UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ
I ŚRODOWISKA
SPRAWOZDANIE Z TECHNOLOGII ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH
Temat: Oznaczanie zdolności wody do zmiękczania za pomocą fosforanu trójsodowego.
WYKONAŁY:
HONORATA KURIATA
LIDIA SZNAJDEROWSKA
HONORATA JURGA
Wstęp teoretyczny
Zmiękczanie wody ma na celu całkowite lub częściowe usuwanie z wody jonów powodujących twardość, tj. Ca+2, Mg+2 oraz kationów metali ciężkich Fe+2, Mn+2 Al.+3 i innych. Zmiękczanie wody jest dokonywane bądź przez strącanie (metodami termicznymi lub chemicznymi) lub przez jonitowanie.
W praktyce często metody te stosuje się w odpowiedniej kombinacji, tj. twardość usuwa się przez strącanie, a pozostałą część przez jonitowanie. Zazwyczaj proces zmiękczania wody poprzedzony jest wstępnym oczyszczaniem wody surowej, które polega na usuwaniu zawiesin domieszek, koloidów.
Zmiękczanie wody przeprowadzane jest przez:
a)dekarbonizację wody metodą termiczną
b)zmiękczanie wody metodami chemicznymi
Zmiękczanie wody metodą termiczną
Dekarbonizacja w warunkach termicznych polega na rozkładzie wodorowęglanu wapniowego i magnezowego po ogrzaniu wody do temperatury 363-373 K. Rozkład wodorowęglanu wapniowego przebiega wg równania:
Ca(HCO3)2= CaCO3 + CO2 + H2O
W wyniku tej reakcji wytrąca się trudno rozpuszczalny w wodzie osad węglanu wapniowego CaCO3. Rozpuszczalność CaCO3 w temperaturze 293K wynosi 0,26 mval/dm3. W przypadku obecności w wodzie wodorowęglanu magnezowego reakcja przebiega następująco:
Mg(HCO3)2= MgCO3 + CO2 + H2O
Węglan magnezowy dopiero po dłuższym ogrzaniu wody w temperaturze wrzenia rozkłada się dzięki wtórnej reakcji na trudno rozpuszczalny w wodzie wodorotlenek magnezowy Mg(OH)2
MgCO3 + H2O = Mg(OH)2 + CO2
Węglan magnezowy w wyższej temperaturze może reagować z solami powodującymi stałą twardość wapniową:
MgCO3 + CaSO4 = CaCO3 + MgSO4
Metodę termiczną zmiękczania stosuje się dla wód zasilających kotły o niskim i średnim ciśnieniu i do wód o twardości węglanowej.
Zmiękczanie wody metodami chemicznymi (strąceniowymi)
Metody te polegają na wprowadzeniu do wody takich chemikaliów, które reagują z jonami wapnia, magnezu oraz jonami metali ciężkich tworząc trudno rozpuszczalne związki chemiczne. Związki te w postaci osadu są usuwane przez klarowanie i filtrację wody. Wytrącanie kationów nadających wodzie twardość może być dokonane za pomocą wodorotlenku wapniowego., węglanu sodowego, wodorotlenku sodowego i fosforanów.
Wśród metod najczęściej stosowanych wymienić należy:
dekarbonizację wapnem
zmiękczanie wapnem i sodą
zmiękczanie ługiem i sodą
zmiękczanie fosforanami
Zmiękczanie wody fosforanami
Zmiękczanie wody fosforanami pozwala usunąć z niej zarówno twardość węglanową jak i niewęglanową, przy czym twardość końcowa (szczątkowa) wody zmiękczonej fosforanami wynosi od 0,035 do 0,07 mval/dm3. Największy efekt zmiękczania wody otrzymuje się stosując fosforan krystaliczny trójsodowy, który wiąże jony Ca+3 i Mg+2 w trudno rozpuszczalne fosforany:
3Ca(HCO3)2+2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6 NaHCO3
3Mg(HCO3)2+2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 6 NaHCO3
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4
3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4
Zamiast fosforanu trójsodowego można również używać do zmiękczania wody wodorofosforanu sodowego Na2HPO4. Jednak do zmiękczania wody surowej stosuje się najczęściej fosforan trójsodowy., bowiem dawkowanie wodorofoosforanów sodowych do wody o odczynie obojętnym jest nieracjonalne , ponieważ produktami reakcji są wodorofosforany wapniowe i magnezowe, w większym stopniu rozpuszczalne od fosforanów wapniowych i magnezowych. Dawkowanie wodorofosforanów sodowych jest korzystne w przypadku, gdy woda jest wstępnie zmiękczona i wykazuje pewną zasadowość wobec fenoloftaleiny. Wówczas pod wpływem tej zasadowości zachodzi reakcja zobojętniania wodorofosforanów:
Na2HPO4 + NaOH = Na3PO4 + H2O
NaH2PO4 + NaOH + Na3PO4 + H2O
I proces zmiękczania przebiega dalej ,jak przy użyciu fosforanu trójsodowego. Ponieważ fosforan sodowy jest drogi, zatem zmiękczanie wody surowej tylko fosforanem sodowym jest rzadko stosowane, tym bardziej iż dla wód o dużej twardości węglanowej tworzy się w wyniku zmiękczania wody wodorowęglan sodowy. Metodę tę najlepiej jest najlepiej stosować jako uzupełniające zmiękczanie po wstępnym zmiękczaniu wody metodą wapienno - sodową.
Zmiękczanie fosforanami stosowano zazwyczaj dla wód służących do zasilania kotłów średniego ciśnienia, które są wrażliwe na większą zasadowość wody kotłowej. W tych przypadkach nadmiar fosforanów w wodzie kotłowej jest pożądany, gdyż osady wytrącające się na skutek twardości pozostają w wodzie kotłowej dając muł, a nie kamień kotłowy, przylegający do ścianek kotła. Obecność fosforanów w wodzie kotłowej zapobiega wytrącaniu się krzemionki w postaci bardzo twardego kamienia kotłowego CaSiO3, w kotle zachodzi wytrącanie się fosforanu wapniowego i tworzenie się stosunkowo dobrze rozpuszczalnego krzemianu sodowego według reakcji:
3aSiO3 + 2 Na2PO4 = Ca3(PO4)2 + 3 Na2SiO3
Ze względów ekonomicznych korekcji fosforanowej na ogół się nie stosuje do wody w kotłach o ciśnieniu nominalnym 16 at, natomiast uważa się ją za niezbędną dla wody kotłowej o ciśnieniu powyżej 16 at z wyjątkiem kotłów przepływowych.
Zmiękczanie wody fosforanami przeprowadza się na gorąco w temperaturze 343-363 K w czasie 30-60 min. Według Heandelera na usunięcie 1 mval/dm3 twardości przypada 0,9 mval/dm3 fosforanu trójsodowego.