- •Южно-Уральский государственный университет
- •Оглавление
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 определение основных показателей качества воды
- •Определение физических показателей воды:
- •1. Определение запаха
- •2. Определение цветности
- •3. Определение прозрачности
- •Определение химических показателей воды
- •1. Активная реакция воды (рН)
- •2. Общая щелочность воды
- •3. Общая жесткость воды
- •4. Окисляемость воды
- •5. Свободная углекислота
- •6. Определение содержания общего железа
- •7. Общая кислотность сточных вод
- •8. Определение содержания ионов хлора Cl–
- •10. Определение иона азотистой кислоты no2– (нитриты)
- •Лабораторная работа № 2 коагулирование природных вод
- •Лабораторная работа № 3 нейтрализация и обезжелезивание кислых производственных сточных вод
- •Лабораторная работа № 4 умягчение воды методом известкования и катионного обмена Умягчение воды методом известкования
- •Умягчение воды методом обмена ионов
- •Лабораторная работа №5 стабилизация воды с повышенной карбонатной жесткостью подкислением
- •Лабораторная работа №6 обеззараживание воды ионами серебра и методом хлорирования Обеззараживание воды ионами серебра
- •Хлорирование воды
- •Приложение
- •Библиографический список
Лабораторная работа №5 стабилизация воды с повышенной карбонатной жесткостью подкислением
Стабильность – один из основных показателей качества воды. Она обусловлена соотношением содержания различных форм углекислоты в воде (НСО3–; СО32–; СО2). Условия стабильности определяются с помощью индекса стабильности J, имеющего название индекса насыщения или индекса Ланжелье:
. (5.1)
Знак индекса определяют свойства углекислотных соединений воды. Так, при J = 0 вода стабильна; при J< 0 водa коррозионна; при J > 0 вода нестабильна.
Основная часть воды, расходуемая на производственные нужды, тратится на охлаждение, агрегатов (промышленные печи разных производств, конденсаторы паротурбин, компрессоры и т. п.), такая вода должна быть стабильной; при нагреве не давать отложений карбоната кальция CaCО3 на поверхностях, с которыми она соприкасается; не вызывать коррозию труб и оборудования. Образование отложений в системах водяного охлаждения вызвано тем, что находящиеся в природных водах бикарбонаты кальция Ca(HCO3)2 при нагреве выше 35–40°C распадаются, что нарушает углекислотное равновесие:
.
Бикарбонат магния Mg(HCО3)2 практически не образует отложений ввиду сравнительно большой растворимости карбоната магния.
В природных водах карбонатная жесткость равна щелочности, поэтому в практических работах по стабилизации воды принято пользоваться величиной щелочности.
Определение стабильности производят и с помощью показателя стабильности, равного отношению щелочности исходной воды к щелочности воды после насыщения карбоната кальция:
. (5.2)
Вода стабильная, если CО = 1; если же ЩИСХ > ЩНАС, т.е. CО > 1, то вода нестабильна; если ЩИСХ < ЩНАС, т.е. CО < 1,то вода коррозионна или агрессивна.
Методика определения СО сводится к следующему: в пробе воды определяют общую щелочность ЩИСХ, а затем в полулитровую колбу отмеряют 400 мл исследуемой воды и добавляют туда 10 г порошкообразного химически чистого карбоната кальция. Колбу закрывают резиновой пробкой и помещают в аппарат для встряхивания. Пробу встряхивают 0,5–1,0 час. Затем осторожно отбирают 100 мл раствора и снова определяют общую щелочность ЩНАС, По этим показателям устанавливают СО – показатель стабильности.
При карбонатной жесткости природной воды по кальцию свыше 3–6 мг/л могут появляться отложения, ухудшающие производственные процессы: паротурбины расходуют больше пара и топлива, сокращается срок службы кладки и деталей металлургических печей и т.п. Для стабилизационной обработки охлаждающей воды применяют различные методы: подкисление, фосфатирование, рекарбонизацию и др. При подкислении щелочность воды понижается и выделяется свободная углекислота
.
Для стабилизации воды используют серную или соляную кислоты. При подкислении соли карбонатной жесткости переходят в соли некарбонатной жесткости, которые не распадаются при нагреве. Переход солей жесткости происходит по уравнениям
.
Стабильность воды при подкислении обеспечивается соответствующей дозировкой. Необходимая доза кислоты для стабилизации определяется по формуле:
мг/л, (5.3)
где Щ – щелочность исходной воды, мг-экв/л; e – эквивалентный вес кислоты;
с – содержание СаО в технической серной кислоте %; 2,0 – остаточная щелочность, мг-экв/л.
Порядок проведения лабораторной работы
1. Определить качественнее показатели исходной воды:
— активную реакцию pH;
— общую щелочность, мг-экв/л;
— общую жесткость, мг-экв/л;
— показатель стабильности CО
Методика определения показателей приведена в лабораторной работе № 1.
2. Определить расчетную дозу кислоты для стабилизационной обработки воды по формуле (5.3).
Для определения оптимальной дозы кислоты расчетное количество уточняется экспериментально, путем пробного подкисления. Для этого испытуемую воду разливают в пять полулитровых или литровых цилиндров и в каждый вводят определенное количество серной кислоты. В 1-й цилиндр добавляют количество кислоты, полученное по расчету, во 2-й количество кислоты с коэффициентом 1,05 от расчетной величины, в 3-й – с коэффициентом 1,1; в 4-й – количество кислоты с коэффициентом 0,95; в 5-й – с коэффициентом 0,9 от расчетной величины. Введенную кислоту перемешивают с водой и оставляют на 10 мин в состояния покоя. Затем определяют общую щелочность воды во всех цилиндрах. Оптимальной дозой будет та, которая дает значение щелочности воды, близкое к 2,5–3,0 мг-экв/л. Все данные сводят в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Наименование |
Номера цилиндров | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | |
Доза кислоты, мг/л |
|
|
|
|
|
Количество раствора, соответствующее данной дозе, на 1л, мл |
|
|
|
|
|
То же на 0,5 л, мл |
|
|
|
|
|
Общая щелочность, мг–экв/л |
|
|
|
|
|
Примечание: Методика пересчета концентраций дана в Приложении.
3. Определить качественные показатели воды при оптимальной дозе кислоты:
— активную реакцию pH;
— общую щелочность, мг-экв/л;
— общую жесткость, мг-экв/л;
— показатель стабильности CО после подкисления и обосновать изменение отдельных показателей.
4. Составить отчет о проделанной работе, заполнив табл. 5.2.
Таблица 5.2
Наименование воды |
Наименование качественных показателей
| |||
Общая щелочность, мг-экв/л |
Общая жесткость, Мг-экв/л |
Показатель стабильности, СО |
pH | |
Исходная |
|
|
|
|
После стабилизации |
|
|
|
|
Эффект стабилизации, % |
|
|
|
|
4. Составить отчет о проделанной работе и выполнить задание к лабораторной работе по стабилизации воды:
Расход охлаждающей воды на заводе составляет 2500 м3/сут. Вода в охлаждающих системах будет нагреваться до 40 ° С. Подкисление производят серной кислотой. Необходимо определить дозу серной кислоты при подкислении и годовой расход ее.