaOH+5Ni²⁺=Ni5(CO3)2(OH)6+10 Na⁺

Z utworzeniem b. trudno rozp. Soli kompleksowych (odzysk metali)

Zapotrzebowanie wapna:

D_CaO= 28 (t_w + CO_2w) g CaO/m³

Podatność wody na zmiękczanie jest określona resztkową wartością twardości pozostałej

Zasadowość m<0,6 val/m3 - podatna

0,6 - 0,9„” - średnio podatna

>0,9 „” - mało podatna
na dekarbonizacje wapnem

Zapotrzebowanie sody:

D= 53 (t_o - t_w) g Na₂CO₃/m³

Powstające sole sodu jako produkty uboczne reakcji np Na₂SO₄ wzbogacają wodę w jony Na⁺, co nie jest korzystne.

Zapotrzebowanie wodorotlenku spodu:

D = 40(t_w + t_wMg + CO_2w) g Na₂CO₃/ m³

Powstające sole sodu jako produkty uboczne reakcji np Na2SO4 wzbogacają wodę w jony Na⁺, co nie jest korzystne.

Warunki procesu zmiękczania

W reakcji powstają trudno rozpuszczalne osady.
Szybkość procesu jest zdeterminowana etapem krystalizacji osadu.

Czas reakcji:

• Bez katalizatora 2 - 4 (6) godzin

• Z katalizatorem kontaktowym 5 - 30 minut.

Katalizator kontaktowy (masa kontaktowa)

• Piasek kwarcowy: d 0,25 - 0,5 mm.

Reagenty stosowane w procesie

Wapno:

• Woda wapienna, nasucony roztów CaO w wodzie , 1,33 g\dm3 (10^oC)

• Mleko wapienne 5 - 15% mas.
  (zawiesina CaO w wodzie 5 - 170 g\dm3

Soda:

• Roztwór wodny (rozpuszczalność w 20^oC)
  170 g\dm3 Na2CO3 10 H2O

Reagenty stosowane w procesie

Wodorotlenek sodu:

-roztwór (rozp. W 18C 517g\dm3

Fosforany

-roztwory Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4

Reaktory do zmiękczania:

Reaktory fluidalne, w których masa kontaktowa jest w stanie zawieszonym w strumieniu przepływającej wody.

Kierunek przepływu - od dołu do góry.

Rodzaje reaktorów:

1. Do uzdatniania wód przemysłowych

Reaktory stożkowe VIrbos

- czas przepływu wody t_p = 20 - 30 min.

- prędkość ( w części dolnej i górnej)

V_d = 1 m\s, v_g = 0,025 m\s

- kąt rozwarcia stożka 30 - 40^o

- wysokość do 5m

Osadniki kontaktowe typu akcelator, z cyrkulacją osadu

• Czas przepływu ok.. 30min.

• Średnice 2 - 20 m

• Przepływy wody do 10 - 1200 m³/h

2. Do zmiękczania wody do picia

Reaktory pelletowe - stosowane do częściowego zmiękczania wody (ok. 50%)

• Czas przepływu wody t_p ok. 2 - 5 min.

• Prędkość 50 - 120 m/h

• Wysokość 5 - 6 m

• Średnica 0,5 - 4 m

---