СТАБИЛИЗАЦИЯ ВОДЫ

Стабилизация воды - процесс водоподготовки, направленный на предотвращение коррозии и отложений карбоната кальция в трубопроводах, оборудовании и аппаратах. Вода считается стабильной, если она не вызывает растворения карбоната кальция и не выделяет его. Способность воды образовывать карбонатные отложения или, наоборот, растворять их определяется произведением активностей Са + и СО3. При концентрации растворенного в воде СО2 ниже равновесной происходит сдвиг равновесия в сторону накопления в воде ионов СО3 сопровождающийся образованием и выделением в твердую фазу СаСО3. Если же концентрация СО3 превышает равновесную, то создаются условия для растворения СаСО3. При оценке состояния равновесий часто используют два показателя: 1) отношение произведения активностей кальций-иона и карбонат-иона к термодинамическому произведению растворимости карбоната кальция, иногда называют степенью насыщения воды карбонатом кальция, и 2) индекс насыщения карбонатом кальция. Последний представляет собой разность между фактическим значением рН воды и его гипотетическим значением, отвечающим состоянию насыщения воды карбонатом кальция. В агрессивной воде степень насыщения 1, а индекс насыщения — отрицательная величина. Наоборот, в водах, способных образовывать отложения карбоната кальция, степень насыщения 1, и индекс насыщения положителен, а вода перенасыщена карбонатом кальция. Наиболее надежные значения индекса насыщения и степени насыщения воды карбонатом кальция получают в ходе экспериментального определения путем продолжительной обработки воды порошком углекислого кальция (карбонатные испытания). Применяются и другие, в основном расчетные, оценочные показатели, учитывающие наряду с параметрами карбонатно-кальциевой системы концентрации в воде хлоридов, сульфатов, ионных пар, растворенного кислорода, кремния, нитратов, магния и органического углерода, но обладающие органической универсальностью. Мягкие природные, опресненные, умягченные Н-катионированием и кислые сточные воды относят к агрессивным водам, способным к отложению карбоната кальция и других солей, часто относят артезианские (особенно бальнеологические) и геотермические воды, воды, используемые для охлаждения технологического оборудования, а также обработанной известью в схемах умягчения и кальцинации. Для стабилизации агрессивной воды применяют обработку ее реагентами, фильтрацию, а также декарбонизацию. В качестве реагентов используют известь, соду и соединения органического и неорганического фосфора. Стабилизационные фильтры загружают дроблеными природными карбонатами — мрамором, известняком, мелом, доломитом, кораллами, силикатами и искусственными — магномассой, шотралайтом, а также анионообменной смолой.
Дозы реагентов назначают исходя из стехиометрии реакций связывания ими СО2, допуская небольшое пересыщение воды СаСО3. Соединения фосфора — гексаметафосфат или триполифосфат натрия, а также оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) - применяют в составе ингибиторных противокоррозийных композиций в сочетании с солями цинка или хрома. Реагенты дозируют в обрабатываемую воду в виде растворов. При использовании негашеной извести известковые растворы приготовляют в гасителях и сатураторах. Загрузку карбонатных фильтров принимают с большим избытком по отношению к стехиометрически необходимому ее расходу при минимизации размеров ее зерен. Анионит в стабилизационных фильтрах переводят в бикарбонатную форму и производят при фильтровании обмен части растворенных в воде сульфатов и хлоридов на бикарбонаты. Глубина замены зависит от количества углекислого натрия, затрачиваемого на регенерацию загрузки. Фильтры с дробленым силикатом применяют для горячей воды, когда растворимость кремния повышается. Основной областью использования наиболее удобных в эксплуатации фильтрационных установок стабилизации являются мягкие и опресненные воды. В жестких водах реакционная способность стабилизационных установок резко падает, поэтому их заменяют реагентами, которые необходимо точно дозировать. Введение их при значительном избытке может привести к умягчению воды в результате взаимодействия с солями жесткости. Использование едкого натра и соды ограничивается их дефицитностью и высокой стоимостью.
При декарбонизации удаление СО2 достигается либо продуванием через воду воздуха, либо подогревом воды до температуры 40—50°С, либо вакуум-деаэрацией. Ввиду высокой энергоемкости декарбонизация применяется на установках малой производительности и в основном в жестких водах. Для предотвращения отложений карбоната кальция применяют умягчение, подкисление, карбонизацию, фосфатирование воды и воздействие на нее электрическими, магнитными и ультразвуковыми нолями. Практически все известные методы умягчения (реагентами, катионированием и нагреванием) применимы для предотвращения карбонатных отложений в водах любого состава.
Подкисление воды достигается обычно введением серной или соляной кислоты. Дозу кислоты выбирают с таким расчетом, чтобы остающиеся в растворе бикарбонаты были стабилизированы наличным и выделяющимся при подкислении СО2. При использовании серной кислоты ограничения предусматривают для предотвращения сульфатных отложений. Во всех случаях кислотной обработки происходит увеличение солесодержания воды за счет добавки анионов кислот. Метод подкисления не требует громоздкого реагентного хозяйства, но предусматривает тщательный контроль за добавкой кислоты. При карбонизации СО2 вводят в воду в составе либо дымовых газов, либо атмосферного воздуха, либо вводят чистый СО2 часто пищевого качества. В сильно пересыщенных водах присадка СО2 способствует зарождению кристаллов СаСО3, которые могут быть выделены из воды до ее использования. В умеренно пересыщенных водах предварительных ввод СО2 компенсирует потерю углекислоты, например при нагревании воды, и тем самым предупреждает распад бикарбонатов. В питьевом водоснабжении совместной обработкой мягких вод известью и СО2 достигается повышение в них карбонатной жесткости до уровня, обусловленными санитарно-гигиеническими требованиями. Доза СО2 при стабилизации мягких вод практически эквивалентна дозе кислоты, требуемой для той же цели. При карбонизации повышения минерализации не происходит. По сравнению с кислотным углекислотное вещество безопаснее, надежнее и легче управляемо.
При фосфатировании вследствие поверхностно-активных свойств соединения неорганического и органического фосфора адсорбируются на поверхности зародышей кристаллов СаСОз и препятствуют их росту и выпадению. Фосфатирование проводится при температуре нагрева воды не более 60—70 С. При более высоких температурах происходит образование и выделение в осадок ортофосфатов кальция и магния. Воздействие электрического, магнитного и ультразвукового полей изменяет условия кристаллизации СаСО3, который выпадает в виде тонкодисперсных кристаллов в объеме воды.
При этом антинакипный эффект объясняется либо воздействием полей на примеси воды, либо изменением ее структуры. Однако обработка воды этими полями не всегда дает устойчивый противонакипный эффект.