Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Химическое осаждение

Химическое осаждение — это процесс, при котором под воздействием соответствующих реагентов образуются нерастворимые соединения. Реакции, проходящие при этом, подчиняются закону Бертолле или законам окисления-восстановления.

При обработке воды, наиболее часто прибегают к осаждению ионов Са2+ и Mg2+, а также гидроксидов металлов.

Выделение кальция и магния

Удаление карбонатов путем добавления извести

Декарбонизация воды известью — широко применяемый способ химического осаждения, что приводит к снижению бикарбонатной жесткости воды (называемой также временной жесткостью).

При анализе воды жесткость выражается общей жесткостью Жобщ, мг*экв/л, определяемой суммой катионов Са2+ и Mg2+, между тем содержание бикарбонатов характеризует общую щелочность ОЩ, мг*экв/л. Некарбонатная жесткость, следовательно, выражается как Жобщ — ОЩ.

Таким образом, удаление карбонатов известью есть частичное уменьшение содержания суммы ионов кальция и магния, не затрагивающее постоянной жесткости.

Если дозы реагентов определены точно, щелочность воды снизится в соответствии с теоретической растворимостью системы СаСОз + Mg(OH)2, составляющей 0,4—0,6 мг*экв/л, при обычных концентрации и температуре. Эти предельные значения могут однако возрасти при наличии в воде органических веществ. Если исходная вода содержит также бикарбонат натрия (Щ>Жобщ, то в воде останется дополнительная щелочность в виде карбоната натрия или каустической соды в количестве, соответствующем ОЩ — Жобщ.

Чтобы оценить достоинства различных способов удаления карбонатов с использованием извести, необходимо знать механизмы осаждения карбонатов кальция и магния.

При добавлении извести в сырую воду реакции проходят очень медленно, если отсутствуют центры кристаллизации. В состоянии покоя требуется несколько суток, чтобы, наступило химическое равновесие. В условиях проточного отстойника, когда нет контакта с содержащимся в нем осадком (такие конструкции еще применяются, но считаются устаревшими), длительность реакции составляет несколько часов. С другой стороны, если вода и известь контактируют с достаточно большим объемом уже образовавшихся кристаллов СаСОз, то реакция достигает точки равновесия за несколько минут. Так как осаждение проходит на кристаллах, размер их возрастает, скорость седиментации по закону Стокса увеличивается, что позволяет уменьшить размеры сооружения.

Все сказанное справедливо в том случае, когда поверхность кристаллов СаСОз остается достаточно чистой. Поэтому если в воде присутствуют органические коллоиды, способные помешать кристаллизации, то их следует выделить из воды; обычно для этого добавляют в сырую воду коагулянты: хлорид железа, сульфат или полихлорид алюминия.

Очень важно учитывать, что СаСОз в отдельности имеет тенденцию образовывать твердые крупные скопления кристаллов, которые оседают чрезвычайно быстро, в то время как магний в отдельности образует очень легкие хлопья Mg(OH)2. Если доля этого вещества ничтожно мала, оно сорбируется кальциевым осадком. Если же она велика, то невозможно получить тяжелый осадок и желаемую скорость осаждения.

Сооружение для удаления карбонатов выбирают поэтому прежде всего по его способности обеспечивать образование гомогенной смеси сырой воды, реагентов и осадка СаСОз в зоне реакции соответствующих размеров. Площадь поверхности зоны осаждения или осветления зависит от условий образования осадка и, главным образом, от содержания органических коллоидных веществ и солей магния.

Если требуется, тщательная очистка от карбонатов, то после осаждения их воду следует подвергнуть фильтрованию.

Использование карбоната натрия

Применявшийся прежде способ снижения постоянной жесткости с карбонатом натрия при высокой температуре, с карбонатом бария или тринатрий-фосфатом теперь, в сущности, устарел и заменен более современным, изложенным ниже. Процесс удаления солей постоянной жесткости с карбонатом натрия на холоду еще используется и сейчас; он основан на осаждении бикарбонатов кальция и магния.

Этот метод имеет ряд недостатков, в частности общая жесткость не может быть снижена более чем до 0,6—0,8 мг*экв/л.

При удалении карбонатов предпочтение часто отдается использованию одной извести, а также умягчению на натрий-катионитовых фильтрах, при котором до умягчения (после осветления) необходимо предусмотреть фильтрование через песок.

Осаждение каустической содой

Осаждение ионов кальция и магния каустической содой представляет собой комбинацию процессов обработки известью и карбонатом натрия, описанных выше.

Осаждение карбоната кальция сопровождается образованием карбоната натрия, который в свою очередь вступит в реакции (снижение постоянной жесткости).

Таким образом, снижение жесткости с помощью каустической соды равно удвоенной концентрации бикарбонатов щелочно-земельных металлов в исходной воде.

Значение ОЩ воды может быть понижено до 0,6 мг*экв/л, если достаточное количество ионов кальция соединится с образующимся карбонатом натрия.

Удаление кремния

Процесс обескремнивания в большей степени относится к адсорбционным процессам, нежели к процессам осаждения. Однако поскольку его часто осуществляют одновременно с декарбонизацией, целесообразно рассмотрение этого вопроса в настоящей главе. Процесс может быть проведен при нагревании или на холоду.

Удаление кремния с алюминатом натрия

В природных водах содержание кремния может быть существенно уменьшено путем перевода его в состав комплексов алюмосиликатов кальция или железа, которые образуются при температуре исходной воды. Для этой цели к воде добавляют соответствующие дозы хлорида железа, алюмината натрия и извести.

Наиболее полное удаление кремния обычно достигается, если вода одновременно подвергается декарбонизации. Осадок в этом случае содержит карбонат кальция, а также комплексные соединения, в состав которых входят кремний, алюминий и железо. Чем выше концентрация кремния в исходной воде и выше температура, тем больше концентрация остаточного кремния.

Обычно можно снизить содержание кремния до 2—5 мг/л (в расчете на кремнезем), если его начальная концентрация составляет 20 мг/л при 20 °С. При более высоких начальных концентрациях снижение содержания кремния составляет от 70 до 80%.

Удаление кремния магнезией

Обработка может быть проведена при нагревании или на холоду.

Процесс на холоду: получаемые результаты аналогичны результатам процессов обескремнивания описанным выше. Маг-

пезия готовится на месте из оксида магния, который растворяется при продувке С02 и затем осаждается с известью.

Процесс при нагревании: совмещает процесс удаления из воды кремния и декарбонизацию ее.

Если вода обрабатывается при температуре около 100 °С в смеси с известью и пористым порошкообразным ангидридом магния, то кремнезем может быть удален адсорбцией (при этом остаточное содержание его в обработанной воде ниже 1мг/л). Этот метод, с последующим катионообменным умягчением, широко используется для воды, питающей бойлеры среднего давления. Необходимо включать фильтрование осветленной воды через среду, которая не содержит кремний (например, мрамор или антрацит).

Удаление солей из металлсодержащих стоков путем обработки осаждением

Различные неорганические соли, содержащиеся в стоках производств обработки металлов, удаляют путем осаждения, описываемым законом Бертолле. Среди этих солей основные — фториды и фосфаты.

Ион фтора после обработки воды известью превращается в нерастворимый фторид кальция, который затем осаждается в соответствии с его пределом растворимости; последний в свою очередь колеблется от 15 до 25 мг/л (в расчете на F) в зависимости от природы и концентрации других присутствующих в воде солей.

Фосфаты осаждают солями кальция или железа в форме фосфатов кальция или железа.

Осаждение сульфата кальция в форме гипса (CaSO4*2H2O) при нейтрализации растворов известью, достаточно концентрированных по серной кислоте, относится к этому же типу обработки. Здесь реакции ускоряются также в присутствии ранее образовавшихся кристаллов, что приводит к получению большого объема осадков.

Обработка рассолов

Прежде чем рассол подвергнуть выпариванию для образования кристаллов соли или же электролизу для выделения хлора, его очищают путем химического осаждения. В первом случае это необходимо сделать, чтобы получить максимально возможную чистую соль для использования ее человеком. Во втором случае задача может изменяться в зависимости от типа используемого электролизного оборудования.

Если ячейки электролизера диафрагменного типа, где диафрагма отделяет анод от катода для предотвращения рекомбинации хлора и натрия, обеспечивающих прохождение электрического тока, то кальций и магний должны быть выделены, чтобы исключить их осаждение на диафрагме и предотвратить ее загрязнение. В ячейках с ртутными катодами, в которых натрий находится в составе амальгамы, очистка должна быть особенно полной, чтобы удалить, в частности, ионы железа и магния, которые могут вытеснить натрий из амальгамы. В обоих случаях износ графитовых анодов уменьшается, если удалены сульфат-ионы.

Основным фактором, позволяющим отличить сырой рассол от обычной воды, служит концентрация растворенных ионов, которая в первом случае в 10—10000 раз больше, чем во втором. Вследствие этого происходит неполная диссоциация ионов, а кинетика реакций осаждения отличается от той кинетики, которая описывает процессы обработки воды.

В рассоле, пропущенном через электролитическую батарею, понижается концентрация NaCl, но в то же время увеличивается его загрязнение другими солями, присутствовавшими в обрабатываемых рассолах; эти примеси следует выводить до того, как рассол будет подан в электролитическую батарею.

Осаждение гидроксидов металлов

Основное требование в процессе осаждения гидроксидов металлов — выделение тяжелых металлов: кадмия, меди, хрома, никеля, цинка и железа, которые присутствуют, в частности, в стоках цехов обработки металлов. Если предположить, что эти металлы присутствуют в виде ионов и не образуют комплексов, то все они осаждаются в виде гидроксидов или гидрокарбонатов в определенном интервале значений pH. Так, если pH среды колеблется в пределах 8,5—9,5, то растворимость этих металлов находится на уровне допустимой.

При проектировании уличного освещения особенно важно обратить внимание на выбор уличных опор. Качественные опоры уличного освещения доступны по ссылке.

Читайте также:

Updated: 04.03.2015 — 15:06
Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Adblock detector