Choisissez la bonne combinaison de procédés pour l'adoucissement de l'eau. Adoucissement de l'eau

Adoucissement de l'eau- le processus d'abaissement de la rigidité. La dureté de l'eau est due à la présence de sels de calcium et de magnésium. Pour réduire la dureté de l'eau, les méthodes suivantes sont utilisées: réactif; cationique; électrodialyse; technologies membranaires.

Méthodes d'adoucissement des réactifs sont basées sur la conversion des ions calcium et magnésium en composés peu solubles et facilement éliminables à l'aide substances chimiques. Parmi les méthodes d'adoucissement par réactif, la plus courante est la méthode chaux-soude. Son essence réside dans la conversion des sels de Ca 2+ et Mg 2+ en composés CaCO 3 et Mg (OH) 2 peu solubles qui précipitent. Avec la méthode chaux-soude, le procédé se déroule en deux étapes. Dans un premier temps, les impuretés organiques et une partie importante de la dureté carbonatée sont éliminées de l'eau à l'aide de sels d'aluminium ou de fer avec de la chaux. Après cela, la soude est introduite. Un adoucissement plus profond de l'eau peut être obtenu en la chauffant.

La méthode sodo-sodique est utilisée pour adoucir l'eau dont la dureté carbonatée est légèrement supérieure à celle non carbonatée.

La méthode d'adoucissement de l'eau au baryum est utilisée en combinaison avec d'autres méthodes. Tout d'abord, des réactifs contenant du baryum (Ba (OH) 2, BaCO 3, BaAl 2 O 4) sont introduits pour éliminer la dureté du sulfate, puis après clarification, l'eau est traitée avec de la chaux et de la soude pour un adoucissement supplémentaire. En raison du coût élevé des réactifs, cette méthode est rarement utilisée.

La phosphatation est utilisée pour adoucir l'eau après adoucissement réactif par la méthode chaux-soude, ce qui permet d'obtenir une dureté résiduelle de 0,02 à 0,03 mg-eq/l. Un tel post-traitement profond permet dans certains cas de ne pas recourir à l'adoucissement cationique. L'adoucissement au phosphate est généralement effectué lorsque l'eau est chauffée à 105–150 ◦ C. En raison du coût élevé du phosphate trisodique, la méthode au phosphate est utilisée pour adoucir l'eau préalablement adoucie avec de la chaux et de la soude.

Méthode cationique repose sur la capacité des matériaux échangeurs d'ions à échanger les cations calcium et magnésium présents dans l'eau contre des cations sodium ou hydrogène échangeables. Comme échangeurs de cations, on utilise des échangeurs de cations organiques d'origine artificielle. La méthode cationite vous permet d'obtenir un adoucissement profond de l'eau.

La méthode N-cationite est utilisée pour adoucir l'eau dont la teneur en matières en suspension ne dépasse pas 8 mg / l et la couleur ne dépasse pas 30 degrés. La dureté de l'eau diminue avec la cationisation Na en une étape à 0,05 ....1, avec deux étapes - jusqu'à 0,01 mg - équiv / l. Le processus de Na-cationisation est décrit par les réactions d'échange suivantes :

2Na[K] + Ca(HCO 3 ) ↔ Ca[K] + 2NaHCO 3 ,

où [K] est la matrice polymère insoluble.

Après l'épuisement de la capacité d'échange de travail de l'échangeur de cations, celui-ci perd sa capacité à adoucir l'eau et doit être régénéré. Le procédé d'adoucissement de l'eau sur filtres cationites consiste en les opérations successives suivantes : filtration de l'eau à travers une couche de cationite jusqu'à atteindre la dureté maximale admissible dans le filtrat ; décollement de la couche de résine échangeuse de cations avec un flux ascendant d'eau adoucie; descente du coussin d'eau pour éviter la dilution de la solution régénérante ; régénération de l'échangeur de cations en filtrant la solution appropriée ; laver l'échangeur de cations avec de l'eau non adoucie.

Le plus grand utilisation pratique trouvé une combinaison de processus

H - Na - cationisation, à la suite de laquelle l'alcalinité ou l'acidité requise de l'eau peut être atteinte. Le procédé de cationisation H-Na peut être réalisé selon les schémas suivants : cationisation H-Na parallèle, cationisation H-Na séquentielle et cationisation H-Na conjointe.

L'électrodialyse est une méthode de séparation de solutés dont les poids moléculaires diffèrent considérablement. Il est basé sur différentes vitesses de diffusion de ces substances à travers une membrane semi-perméable séparant les solutions concentrées et diluées. La dialyse est effectuée dans des dispositifs à membrane avec des membranes en film de nitro et d'acétate de cellulose.

Dessalement et dessalement de l'eau. Les méthodes existantes de dessalement et de dessalement de l'eau sont divisées en deux groupes: avec et sans changement de l'état global de l'eau. Le premier groupe de méthodes comprend la distillation, la congélation, la méthode des hydrates de gaz ; au deuxième groupe - échange d'ions, électrodialyse, osmose inverse, hyperfiltration.

méthode de distillation Il est basé sur la capacité de l'eau à s'évaporer lorsqu'elle est chauffée et à se décomposer en vapeur fraîche et en saumure salée. Lorsque l'eau salée est chauffée à une température supérieure au point d'ébullition, l'eau commence à bouillir. La vapeur résultante à une pression inférieure à 50 kg / cm 2 n'est pratiquement pas capable de dissoudre les sels contenus dans l'eau dessalée, par conséquent, lorsqu'elle se condense, de l'eau douce est obtenue.

Méthode d'échange d'ions le dessalement et le dessalement reposent sur une filtration successive de l'eau à travers des filtres échangeurs de cations H et échangeurs d'anions OH. L'eau contenant du NaCl est dessalée selon les schémas suivants :

H[K] + NaCl ↔ Na[K] + HCl.

OH[A] + HCl ↔ Cl[A] + H2O

Les installations d'échange d'ions sont alimentées en eau contenant des sels jusqu'à 3,0 g/l, des sulfates et des chlorures - jusqu'à 5 mg/l, des solides en suspension - pas plus de 8 mg/l et ayant une couleur ne dépassant pas 30 degrés et une oxydabilité au permanganate jusqu'à 7 mgO 2 / l.

Conformément à la profondeur requise de dessalement de l'eau, des installations à une, deux et trois étapes sont utilisées.

Dans les installations d'échange d'ions à un étage, l'eau passe séquentiellement à travers un groupe de filtres avec un échangeur de cations H fortement acide, puis à travers un groupe de filtres avec un échangeur d'anions faiblement basique : le dioxyde de carbone libre est éliminé dans un dégazeur, qui est installé après les filtres échangeurs de cations ou d'échange d'anions. Chaque groupe doit avoir au moins deux filtres.

Les usines d'échange d'ions avec un schéma de dessalement de l'eau en deux étapes se composent de filtres à cationite H et à échange d'anions de la première étape (avec un échangeur d'anions faiblement basique) d'un dégazeur pour éliminer le dioxyde de carbone libre, les cations H et l'échange d'anions filtres du deuxième étage (avec un échangeur d'anions fortement basique). Les filtres échangeurs d'anions du premier étage piègent les anions d'acides forts, le deuxième étage - les anions d'acides faibles (acides organiques et acide silicique).

Dans les installations à trois étages, le troisième étage utilise un filtre avec une charge mixte de résine échangeuse de cations et d'anions ou des filtres échangeurs de cations H du troisième étage et après eux des filtres échangeurs d'anions du troisième étage avec une résine échangeuse d'anions fortement basique .

Électrodialyse Le processus d'élimination des ions solutés d'une solution en les transférant sélectivement à travers des membranes sélectives pour ces ions dans un champ de courant électrique continu est appelé.

Lors de l'application d'une permanente champ électrique sur une solution de substances ionisées (électrolytes), il y a un mouvement dirigé d'ions de sels dissous, ainsi que d'ions H + et OH -. De plus, les cations se déplacent vers la cathode et les anions vers l'anode. Si la solution est divisée en sections à l'aide de membranes spéciales perméables uniquement aux cations ou uniquement aux anions, les cations, se déplaçant vers la cathode, traverseront librement la membrane échangeuse de cations. Pour les anions, il est pratiquement impénétrable. Les anions, ayant traversé la membrane échangeuse d'anions, se déplaceront vers l'anode. Ainsi, la solution sera divisée en eau déminéralisée située entre les membranes et en saumures concentrées - catholyte alcalin et anolyte acide.

À l'heure actuelle, des appareils à échelle plate à plusieurs chambres sont utilisés pour le dessalement de l'eau.

La portée de l'électrodialyse est limitée par la teneur en sel des solutions de 0,5 à 10 g / l, car à des concentrations plus faibles, la conductivité des solutions diminue et l'efficacité de l'utilisation de l'électricité diminue, et à des concentrations élevées, le processus devient économiquement non rentable en raison d'un augmentation significative des coûts énergétiques, puisque l'électricité consommée est proportionnelle à la quantité d'énergie prélevée.

Désalinisation de l'eau hyperfiltration Il consiste à filtrer l'eau salée à travers des membranes semi-perméables spéciales qui laissent passer l'eau, mais retiennent les ions des sels qui y sont dissous. Dans ce cas, il est nécessaire de créer une surpression pour filtrer l'eau à travers la membrane.

Déferrisation de l'eau. Dans les eaux naturelles, notamment dans les eaux de sources souterraines, le fer se trouve en grande quantité sous forme dissoute et souvent le manganèse. Taux de contenu en boire de l'eau pour le fer selon SanPiN 2.1.4.1074 - 01 est de 0,3 mg/l et de 0,1 mg/l pour le manganèse.

Le fer se trouve dans l'eau sous forme de :

Fer ferreux - sous forme d'ions Fe 2+ dissous;

trivalent;

Fer organique (sous forme de complexes solubles avec des acides organiques naturels (humates));

Le fer bactérien est un déchet des bactéries ferreuses (le fer se trouve dans la coquille).

Dans les eaux souterraines, il y a principalement du fer divalent dissous sous forme d'ions Fe 2+. Le fer ferrique apparaît après le contact de cette eau avec l'air et dans les systèmes de distribution d'eau usés lorsque l'eau entre en contact avec la surface des tuyaux.

Dans les eaux de surface, le fer est à l'état trivalent et fait également partie des complexes organiques et des bactéries du fer. Si seul le fer trivalent est présent dans l'eau sous forme de suspension, une simple décantation ou filtration suffit.

Pour éliminer le fer ferreux et le manganèse, ils sont d'abord convertis en une forme insoluble, oxydés avec de l'oxygène atmosphérique, du chlore, de l'ozone ou du permanganate de potassium, puis filtrés à travers un filtre mécanique avec du sable, de l'anthracite ou du gravier. Le processus d'oxydation et de formation de flocons est assez long.

2 Fe 2+ + O 2 + 2H + \u003d 2 Fe 3+ + 2OH -

Fe 3+ + OH -= Fe (OH) 3 ↓.

Les produits fondamentalement nouveaux qui sont apparus récemment sont les charges catalytiques, qui permettent d'effectuer la déferrisation et la démanganisation avec une grande efficacité. Ces charges comprennent Birm, pyrolusite, magnétite, manganèse Greensand (MZ-10) et MTM. Celles-ci matériaux naturels contiennent du permanganate de manganèse et une filtration des PM à travers ces charges, l'oxydation du fer et du manganèse se produit, les transformant en hydroxyde insoluble, qui se dépose sur la charge. Le film d'oxydes de manganèse est consommé pour l'oxydation du fer et du manganèse, il doit donc être restauré. Pour ce faire, la charge est périodiquement traitée avec une solution de permanganate de potassium ou dosée dans l'eau à l'aide d'un système de dosage proportionnel avant son entrée dans le filtre.

Fluoration et défluoration de l'eau. Le manque de fluor dans l'eau, ainsi que son excès, a impact négatif sur la santé humaine. La teneur optimale en fluor dans l'eau est de 0,7 à 1,5 mg/l.

La défluoration de l'eau est réalisée en utilisant les méthodes suivantes : réactif, filtration à travers des matériaux sélectifs pour le fluor, qui comprennent : l'alumine activée ; absorbants contenant du phosphate; absorbants de magnésie (oxyfluorures de magnésium); charbons actifs; matériaux modifiés à l'aluminium.

Dans la méthode réactive de défluoration de l'eau, les réactifs suivants sont utilisés: sulfate d'aluminium, polyoxychlorures d'aluminium.

Désodorisation de l'eau. Les odeurs et les goûts de l'eau sont dus à la présence de micro-organismes, de certaines substances inorganiques (sulfure d'hydrogène et fer) et organiques. Parfois, les propriétés organoleptiques de l'eau se détériorent en raison d'un surdosage de réactifs ou d'un mauvais fonctionnement des installations de traitement de l'eau. Il n'existe pas de méthodes universelles de désodorisation, mais l'utilisation de certaines d'entre elles en combinaison fournit le degré de purification requis. Si les substances qui causent des goûts et des odeurs désagréables sont dans un état en suspension et colloïdal, alors bons résultats leur donne la coagulation. Goûts et odeurs dus à matière organique, qui sont à l'état dissous, sont extraits par dégazage, déferrisation, dessalage. Les odeurs et les goûts causés par les substances organiques sont très persistants. Ils sont extraits par oxydation et sorption. Pour éliminer les odeurs et les goûts causés par les micro-organismes dans l'eau, on utilise l'oxydation, suivie de la sorption des substances. Les odeurs et les goûts de l'eau naturelle peuvent être éliminés avec la chloration ou l'ozonation, ainsi que l'oxydation avec du permanganate de potassium. L'action des agents oxydants n'est efficace que sur un nombre limité de contaminants. L'inconvénient de la méthode oxydante est la nécessité de doser l'agent oxydant.

Traitement de l'eau dans les systèmes de refroidissement à circulation. Systèmes tournants entreprises industrielles fourni avec de l'eau de refroidissement, qui est pompée à partir d'un refroidisseur artificiel, où l'eau dégage de la chaleur dans l'air. Dans les systèmes à circulation, l'eau est refroidie dans des tours de refroidissement, des bassins de pulvérisation, des bassins de refroidissement.

L'eau circulant dans le système de refroidissement à circulation est soumise à des influences physiques et chimiques: évaporation, chauffage, refroidissement, aération, contact répété avec la surface refroidie, à la suite de quoi sa composition change. Le fonctionnement normal des systèmes de circulation est notamment souvent perturbé par l'apparition de tartre, d'encrassement biologique et de corrosion sur les parois des échangeurs de chaleur. éléments métalliques systèmes. Les dépôts sur les parois des appareils et des tuyaux entraînent également une augmentation des pertes de charge lorsque l'eau les traverse, une détérioration des conditions de transfert de chaleur et une diminution de la consommation d'eau de refroidissement, ce qui entraîne une diminution de l'effet de refroidissement, une violation des modes technologiques fonctionnement des échangeurs de chaleur. Les pertes d'eau dues à l'évaporation et aux éclaboussures sont compensées par de l'eau supplémentaire provenant de la source.

La perte d'eau pour l'évaporation Q 1 est déterminée par la formule :

Q 1 \u003d k 1 ∆tQ o,

où k 1 est un coefficient dépendant de la température de l'air ; ∆t est la différence de température avant et après refroidissement ; Q o - consommation d'eau refroidie, m 3 / h.

La perte d'eau du système aux éclaboussures Q 2 dépend du type, de la conception et des dimensions du refroidisseur et est déterminée par la formule :

où k 2 est le coefficient de perte d'eau due à la pulvérisation.

La nécessité d'un traitement de l'eau de refroidissement pour lutter contre les dépôts de tartre apparaît dans les systèmes de recyclage de l'eau. Le principal composé entrant dans la composition du tartre des systèmes de refroidissement est le carbonate de calcium CaCO 3 . Pour éviter la formation de carbonate de calcium, les méthodes de traitement de l'eau suivantes sont utilisées :

1. Rafraîchissement de l'eau en circulation, c'est-à-dire ajout continu d'eau douce avec une dureté carbonatée plus faible dans le système et évacuation (purge) d'une partie des eaux usées.

2. L'introduction de phosphates dans l'eau d'appoint, qui inhibent la cristallisation du CaCO 3 .

3. Acidification de l'eau. Dans ce cas, la dureté carbonatée de l'eau douce se transforme en non-carbonate dont les sels ne précipitent pas, ce qui entraîne une diminution du pH et une augmentation de la concentration en dioxyde de carbone libre CO 2 .

4. Adoucissement de l'eau afin de réduire la teneur en ions Ca 2+ et Mg 2+ qui sont éliminés de l'eau sous forme de sels insolubles par décantation lors du chaulage ou suite à une cationisation.

5. Re-carbonisation de l'eau en circulation - compensation des pertes de dioxyde de carbone à l'équilibre.

6. Traitement acoustique magnétique de l'eau.

Pour lutter contre le développement de l'encrassement biologique des circuits circulants, le traitement de l'eau au chlore et au sulfate de cuivre est le plus largement utilisé.

Les systèmes de refroidissement des échangeurs de chaleur sont soumis à des processus de corrosion électrochimiques et biologiques. La prévention de l'action corrosive de l'eau peut être obtenue de l'une des manières suivantes :

1. Application de revêtements protecteurs sur des surfaces métalliques lavées à l'eau.

2. Élimination des agents de corrélation (oxygène, sulfure d'hydrogène, dioxyde de carbone libre) de l'eau.

3. Application d'un film de carbonate, de silicate ou de phosphate sur les surfaces intérieures des tuyaux.

» et passer à autre chose, il reste à s'occuper de la seule et unique méthode restante d'adoucissement de l'eau en tant que telle. On l'appelle " adoucisseur d'eau thermique". Naturellement, d'autres technologies resteront, par exemple, la technologie osmose inverse ou la nanofiltration, qui fonctionne également avec la dureté de l'eau. Mais c'est sur les méthodes spécifiques de traitement de l'eau dure que nous terminerons la sous-section.

La méthode thermique d'adoucissement de l'eau est une méthode dans laquelle l'eau est retirée de l'eau. dureté temporaire(plus d'informations sur la dureté temporaire - dans les articles "Eau dure" et "") en chauffant l'eau. Autrement dit, pour l'adoucissement, on utilise exactement les processus qui conduisent à la formation de tartre dans des conditions normales. En d'autres termes, la formation de tartre est ici un phénomène souhaitable.

En fait, vous utilisez la méthode thermique d'adoucissement de l'eau presque depuis l'enfance - juste à partir de l'âge où vous avez appris à mettre le feu à la bouilloire. En d'autres termes, lorsque vous faites bouillir de l'eau dans une bouilloire, vous faites précipiter une partie des sels de dureté sous forme de tartre sur la bouilloire. En conséquence, vous buvez du thé avec une eau plus douce que celle du robinet.

En conséquence, la question peut se poser: "Combien de temps faut-il pour faire bouillir de l'eau pour atteindre le niveau de douceur de l'eau souhaité?" Pour y répondre, il faut réfléchir un peu.

Ainsi, la solubilité des sels de dureté diminue avec l'augmentation de la température. En conséquence, plus la température est élevée, plus ils précipiteront rapidement. Et plus le traitement est long, plus l'adoucissement thermique de l'eau sera complet. Les sels de dureté précipitent lorsqu'ils sont chauffés selon la réaction (par exemple, le bicarbonate de calcium):

Du point de vue de l'équilibre chimique, plus le dioxyde de carbone s'échappe rapidement, plus les sels de dureté précipiteront rapidement. C'est-à-dire, le premier conseil pratique:

Avec la méthode thermique d'adoucissement de l'eau, ne fermez pas complètement le couvercle de la bouilloire (casserole) afin que le dioxyde de carbone puisse s'échapper librement.

En conséquence, si vous laissez le couvercle fermé, le dioxyde de carbone ne peut pas s'échapper librement et ralentit le taux de précipitation de la dureté. D'autre part, un récipient complètement ouvert lorsqu'il est bouilli provoquera une évaporation rapide de l'eau, ce qui n'est pas très bon, car cela augmente la teneur totale en sel et le goût de l'eau se détériore.

Ainsi, vous devez trouver la position optimale du couvercle sur la bouilloire pour votre propre eau dure.

De plus, la deuxième conséquence de la réaction de précipitation thermique des sels de dureté du point de vue de l'équilibre chimique - que plus de sel dureté (c'est-à-dire plus la dureté de l'eau est élevée), plus les précipitations se produiront rapidement. Donc la conclusion pratique est :

si votre eau a une dureté inférieure à 4 mEq/l (4 mmol/l), alors cela ne vaut pas la peine d'adoucir thermiquement cette eau.

En effet, la précipitation des sels de dureté se produira trop lentement et trop d'eau s'évapore, ce qui peut entraîner une détérioration de son goût (que chaque personne détermine pour elle-même, car il n'y a pas d'ami pour le goût et la couleur).

Bien sûr, nous avons promis d'appeler heure exacte, pour lequel tous les sels de dureté précipiteront. Malheureusement, il est impossible d'appeler cette heure si simplement, car il est très difficile de prendre en compte tous les paramètres - la température de l'eau et la dureté de l'eau, le degré d'ouverture du couvercle et la quantité de l'eau. gaz carbonique etc.

Soit dit en passant, en plus de ces paramètres chimiques, un autre est important - superficie.

Ainsi, plus la surface sur laquelle le tartre peut se former est grande, plus l'adoucissement thermique de l'eau sera complet.

Et, si vous utilisez une bouilloire et que la surface de ses parois et de son fond en contact avec l'eau est de 30 centimètres carrés, vous obtiendrez le ramollissement minimum possible dans d'autres conditions. Mais si vous doublez la surface en contact avec l'eau, l'efficacité de l'adoucissement de l'eau et, par conséquent, le temps de traitement, augmenteront à peu près de la même manière.

Vous devez également tenir compte du fait que si vous venez de commencer à adoucir thermiquement l'eau dans une nouvelle bouilloire, alors en raison du fait qu'il est moins "pratique" que les sels de dureté se cristallisent sur une surface lisse, alors au début l'adoucissement ne se produira pas comme efficacement que plus tard, lorsque sur les murs se forme bonne coucheéchelle.

On peut donner un temps approximatif d'adoucissement thermique de l'eau pour une dureté de l'ordre de 7 meq/l. Ce temps est de 2-3 minutes (hors surface supplémentaire et avec une épaisse couche de tartre).

En conséquence, la question devrait se poser: "Comment pouvez-vous déterminer indépendamment la quantité d'eau qui doit être bouillie pour l'adoucir?" La réponse à cette question est simple:

pour déterminer la durée d'adoucissement thermique de l'eau, une expérience doit être réalisée.

L'expérience consistera dans le fait que vous ferez bouillir le même volume d'eau (par exemple, un verre) temps différent(dans une bouilloire avec approximativement la même couche de tartre et la même surface). Et évaluez le goût de l'eau bouillie et réfrigérée qui en résulte. Refroidir l'eau jusqu'à température ambiante avant l'échantillonnage est nécessaire, car le goût eau chaude une personne reconnaît très mal.

Vous devez également tenir compte du fait que l'eau qui a bouilli pendant un certain temps, qui a ensuite été versée dans des réservoirs de refroidissement, doit être fermée ! Sinon, l'oxygène se dissoudra dans l'eau, ce qui changera le goût de l'eau - vous sentirez le goût de l'oxygène (doux) et non de l'eau douce.

Lors de la dégustation, vous devez avoir un verre de contrôle - avec l'eau d'origine non bouillie. Il n'est pas nécessaire d'avaler de l'eau, il suffit de la tenir dans la bouche puis de la recracher. Après chaque test d'eau, rincez-vous la bouche avec de l'eau d'origine, non adoucie thermiquement. Notez vos sentiments - la différence peut être si subtile qu'elle sera perdue après plusieurs répétitions.

Par exemple, la procédure de dégustation de l'eau après adoucissement thermique pour déterminer le temps d'exposition optimal est la suivante :

1. Goûtez l'eau d'un verre et enregistrez le score de goût pour ce verre.
2. Rincez-vous la bouche avec de l'eau originale non adoucie thermiquement.
3. Goûtez le deuxième verre et notez les points de goût pour celui-ci.
4. Rincez-vous la bouche avec de l'eau non adoucie

Et ainsi de suite, en faisant au moins trois répétitions. En conséquence, chaque échantillon ramolli aura au moins trois notes. La valeur moyenne s'affiche et le temps optimal est sélectionné !

La détermination du temps d'adoucissement thermique de l'eau peut être rendue plus précise. Pour ce faire, vous avez besoin d'un appareil - un compteur TDS ou un compteur de sel. Cet appareil mesure la teneur totale en sel de l'eau (y compris les sels de dureté). En conséquence, si après la méthode thermique d'adoucissement de l'eau, les sels de dureté précipitent partiellement, l'appareil affichera une diminution de la teneur totale en sel.

De plus, comme l'appareil ne mesure pas la dureté de l'eau, mais plutôt la teneur totale en sel, il est possible de déterminer le moment où l'ébullition supprime quelque peu la dureté temporaire de l'eau, mais augmente plutôt la teneur totale en sel due à l'évaporation de l'eau.

Naturellement, il est préférable de vérifier les lectures de l'appareil pour le goût - sinon vous ne savez jamais ce qu'il affiche 🙂

Lors de l'achat d'un compteur de solution saline, vous devez acheter un appareil avec un compensateur de température. Sinon, dans une eau de températures différentes, mais de même teneur en sel, cela donnera significations différentes. Eh bien, en général, un compteur de sel est un appareil utile, il peut déterminer non seulement l'efficacité de l'adoucissement thermique de l'eau, mais également l'efficacité du travail pour l'eau en général.

Au fait, une remarque importante : si vous utilisez un filtre pour boire avec Résine échangeuse d'ions ou un filtre utilisant la technologie de nanofiltration ou d'osmose inverse, ou un distillateur ou un autre filtre qui réduit considérablement la teneur totale en sel ou la dureté de l'eau, alors il n'y a pas besoin d'une méthode d'adoucissement thermique de l'eau.

Ainsi, la méthode thermique d'adoucissement de l'eau est accessible à tous - il ne reste plus qu'à choisir la durée optimale d'adoucissement.

Schémas technologiques et éléments structurels des usines d'adoucissement chimique de l'eau

Méthode thermochimique d'adoucissement de l'eau

Adoucissement de l'eau par dialyse

Traitement magnétique de l'eau

Littérature

Fondements théoriques de l'adoucissement de l'eau, classification des méthodes

L'adoucissement de l'eau fait référence au processus d'élimination des cations de dureté, c'est-à-dire calcium et magnésium. Conformément à GOST 2874-82 "Eau potable", la dureté de l'eau ne doit pas dépasser 7 mg-eq / l. Types séparés fabrication à eau de process exiger son adoucissement profond, c'est-à-dire jusqu'à 0,05.0.01 mg-éq/l. Les sources d'eau couramment utilisées ont une dureté qui répond aux normes de l'eau domestique et potable et n'ont pas besoin d'être adoucies. L'adoucissement de l'eau s'effectue principalement lors de sa préparation à des fins techniques. Ainsi, la dureté de l'eau d'alimentation des chaudières à tambour ne doit pas dépasser 0,005 mg-eq/l. L'adoucissement de l'eau est réalisé par des méthodes: thermiques, basées sur le chauffage de l'eau, sa distillation ou sa congélation; réactif, dans lequel les ions de l'eau Californie ( II ) et mg ( II ) se lient avec divers réactifs en composés pratiquement insolubles ; échange d'ions, basé sur la filtration de l'eau adoucie à travers des matériaux spéciaux qui échangent les ions inclus dans leur composition N / A ( I) ou H (1) en ions Ca (II) et mg ( II ) contenue dans l'eau de dialyse ; combiné, ce qui est diverses combinaisons les méthodes listées.

Le choix de la méthode d'adoucissement de l'eau est déterminé par sa qualité, la profondeur d'adoucissement requise et des considérations techniques et économiques. Conformément aux recommandations du SNiP lors de l'adoucissement des eaux souterraines, des méthodes d'échange d'ions doivent être utilisées; lors de l'adoucissement de l'eau de surface, lorsque la clarification de l'eau est également requise, la méthode à la chaux ou à la chaux-soude est utilisée, et lorsque l'eau est profondément adoucie, la cationisation ultérieure. Les principales caractéristiques et conditions d'utilisation des méthodes d'adoucissement de l'eau sont indiquées dans le tableau. 20.1.

adoucissement de l'eau de dialyse thermique

Pour obtenir de l'eau pour les besoins domestiques et de consommation, seule une certaine partie de celle-ci est adoucie, suivie d'un mélange avec l'eau de source, tandis que la quantité d'eau adoucie Q y déterminé par la formule

(20.1)

où J o. et. - dureté totale de l'eau de source, mg-eq/l ; F 0. s. - dureté totale de l'eau entrant dans le réseau, mg-eq/l ; J 0. y. - dureté de l'eau adoucie, mg-eq/l.

Méthodes d'adoucissement de l'eau

Indicateur	thermique	réactif	échange d'ion	dialyse
Caractéristique de processus	L'eau est chauffée à une température supérieure à 100 ° C, tandis que la dureté carbonatée et non carbonatée est éliminée (sous forme de carbonate de calcium, d'hydroxyde et de magnésium et de gypse)	De la chaux est ajoutée à l'eau, ce qui élimine la dureté carbonatée et magnésienne, ainsi que la soude, qui élimine les non-carbonates - deuxième dureté.	L'eau adoucie passe à travers des filtres de cationite	L'eau brute est filtrée à travers une membrane semi-perméable
But de la méthode	Élimination de la dureté carbonatée de l'eau utilisée pour alimenter les chaudières à basse et moyenne pression	Adoucissement peu profond avec clarification simultanée de l'eau des solides en suspension	Adoucissement profond de l'eau contenant une petite quantité de solides en suspension	Adoucissement de l'eau profonde
Consommation d'eau pour ses propres besoins	-	Pas plus de 10 %	Jusqu'à 30% ou plus proportionnellement à la dureté de l'eau de source	10
Conditions d'utilisation efficace : turbidité de l'eau de source, mg/l	Jusqu'à 50	Jusqu'à 500	Pas plus de 8	Jusqu'à 2.0
Dureté de l'eau, mg-eq/l	Dureté carbonatée avec une prédominance de Ca (HC03) 2, dureté non carbonatée sous forme de gypse	5.30	Pas plus de 15	Jusqu'à 10,0
Dureté résiduelle de l'eau, mg-eq/l	Dureté carbonatée jusqu'à 0,035, CaS04 jusqu'à 0,70	Jusqu'à 0,70	0.03.0.05 prn pour la cationisation en une étape et jusqu'à 0,01 pour la cationisation en deux étapes	0,01 et moins
Température de l'eau, ° С	Jusqu'à 270	Jusqu'à 90	Jusqu'à 30 (glauconite), jusqu'à 60 (charbon sulfoné)	Jusqu'à 60

Méthode thermique d'adoucissement de l'eau

Il est conseillé d'utiliser la méthode thermique d'adoucissement de l'eau lors de l'utilisation d'eaux carbonatées utilisées pour alimenter les chaudières. basse pression, ainsi qu'en combinaison avec des méthodes réactives d'adoucissement de l'eau. Il est basé sur le déplacement de l'équilibre du dioxyde de carbone lorsqu'il est chauffé vers la formation de carbonate de calcium, qui est décrit par la réaction

Ca (HC0 3) 2 -\u003e CaCO 3 + C0 2 + H 2 0.

L'équilibre est déplacé par une diminution de la solubilité du monoxyde de carbone (IV), causée par une augmentation de la température et de la pression. L'ébullition peut éliminer complètement le monoxyde de carbone (IV) et ainsi réduire considérablement la dureté du carbonate de calcium. Cependant, cette dureté ne peut pas être complètement éliminée, car le carbonate de calcium, bien que légèrement (13 mg/l à une température de 18°C), est toujours soluble dans l'eau.

En présence de bicarbonate de magnésium dans l'eau, le processus de sa précipitation se déroule comme suit: d'abord, un carbonate de magnésium relativement bien soluble (110 mg / l à une température de 18 ° C) se forme

Mg(HCO 3) → MgC0 3 + C0 2 + H 2 0,

qui s'hydrolyse lors d'une ébullition prolongée, à la suite de quoi un précipité de précipités peu solubles (8,4 mg/l). l'hydroxyde de magnésium

MgC0 3 + H 2 0 → Mg (0H) 2 + C0 2.

Par conséquent, lorsque l'eau est bouillie, la dureté due aux bicarbonates de calcium et de magnésium diminue. L'eau bouillante réduit également la dureté déterminée par le sulfate de calcium dont la solubilité chute à 0,65 g/l.

Sur la fig. 1 montre un adoucisseur thermique conçu par Kopiev, qui se caractérise par une relative simplicité de l'appareil et un fonctionnement fiable. L'eau traitée, préchauffée dans l'appareil, entre par l'éjecteur à la sortie du réchauffeur à film et est pulvérisée sur des tuyaux placés verticalement, et s'écoule à travers eux vers la vapeur chaude. Ensuite, avec l'eau de purge des chaudières, elle entre dans le clarificateur avec les sédiments en suspension par le tuyau d'alimentation central à travers le fond perforé.

Le dioxyde de carbone et l'oxygène libérés de l'eau, ainsi que la vapeur en excès, sont rejetés dans l'atmosphère. Les sels de calcium et de magnésium formés lors du chauffage de l'eau sont retenus dans la couche en suspension. Après avoir traversé la couche en suspension, l'eau adoucie entre dans le collecteur et est évacuée à l'extérieur de l'appareil.

Le temps de séjour de l'eau dans l'adoucisseur thermique est de 30,45 min, la vitesse de son mouvement ascendant dans la couche suspendue est de 7,10 m/h, et dans les ouvertures du faux fond de 0,1,0,25 m/s.

Riz. 1. Adoucisseur thermique conçu par Kopiev.

15 - évacuation des eaux de drainage ; 12 - tuyau d'alimentation central ; 13 - faux fonds perforés ; 11 - couche suspendue; 14 - rejet des boues ; 9 - récupération d'eau adoucie; 1, 10 - alimentation en eau initiale et évacuation de l'eau adoucie ; 2 - purge des chaudières ; 3 - éjecteur; 4 - évaporation ; 5 - film chauffant; 6 - décharge de vapeur; 7 - une canalisation perforée annulaire pour le drainage de l'eau vers l'éjecteur ; 8 - cloisons de séparation inclinées

Méthodes réactives d'adoucissement de l'eau

L'adoucissement de l'eau par des méthodes réactives est basé sur son traitement avec des réactifs qui forment des composés peu solubles avec le calcium et le magnésium : Mg (OH) 2, CaCO 3, Ca 3 (P0 4) 2, Mg 3 (P0 4) 2 et autres, suivis par leur séparation dans des clarificateurs, décanteurs couche mince et filtres de clarification. La chaux, le carbonate de soude, les hydroxydes de sodium et de baryum et d'autres substances sont utilisés comme réactifs.

Adoucissement de l'eau par chaulage utilisé pour sa dureté carbonatée élevée et sa faible dureté non carbonatée, ainsi que dans le cas où il n'est pas nécessaire d'éliminer les sels de dureté non carbonatée de l'eau. La chaux est utilisée comme réactif, qui est introduit sous forme de solution ou de suspension (lait) dans l'eau traitée préchauffée. En se dissolvant, la chaux enrichit l'eau en ions OH - et Ca 2+, ce qui conduit à la liaison du monoxyde de carbone (IV) libre dissous dans l'eau avec formation d'ions carbonate et transition des ions hydrocarbonate en carbonate :

C0 2 + 20H - → CO 3 + H 2 0, HCO 3 - + OH - → CO 3 - + H 2 O.

Une augmentation de la concentration en ions CO 3 2 - dans l'eau traitée et la présence d'ions Ca 2+ dans celle-ci, compte tenu de ceux introduits avec la chaux, entraîne une augmentation du produit de solubilité et une précipitation de carbonate de calcium peu soluble :

Ca 2+ + C0 3 - → CaC0 3.

Avec un excès de chaux, l'hydroxyde de magnésium précipite également.

Mg 2+ + 20Н - → Mg (OH) 2

Pour accélérer l'élimination des impuretés dispersées et colloïdales et réduire l'alcalinité de l'eau, la coagulation de ces impuretés avec du sulfate de fer (II) est utilisée simultanément avec le chaulage. FeS0 4 * 7 H 2 0. La dureté résiduelle de l'eau adoucie lors de la décarbonatation peut être obtenue de 0,4.0,8 mg-eq / l de plus que la dureté non carbonatée, et l'alcalinité est de 0,8.1.2 mg-eq / l. La dose de chaux est déterminée par le rapport de la concentration en ions calcium dans l'eau et de la dureté carbonatée : a) au rapport [Ca 2+ ] /20<Ж к,

(20.2b)

b) avec le rapport [Ca 2+] / 20 > W à,

(20.3)

où [СО 2 ] est la concentration de monoxyde de carbone libre (IV) dans l'eau, mg/l; [Ca 2+ ] - concentration d'ions calcium, mg/l; Zhk - dureté carbonatée de l'eau, mg-eq / l; D à - dose de coagulant (FeS0 4 ou FeCl 3 en terme de produits anhydres), mg/l ; e à- masse équivalente de la substance active du coagulant, mg/mg-eq (pour FeSO 4 e k = 76, pour FeCl 3 e k = 54); 0,5 et 0,3 - un excès de chaux pour assurer une plus grande complétude de la réaction, mg-eq/l.

L'adoucissement de l'eau fait référence au processus d'élimination des cations de dureté, c'est-à-dire Ca et Mg. L'adoucissement de l'eau est effectué par les méthodes suivantes:

1) adoucissement thermique basé sur le chauffage de l'eau, sa distillation ou sa congélation;

2) réactif, dans lequel les ions de dureté dans l'eau sont liés par divers réactifs en composés pratiquement insolubles;

3) échange d'ions basé sur le filtrage de l'eau adoucie à travers des matériaux spéciaux qui échangent les ions sodium ou hydrogène entrant dans leur composition contre les cations calcium et magnésium;

4) dialyse ;

5) combinées, représentant diverses combinaisons des méthodes ci-dessus.

Le choix de la méthode d'adoucissement de l'eau est déterminé par sa qualité, la profondeur d'adoucissement requise et des considérations techniques et économiques.

Méthode thermique d'adoucissement de l'eau.

Il est conseillé d'utiliser lors de l'utilisation d'eaux carbonatées utilisées pour alimenter des chaudières à basse pression, ainsi qu'en combinaison avec des méthodes réactives d'adoucissement de l'eau. Il est basé sur le déplacement de l'équilibre du dioxyde de carbone lorsque l'eau est chauffée vers la formation de carbonate de calcium.

Ca (HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O

L'équilibre est déplacé par une diminution de la solubilité du CO 2 causée par une augmentation de la température et de la pression. L'ébullition peut éliminer complètement le CO 2 et ainsi réduire considérablement la dureté carbonatée. De plus, la dureté déterminée par le sulfate de calcium est réduite. Cependant, cette dureté ne peut pas être complètement éliminée, car le carbonate de calcium est toujours soluble dans l'eau (18 mg/l). Utilisé pour cette méthode est un adoucisseur thermique. Le temps de séjour de l'eau est de 30 à 45 minutes.

Méthodes d'adoucissement des réactifs.

Ils sont basés sur le traitement de l'eau avec des réactifs qui forment des composés peu solubles Mg (OH) 2, CaCO 3, Ca 3 (RO 4) 2 et d'autres avec du calcium et du magnésium, suivi de leur séparation dans des clarificateurs. La chaux, le carbonate de soude, les hydroxydes de sodium et de baryum et d'autres substances sont utilisés comme réactifs.

L'adoucissement de l'eau par chaulage est utilisé à haute dureté carbonatée et basse dureté non carbonatée. La chaux est utilisée comme réactif, qui est introduit sous forme de suspension dans de l'eau préchauffée. En se dissolvant, la chaux enrichit l'eau en ions OH - et Ca +2, ce qui entraîne la liaison du CO 2 soluble dans l'eau avec la formation de CO 3 -2 et la transition de HCO 3 en CO 2.

CO 2 + 2 OH - → CO 3 -2 + H 2 O; HCO3 - + OH - → CO 3 -2 + H 2 O

Une augmentation de la concentration en CO 3 -2 dans l'eau traitée et la présence d'ions Ca + 2 dans celle-ci, compte tenu de ceux introduits avec la chaux, conduit à la précipitation de CaCO 3

Ca +2 + CO 3 -2 → CaCO 3 ↓.

Pour accélérer le processus, la coagulation est utilisée simultanément avec le chaulage.

La dose de chaux est déterminée par la formule :

D je \u003d 28 ([CO 2] / 22 +2 F c - [Ca +2] / 20 + D c / e c + 0,5)

D c est la dose du coagulant, e est la masse équivalente de la substance active du coagulant,

L'expression D to / e to - est prise avec le signe -, si le coagulant est introduit avant la chaux et +, s'il est ensemble ou après.

Un adoucissement plus profond de l'eau peut être obtenu en la chauffant, en ajoutant un excès d'un précipitant et en créant un contact entre l'eau adoucie et le précipité précédemment formé.

La phosphatation est utilisée pour adoucir l'eau. La dureté résiduelle est réduite à 0,02-0,03 mg * eq / l. La phosphatation permet également d'obtenir une plus grande stabilité de l'eau, en réduisant son effet corrosif sur les canalisations métalliques et en empêchant les dépôts de carbonate sur surface intérieure parois des tuyaux. L'hexamétaphosphate de sodium, le tripolyphosphate de sodium est utilisé comme agent de phosphatation. La méthode d'adoucissement au phosphate utilisant du phosphate trisodique est la méthode de réactif la plus efficace. La chimie du procédé est décrite par l'équation :

3Ca (HCO 3) 2 /3 Mg (HCO 3) 2 + 2 Na 3 RO 4 \u003d Ca 3 (RO 4) 2 / Mg 3 (RO 4) 2 +6 NaHCO 3.

L'adoucissement du phosphate est effectué lorsque l'eau est chauffée à 105–150 0 С. l'eau d'alimentation pour chaudières moyenne et haute pression.

Adoucissement de l'eau par dialyse.

La dialyse est une méthode de séparation de solutés dont les poids moléculaires diffèrent considérablement. Il est basé sur les différents taux de diffusion de ces substances à travers une membrane semi-perméable séparant les solutions concentrées et diluées. La dialyse est effectuée dans des dispositifs à membrane avec des membranes de nitro et d'acétate de cellulose. L'efficacité d'une membrane semi-perméable est déterminée par la sélectivité et la perméabilité à l'eau élevées qu'elle doit maintenir sur une longue période de temps.

Traitement magnétique de l'eau.

Actuellement, le traitement magnétique de l'eau est utilisé avec succès pour lutter contre la formation et l'incrustation de tartre. Son essence réside dans l'action champ magnétique en ions de sel solubles dans l'eau. Sous l'influence d'un champ magnétique, il se produit une polarisation et une déformation des ions, accompagnées d'une diminution de leur hydratation, ce qui augmente la probabilité de leur convergence et de la formation de centres de cristallisation. L'essence de la méthode est que lorsque l'eau traverse le champ magnétique lignes de force, les entartrants ne sont pas libérés sur la surface chauffante, mais dans la masse d'eau. Les sédiments meubles qui en résultent sont éliminés par soufflage.

Adoucissement de l'eau par cationisation.

L'essence de l'échange d'ions est la capacité des échangeurs d'ions à absorber les ions positifs et négatifs de l'eau en échange d'une quantité équivalente d'ions échangeurs d'ions. Le processus de traitement de l'eau par échange d'ions, qui entraîne l'échange de cations, est appelé cationisation.

Les échangeurs de cations gonflent dans l'eau et augmentent de volume. L'énergie d'entrée dans l'échangeur de cations de divers cations en fonction de leur activité dynamique peut être caractérisée par la série suivante :

N / A< NН 4+ < К + < Мg +2 < Са +2 < Аl +3

E p = (Q* F je)/(une*h k), où W et - dureté de l'eau ; Q - la quantité d'eau adoucie, m 3;

a est la surface du filtre cationite, m2; h à - la hauteur de la couche de cationite, m.

La durée du filtre est déterminée par la formule :

T à \u003d E p * h à / V à * W et. où V à - le taux de filtration de l'eau.

Les échangeurs de cations organiques sont utilisés dans la technique de préparation de l'eau. Ils contiennent des groupements actifs chimiques fonctionnels, H + qui peuvent être remplacés par d'autres cations : amines quaternaires NH 3 OH, groupements sulfo HSO 3 , groupements carboxyliques COOH. Le groupe HSO 3 a des propriétés fortement acides et COOH - des propriétés faiblement acides. Selon la teneur en groupes fonctionnels, les échangeurs de cations sont divisés en faiblement acides et fortement acides. Cations d'échange fortement acides dans un environnement alcalin, neutre et acide, faiblement acide - uniquement dans un environnement alcalin. La qualité des échangeurs de cations se caractérise par leurs propriétés physiques, leur stabilité chimique et thermique, leur capacité d'échange de travail. La composition fractionnaire caractérise les propriétés opérationnelles de l'échangeur de cations. La capacité d'échange de travail dépend du type de cations extraits, du rapport des sels dans l'eau adoucie, du pH, de la hauteur de la couche de cationite, du volume du filtre, du mode de fonctionnement et de la consommation spécifique du réactif régénérant.

Cationisation du sodium.

Cette méthode est utilisée pour adoucir l'eau avec une teneur en solides en suspension de n / b 8 mg / l et une couleur de n / b 30 0. La dureté de l'eau diminue avec la cationisation en une étape à 0,05 -0,1, avec en deux étapes - jusqu'à 0,01 mg*éq/l. Le processus de cationisation du sodium est décrit par les équations suivantes :

2 Na [K] + Ca (HCO 3) 2 / Mg (HCO 3) 2 ↔Ca [K] 2 / Mg [K] 2 +2 NaHCO 3

2 Na[K] + CaCl 2 / Mg Cl 2 ↔Ca[K] 2 / Mg[K] 2 + 2 NaCl, où [K] est la matrice polymère insoluble.

Après l'épuisement de la capacité d'échange de travail de l'échangeur de cations, celui-ci perd sa capacité à adoucir l'eau et doit être régénéré.

Le processus d'adoucissement de l'eau sur les filtres échangeurs de cations comprend les opérations suivantes :

Filtration de l'eau à travers une couche de cationite jusqu'à ce que la dureté maximale admissible dans le filtrat soit atteinte ;

Décollement de la couche échangeuse de cations par un écoulement d'eau ascendant ;

Descente du coussin d'eau pour éviter la dilution de la solution de régénération ;

Régénération de l'échangeur de cations en filtrant la solution appropriée ;

Lavage de l'échangeur de cations.

Le choix de la méthode est dicté par les exigences en matière d'eau adoucie, les propriétés de l'eau de source et des considérations techniques et économiques. La régénération s'effectue avec une solution de chlorure de sodium à 5 % à raison de 1,2 m 3 de solution pour 1 m 3 de résine, puis la quantité résiduelle sous forme de solution à 8 %. Le processus de régénération est décrit par la réaction suivante :

Ca[K] 2 / Mg[K] 2 + 2 NaCl↔2 Na[K] + CaCl 2 / Mg Cl 2

Le chlorure de sodium est utilisé en raison de sa disponibilité, de son faible coût et également du fait que l'on obtient des sels de CaCl 2 et MgCl 2 très solubles, qui s'éliminent facilement avec la solution de régénération et l'eau.

Adoucissement de l'eau par échange de cations hydrogène-sodium.

Le traitement de l'eau par H-cationisation repose sur sa filtration à travers une couche d'échangeur de cations contenant de l'hydrogène comme ions d'échange.

2 H [K] + Ca (HCO 3) 2 / Mg (HCO 3) 2 ↔Ca [K] 2 / Mg [K] 2 + 2H 2 O + CO 2

2H[K] + NaCl↔2 Na[K] + HCl ; 2 H [K] + Na 2 SO 4 ↔2 Na [K] + H 2 SO 4

Lors de la H-cationisation de l'eau, son pH diminue de manière significative en raison des acides formés dans le filtrat. Le CO2 libéré pendant la cationisation H peut être éliminé par dégazage et les acides minéraux resteront dans la solution en quantités équivalentes à la teneur en SO 4 -2 et Cl - dans l'eau de source. Il ressort des réactions ci-dessus que l'alcalinité de l'eau ne change pas pendant l'échange d'ions. Par conséquent, en mélangeant proportionnellement le filtrat acide après les filtres échangeurs de cations H avec le filtrat alcalin après les filtres échangeurs de cations Na, il est possible d'obtenir de l'eau adoucie avec une alcalinité différente. C'est l'essence et les avantages de la cationisation H-Na. Appliquer une cationisation H-Na parallèle, séquentielle et mixte. En parallèle - 1 partie de l'eau passe à travers le filtre échangeur de cations Na, l'autre - à travers l'échangeur de cations N. Les eaux résultantes sont mélangées dans des proportions telles que l'alcalinité ne dépasse pas 0,4 mg * eq / l. Lorsque séquentiel - une partie de l'eau passe à travers l'échangeur de cations H, puis mélangée avec le reste de l'eau et acheminée vers le filtre d'échange de cations Na. Ceci permet de mieux exploiter la capacité d'échange de l'échangeur de cations H et de réduire la consommation d'acide pour la régénération. La cationisation mixte est réalisée dans un filtre, chargé en haut - avec un échangeur de cations H, en bas - un échangeur de cations Na.