1598085291-e9a6c4eef7863c3d04894ea4da133f9d (Все лекции (2014)), страница 22

Усиливает щелочную среду из-за гидролиза.Окисляемость (мг О2 или KMnO4 на 1л Н2О) отражает содержаниепримесей, способных взаимодействовать с окислителями.Чистые грунтовые воды – 1-3 мг О2/л Н2ОБиохимическая потребность в кислороде (БПК) - расход кислорода наразложение органических веществ путем окисления бактериями. Определяетсяпо изменению концентрации кислорода в воде до и после ее выдержки втемноте в течение пяти суток при 20°С (БПК5). По БПК судят о степенизагрязнения воды. Вода с БПК до 30 мг/л считается практически чистой, сБПК - 30-80 мг/л — слабо загрязненной и с БПК > 80 мг/л - сильнозагрязненной.Углекислотное равновесие.(СО2 + Н2О↔Н2СО3↔Н+ +НСО3-↔ 2Н+ +СО32- рН <4,58,3рН>10Свободная СО 2 в питательной воде котлов не допускается.Кремнесодержание- мг SiO3 в 1л Н2О (mSiO2 nH2O)H2SiO3 ↔ H++ HSiO3 - ↔2 H+ + SiO3 2рН < 9,59,5-12> 12Кремнесиликатная накипь на лопатках турбин:Na2SiO3(в паре) + Fe2O3 → Na2O.Fe2O3.SiO3(тв)Прямоточные котлы: 10-20 мкг/лБарабанные котлы: до 50 мкг/лПРИМЕР 1.

Расчет солесодержания и жесткости воды.Состав примесей, мг/л: NaCl – 5,85; CaCl2 – 11,1; MgSO4 - 6; Ca(HCO3)2 - 81;Mg(HCO3)2 – 36,51)По определению, солесодержание –суммарная концентрация всех солей в г/л:S = (5,85 + 11,1 + 6 + 81 + 36,5).10-3 = 0,14 г/л2) По определению, общая жесткость – суммарная концентрация всех солейкальция и магния в ммоль экв/л: Жо = m1/(MЭ1.V) + m2/(MЭ2.V) +... == (11,1.10-3/55,5 +6.10-3/60 + 81.10-3/81 + 36,5.10-3/73).103 = 1,8 ммоль экв/лСледует помнить!Э(Са2+) = 1/2Са2+ - эквивалент иона кальция,Э(Мg2+) = 1/2Мg2+- эквивалент иона магния ,молярные массы эквивалентов солей жесткости равны:Мэ(Са2+) =1/2 М(Са2+ ) = 20 г/моль,Мэ(Мg2+) =1/2 М(Мg2+ ) = 12 г/моль,Мэ (CaCl2) = 111/2 = 55,5 г/моль,Мэ (MgSO4) = 120/2=60 г/моль и т.д., где М – молярная масса.3) По определению, карбонатная жесткостьЖк – это часть Жо,обусловленная содержанием в воде только бикарбонатов кальция и магния →Жк =( 81.10-3/81 + 36,5.10-3/73).103 = 1,5 ммоль экв/лЖнк = Жо - Жк = 1,8 – 1,5 = 0,3 ммоль экв/лОпределение общей жесткости Жо воды комплексонометрическимметодом.Метод титрования трилоном Б (комплексоном III) с индикатором –«кислотный хром синий».

В присутствии ионов жесткости Са2+ и Mg2+ розовый цвет раствора, в отсутствие – голубой.Трилон Б (комплексон III)- двузамещенная натриевая сольэтилендиаминтетрауксусной кислоты – связывает ионы жесткости Са2+ и Mg2+в прочный комплекс.В конце титрования индикатор изменяет окраску с розовой на голубую.Расчет по закону эквивалентов:Жо = сэкТБ . VТБ . 1000 / Vводы ,сэкТБ – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль экв/л;VТБ - расход трилона Б на титрование, мл;Vводы - объем анализируемой воды, мл.Определение карбонатной жесткости Жк воды титрованием.Жк в ммоль экв/л определяется титрованием пробы воды раствором0,1н соляной кислоты НСl в присутствии индикатора метилоранжа (1––2капли) до перехода желтой окраски раствора в оранжевую.Механизм - анион НСО3- гидролизуется: НСО3- + Н2О ↔ Н2СО3 + ОНHCl сдвигает равновесие вправо, связывая количество ОН-, эквивалентноеконцентрации ионов НСО3ОН- + Н+ = Н2ОРасчет по закону эквивалентов:Жк = сэкHCl .

VНСl . 1000 / Vводы ,сэкHCl – молярная концентрация эквивалента HCl, моль экв/л;VHCl - расход HCl на титрование, мл;Vводы - объем анализируемой воды, мл.Некарбонатную жесткость Жнк в ммоль/л определяют по разности:Жнк = Жо – Жк .Соли жесткости и другие малорастворимые примеси технических водосаждаются на стенках котлов и других аппаратов, снижая эффективность этихустройств. Хлориды натрия и силикаты переходят в пар →осаждаются налопатках турбин, → снижают КПД электростанции.

Растворенные в водекислород, диоксид углерода, ионы железа и нитрит-ионы вызывают коррозиюметаллов.→ природные воды использовать на ТЭС или АЭС без предварительнойочистки - нельзя.Основные методы очистки воды:деструктивные – примеси удаляют в измененном виде, не используют;регенеративные – примеси регенерируют и используют (ценные материалы).Выбор метода удаления примесей из воды определяется характером исвойствами примесей, их количеством и стоимостью.Методы грубой очистки.

(Предварительная очистка).Взвешенные примеси удаляют из воды отстаиванием и фильтрованием,коллоидные примеси - коагуляцией;ионные примеси можно перевести в малорастворимые соединения (методосаждения) с последующим отстаиванием и фильтрованием,примеси-окислители можно устранить восстановлением,примеси- восстановители — окислением,растворенные газы – барботаж (продувка) водяным паром, азотом, нагрев,введение восстановителей и др. реагентов.Методы глубокой очистки.Для удаления молекулярных, незаряженных примесей широко используетсяадсорбция, причем незаряженные примеси адсорбируются на активированномугле или других адсорбентах.Ионы — на ионообменных веществах (метод ионного обмена).Заряженные примеси можно удалить электрохимическими методами.Знание состава и свойств примесей позволяет выбрать оптимальный способочистки воды.Коагуляция– нарушение агрегативной устойчивости коллоидных частиц и объединение ихв крупные агрегаты.Седиментация – выпадение (оседание) твердой фазы в результате коагуляции.Коагулянтывещества,вызывающиекоагуляцию.Имеютпротивоположный знак заряда коллоидной частицы, адсорбируются на ядремицеллы, снижая заряд частицы, → нарушают агрегативную устойчивость.Эффективность коагуляции зависит от рН и Т.Для природных вод (отрицательных коллоидных частиц) коагулянты:соли алюминия Al2(SO4)3 –для питьевой воды (рН 6,5÷7,5);соли железа FeCl3 - для питательной ТЭС (рН>10, 40-60оС){[nFe(OH)3.m Fe3+.xCl-.z1H2O](3m-x)Cl-.z2H2O} 1- ядро12Строение мицеллы коагулянта31+2 -коллоиднаячастица3 – диффузный слойПри коагуляции снижаются: кремнесодержание и окисляемость.Метод осаждения.Напоминание:в насыщенных растворах мало растворимых веществ:АnBm(тв)  n Am+(нас.p-р) + m Bn(нас.p-р)ПР =a A m  a B n nm≈ с Аm+n  сВn- m = const→концентрацию иона Am+ можно уменьшить, увеличивая концентрациюиона Bn .Умягчение воды содо-известковым методом(снижение жесткости)Концентрацию ионов Са2+ и Mg2+ можно снизить увеличением концентрацииионов СО32- и ОН- :ПРСаСО3 = аСа2+ .

а(СО3 )2- = 4,8 . 10-9 ;ПРМg(ОН)2 = аМg2+ . (аОН- )2 = 5,5 . 10-12(первым выпадает в осадок вещество с меньшим ПР) .Для снижения карбонатной жесткости в воду вводят известьСа(ОН)2.В общем виде реакцииСа(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2ОMg(HCО3)2 + 2Са(ОН)2 = Mg(OH)2 ↓+ 2СаСО3↓+ 2Н2ОМеханизм:Электролитическая диссоциация извести:Са(ОН)2 → Са2+ + 2ОНвозрастание рН воды → смещение углекислотного равновесия в сторонуобразования карбонат-ионов:ОН- + Н2СО3 → НСО3- + Н2ООН- + НСО3- → СО32- + Н2ОДостижение величины ПР СаСО3 , выпадение осадка:Са2+ + СО32- → СаСО3↓Увеличение концентрации ОH- →достижение величины ПР Mg(OH)2выпадение осадка:Mg2+ + 2ОH- → Mg(OH)2↓Таким образом: снижение концентрация ионов Са2+ и Mg2+ → умягчение,НСО3- → снижение щелочности.Кроме умягчения - снижение кремнесодержания:Са(ОН)2 + SiO3 2- = CaSiO3 ↓ + OHДля снижения некарбонатной жесткости в воду вводят соду Na2CО3.В общем виде реакцииСаСl2(р) + Na2СО3 (р) = СаСО3 (тв)↓ + 2NaСl(р)или MgСl2 + Na2СО3 + H2O = Mg(OH)2↓ + CO2↑+ 2NaСlМеханизм:Na2CО3 → 2Na+ + СО32-; СО32- + Са2+ → CaCО3↓Массы соды Na2СО3 и извести Са(ОН)2, теоретически необходимые дляполного умягчения воды, без избытка и без учета частичного растворенияпродуктов реакции, рассчитывают по закону эквивалентов:mСa(ОН)2 = Жк .

10-3 . Мэ Са(OН)2 . VВ ,mNa2СО3 = Жнк . 10-3 . Мэ Na2CO3 . VВ ,Жнк – некарбонатная жесткость воды, ммоль экв/л;Жк – карбонатная жесткость воды, ммоль экв/л;VВ – объем умягчаемой воды, л;Мэ, Na2CO3 – молярная масса эквивалента Na2СО3 = 106/2= 53 г/моль,Мэ Са(OН)2 – молярная масса эквивалента Са(ОН)2 = 74/2 = 37 г/мольПРИМЕР 2. Рассчитать, сколько и каких реагентов необходимо добавить в водусостава (ПРИМЕР 1) для полного умягчения без учета избытка 1л.(Состав примесей, мг/л: NaCl – 5,85; CaCl2 – 11,1; MgSO4 - 6; Ca(HCO3)2 - 81;Mg(HCO3)2 – 36,5).Жо = 1,8 ; Жк = 1,5; Жнк = 0,3 ммоль экв/л (расчет выше).РешениеПо закону эквивалентов количество извести Са(ОН)2 для снижения Жк равно 1,5 ммоль экв/лколичество соды Na2CО3 для снижения Жнк равно 0,3 ммоль экв/л:mСa(ОН)2 = 1,5.10-3.37 = 55,5.10-3г= 55,5 мг/лmNa2СО3 =0,3.10-3.53 = 15,9.10-3г = 15,9 мг/лТермический метод умягчения – снижение карбонатной жесткости принагревании.В общем виде реакция: Са(НСО3)2→ СаСО3 (тв)↓ + СО2 ↑+ Н2ОМеханизм:Углекислотное равновесие смещается вправо при нагревании:2НСО3- → CO32- + СО2 ↑+ Н2ОДостижение величины ПР СаСО3 , выпадение осадка:Са2+ + СО32- → СаСО3↓Методы ионного обмена:катионирование, анионирование, химическое обессоливание – удалениеионных примесей с помощью ионитов.Иониты (катиониты, аниониты) – твердые нерастворимые в водеполиэлектролиты, у которых ионы одного знака закреплены на твердойматрице, а ионы противоположного знака могут переходить в раствор.Природные иониты – глины, алюиосиликаты,Искусственные – ионообменные смолы.Катиониты - Na-катиониты, Н-катиониты – обратимы по катионам:Rn- nН+  Rn- + nН+ или Rn- nNa+  Rn- + nNa+КатионированиеУдаление катионов (Mg2+, Ca2+, Na+ и др.) на катионитах:2Rn- nН+ + nСа2+  R2 n- nСа2+ + 2nН+ ;2Rn- n Na+ + nМg2+  R2 n- nМg2+ + 2n Na+ .При Н –катионировании удаляются ионы жесткости Са2+ и Мg2+ и катионыдругих металлов,т.е.

происходит умягчение и снижается солесодержание воды.Но! уменьшается рН воды, она становится более коррозионно-агрессивной.При Na–катионировании удаляются ионы жесткости Са2+ и Мg2+ и катионыдругих металлов,т.е. происходит умягчение, но солесодержание воды не снижается.АнионированиеУдаление анионов(Cl-, SO42-, HCO3-, HSiO3-и др.) на анионитах( ОН-аниониты –обратимы по анионам Rn+nOH-↔ Rn++ nOH-):Rn+nOH- + nCl- ↔ Rn+nCl- + nOHRn+nOH- + nHSiO3- ↔ Rn+n HSiO3- + nOHИонный обмен - обратимый процесс → ионообменные фильтры можнорегенерировать.Для регенерации Н+–катионита применяют раствор серной кислоты;для регенерации Na+–катионита - раствор NaCl.Химическое обессоливаниеудаление солей из воды путем последовательного Н–катионирования иОН—анионированияПри последовательном Н+–катионировании и ОН—анионировании из водыудаляются и катионы, и анионы, в раствор переходят ионы Н+ и ОН-,которые нейтрализуются, образуя воду:ОН- + Н+ = Н2ОМожно обессолить до S= 0,05-0,1 мг/л(На АЭС – трехступенчатая схема, до ≈ полного обессоливания)Обменная емкость ионита , ммоль-экв/г - максимальное количествоммоль эквивалентов ионов, поглощаемое 1 г ионита.Обменную емкость катионита (для умягчения) определяют из соотношения: = Δ Жо .