Состав солей исследуемой воды

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

Продолжение табл. 3.5

Расчет показателей жесткости воды

Теоретическая часть

Жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворенных солей кальция и магния. Различают общую, карбонатную и некарбонатную жесткость.

Общей жесткостью (Жо) называется суммарная концентрация ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в воде, выраженная в моль/м³ или ммоль/дм³.Общая жесткость воды (Ж_О) равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткости.

Ж_О = [Са²⁺] + [Mg²⁺] = Ж_К + Ж_НК; (ммоль/дм³)

Количественно жесткость воды определяется суммой молярных концентраций эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 дм³ воды (ммоль/дм³, мг - экв/дм³).

Карбонатная (временная) жесткость (Ж_К) обусловлена содержанием в воде преимущественно гидрокарбонатов (и карбонатов при рН > 8,3) солей кальция имагния: Ca(НСО ₃ ) ₂, Мg(НСО ₃ ) ₂, (МgСО ₃).

Некарбонатная жесткость воды (Ж_НК) обусловлена присутствием в воде сульфатов ихлоридов солей кальция и магния: СаSO₄, MgSO₄, СаС1₂, MgС1₂. Некарбонатная жесткость – часть общей жесткости, равная разности между общей и карбонатной жесткостью:

Жнк = Жо – Жк

По величине жесткости природную воду делят на: очень мягкую — до 1,5 ммоль/дм³; мягкую — от 1,5 до 4 ммоль/дм³; средней жесткости — от 4 до 8 ммоль/дм³; жесткую — от 8 до 12 ммоль/дм³; очень жесткую — свыше 12 ммоль/дм³.

В зависимости от конкретных требований производства допускаемая жесткость воды может быть различной. Жесткость воды хозяйственно-питьевых водопроводов не должна превышать 7 ммоль/дм³ (мг-экв/дм³).

4.2. Пример решения индивидуального задания

Пример.

Условие задания: Рассчитать карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды, если в 1м³ исследуемой воды содержится 80 г Ca²⁺; 55 г Mg²⁺; 415 г HCO₃^-.

Дано:

m (Са²⁺) = 80 г = 80 000 мг

m (Mg²⁺) = 55 г = 55 000 мг

m (HCO₃^-) = 415 г = 415 000 мг

V(Н₂О) = 1 м³ = 1000 дм³

Жо -? Жк -? Жнк -?

Решение

1). Жесткость общую рассчитывают по формуле:

Жо =[Са²⁺] + [Mg²⁺] = + ; мг – экв/дм³

где: [Са²⁺], [Mg²⁺] – концентрация ионов в мг-экв/дм³;

m (Са²⁺), m (Mg²⁺) – содержание ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в мг;

V(Н₂О) – объем воды, дм³;

Э (Са²⁺), Э (Mg²⁺) – эквивалентная масса ионов Са²⁺ и Mg²⁺, которая равна:

Э (Са²⁺) =

Э(Mg²⁺) =

Тогда:

Жо = [Са²⁺] + [Mg²⁺] = = 3,99 + 4,52 = 8,5 мг-экв/дм³

2). Рассчитываем жесткость карбонатную (Жк) по формуле:

Жк = [НСО₃^-] =

где: [НСО₃^-] - концентрация в мг-экв/дм³;m (НСО₃^-) – содержание иона НСО₃^- в мг; V(Н₂О) – объем воды, дм³; Э (НСО₃^-) – эквивалентная масса иона НСО₃^-, которая равна:

Э (НСО₃^-) =

Тогда:

Жк = [НСО₃^-] =

3). Рассчитываем жесткость некарбонатную (Жнк), как разность между жесткостью общей и карбонатной:

Жнк = Жо – Жк = 8,5 – 6,8 = 1,7 мг-экв/дм³

4). Результаты расчетов приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Показатели жесткости исследуемой воды

4.3 Индивидуальные задания

Условие задания (табл. 4.7): Рассчитать карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды.

Таблица 4.7

Состав исследуемой воды

Продолжение табл. 4.7

Расчет дозы реагентов для умягчения исследуемой воды

Теоретическая часть

Использование жестких вод для хозяйственно-бытовых и промышленных нужд приводит к весьма нежелательным последствиям:

- усиление коррозии паровых котлов и теплообменников вследствие гидролиза магниевых солей и повышения концентрации водородных ионов в растворе;

- отложение накипи на поверхности теплообменных аппаратов (котлов, холодильников) снижает экономичность работы этих установок. Это приводит к образованию вздутий и трещин в трубах паровых котлов;

- в жесткой воде плохо развариваются продукты, понижается их питательная ценность. Белки переходят в нерастворимое состояние, плохо усваиваются организмом;

- преждевременный износ тканей при стирке в жесткой воде и перерасход моющего средства. Волокна тканей сорбируют кальциевые и магниевые мыла, а это делает их хрупкими и ломкими.

Для умягчения воды в промышленности и в быту используют термический, реагентный и ионообменный методы.

Термический метод применяют для устранения карбонатной (временной) жесткости воды. При кипячении гидрокарбонаты металлов разрушаются, образуя труднорастворимые вещества:

где: Дuзвести – доза извести для 1дм³ умягчаемой воды в расчете на CaO, мг/дм³; CO₂ – содержание свободной углекислоты, мг/дм³; [ Mg²⁺] – содержание Mg²⁺, мг/дм³; Ж_к – жесткость карбонатная, мг-экв/дм³; Д_к – доза коагулянта, мг/дм³; Э_к –эквивалент коагулянта, мг/экв – мг; 0,5 – избыток извести для ускорения процесса, мг-экв/дм³; 28 – эквивалент CaO.

Некарбонатную жесткость воды устраняют добавлением к воде соды:

СаС1₂ + Na₂CO₃ = СаСО₃↓ + 2 NaCl

2 MgSO4 + 2 Na2CO3 + Н2О = (МgOH)2СО3↓+ СО2↑+ 2 Na2SO4

Дозу соды в мг/дм³ рассчитывают по формуле:

, мг/дм³

где: Дcоды – доза соды для 1дм³ умягчаемой воды, мг/дм³; Жнк – жесткость некарбонатная, мг-экв/дм³; Д_к, Э_к – см. выше; 1 – избыток соды для ускорения процесса; 53 – эквивалент соды.

Примечание: При условии > Жк, содержании [Mg²⁺] ≤ 15 мг/дм³ и перманганатной окисляемости ≤ 10 мг 0₂/дм³ в производственных условиях можно использовать не осветлители с взвешенным осадком, а вихревые реакторы, что позволяет не применять коагулянты и из приведенных формул определения Дuзвести и Дcоды исключить член .

5.2. Пример решения индивидуального задания

Пример.

Условие задания: Рассчитать дозу извести и соды для умягчения исследуемой воды, если известно, что:

Решение

1). РассчитатьЖнк для исходной воды по формуле:

Жнк = Жобщ – Жк = 8,5 – 6,8 = 1,7 мг-экв/дм³

По формуле СНиПа рассчитать дозу соды в мг/дм³:

мг/дм³ = 0,143 г

Поскольку для умягчения используют 10 %-ый раствор соды Na₂CO₃

(ρ = 1,05 г/см³), вычисляем объем этого раствора:

10 г Na₂CO₃ содержится в 100 г раствора

0,143 г Na₂CO₃ ----------- в х г раствора

10% раствора Na₂CO₃

Объем 10%-ого раствора соды для умягчения воды:

2) По формуле СНиПа рассчитать дозу извести (СаО) в мг/дм³:

= 484 мг/дм³

СаО реагирует с водой с образованием Са(ОН)₂ по уравнению:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Поэтому следует пересчитать дозу СаО в Са(ОН)₂:

М(CaO) = 56 г/моль; М(Ca(OH)₂) = 74 г/моль

Тогда:

74 мг Ca(OH)₂ содержат 56 мг CaO

х мг Ca(OH)₂ ------------ 484 мг CaO

640 мг = 0,64 г Са(ОН)₂

Поскольку для умягчения используют 0,5 %-ый раствор извести Ca(OH)₂

(ρ = 1,03 г/см³), вычисляем объем этого раствора:

0,5 г Ca(OH)₂ содержится в 100 г раствора

0,64 г Ca(OH)₂ ------------- в х г раствора

128 г 0,5% раствора Са(ОН)₂

Объем 0,5%-ого раствора извести для умягчения воды:

124 см³

5.3. Индивидуальные задания

Условия заданий (табл. 4.6 и табл. 4.7):

Задание № 1. Написать уравнения реакций известково-содового умягчения;

Задание № 2. Рассчитать дозу извести и соды для известково – содового умягчения воды.

Использовать результаты расчетов показателей жесткости воды и магния (в мг/дм³) из табл.4.6; а также данные по содержанию углекислого газа из табл. 4.7.

6. Обработка результатов определения содержания взвешенных веществ

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология