DEDURIZAREA APELOR INDUSTRIALE

DEDURIZAREA APELOR INDUSTRIALE

Daca se folosesc apele brute direct pentru alimentarea cazanelor cu abur se produce depunere de piatra si namol pe circuitul apei de alimentare, in tevile cazanelor, in retelele de alimentare cu apa calda, se depun saruri in supraincalzitorii de aburi si in turbinele cu abur.

Dedurizarea apelor este necesara inainte de intrarea lor in circuitul termic.

Reducerea duritatii inseamna trecerea ionilor de Ca²⁺ si Mg²⁺ in precipitate care sunt evacuate.

Cele mai raspandite metode de dedurizare sunt procedeele chimice, cele cu schimbatori de ioni; ionii Ca²⁺ si Mg²⁺ se leaga cu alti anioni, trecand in combinatii greu solubile care se depun si pot fi evacuate.

1. Procedeul cu var si soda

Tratand apa cu lapte de var (hidroxid de calciu Ca(OH)₂), CO₂ liber, dizolvat in apa se indeparteaza:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

hidroxid carbonat

adaugand var in continuare ionii bicarbonati trec in carbonati:

HCO₃^- + OH^- = CO₃^2- + H₂O

acestia formeaza cu ionii de Ca²⁺, carbonat de calciu si precipita:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = ₂CaCO₃ + ₂H₂O

bicarbonat    hidroxid carbonat

Se inlatura duritatea temporara. Varul mai precipita Mg²⁺ si Fe³⁺ din apa si provoaca coagularea eventualelor substante coloidale organice si anorganice.

Pentru reducerea duritatii permanente manifestata de exemplu de CaSO₄, tratarea cu var este urmata de tratarea apelor cu Na₂CO₃:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + Na₂SO₄

sulfat carbonat carbonat sulfat

Dupa inlaturarea precipitatelor, apele tratate cu var si soda isi reduc duritatea totala pana la 1-2 ⁰d.

In practica se folosesc cca. 10 g var 1 m³ apa bruta si un exces de Na₂CO₃ de 50-60 g/m³ apa.

Introducerea unui curent de abur scurteaza timpul de reactie la o ora.

Dupa dedurizare, in apa mai raman saruri solubile (Na₂SO₄). La evaporarea apei aceste saruri se depun sub forma de namol care se indeparteaza. Procedeul este economic, reactivii au pret scazut, necesita instalatii cu volum mare si greu de intretinut.

2. Procedeul cu soda caustica (NaOH)

Indepartarea Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^- care dau duritatea temporara se pot efectua si cu soda caustica:

Ca(HCO₃)₂ + ₂NaOH = CaCO₃ + Na₂CO₃ + ₂H₂O

bicarbonat hidroxid carbonat carbonat

Mg(HCO₃)₂ + ₄NaOH = Mg(OH)₂ + ₂Na₂CO₃ + ₂H₂O

Soda caustica reactioneaza si cu sarurile care dau duritatea permanenta:

MgSO₄ + ₂NaOH = Mg(OH)₂ + Na₂SO₄

sulfat hidroxid hidroxid sulfat

MgCl₂ + ₂NaOH = Mg(OH)₂ + ₂NaCl

In modul acesta se elimina toate sarurile de Mg si partial duritatea permanenta. Daca duritatea temporara a apei este mare, in apa epurata ramane un exces de carbonat de sodiu care ii mareste alcalinitatea, si poate provoca greutati in exploatare.

Se folosesc 10 g NaOH la 1 m³ apa bruta. Acest procedeu este mai complet si instalatia este mai mica. Reactivul folosit este mai scump, in apa tratata raman multe saruri.

3. Procedeul cu fosfat trisodic (Na₃PO₄)

Reducerea duritatii apei care se foloseste la cazanele termice cu presiune se face cu ajutorul fosfatului trisodic; procedeul se bazeaza pe insolubilitatea sarurilor de Ca si Mg ale acidului fosforic:

Ca(HCO₃)₂ + ₂Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + ₆NaHCO₃

bicarbonat fosfat fosfat

CaSO₄ + ₂Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + ₃Na₂SO₄

MgCl₂ + ₂Na₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂ + ₆NaCl

Procedeul cu fosfat trisodic este unul dintre cele mai bune atat pentru duritatea temporara cat si in final, pentru duritatea permanenta. Reactantul este un produs scump, folosit in final dedurizarii apei cu alti dedurizanti. In acest fel consumul de Na₃PO₄ este scazut. Tratarea apelor cu 1-2 ⁰d se face direct in cazanele termice pe baza unor calcule, uneori la temperaturi de 105-150 ⁰C, cand se realizeaza o totala dedurizare a apelor tratate: 0,05-0,1 ⁰d.

4. Procedeul cu schimbari de ioni

Acest procedeu fizico-chimic se bazeaza pe proprietatea unor substante solide, greu solubile de a absorbi din solutii unii ioni si de a ceda in schimb altii.

Reactia de schimb ionic este reversibila si poate fi reprezentata prin ecuatia:

R-A + B ^-->_<-- R-B + A ,

unde R este radicalul schimbatorului de ioni; A - ionul mobil al schimbatorului, iar B - ionul din solutia tratata.

Zeolitii artificiali = soda + silicati de Al + silice cu capacitatea de schimb de ioni mai mare decat la cei naturali.

PerNa₂ + Ca(HCO₃)₂ = PerCa + ₂NaHCO₃

Permutitul de Na absoarbe Ca²⁺, cedand Na⁺ care trec in solutie.

PerNa₂ + CaSO₄ = PerCa + Na₂SO₄

PerNa₂ + MgCl₂ = PerMg + ₂NaCl

Se inlatura total duritatea apei.

Permutitul dupa cedarea ionilor de Na⁺ poate fi usor regenerat prin tratare cu o solutie de NaCl:

PerCa + ₂NaCl = PerNa₂ + CaCl₂

Se utilizeaza schimbatori de ioni pe baza de rasini sintetice organice, cu capacitate de schimb mai mare, se folosesc mai mult la dedurizarea apelor.

Schimbatorii de ioni organici pot fi

cationiti care schimba cationii proprii cu cei din solutie;

anionitii care produc schimbul de anioni.

Cationitii organici contin grupe acide: -COOH, -SO₃H, -OH fenolic sau alcoolic.

R = masa rasinii cationice

RNa + Ca(HCO₃)₂ = R₂Ca + ₂NaHCO₃

RNa + CaSO₄ = R₂Ca + Na₂SO₄

RNa + MgCl₂ = R₂Mg + ₂NaCl

In locul Ca²⁺ si Mg²⁺ trec in apa Na⁺ care nu formeaza depuneri in cazane - se indeparteaza duritatea totala a apei. Cationitul are forma granulara cu dimensiuni de 2 mm. In recipiente cilindrice apa dura strabate de sus in jos aceasta masa de cationiti si pe masura ce masa se satureaza cu cationii apei, schimbul de cationi se deplaseaza spre structurile inferioare.

Actiunea maselor cationice de H poate fi exprimata prin urmatoarele reactii:

RH + Ca(HCO₃)₂ = R₂Ca + ₂H₂CO₃

RH + CaSO₄ = R₂Ca + H₂SO₄

RH + MgCl₂ = R₂Mg + ₂HCl

Apa epurata va avea aciditate cu atat mai mare cu cat duritatea permanenta a fost mai mare. Dupa tratarea cu cationiti de H⁺ urmeaza tratarea cu anioniti:

ROH + H₂SO₄ = R₂SO₄ + ₂H₂O

ROH + HCl = RCl + H₂O

Regenerarea cationitilor RH se face cu solutii diluate de H₂SO₄ sau HCl; pentru regenerarea anionitilor se folosesc solutii diluate de NaOH.

Pentru ape dure se folosesc si carbunii sulfonati, care sunt mai economici ca pret de cost, cu capacitate de schimb mai mica decat rasinile sintetice.

5. Procedeul de tratare magnetica

Tratarea magnetica a apei se exercita la trecerea acesteia printr-un camp magnetic de intensitate controlata. Prin tratarea magnetica a apei se pot urmari doua directii, prima de filtrare la trecerea prin camp magnetic, iar cea de-a doua, modificarea caracteristicilor fizice ale componentelor dizolvate care sa duca la obtinerea unor produsi, in urma extragerii acestora din solutie, diferiti intr-o oarecare masura de cei obtinuti fara actiunea campului magnetic.

Sursa campului magnetic este sarcina electrica in miscare, adica curentul electric. Caracteristica cantitativa a magnetismului unei particule o constituie asa-numitul moment magnetic M:

(M) = I x S,

unde:

(M) este marimea vectorului moment magnetic;

I - curentul de intensitate I care circula pe un contur inchis, elementar;

S - suprafata conturului inchis, elementar.

Separatoarele magnetice se pot grupa in doua mari categorii:

separatoare magnetice de ordin I, la care separarea materialelor se face in functie de susceptibilitatea magnetica a acestora;

separatoare de ordin II, la care separarea se face in functie de alti parametri decat cei magnetici (dupa conductibilitatea electrica sau dupa densitate).

Mecanismul fizic al tratarii magnetice a apei este un mecanism prin care purtatorii de sarcina magnetica continuti in apa, la trecerea printr-un camp magnetic suficient de intens, primesc o energie suficienta pentru a realiza o miscare de rotatie, care duce la modificarea retelei cristaline la care participa purtatorii de sarcina magnetica. In particular, acesta permite ionilor de Ca²⁺ si CO₃^2- ca la actiunea unui camp magnetic suficient de intens sa treaca de la cristalizarea in forma calcitei la cristalizarea in forma aragonitei.