В результате изменений показателей качества воды (pH, температуры, концентрации и т. д.) некоторые растворенные в воде вещества частично переходят в нерастворимые соединения, которые образуют твердые прочные отложения. Наиболее известный пример этого явления — осаждение карбоната кальция.
До недавнего времени считали, что осаждение сульфата кальция и соединений магния происходит только в котлах и в опреснительных установках. Однако установлено, что осаждение этих соединений наблюдается и в воде охлаждающих систем при высоких значениях pH и больших концентрациях. С осаждением этих соединений можно столкнуться также в гидрометаллургии, при рафинировании сахара и т. д.
Для предотвращения образования отложений предложен ряд процессов: умягчения, декарбонизации с применением ионообменных смол, декарбонизации с помощью извести, подкисления, растворения карбонатов с помощью сильных кислот
Некоторые химические соединения способны оказывать двоякое воздействие на ионы металлов, особенно кальция и магния:
- могут образовывать хорошо растворимые комплексы, которые обладают всеми свойствами солей натрия, а вода, обработанная такими соединениями, имеет все признаки умягченной воды. Для обработки воды по этому методу требуется около 250 г полифосфата на 1 г*экв кальция или 1000 г/м3 при жесткости воды 4 мг*экв/л;
- при очень малых концентрациях могут замедлять зародышеобразование кристаллов и таким образом поддерживать раствор в состоянии пересыщения («пороговый эффект»). Из экономических соображений наиболее выгодно использовать этот вид воздействия химических соединений.
Самое широкое применение из упомянутых соединений нашли реагенты под общим названием «полифосфаты».
Ионы фосфорной кислоты склонны к конденсации и образованию линейных или циклических продуктов.
Полифосфаты M4P2O7*n(МРO3) имеют линейную структуру. В группу солей натрия входят пирофосфат и триполифосфаты Na4P2O7.*NaPo3 или Na5P3O10. Полиметафофаты (NaPo3)n имеют циклическую структуру. Наиболее известны из этой группы соединений триметафосфат (NaPo3)3 и тексаметафосфат (NaPo3)6.
Товарные продукты часто представляют собой смеси, префикс в названии которых отражает среднюю степень конденсации.
Полифосфаты действуют очень эффективно при предотвращении отложений карбоната кальция и несколько менее эффективно по отношению к сульфатам кальция и магния.
Обычно для обработки воды с жесткостью и щелочностью порядка 4 мг*экв/л необходимо около 2 г/м3 полифосфатов. Доза полифосфатов возрастает с повышением жесткости, общей щелочности, мутности и температуры воды. Правилами высшего комитета Франции по гигиене для питьевой воды установлена максимально допустимая концентрация полифосфатов 5 г/м3 (по Р2О5).
Полифосфаты поставляются в двух видах: кристаллические и стеклообразные. Кристаллические полифосфаты легко растворимы и вводятся в воду в виде раствора насосами-дозатора-ми. Применение их обеспечивает возможность очень точного дозирования. Стеклообразные полифосфаты растворяются очень медленно и переводятся в раствор путем фильтрования воды через реагент. Такой способ растворения фосфатов пригоден при обработке небольшого количества воды, но при этом трудно поддерживать постоянную дозу при переменном расходе.
Полифосфаты имеют недостаток: они постепенно разлагаются в результате гидролиза, образуя ионы ортофосфата PO3-4.Скорость гидролиза возрастает с повышением температуры и кислотности среды, хотя нельзя точно указать порог, за которым происходит разрушение фосфатов. Их эффективность при температуре выше 60 °С вызывает сомнение.
При высоких температурах снижается эффективность не только полифосфатов, но и ионов PO3-4, которые образуют отложения в форме малорастворимого ортофосфата кальция, что в свою очередь ведет к образованию отложений из смеси фосфата и карбоната кальция.
При повышенных температурах и жестких требованиях к стабилизации воды используются сложные органические вещества, поведение которых полностью идентично поведению полифосфатов.
Действие EDTA (этилендиаминтетрауксусная кислота) и ее натриевых солей не связано с «пороговым эффектом», они используются в основном для обработки котловой воды, содержащей следы жесткости:
Обычно EDTA поставляют в виде 50%-ного раствора.
В настоящее время для обработки воды в охлаждающих системах широко используют органические производные фосфора и особенно фосфонаты.
Существуют два основных типа таких соединений:
- АМР — трифосфонилметиламин;
- HEDP — оксиэтилидендифосфоновая кислота.
Обычно их поставляют в виде концентрированных растворов. Они стабильны при температуре выше 100° С и чувствительны к присутствию свободного хлора. Хотя они и нетоксичны, их использование в питьевой воде должно быть одобрено компетентными органами.
Дозы этих соединений зависят от свойств воды и условий применения, а также от вида товарного продукта. В среднем дозы составляют около 1 г/м3 по Р2О5 или около 10 г/м3 товарного продукта.
Если, несмотря на присутствие фосфатов, все-таки наблюдается незначительное выпадение в осадок из раствора карбоната кальция, образующийся в этих условиях осадок имеет хлопьевидную структуру и рост отложений не происходит.
Весьма спорно, стоит ли рекомендовать иногда применение полифосфатов, EDTA или органических соединений фосфора для стабилизации железосодержащих вод: в этом случае единственный надежный вид обработки воды — удаление железа.
Эти соединения препятствуют образованию кристаллической структуры, действуя и на молекулярном уровне, и на центры кристаллизации.
В трубах, охлаждающих системах и котлах образование отложений и кумулятивное осаждение могут быть также предотвращены применением диспергаторов, которые удерживают или переводят содержащиеся в воде твердые частицы в суспендированное состояние. В качестве диспергаторов для обработки воды в котлах низкого и среднего давления применяют таннины или, лучше, таннат натрия, дозы 10 г/т*экв кальция.
Для защиты охлаждающих систем широко применялись лигносульфонаты и другие растительные экстракты, но в в а стоящее время отдают предпочтение синтетическим: веществам таким, как полиакрилаты и полиакриламиды, частично гидролизованные с помощью производных сульфокислоты. Дозы я условия применения этих реагентов изменяются в широких пределах. При выборе реагентов рекомендуется учитывать технико-экономические показатели.
Чтобы обеспечить равномерное распределение, все эта реагенты обычно вводят воду в виде сильно разбавленных растворов, концентрацией несколько процентов. В процессе обработки воды в открытых контурах важно поддерживать постоянную дозу реагента при изменении расхода воды. Поэтому установка для дозирования должна по меньшей мере включать растворный бак, мешалку и дозатор.
В современной химической промышленности для работы многих установок требуются качественные емкости из полипропилена. Производство и изготовление емкостей из полипропилена для воды под заказ можно заказать по ссылке.