Технологические решения, применяемые в ситеме умягчения воды

Какую воду относят к жесткой, и чем она опасна

Итак, жесткость воды определяется концентрацией в ней солей металлов щелочной группы – магния (в основном, сульфаты) и кальция (как правило – гидрокарбонаты).

По большому счету, жесткость также могут вызывать соли железа, стронция, марганца и даже алюминия, однако, на фоне первых двух металлов их влияние настолько незначительно, что ими, как правило, просто пренебрегают в расчетах.

Для определения уровня жесткости воды разработана специальная градация. В качестве единицы измерения может применяться миллиграмм на литр (мг/л), или специальная, приведенная величина – миллиграмм-эквивалент на литр (м-экв./л), которую, в соотвествии с действующей с 2005 года классификацией еще называют градусом жесткости (°Ж).

Мягкой считается вода с концентрацией солей менее 2 °Ж. Если этот показатель лежит в диапазоне 2 < °Ж < 10, воду относят к средней степени жесткости. А если концентрация превышает 10 °Ж – вода выраженно жесткая.

Провести анализ взятой из используемого источника пробы несложно – подобные лаборатории в обязательном порядке работают в любой организации водо- или теплоснабжения, санитарно–эпидемиологических службах.

Знать уровень жёсткости «своей» воды необходимо, это поможет определиться с выбором требуемого оборудования для ее умягчения.

Для тех, кто использует автономные глубинные источники, повышенная жесткость не должна стать «сюрпризом» – вода из глубоких скважин обычно жесткая – это правило без исключений.

Поверхностные источники имеют значительно меньший градус жесткости, и, кроме того, концентрация солей в них подвержена значительным сезонным колебаниям.

Так, в период затяжных дождей или массового схода снега она резко снижается, за счет разбавления водой, прошедшей своеобразную атмосферную дистилляцию.

Какие неприятные или даже опасные последствия таит постоянное применение воды повышенной жесткости?

Из самых очевидных – снижение вкусовых качеств питьевой воды, в напитках или приготовленных блюдах может появиться горьковатый привкус.
Используемая посуда (чайники, кастрюли и т.п.) быстро зарастают накипью.
В жесткой воде очень плохо растворяется мыло, стиральные порошки и другие моющие средства.

Соли кальция и магния, взаимодействуя с щелочной структурой, образуют труднорастворимые и плохо смываемые шлаки. Полбеды, если это относится к мытью посуды – ограничивается всего лишь некрасивыми разводами на поверхности. Гораздо хуже – при принятии водных гигиенических процедур.

Мыло, шампуни теряют свою эффективность и, кроме того, оставляют на теле своеобразную шлаковую пленку, которая ведет к просушиванию кожи, нарушению нормальности структуры волос, может вызвать аллергические реакции.

Резко снижается эффективность стирки, а ткани, регулярно стираемые в жесткой воде, теряют цвет, намного быстрее изнашиваются за счет повышения ломкости волокон под воздействием осаждаемых на них солей.
Серьезную угрозу жесткая вода несет для систем водопровода и отопления. Твердые осаждения на внутренних стенках труб сужают их просвет, уменьшают расчетную производительность магистралей, снижают теплообменные качества радиаторов.
Жесткая вода очень быстро выводит из строя бытовую технику.

Даже незначительный нарост на ТЭНах влечет резкое уменьшение их теплоотдачи – а это и перерасход электроэнергии, и выход нагревателей из строя.

Уплотнительные резиновые детали теряют свою эластичность, что приводит к протечкам.

Разрушительно действует жесткая вода и на целостность металлических емкостей приборов.

Что касается влияния жесткой воды на функционирование внутренних органов и систем человеческого организма, то в этом вопросе нет выраженного единства взглядов.

Во всяком случае, только перечисленных недостатков применения жесткой воды – вполне достаточно для того, чтобы задуматься о необходимости ее умягчения. В этих целях применяются различные подходы.

Терминология. Виды воды

Вода, применяемая в котлах, в зависимости от конкретного технологического участка, имеет различные названия, которые закрепляются в соответствующих нормативных документах. Среди них:

Сырая вода – ее получают из источника водоснабжения, то есть это жидкость без предварительной обработки.
Питательная вода – жидкость, которая находится на входе в котел, отвечает заданным химическим, температурным и прочим требованиям.
Добавочная вода – нужна для компенсации потерь, которые возникают в результате продувки котла, а также утечки пара, воды в тракте пароконденсатора.
Подпиточная вода – компенсирует потери, возникающие в результате утечек в теплосетях, теплопотребляющих установках.
Котловая вода – это та жидкость, которая циркулирует непосредственно внутри котла.
Прямая сетевая – вода напорного трубопровода.
Обратная сетевая – жидкость, находящаяся в теплосети на пути следования от потребителя и до сетевого насоса.

Основные источники сырой воды – это озера, реки, скважины (грунтовые, артезианские), водопроводы (поселковые, городские). Каждый источник характеризуется наличием тех или иных загрязнений, поэтому подбирать ВПУ нужно только после подробного анализа образцов. Проверки проводятся в специализированных аккредитованных лабораториях. Для анализа берутся пробы в разные времена года, поскольку состав воды зимой, летом и в межсезонье не стабилен.

Способы умягчения воды

Как правило, вода в системе центрального водоснабжения проходит предварительную очистку от солей, но практика показывает, что нужна дополнительная очистка и умягчение воды. Для смягчения воды можно использовать как химические, так и физические способы.

Схема очищения воды от жесткости через ионообменные смолы

Рассмотрим следующие виды:

Способ № 1 – заключается в кипячении воды, который является самым доступным способом. Но таким методом можно умягчать только природную воду, в которой после кипячения остается осадок (карбонат кальция). После удаления осадка вода мягкая и пригодна к употреблению.
- Плюс этого метода в его простоте,
- Минус заключается в том, что такую воду не зальешь в стиральную машину, а для обеспечения семьи мягкой водой понадобится много времени.
Способ № 2 — реагентный или химический способ, который заключается в использовании химических средств (ингибиторы накипи), связывающих ионы кальция и магния в нерастворимые комплексы.
- Минус метода – в его дороговизне, так как на 1 л воды добавляют 10 мл реагента, и кроме этого, страдает экология. Применяют преимущественно в промышленных целях.
- Плюс метода в том, что он удаляет накипь с труб и паровых котлов.
Способ № 3 — метод ионного обмена, который заключается в том, что жесткую воду пропускают через фильтр из ионообменной смолы. В этом случае происходит замена ионов жесткости кальция и магния на ионы натрия. Это наиболее распространенный и популярный метод, используемый в мире для умягчения воды.
- Минус способа в том, что приходится обогащать картридж ионами натрия, которые истощаются.
- Плюсом является отсутствие необходимости водоподготовки.
Способ № 4 – безреагентный способ умягчения воды с помощью электромагнитного поля, катализаторов, электромагнитного импульса, низковольтного тока.Под действием электромагнитного поля происходит кристаллизация ионов кальция и магния, изменяется структура воды и ускоряется коагуляция.
- Недостаток метода в том, что все соли остаются в воде, что требует дополнительного удаления.
- Использование катализаторов требует дополнительных затрат, так как они истираются, что требует их восполнения и загрузок.
- Использование электромагнитных импульсов и низковольтного тока не нашло широкого применения из-за дороговизны способа.
Способ № 5 – метод обратного осмоса, который заключается в том, что вода поступает в бак, разделенный обратноосмотической мембраной, где полностью удаляются соли из воды.
- Плюс метода в том, что удаляются все вредные вещества, бактерии и вирусы.
- Минус метода в том, что возникает проблема утилизации отходов и потеря большого количества воды при очистке.

Виды фильтрационных систем для очистки и смягчения

Для уменьшения концентрации солей жесткости используются давно известные и инновационные технологии.

Фильтры отличаются:

размерами,
стоимостью,
способами регенерации.

Ионообменники

Материалы представляют собой полимерные гранулы, насыщенные ионами натрия. При пропускании потока воды через колонку с ионообменными смолами происходит обмен катионами.

В результате образуются соли угольной кислоты с натриевыми катионами, хорошо растворимыми в воде.

После того, как возможности ионообменника исчерпываются его можно регенерировать насыщением специальным раствором. Процедуру восстановления повторяют несколько раз, затем смолу полностью заменяют на новую.

Справка. На сегодняшний день ионный обмен — один из самых бюджетных и эффективных методов умягчения воды.

Недостатки процесса заключаются в том, что резервуар со смолой занимает место.

Полученная вода насыщается ионами натрия, что следует учитывать в каждодневном рационе.

Мембраны

В современных фильтрах применяется мембранный переход чистой воды в отдельную зону благодаря обратному осмосу. Системы стоят дороже, чем агрегаты с ионообменными смолами, обеспечивают фильтрацию от всех соединений, в том числе солей жесткости.

Для получения продукта, пригодного для употребления дополнительно устанавливают минерализатор.

Магнит

Способ умягчения воды магнитным полем сейчас широко рекламируется. Однако, эффективность его относительна.

Под действием магнитного поля, поставляемого насадками или с помощью электричества, изменяется растворимость солей вообще, жесткости в частности

После обработки магнитом они не так быстро образуют осадок при нагревании воды, что важно для замкнутых контуров

Для остальных целей такая очистка мало эффективна, соли не удаляются, не преобразуются в другие безвредные соединения, а только немного медленнее оседают. Для удаления выпавшего осадка потребуются дополнительное фильтрование.

Полифосфатная обработка

Добавления полифосфата в жесткую воду при концентрации солей до 7 мг-экв./л приводит к увеличению их растворимости. Положительный эффект должен обеспечивать благополучную продолжительную работу водонагревательной техники.

На практике выясняется, что при протекании холодной воды из скважины достаточного умягчения не происходит.

Поэтому такой метод воздействия на жесткую воду не находит признания у владельцев загородных домов, о чем свидетельствуют многочисленные отзывы.

Типы ионной очистки

В плане оборудования нет принципиальных отличий, кроме требуемой производительности – сколько жидкости нужно умягчить. В этом разрезе применяют деление по размерам фильтрующей колонны и их количеству.

При 1-ступенчатой очистке используется 2 колонны, и при использовании натрий-катионирования общая жесткость воды может снизиться до 0,05–0,1 г-экв/м3.
При 2-ступенчатой очистке используется 4 колонны (2 большие и 2 малые), и при использовании натрий-катионирования общая жесткость воды может снизиться до 0,01 г-экв/м3.

Такие показатели при двухступенчатой очистке достигаются благодаря тому, что вода дважды проходит процедуру натрий-катионирования.

Так выглядит водоподготовка котельной с помощью ионного обмена

Опреснение высокоминерализованных вод

При помощи ионообменных технологий можно получать опреснённую и глубоко обессоленную воду. Сущность метода заключается в последовательном пропускании воды через H-катионитовый, а затем – анионитовый фильтр с загрузкой в форме OH–, СО₃2– или НСО₃–. Процессы, протекающие в H-катионитовом фильтре, описаны выше.

В OH-анионитовом фильтре анионы образовавшихся кислот обмениваются на OH–:

АnOH +НСl ⇌ АnСl + H₂O,2АnOH +H₂SO₄ ⇌ Аn2SO₄ +2H₂O.

В зависимости от требуемой степени обессоливания проектируются одно-, двух- или трёхступенчатые установки, причём для непрерывной работы в каждой группе должно быть не меньше двух взаимозаменяемых фильтров. Для регенерации анионитовых фильтров первой ступени применяют раствор кальцинированной соды с удельным расходом на 1 г-экв поглощённых анионов 100 г Na₂СО₃ с концентрацией порядка 4%. Фильтры первой ступени отмывают H-катионированной водой.

Для регенерации второй ступени применяют раствор едкого натра, приготовленный на H-катионированной воде.

Раствор едкого натра и промывка фильтров третьей ступени после регенерации производят обессоленной водой после анионных фильтров второй ступени. Удельный расход NaОH равен 2000г/г-экв поглощённой кремневой кислоты.

Общим недостатком умягчения и обессоливания воды при помощи ионообменных смол является большой объём сточных вод – порядка 15–20% производительности установки, – так как после регенерации ионитов необходима тщательная их отмывка от следов регенерирующих растворов.

Для экономии при регенерации используют отходящие промывные воды одних фильтров для промывки других ступеней умягчения и обессоливания воды. Для опреснения исходной воды с содержанием растворенных солей 1,5–2,5 г/дм3 требуется сравнительно высокий расход реагентов, поэтому метод приемлем, когда себестоимость воды не играет особой роли.

Ионообменный способ опреснения и умягчения воды имеет и ряд достоинств – простота стандартного оборудования, относительно малый расход электроэнергии, отработанные схемы и технологии ведения процесса обессоливания практически любых необходимых объёмов воды, большой выбор видов ионообменных смол с необходимыми свойствами для конкретных технологических целей и свойств фильтрата.

Просмотрено: 15 368

Методы предотвращения коррозии:

5.1 Ингибиторы коррозии.

Действие ингибиторов основано на торможении анодного и катодного электрохимических процессов или обоих одновременно. Все ингибиторы образуют на поверхности металла нерастворимую защитную пленку. В качестве ингибиторов коррозии используется большое количество соединений: фосфаты, жидкое стекло, нитрит натрия, многокомпонентные ингибиторы, органические ингибиторы и т.д.

5.2 Защитные покрытия из коррозионно-устойчивых материалов.

В отличие от ингибиторов, которые приходится вводить непрерывно, защитные покрытия наносятся один раз в несколько лет и надежно защищают металл. Защитные покрытия делятся на две основные группы: лакокрасочные и металлические.

5.3 Химическое обескислороживание воды.

Этот метод более приемлем в закрытых системах оборотной воды. Химическое обескислороживание воды реагентным способом основано на связывании растворенного в ней кислорода веществами способными вступать с ним в интенсивное химическое взаимодействие в условиях водного раствора. К числу таких веществ относятся сульфит натрия и гидразин.

Растворенные в воде соли оказывают двоякое влияние на процесс коррозии стали: с одной стороны, повышение концентрации солей способствует интенсификации электрохимической коррозии вследствие повышения электропроводности воды, а с другой стороны, снижает растворимость кислорода и приводит к уменьшению коррозионной активности воды.

Таким образом, подготовка воды для энергетических объектов является сложной и многофункциональной задачей. Выбор технологии подготовки воды зависит от многих факторов: характеристики самого объекта (открытая система, имеющая в своем составе градирню, и закрытая система), состава воды, температурного режима и т.д.

Нашими специалистами подбирается оптимальная технология подготовки воды, которая обеспечивается необходимым технологическим оборудованием и средствами контроля тех. процессов.

Что такое мягкая вода и зачем ее нужно cмягчать?

Мягкая вода – это вода с небольшим содержанием солей, использование которой имеет следующие преимущества:

Экономия моющих средств в 2 раза. Мягкая вода способствует хорошему пенообразованию при стирке и мытье посуды.
Устранение «мыльных шлаков» с посуды, тела, волос, образующихся при контакте жесткой воды с моющими средствами, и плохо смываются.
Предотвращение появления накипи при нагревании электроприборов и увеличение срока их службы.
Увеличение срока службы систем отопления и сокращение затрат на электроэнергию при работе отопительных систем.
Улучшение вкусовых свойств питьевой воды.
Профилактика сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваний.

2.2 Умягчение воды методом ионного обмена

Метод ионного обмена для умягчения воды – наиболее эффективен и широко применяется в промышленных масштабах, поскольку позволяет фильтровать значительное количество воды за короткие сроки. Основные показания для применения метода ионного обмена:

– содержание минеральных солей составляет 100-200 мг/л,

– высокий уровень жесткости.

Суть ионного обмена основана на свойстве ионообменных веществ или ионитов заменять положительные или отрицательные ионы в воде на соответствующее число ионов ионита. Бывает анионный и катионный обмен, а иониты соответственно могут быть анионами и катионами.

Иониты представляют собой неорганические либо высокомолекулярные органические соединения, труднорастворимые в воде, в составе которых присутствует подвижный катион или анион. Катионы поглощают положительные ионы солей, а анионы – отрицательные. Количество содержащихся в ионите противоинов определяет его емкость (чем значение емкости больше, тем выше эффективность умягчения).

Рис. 2 – Технологическая схема установки умягчения воды

В промышленности в качестве ионитов используют синтетические ионообменные смолы, а также сульфированные угли.

Процесс умягчения воды в установке с последовательным катионированием и анионированием: вода, проходя через гранулы катионитового фильтра избавляется от ионов магния и кальция, после чего поступает в анионитовый фильтр и освобождается от анионов. Затем с помощью дегазатора из воды удаляются диоксид углерода и кислород. Далее очищенная вода направляется потребителям.

Поскольку реакции ионного обмена обратимы, возможно осуществлять регенерацию отработанной смолы путем обработки соответствующими кислотными или щелочными растворами.

Преимущества технологии ионного обмена:

– максимально высокий уровень очистки и умягчения воды по сравнению с любыми другими методами,

– универсальность – может применяться как для подготовки питьевой воды в небольших масштабах, так и для очистки сточных вод в промышленных условиях,

– снижает концентрацию не только солей магния и кальция, но и других элементов, отрицательно влияющих на качество воды и имеющих способность к ионному обмену,

– легкость использования, так как фильтрующая установка не включает в себя сложные устройства, и эксплуатация сводится к простой регулярной замене картриджей, содержащих ионообменную смолу.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

– использованные реагенты требуют утилизации,

– регулярные расходы на регенерацию ионообменной смолы (для средних показателей жесткости воды, это необходимо осуществлять каждые три месяца) и замену после полной выработки,

– маленькая скорость умягчения воды, так как ионообменный материал отличается низким показателем гидрофильности, и медленно обменивается ионами.

Тем не менее, все вышеперечисленные минусы практически сводятся к минимуму, благодаря современным разработкам фильтров, которые позволяют снижать расходование реагентов, а использование катализаторов значительно ускоряет процесс умягчения.

Конструкционно ионообменные фильтры на сегодняшний день производятся двух типов:

– стационарные фильтры относительно компактных размеров, укомплектованные сменным картриджем,

– крупногабаритные ионообменные колонны, включаемые в водопроводную схему, и обладающие автоматизированной регенерацией наполнителя.

Ионообменные колонны состоят из следующих комплектующих:

– герметичная рабочая емкость, наполненная ионообменной смолой, в виде баллона или бака.

– клапан для управления подачей воды, оснащенный электронным процессором,

– резервуар для восстанавливающего реагента.

Фильтрующие установки для применения в бытовых нуждах и в промышленных областях одинаковы по устройству и принципу работы и отличаются только габаритами рабочей емкости, а также составом применяемых реагентов.

Основные ошибки водоподготовки

Рассмотрим типичные ошибки подготовки воды для котельных:

неэффективность системы предварительной очистки или ее полное отсутствие;
неправильный расчет установок деминерализации/умягчения (он должен производиться в индивидуальном порядке);
отсутствие или некорректная отладка деаэраторов;
плохая коррекционная обработка жидкости.

Дело в том, что главными источниками воды для котельных станций являются скважины, водоемы и городские водопроводы. Та же водопроводная вода поступает на установку неподготовленной. Если она хлорированная, дехлорирование обязательно, поскольку хлор разрушает мембраны обратного осмоса и аниониты (составляющие части ряда станций водоподготовки). В воде, которую получают из грунтовых источников, много железа, которое вызывает преждевременную коррозию труб, способствует зарастанию мембран характерным осадком и, соответственно, появлению потребности в проведении частых кислотных промывок (а они уменьшают срок службы мембран). Взвеси и органика – главные причины образования отложений на поверхностях нагрева, в трубах, коррозии. Также органические вещества вызывают обрастание мембран обратного осмоса, деградацию и уменьшают обменную емкость аонитов.