Какие примеси определяют жесткость и щелочность природной воды?

 

Жесткость воды. Общей жесткостью воды Ж_о называется суммарная концентрация ионов кальция и магния, выражаемая в мг-экв/кг, а при малых значениях – в мкг-экв/кг. По определяющему катиону общая жесткость воды подразделяется на кальциевую Ж_Са и магниевую Ж_Мg. Часть общей жесткости, эквивалентная концентрации бикарбонат – ионов и карбонат – ионов в воде, называется карбонатной жесткостью Ж_к., а остальная часть, эквивалентная содержащимся в воде другим анионам (Cl^-, SO  и др.), называется некарбонатной жесткостью Ж_нк..

 

 

     Ж_Са ← Ж_о → Ж_Мg

 

    Ж_к               Ж_нк

 

Са(НСО₃)₂                СаSО₄

МgСО₃              MgСl₂

 

 

Общей щелочностью воды Щ_о, мг-экв/кг, называется суммарная концентрация всех анионов слабых кислот и ионов гидроксила за вычетом концентрации ионов водорода:

 

Щ_о = ∑С  + С_ОН  – С_Н .

 

Характер анионов слабых кислот, обуславливающих общую щелочность, позволяет подразделять ее на гидратную щелочность (равную концентрации ионов ОН^-), бикарбонатную (НСО ), карбонатную (СО ), силикатную (HSiO , SiO^2-) и фосфатную (H2PO , HPO , PO ).

Обычно в природных водах бикарбонатная щелочность существенно преобладает над другими видами щелочности, поэтому ее значение без большой погрешности выражает общую щелочность воды.

Вопрос 27

При каких условиях и за счет каких процессов появляются
низкотемпературные отложения в системах охлаждения циркуляционной воды? Как их предотвратить?

На внутренних поверхностях конденсаторов паровых турбин, воздухоохладителей генераторов и по всему трактату охлаждающей воды могут образовываться отложения (преимущественно состоящие из карбоната кальция) и биологические обрастания.

Рассмотрим условия образования отложений карбоната кальция на поверхностях охлаждаемых водой, обладающей карбонатной жёсткостью. В стабильной воде бикарбонатные ионы  находятся в динамическом равновесии с карбонатными ионами  и  , а с другой стороны - с недиссоциированными молекулами растворённой в воде . Со своей стороны, растворенная в воде углекислота находится в равновесии с газообразной углекислотой, присутствующей в пространстве
над водой. Это так называемое углекислотное равновесие нарушается при нагревании воды, вследствие чего часть растворённой в ней углекислоты удаляется. При этом происходит термический распад бикарбонат ионов с образованием  , и летучей  

 

Процесс распада бикарбонатов протекает тем быстрее, чем выше температура и чем энергичнее перемешивание. В прямоточных системах распал бикарбонатов обусловлен нагреванием воды, а в оборотных системах, кроме того, потерей растворённой в воде углекислоты при разбрызгивании воды на градирнях или брызгальных бассейнах. Увеличение концентрации карбонатных ионов при наличии в воде катионов кальция приводит к образованию труднорастворимого осадка , обладающего способностью кристаллизоваться и давагь плотные отложения на охлаждаемых поверхностях .

Так как величина произведения растворимости для карбоната кальция

 весьма мала то при значительной концентрации  концентрация   должна быть низкой. Вместе с карбонатом кальция на охлаждаемых поверхностях конденсаторов могут откладываться взвешенные вещества, которые как бы цементируются карбонатом кальция.

В качестве предупредительных мероприятий против отложения накипи в системах замкнутою (циркуляционного) водоснабжения конденсаторов паровых турбин применяют:

1) продувку циркуляционной системы;

2) рекарбонизацию циркуляционной воды дымовыми газами котлов;

3) обработку циркуляционной воды кислотами;

4) обработку циркуляционной воды фосфатами.

Увеличение продувки циркуляционного водоснабжения способствует снижению карбонатной жёсткости воды и уменьшению низкотемпературного накипеобразования. Однако пределы увеличения продувки ограничиваются экономическими соображениями.

Под рекарбонизацией циркуляционной воды дымовыми газами понимают насыщение её кислотой, содержащейся в дымовых газах котлов. Повышая содержание углекислоты в циркуляционной воде, можно предотвратить распад бикарбонатов даже при значительном повышении карбонатной жёсткости воды.

При обработке циркуляционной воды кислотами происходит разрушение бикарбонатов с образованием свободной углекислоты. Карбонатная жёсткость переходит в некарбонатную в соответствии с дозировкой кислоты. Общая жёсткость при этом остаётся неизменной.

При обработке воды фосфатами предел насыщения воды бикарбонатами
повышается даже в условиях недостаточного количества углекислоты. В этом случае достигается стабильное состояние пересыщения воды бикарбонатами.

 

 

Вопрос 37