Умягчение воды

Под умягчением воды понимают процесс снижения концентрации катионов каль­ция и магния, обусловливающих жесткость воды.

Различают жесткость общую (Ж₀), карбонатную (Ж_к) и некарбонатную (Ж_нк).

Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная жесткость - содержанием в воде кальциевых и магниевых со­лей серной, соляной и азотной кислот.

В соответствии с действующими нормативами величина жесткости в воде питьево­го качества не должна превышать 7 мг-экв/л. Поверхностные воды имеют в большинст­ве случаев жесткость, не превышающую нормативную. Для подземных вод ее величина варьируется чаще всего в пределах от 1,5 до 15,0 мг-экв/л и их подготовка для хозяйст­венно-питьевых нужд требует умягчения. Кроме того, показатель жесткости строго ли­митируется в воде, используемой для питания барабанных котлов, в теплообменных ап­паратах и охлаждающих устройствах, а также в ряде производств текстильной и бумаж­ной промышленности.

Существует ряд методов умягчения (реагентный, ионного обмена (катионитовый), диализ, термический, комбинированный), выбор которых определяется качеством воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями.

Наибольшее распространение в практике получили реагентный и ионообменный методы умягчения.

Реагентный метод умягчения заключается в связывании ионов Са²⁺ и Mg²⁺ химиче­скими веществами в малорастворимые соединения: CaC0₃, Mg(OH)₂, Са₃(Р0₄)_2.

Основными элементами установок для реагентного умягчения воды являются: ус­тройства для приготовления и дозирования реагентов, смесители, камеры хлопьеобра­зования (при необходимости), вихревые реакторы, осветлители со слоем взвешенного осадка и фильтры.

Выбор технологической схемы реагентного умягчения воды известковым или известково-содовым способами определяется количеством и качеством обрабатываемой во­ды: жесткостью воды, соотношением ее компонентов и содержанием взвешенных ве­ществ. Область применения отдельных технологических схем реагентных водоумягчительных установок приведена в таблице.

Область применения реагентных технологий

Технологическая схема	Область применения
Реагентное хозяйство - вихревой реактор - фильтр	М0 =8-12 мг/л, [Mg2+] <15 мг/л
Реагентное хозяйство - вихревой реактор - осветлитель - фильтр	М0 = 8-12 мг/л, [Mg2+] > 15 мг/л

Для приготовления известкового раствора на установках малой производительнос­ти (до 100 м³/ч) применяют сатураторы, а на крупных очистных станциях - механизи­рованные установки, включающие бункер для приготовления извести, дробилку, извес­тегасильное устройство, баки для известкового молока с мешалками.

Расчет осветлителей со взвешенным осадком производится по аналогии с расчетом осветлителей для очистки коагулированных мутных вод с учетом некоторых особенно­стей.

Показатель	Значение
Восходящая скорость движения воды в зоне осветления, мм/с:
-при магниевой жесткости менее 25%	1,0
-при магниевой жесткости более 25%	0,8
Средняя концентрация взвешенных веществ, мг/л, в осадкоуплотнителе:
-при магниевой жесткости менее 25%	40000
-или 75% общей жесткости	20000
Продолжительность уплотнения осадка, ч, при магниевой жесткости менее 25%	3-4
-или 75% общей жесткости	5-6
Скорость движения воды, м/с, в опускных трубах для распределения воды	0,7

Водоумягчительная установка с вихревым реактором

1 - бункер с контактной массой; 2 - эжектор; 3, 8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 4 - вихревой реактор; 5 - ввод реагентов; 6 - напорный осветлительный фильтр; 7 - резервуар умягченной воды; 9 - сброс контактной массы.

Установка известково-содового умягчения воды

1 - подача исходной воды; 2 - эжектор; 3 - бункер с контактной массой; 4 - вихревой реактор; 5 — ввод реагентов; 6 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 7 - осветлительный скорый фильтр; 8 - отвод умягченной воды; 9 - сброс контактной массы.

Расчет резервуара для приема умягченной воды включает определение его регули­рующего объема по совмещенному графику водопотребления и водоподачи, объемов воды на случай аварии, а также на собственные нужды станции умягчения.

В научно-производственном объединении «Экософт» (г. Киев) разработана комби­нированная загрузка Экософт Микс и основанная на ее использовании технология, поз­воляющая в одну стадию и в одном аппарате осуществить умягчение воды и удаление из нее железа, марганца, алюминия, гуминовых веществ, аммония и, в случае необходи­мости, ионов тяжелых металлов.

Загрузка представляет собой смесь из пяти сорбционных материалов природного и синтетического происхождения, различающихся механизмом сорбционного и фильтру­ющего действия, удельным весом и гранулометрическим составом. Восстановление сорбционных свойств загрузки Экософт Микс осуществляется путем ее регенерации раствором хлористого натрия и промывки водой.

Рекомендуемые условия эксплуатации загрузки представлены в таблице.

Характеристики работы загрузки

Максимальная температура, °С	-	40
Рабочий интервал pH	-	5-9
Минимальная высота слоя, мм	-	500
Оптимальная высота слоя, м	-	800
Скорость потоков, м/ч	-
- рабочий цикл	-	20
- взрыхление	-	15
- регенерация	-	3-5
- прямоточная промывка	-	10-20
Объем заполнения аппарата, %	-	Не более 60
Общий расход воды для промывки, об/об	-	4-60
Регенерационный раствор	-	8-10% NaCl
Расход соли на регенерацию, г/л, загрузки	_	160

Тип загрузки	Окисляемость в исходной воде, мг02/л	Емкость загрузки по отношению к:
		жесткости, г-экв/л	окисляемости, мг02/л	железу, г/л
Экософт Микс А	<2	0,9	0,2	2
Экософт Микс Р	2-10	0,9	0,55	1
Экософт Микс С	>10	0,8	1,8	0,75

Загрузка промышленно производится НПО «Экософт» и допущена Минздравом Украины и России для использования в процессах подготовки питьевой воды.

Соотношение компонентов в смеси колеблется в относительно широких пределах и может изменяться в зависимости от состава очищаемой воды.

Экософт Микс эффективно очищает воду в следующем диапазоне концентрации за­грязняющих ингредиентов: железо - не более 10 мг/л, марганец - не более 2 мг/л, об­щее солесодержание - не более 4000 мг/л.

В таблице ранее указана сорбционная полная емкость выпускаемых типов загрузки по отношению к основным удаляемым компонентам в зависимости от содержания природ­ных органических веществ в очищаемой воде при скорости фильтрования до 20 м/ч.

При соблюдении вышеперечисленных условий загрузка может быть использована для очистки не менее 50 000 удельных объемов воды.

Для реальных условий эксплуатации установок с загрузкой Экософт Микс произ­водительностью до 2 м³/ч себестоимость очистки 1 м³ воды с учетом стоимости загруз­ки Экософт Микс и расходов на соль для регенерации не превышает 15 руб/м³. Капи­тальные затраты в этом случае в 2,8 раза ниже, чем при использовании традиционной трехстадийной очистки.

Объем образующихся сточных вод при использовании загрузки Экософт Микс сни­жается по сравнению с традиционной технологией не менее чем в 2,4 раза.