Аквариум
… PRO рыб
О регуляции жёсткости и pH. Редокспотенциал
Если аквариумист собирается выращивать растения, нуждающиеся в воде, жесткость которой должна отличаться от жесткости той, которая имеется в его распоряжении, жесткость воды можно изменить. Для этого существуют различные способы.
Повышение жёсткости воды
Повысить жесткость воды можно добавляя в аквариум кусочки мрамора или других известняковых пород. Добавленная в грунт мраморная крошка, медленно растворяясь, повышает жесткость очень мягкой воды на 2 – 4°. Однако контролировать уровень жесткости в этом случае очень трудно. Можно применить фильтрование аквариумной воды через слой мраморной крошки. Меняя количество воды, пропускаемой через фильтр, можно влиять на уровень общей жесткости воды в аквариуме.
Самым надежным способом повышения жесткости можно считать добавление в воду хлористого кальция и сернокислого магния. В аквариум можно добавлять 10%-ный раствор хлористого кальция, продающийся в аптеках. Для создания близкого к природному соотношения ионов кальция и магния в воду также следует добавлять раствор сульфата магния. Приготовить его можно в домашних условиях. Для этого 50 г сухого вещества сульфата магния, который еще называется горькой, или английской солью, растворяют, доводя общий объем раствора до 750 мл. Получается раствор с концентрацией около 6,7%. Пользоваться таким раствором очень удобно, так как он доливается в воду в том же объеме, что и 10-процентный раствор хлористого кальция. При внесении на 1 л воды по 1 мл каждого раствора жесткость повышается примерно на 4°. Исходя из этой простой пропорции и зная начальную жесткость воды, очень легко повысить жесткость до желаемой величины.
Понижение жёсткости воды
Совсем иначе обстоит дело со снижением жесткости. Надежным способом удаления солей из воды можно считать только дистилляцию, или выпаривание. В домашних условиях сделать это довольно трудно, да и применение очень мягкой воды крайне ограничено, так что любителю аквариумных растений нет необходимости доставать дистиллированную воду.
В тех редких случаях, когда необходимо получить воду с точно заданными параметрами, в частности жесткостью, следует за основу взять дистиллированную воду и смешать ее с водой известной жесткости. Можно также внести в воду необходимое количество хлористого кальция или сернокислого магния.
Существуют способы умягчения воды, достаточно простые и вполне пригодные для использования аквариумистом, серьезно занимающимся выращиванием водных растений.
Начнем с того, что воду можно просто кипятить. Затем воду остужают не перемешивая. После этого осторожно сливают только верхние 2/3 объема, так как в придонном слое скапливаются соли кальция, выпадающие в осадок при большой концентрации. Слитая с поверхности вода значительно мягче исходной.
Менее эффективным способом умягчения воды является добавление отвара ольховых шишек или экстракта торфа. Жесткость воды уменьшается незначительно, а кроме того меняется ее химический состав. Это может повлиять на рост некоторых растений. Такой способ смягчения больше всего подходит для стимуляции нереста некоторых харацинид.
В литературе по акваристике рекомендуется применять такие вещества, как трилон-Б (натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) и ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), для образования комплексных соединений металлов, в частности кальция и магния, т. е. для умягчения воды. Дело в том, что многие металлы могут усваиваться растениями из воды только в виде сложных соединений. Рекомендуемая концентрация трилона-Б, вещества, более доступного аквариумистам,– около 25 мг на 1 л воды. Такое количество трилона не меняет жесткость воды. Количество этого вещества, необходимое для умягчения воды жесткой или средней жесткости, колеблется в пределах 1 – 2 г на 1 л. Опыты показали, что добавление трилона в количестве 1 – 1,5 г в воду жесткостью 12 – 16° позволяет выращивать растения, требующие очень мягкой воды.
Кроме жесткости очень важным показателем физико-химического состояния воды является активная реакция, или рН. Этот показатель определяется количеством содержащихся в воде водородных (Н+ и гидроксильных (ОН-) ионов. Нейтральная вода имеет показатель рН равный 7. Значение рН меньше 6,8 означает, что вода обладает кислой реакцией. При рН больше 7,2 вода становится щелочной. Оптимальные условия для большинства растений складываются при значениях рН от 6 до 8, но это очень приблизительно.
Показатель рН природной воды может колебаться в широких пределах. Отстоянная в течение суток вода без дополнительных добавок имеет реакцию, близкую к нейтральной. В практике нейтральной считается рода с рН 6,8 – 7,2.
Вода в аквариуме может менять свои показатели, становясь более кислой или более щелочной, под воздействием живых организмов.
Иногда аквариумисту нужно изменить показатель активней реакции воды. Для этого в воду добавляется кислота или щелочь. Далеко не все кислоты и щелочи подходят для изменения рН в аквариуме, так как многие из них оказывают токсическое воздействие на живые организмы.
Подкисление воды
Для подкисления воды аквариума из минеральных кислот пригодна только ортофосфорная кислота. Попытки использовать соляную, серную, уксусную кислоты, наиболее широко распространенные, могут вызвать нарушение обмена веществ у растений и рыб. Ортофосфорную кислоту можно использовать только в растворе и добавлять в аквариум каплями, обязательно контролируя изменения рН.
Более простой способ подкисления воды заключается в добавлении к ней экстракта торфа или отвара ольховых шишек. Столовая ложка ольховых шишек заливается стаканом кипятка и кипятится еще 5 – 7 минут. Стакан отвара рассчитан на 5 – 10 л воды.
К подкислению воды следует прибегать только в тех случаях, когда нужно создать определенные условия для рыб. При содержании растений такой необходимости обычно не возникает. В аквариумной воде постепенно накапливаются органические соединения, она со временем приобретает кислую реакцию. Такая вода называется старой.
Ощелачивание воды
Значительно чаще, чем подкислением, любителю аквариумных растений приходится заниматься ощелачиванием воды. Это происходит потому, что, как уже говорилось, в аквариуме накапливаются органические кислоты, снижающие рН, а для очень многих растений больше подходит слабощелочная вода.
Для ощелачивания воды подходит любая щелочь. При использовании едкого натрия или едкого калия, которые следует применять только в растворе и пользоваться которыми необходимо с большой осторожностью, сдвиг рН в сторону ощелачивания в аквариуме происходит очень резко и сохраняется лишь несколько часов из-за активного воздействия водных организмов.
Единственным надежным способом ощелачивания воды, гарантирующим стабильность показателей, можно считать добавление в аквариум питьевой соды в дозе 0,2–0,5 г на 1 л воды. Питьевая сода, или гидрокарбонат натрия, обладает замечательными свойствами. Это соединение ведет себя в растворе как слабая щелочь, но при этом с сильными щелочами реагирует как кислота. Именно в этом выражаются ее буферные свойства. Даже при некоторой передозировке питьевой соды рН воды не поднимается выше 8,4. При этом следует отметить, что подъем рН до 9 практически не ухудшает самочувствия рыб и растений.
Ощелачивание питьевой содой мягкой и очень мягкой воды не дает стойкого результата. Если увеличить концентрацию соды в воде аквариума, повышенное содержание натрия оказывает токсическое воздействие на растения.
Единственно верный способ получить воду со стойкой щелочной реакцией – повысить ее жесткость не менее чем до 8° и добавить к ней питьевую соду. Следует отметить, что в аквариумах с часто подмениваемой жесткой водой рН обычно больше 7. Для придания буферных свойств такой воде питьевую соду можно добавлять лишь в очень малом количестве. Такая вода имеет незначительные колебания рН в течение суток и не приобретает кислую реакцию при старении.
Как уже говорилось, значительные добавки соды могут привести к избытку натрия в воде. Для рыб такой избыток чаще всего бывает безвредным, а для растений он может стать губительным. Аквариумисты, содержащие «живородок», иногда добавляют в воду обычную поваренную соль. В таких аквариумах редко можно наблюдать хороший рост растений. (Правда, это относится только к редким, весьма требовательным видам.) Подсаливание воды для живородящих карпозубых необязательно. Более правильным при содержании этих рыб является повышение жесткости воды в сочетании с малыми добавками питьевой соды.
Незначительный избыток натрия в воде можно компенсировать добавками солей калия. Лучший результат получается при добавлении в воду поташа – углекислого калия (К2СО3). Соотношение ионов натрия и калия в воде 5:1 или 4:1 прекрасно переносится растениями и рыбами, но избыток калия губителен для рыб. Поэтому вносить такие химические элементы, как натрий и калий, необходимые для жизнедеятельности организмов, нужно очень осторожно.
Можно рекомендовать аквариумистам приготовить смесь питьевой соды и поташа в весовом соотношении 4:1 и добавлять ее в количестве от половины до целой чайной ложки на 10 л подмениваемой воды.
Редокспотенциал
Окислительно-восстановительный потенциал, или редокспотенциал – своеобразный показатель химической и биологической активности воды и грунта. Определить его можно только с помощью электронного прибора – рН-метра. Сделать это в домашних условиях, как правило, нет возможности, но иметь представление о редокспотенциале аквариумисту-любителю совершенно необходимо. Дело в том, что существование гидрофитов возможно только в очень ограниченном диапазоне этого показателя состояния воды. Редокспотенциал измеряется в условных единицах от 0 до 42 и имеет следующие значения:
| 40 – 42 | полностью окисленная среда |
| 35 – 39 | сильно окисленная |
| 30 – 34 | умеренно окисленная |
| 24 – 29 | слабо окисленная |
| 18 – 23 | слабо восстановленная |
| 12 – 17 | умеренно восстановленная |
| 6 – 11 | сильно восстановленная |
| 0 – 5 | полностью восстановленная |
Аквариумные растения могут существовать при значениях редокспотенциала от 27 до 35.
В новом аквариуме редокспотенциал имеет значения, близкие к 32. В дальнейшем, по мере накопления органических неокисленных веществ, величина его начинает снижаться. Аквариумист может наблюдать, как в новом аквариуме начинают прекрасно расти многие мелколистные плавающие в толще воды растения – это показатель высокого редокспотенциала. Потом наступает период развития апоногетонов и эхинодорусов – признак снижения редокспотенциала до 30 – 29. Затем к ним присоединяются криптокорины, значит, редокспотенциал снизился примерно до 28. И вот уже идет деградация эхинодорусов и других растений, а криптокорины процветают – это признак снижения окислительно-восстановительного потенциала до значения, близкого к 27. Если редокспотенциал опускается ниже этой величины, прекращается рост практически всех растений. Но уже ухудшение роста эхинодорусов является четким признаком того, что из аквариума необходимо удалить избыток органики.
Каким способом чистить аквариум, надо решать исходя из конкретных условий. Можно применять любые виды фильтров: внутренний, наружный с активным наполнителем или без него, биологический, а можно воспользоваться самым простым способом чистки грунта – с помощью воронки.
Упрощенно можно сказать, что редокспотенциал для аквариумиста – показатель степени загрязненности воды органическими веществами.
Источник
Добавочной воды методом подкисления
Широкое распространение открытой схемы теплоснабжения с большими расходами горячей воды для непосредственного водоразбора, начавшееся в 60-х годах и вызванное увеличением жилищного строительства, создало условия для применения упрощенных способов снижения щелочности добавочной воды. К таким способам относится метод подкисления воды серной (или соляной) кислотой, отличающийся меньшей металлоемкостью используемого оборудования и меньшей себестоимостью очищенной воды.
Значительным практическим преимуществом метода подкисления является отсутствие сбросных вод, что повышает его конкурентоспособность со всеми применяемыми в настоящее время способами снижения карбонатной жесткости (щелочности) природных вод.
Сущность метода подкисления состоит в уменьшении концентрации в воде ионов 
в результате связывания их ионом водорода, вводимым с кислотой, в молекулы углекислоты. Нормы ПТЭ (§4.8.40) требуют полного удаления из воды свободной углекислоты (для уменьшения коррозии) и снижения щелочности до значений не более 0,7 ммоль/дм 3 . Выполнение требований ПТЭ позволяет в течение двух-трех сезонов эксплуатировать котлы без ухудшения интенсивности теплопередачи.
Для подкисления чаще всего применяется серная кислота, при этом в воде повышается концентрация сульфат-ионов. Когда используются природные воды с высокой концентрацией кальция, создается опасность выделения на поверхностях нагрева твердой фазы карбоната кальция CaSO4. Чтобы избежать указанной опасности и оценить возможность применения для подкисления серной кислоты, требуется подсчитать, не станет ли подкисленная вода пересыщенным раствором по CaSО4 при заданной температуре.
При определении возможности применения метода подкисления для обработки конкретной исходной воды в случае, если в схему подогрева включены водогрейные котлы типа ПТВМ, важно рассчитать температуру. В условиях нормального режима котла, характеризующегося отсутствием поверхностного кипения, искомая расчетная температура будет соответствовать максимальной температуре нагрева воды, увеличенной на 5–10 °С. «Запас» по температуре необходим для компенсации допустимой тепловой «развертки» в разных элементах и трубах котла.
Рис. 9.7. Принципиальная схема подкисления добавочной воды:
1 – бак концентрированной кислоты; 2 – дозатор; 3 – эжектор; 4 – декарбонизатор; 5 – вентилятор; 6 – бак запаса воды; 7 – буферный фильтр; 8 – подпиточный насос; 9 – подогреватель; 10 – деэратор; 11 – бак деаэрированной воды; 12 – сетевой насос; I – подвод исходной воды на очистку; II – подвод исходной воды; III – подвод раствора щёлочи; IV – подпиточная вода
В схеме подкисления добавочной воды (рис. 9.7) для удаления образующейся свободной углекислоты предусмотрен декарбонизатор.
Необходимая доза кислоты в кубических дециметрах на кубический метр, вычисляется по формуле:
,
где 49 – эквивалентная масса серной кислоты, г/моль; r – плотность кислоты, кг/дм 3 ; С – концентрация серной кислоты, %.
Для подкисления нужно использовать техническую кислоту, соответствующую по составу примесей ГОСТ 2184-77 (содержание мышьяка – 0,0001 %, свинца – 0,01 %). Чтобы исключить опасность попадания кислой воды в теплосеть и обеспечить постоянство качества подкисленной воды, необходимо применять автоматическую систему дозирования кислоты, подавая ее пропорционально расходу воды, и весьма желательно – с корректирующим импульсом по качеству (остаточной щелочности или рН воды). Той же цели – обеспечение надежности метода – служит включенный в схему подкисления буферный катионитный фильтр, работающий при скорости фильтрования 50 м/ч. Периодически этот фильтр истощают, пропуская исходную воду и срабатывая катионит до выравнивания жесткости на входе в фильтр и на выходе из него. Как часто эта операция должна проводиться, определяют в период первичного пуска и наладки установки.
Из имеющихся дозаторов кислоты наиболее надежным в настоящее время следует считать дозатор системы Тулэнерго с автоматической дозировкой по разнице в значениях электрической проводимости между подкисленной и исходной водой.
Рис. 9.8. Дозатор кислоты производительностью 2–40 дм 3 /ч:
1 – грундбудкса; 2 – гайка; 3 – фланец; 4 – сальниковая набивка; 5 – корпус; 6 – дроссель; 7, 10 – прокладки; 8 – входной штуцер; 9 – выходной штуцер; 11 – щиток дросселя; 12 – болт
Дифференциальная схема измерения электрической проводимости, использованная в датчике кондуктометра Тулэнерго, обеспечивает достаточно высокую точность дозировки, так как исключает влияние колебаний температуры и солесодержания воды. Дозатор обеспечивает непрерывную подачу кислоты с плавным регулированием ее расхода от 2 до 40 дм 3 /ч.
Дозатор (рис. 9.8) представляет собой дроссельное устройство с переменным гидравлическим сопротивлением. Детали дозатора изготовляются из нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Расход кислоты через дозатор определяется размерами щели между наружным диаметром дросселя и внутренним диаметром корпуса. Значительное влияние на точность дозировки оказывает вязкость раствора кислоты, зависящая от температуры. Для стабилизации последней используется водяной теплообменник типа «труба в трубе». По внутренней трубе теплообменника проходит кислота, а в межтрубном пространстве – вода с постоянной температурой.
Отдозированная кислота вводится в обрабатываемую воду с помощью кислотоупорного эжектора (рис. 9.9) из винипласта или фторопласта. Если бак с кислотой расположен выше декарбонизатора, кислота в воду может подаваться самотеком.
Выпускавшиеся ранее насосы-дозаторы не обеспечивали достаточно тонкую и точную дозировку кислоты. Насос-дозатор серной кислоты НД 05Э 100/10 завода «Ригахиммаш» имеет точность дозировки 0,5 % подачи. Его применение предусматривается во вновь монтируемых схемах подкисления добавочной воды тепловых сетей.
Если состав исходной воды указывает на опасность выпадения сульфата кальция при ее подкислении серной кислотой, следует прибегать к частичному умягчению воды или использовать для подкисления соляную кислоту. Комбинированная схема подкисления и Na-катионирования воды изображена на рис. 9.10.
Рис. 9.9. Эжектор для водоприготовительной установки
производительностью до 200 м 3 /ч:
1 – входное сопло из винипласта; 2 – установочное кольцо; 3 – камера смешения;
4 – диффузор из винипласта или фторопласта; 5–7 – трубы из нержавеющей стали размерами соответственно 38х3,5 и 83х4,5мм; 8 – свинцовая футеровка
Рис. 9.10. Схема подкисления с частичным умягчением добавочной
воды методом Nа-катионирования:
1 – Nа-катионитный фильтр; 2 – дозатор кислоты; 3 – декарбонизатор; 4 – вентилятор;
5 – бак запаса воды; 6 – подпиточный насос; 7 – буферный фильтр; 8 – подогреватель;
9 – деаэратор; 10 – бак деаэрированной воды; 11 – сетевой насос; I – исходная вода;
II – раствор хлористого натрия; III – подпиточная вода
Когда в качестве источника водоснабжения используется поверхностный водоем и требуется не только снизить карбонатную жесткость, но и улучшить органолептические показатели (цветность, мутность) воды, целесообразно применять комбинированную схему, представленную на рис. 9.11. В ней предусматривается коагуляция воды в осветлителе и последующее подкисление всего ее потока.
Наиболее рациональная схема для применения в каждом конкретном случае выбирается по результатам технико-экономического сравнения конкурирующих схем.
 | Рис. 9.11. Схема подготовки добавочной воды методом подкисления с предварительной коагуляцией в осветлителе: 1 – осветлитель; 2 – бак коагуляционной воды; 3 – насос; 4 – механический фильтр; 5 – декарбонизатор; 6 – бак подпиточной воды; 7 – бак серной кислоты; 8 – эжектор-дозатор; I – исходная речная вода; II – подпиточная вода |
Способ снижения карбонатной жесткости (щелочности) воды подкислением ее серной или соляной кислотой привлекает своей высокой экономичностью и отсутствием сбросных вод, что позволяет использовать его для создания бессточных схем подготовки добавочной воды теплосетей.
9.4. Декарбонизация воды методом известкования
Известкование как метод снижения щелочности воды при ее подготовке для теплосети долгое время рассматривался только применительно к закрытым системам теплоснабжения. Он считался экономичным при небольших расходах добавочной воды в теплосеть. При этом очистка подпиточной воды для теплосети совмещалась на первых стадиях с подготовкой добавочной воды для основного контура ТЭЦ.
В настоящее время известкование рассматривается как конкурентоспособный метод, позволяющий достаточно просто решать вопрос очистки сбросных вод даже для установок большой производительности, поскольку примеси, удаляемые из воды в процессе известкования, переводятся в практически нерастворимые осадки, которые могут быть удалены в соответствующие шламоотвалы.
Сущность метода заключается в обработке воды известью Са(ОН)2. Повышение в воде концентрации ионов 
приводит к уменьшению концентрации ионов Н + . Увеличение рН вызывает смещение углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов. При этом происходит диссоциация молекул угольной кислоты по первой и второй ступеням, а также диссоциация бикарбонат-ионов, присутствующих в воде. В результате этих реакций в воде возрастает концентрация ионов 
, которые по достижении произведения растворимости СаСО3 вызывают образование твердой фазы карбоната кальция. Переход в осадок ионов и Са 2+ обусловливает снижение щелочности и жесткости воды. Если известь дозируется в количестве большем, чем это необходимо для связывания свободной угольной кислоты и разложения бикарбонатов, в воде появляется избыточная концентрация гидроксильных ионов. При условии достижения произведения растворимости Mg(OH)2 гидроокись магния также выпадает в осадок. Снижение щелочности и жесткости воды сопровождается соответствующим уменьшением сухого остатка. Кроме того, происходит уменьшение содержания соединений железа, кремния, органических веществ, снижается цветность воды.
На основе многолетних исследований отделением водно-химических процессов Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) сформулированы оптимальные условия проведения процесса известкования воды. На рис. 9.12 показана принципиальная технологическая схема подготовки воды этим методом.
В правильно налаженных установках с использованием осветлителей конструкции ВТИ при нагреве воды до 30–40 °С можно получить остаточную щелочность воды ЩОСТ = 0,55–0,80 ммоль/дм 3 при содержании кальция до 1 ммоль/дм 3 и ЩОСТ = 0,35–0,60 ммоль/дм 3 при 
3 ммоль/дм 3 . Оптимальное значение рН, при котором достигается минимальная общая щелочность, лежит в пределах 10–10,2. При снижении рН обрабатываемой воды остаточная щелочность повышается до 1–1,5 ммоль/дм 3 .
Рис. 9.12. Схема подготовки добавочной воды методом известкования:
1 – подогреватель; 2 – осветлитель; 3 – бак известкованной воды; 4 – насос; 5 – механический фильтр; I – исходная вода; II – известковое молоко; III – раствор флокулянта; IV – раствор коагулянта;V – осветленная добавочная вода
Если требуется получить воду с минимально низкой щелочностью, необходимо применять комбинированные схемы, например известкование с последующим подкислением.
На установках с известкованием важно получать очищенную воду, стабильную по содержанию карбоната кальция. Этому способствует совмещение процессов известкования и коагуляции в осветлителях со взвешенным слоем. При необходимости улучшить структуру шлама допускается использование флокулянтов. Осветлители серии ВТИ-И снабжены системами автоматизации для поддержания температуры воды в оптимальных пределах, соблюдения шламового режима осветлителя, приготовления и дозирования реагентов. Объем необходимой автоматизации, обеспечивающий нормативный режим эксплуатации осветлителей, разработан СКВ ВТИ в виде технического проекта и рекомендован для широкого внедрения на всех строящихся и расширяющихся водоочистках.
Эффект умягчения воды при известковании зависит от состава исходной воды. Если он не отвечает требованиям ПТЭ (кальциевая жесткость не выше
3,5 ммоль/дм 3 ), возникает необходимость дополнительного умягчения. В подобных случаях проводится Na-катионирование части или всего потока известкованной воды.
9.5. Na-катионирование добавочной воды
Умягчение воды по методу Na-катионирования многие годы применялось на ТЭЦ для подготовки добавочной воды тепловых сетей. Эксплуатация Na-катио-нитных установок позволила выявить положительные и отрицательные стороны этого метода. Достигаемый при Na-катионировании глубокий эффект умягчения добавочной воды положительно сказывается на уменьшении кальциевого и магниевого накипеобразования в теплообменной аппаратуре. Однако повышение агрессивных свойств глубоко умягченной воды по отношению к металлу вызывает усиление коррозии подпиточного тракта (до деаэратора), а при недостаточно качественной деэрации – и всего остального водогрейного оборудования и теплофикационных магистралей. Иначе говоря, применение Na-катионирования как метода подготовки добавочной воды требует особенно тщательного проведения противокоррозионных мероприятий в теплосети, чтобы избежать загрязнения сетевой воды повышенным количеством продуктов коррозии.
Существенным недостатком метода Na-катионирования следует считать наличие сбросных вод, содержащих хлориды и сульфаты кальция и натрия в количествах, превышающих нормы. В настоящее время применяется разбавление сбрасываемых растворов водами более низкой минерализованности. В перспективе использование метода Na-катионирования в водоподготовительных установках будет зависеть от возможности утилизации сбросных вод.
В настоящее время в схемах подготовки добавочной воды для тепловых систем с непосредственным водоразбором Na-катионирование используется после стадии, снижающей щелочность исходной воды. Необходимость в доумягчении воды возникает, если исходная вода содержит значительное количество ионов кальция, и для выдерживания в сетевой воде соотношения 
требуется уменьшить их концентрацию до 
ммоль/дм 3 . В подобных случаях применяются комбинированные схемы: а) известкование – коагуляция с последующим частичным или полным умягчением воды методом Na-катионирования;
б) подкисление в комбинации с Na-катионированием части исходной воды. Та или другая схема очистки для каждого конкретного состава воды выбирается по результатам технико-экономического расчета, а также при положительном решении вопроса об утилизации сбросных вод Na-катионитных фильтров.
9.6. Магнитная противонакипная обработка добавочной воды
Основные закономерности метода магнитной водоподготовки. Изменения свойств воды, наблюдаемые в результате ее прохождения через узкий зазор между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), позволяют рассматривать омагничивание воды как способ ее обработки. Исследованиями многих авторов, а также промышленной практикой доказано, что магнитное поле оказывает влияние на кинетические процессы кристаллизации накипеобразователей.
Противонакипный эффект магнитной обработки обусловлен появлением в воде, прошедшей магнитное поле, многочисленных субмикроскопических и коллоидных образований, которые могут служить зародышевыми кристаллами карбоната кальция, выделяющегося при нагревании воды. Присутствие в жидкости огромного количества таких центров кристаллизации приводит к выделению карбоната кальция в объеме жидкости, а также вызывает замедление роста кристаллов, что обусловливает их высокую дисперсность. Перенесение кристаллизации основного накипеобразователя в толщу нагреваемой воды способствует предотвращению отложений на теплопередающих поверхностях оборудования. Образованию накипи вторичного происхождения препятствует высокая степень дисперсности частиц выделяющегося карбоната кальция. Система вода – карбонат кальция получается устойчивой на стадии микрокристаллов, не оседающих из потока движущейся жидкости.
Однако применение противонакипной магнитной обработки воды в настоящее время требует предварительных экспериментов для выбора оптимальных условий омагничивания воды данного состава. Такое положение вызвано прежде всего тем, что механизм действия электромагнитных полей на растворы различного состава не изучен и какие-либо количественные закономерности не найдены. Не выяснен также механизм образования зародышей кристаллов в воде после магнитной обработки.
Изложенная точка зрения на магнитную обработку природных вод вытекает из ряда экспериментальных исследований МЭИ и является в настоящее время пока единственной попыткой наиболее полного объяснения влияния магнитного поля на воду исходя из предположения, что в обрабатываемой воде присутствуют ферромагнитные окислы железа, определяющие результативность магнитной обработки как противонакипного способа водоподготовки.
Практическое применение магнитной обработки в теплосетях с непосредственным водоразбором. Практикой эксплуатации действующих промышленных магнитных установок выявлено, что магнитная обработка как способ противонакипной защиты водогрейного оборудования теплофикационных систем с непосредственным водоразбором эффективна при использовании природных вод общей минерализованностью не выше 500 мг/дм 3 , карбонатной и общей жесткостью до 4 ммоль/дм 3 .
Рис. 9.13. Схема магнитной обработки добавочной воды
с предварительной коагуляцией и осветлением:
1 – насос для подачи исходной воды; 2 – смеситель; 3 – насос-дозатор коагулянта;
4 – воздухо- и грязеотделитель; 5 – контактные осветлители КО-2; 6 – бак осветлённой воды; 7 – насос для подачи осветлённой воды; 8 – электромагнитные аппараты ВТИ;
9, 10 – подогреватели I и II ступеней; 11 – деаэратор; 12 – подпиточный насос; I – исходная вода; II – раствор коагулянта; III – подпиточная вода
Магнитная обработка является одной из стадий в общей технологической схеме подготовки подпиточной воды; выбор остальных стадий очистки производится с учетом качества исходной воды. Если она поступает из открытого водоема, схема подготовки подпиточной воды включает коагуляцию и осветление с последующей магнитной обработкой и термической деаэрацией. Такая схема водоподготовки осуществлена, например, на Саратовской ГРЭС (рис. 9.13).
Необходимость в предварительной очистке обусловлена требованием доведения исходной воды до качества, соответствующего СанПиН 2.1.4.559-96 «Вода питьевая» по таким показателям, как цветность и мутность, без чего вода не может быть направлена потребителям. Согласно данным Института санитарии и гигиены им. Эрисмана, для хозяйственно-бытовых целей допускается вода, обработанная магнитным полем напряженностью до 16∙10 4 А/м. Если исходной служит водопроводная вода, то схема подготовки подпиточной воды значительно упрощается и включает только магнитные аппараты и термический деаэратор. Упрощенная схема (рис. 9.14) длительное время эксплуатировалась на Астраханской ТЭЦ.
Рис. 9.14. Схема магнитной обработки добавочной воды
без предварительной очистки:
1 – электромагнитные аппараты ВТИ; 2, 3 – подогреватели I и II ступеней;
4 – деаэратор; 5 – подпиточные насосы; 6 – бак запаса деаэрированной воды;
I – исходная вода; II – подпиточная вода
Объективно эффективность применения любой схемы водоподготовки, в том числе и схем, включающих магнитную обработку, оценивается отсутствием накипи на рабочих поверхностях всех видов оборудования и трубопроводов теплосети. Присутствие карбоната кальция в нагретой воде в виде тонкодисперсной взвеси требует внимательной и умело организованной эксплуатации вспомогательного оборудования.
Поверхность нагрева теплообменников, подогревающих воду перед деаэратором до 90 °С (поз. 9 и 10 на рис. 9.13, поз. 2 и 3 на рис. 9.14), будет чистой, если их трубки не будут корродировать. В этих подогревателях трубки должны выполняться из металлов, устойчивых против кислородно-углекислотной коррозии, усиливающейся присутствием в исходной воде хлоридов и сульфатов. Если на поверхности латунных трубок подогревателя появляется шероховатость вследствие обесцинкования, то на них оседает взвесь карбоната кальция; с течением времени образуются бугорки, постепенно соединяющиеся в единый слой накипи.
В схемах с магнитными аппаратами целесообразно использовать термические деаэраторы атмосферного, типа, оборудованные барботажным устройством ЦКТИ. В них исключается зарастание спекшимся карбонатным шламом нижней поверхности последней деаэраторной тарелки, обращенной к потоку пара. Основная часть пара в деаэраторе этого типа поступает в барботажное устройство, находящееся в водяном объеме деаэратора, где прикипания карбонатной взвеси обычно не наблюдается. Некоторое количество укрупнившихся частиц, успевающих осесть на стенках бака за время пребывания в нем воды, не мешает нормальной работе деаэратора. Крупные частицы, осевшие на дно в барботажной камере и баке, необходимо периодически удалять путем продувки нижних точек деаэраторного бака.
Длительные эксплуатационные наблюдения показывают, что качество подпиточной воды после термического деаэратора в схемах с омагничиванием отвечает нормам, а именно: свободная углекислота отсутствует, содержание кислорода укладывается в пределы 10–20 мкг/дм 3 , а мутность составляет 1,5–2,5 мг/дм 3 . Концентрация взвеси, состоящей из карбоната кальция и окислов железа (при учете частиц размером более 1 мкм), не превышает 2–3 мг/дм 3 . Эти данные получены на промышленных установках, показатели исходной воды которых по минерализованности не превышают указанного выше предела. Многочисленные анализы подпиточной и сетевой воды на содержание взвеси дают значения одного порядка, что подтверждает отсутствие оседания взвеси из движущейся воды в теплообменниках, магистральных трубопроводах и в разводящей абонентской сети. Данные осмотров оборудования и теплосети согласуются с этими наблюдениями.
В теплофикационных установках с большим разбором горячей воды имеются запасные баки деаэрированной подпиточной воды для покрытия пиковых нагрузок. В случае пребывания воды в запасном баке в течение 12–24 ч следует ожидать укрупнения и выделения некоторого количества карбонатной взвеси на стенках бака. Равномерно покрывая поверхность бака, она защищает его от кислородной коррозии. Трудностей в эксплуатации подобное покрытие не создает, а при дренировании бака легко удаляется механически путем несильного постукивания.
Эффективность той или иной комбинированной схемы водоподготовки зависит от степени налаженности каждой стадии очистки в отдельности. Магнитная обработка не может исправить или ликвидировать огрехи неналаженного режима, работы предварительной очистки. Имевшиеся на водоочистке Саратовской ГРЭС нарушения режима предварительной очистки, особенно в паводковый период, приводили к образованию отложений на тарелках деаэратора. После устранения нарушений в работе предварительной очистки была обеспечена безнакипная работа всего водогрейного оборудования.
Для снижения мутности и цветности воды можно использовать контактные осветлители КО-2, впервые прошедшие промышленное испытание в схеме подготовки добавочной воды на Саратовской ГРЭС.
В качестве контактного осветлителя может быть взят обычный Н-катионит-ный фильтр, в нижней части которого монтируется трубчатое дренажно-распределительное устройство с отверстиями диаметром 10 мм. Поверх труб укладываются слои гравия, на которые насыпается кварцевый песок. В слое песка на глубине 250–300 мм помещается верхний водоотводящий коллектор со щелевыми колпачками. Для удаления из воды пузырьков воздуха и грубых механических примесей перед контактным осветлителем должен быть включен воздухогрязеотделитель.
Контактный осветлитель КО-2, загруженный кварцевым песком (подстилочный материал – гравий), имеет следующие технические данные:
Крупность зерен материала, мм:
Расход коагулянта, ммоль/дм 3 0,05–0,5
Продолжительность взрыхления, мин 20–30
Интенсивность взрыхления, дм 3 /(с×м 2 ) 10–12
Скорость фильтрования при мутности исходной воды, м/ч:
до 100 мг/дм 3 7–10
выше 100 мг/дм 3 5
Оптимальная температура исходной воды, °С 20–25 (не
Расход воды на промывку фильтрующего материала, м 3 /м 3 4,5–5,0
Для противонакипной магнитной обработки воды применяются электромагнитные аппараты (ЭМА) конструкции СКВ ВТИ, изготовляемые Чебоксарским электромеханическим заводом «Энергозапчасть». Они удобны тем, что имеют широкий диапазон магнитной напряженности в рабочем зазоре, легко настраиваются на воду любого качества и надежны в эксплуатации.
В настоящее время выпускаются аппараты производительностью 15, 25 и 50 т/ч.
Электромагнитный аппарат (рис. 9.15) состоит из цилиндрического корпуса 1 (наружный магнитопровод) и сердечника 2 (внутренний магнитопровод), на который надеты намагничивающие катушки 3. Они помещены в кожух 4 из немагнитного металла, который заполнен трансформаторным маслом для охлаждения и изоляции. Корпус и кожух образуют рабочий кольцевой зазор 5, по которому проходит обрабатываемая вода. Стрелки указывают направление магнитных силовых линий. Катушки аппарата питаются через выпрямитель постоянным током. Концы обмотки катушек выведены на зажимы 8 и закрыты крышкой 7.
Кроме аппаратов конструкции СКБ ВТИ завод «Энергозапчасть» освоил выпуск аппаратов АМО-25-У4 производительностью 25 т/ч.
Через магнитные аппараты должен проходить весь поток воды, добавляемой в сеть и покрывающей расходы на горячее водоснабжение и потери в сети. В случае надобности можно устанавливать несколько параллельно работающих групп аппаратов, включая в каждую группу не более четырех аппаратов. При пуске аппарата экспериментально определяется его рабочая кривая, характеризующая зависимость напряженности магнитного поля в рабочем зазоре от силы тока в обмотке. Затем осуществляется с использованием кристаллооптического метода контроля предварительная настройка аппарата на обработку воды данного качества.
Магнитная обработка при подготовке воды для тепловых сетей с непосредственным водоразбором хорошо зарекомендовала себя на установках, в которых в качестве основных нагревателей используются скоростные сетевые подогреватели. В теплофикационных схемах с водогрейными котлами применение магнитной обработки, вероятно, будет менее надежным. В связи с переходом на использование мазута в качестве топлива для этих котлов в конвективных и экранных трубах водогрейных котлов зафиксировано явление «поверхностного кипения», что исключает возможность применения метода магнитной обработки.
Рис. 9.15. Электромагнитный аппарат для противонакипной обработки воды,
разработанный СКБ ВТИ:
1 – корпус; 2 – сердечник (внутренний магнитопровод); 3 – намагничивающая катушка; 4 – кожух; 5 – рабочий зазор; 6 – сетка; 7 – крышка; 8 – зажимы; I – вход воды; II – выход воды
Принципиально конструкция этих аппаратов не отличается от конструкции аппаратов ЭМА. В аппаратах АМО-25 уменьшено количество намагничивающих катушек, что позволило снизить их массу и стоимость. Технические данные аппаратов приведены в табл. 9.1.
Технические данные электромагнитных аппаратов
Чебоксарского электромеханического завода «Энергозапчасть»
| Технические данные | ЭМА-15 | ЭМА-25 | ЭМА-50 | АМО-25-У4 |
| Производительность по воде, т/ч: | ||||
| номинальная | ||||
| максимальная | ||||
| минимальная | ||||
| Количество катушек, шт. | ||||
| Скорость воды в рабочем зазоре, м/с | 1,15 | 1,15 | 1,3 | 1,2 |
| Сечение для прохода воды, см 2 | 36,5 | 60,0 | 105,4 | 56∓5 % |
| Максимальная напряженность магнитного поля в рабочем зазоре, А/м | 16∙10 4 | 16∙10 4 | 16∙10 4 | 24∙10 4 |
| Время пересечения водой магнит-ного поля (под одним полюсом), с | 0,026 | 0,026 | 0,023 | 0,026 |
| Рабочее давление, Па | 6∙10 5 | 6∙10 5 | 6∙10 5 | 6∙10 5 |
| Масса аппарата, кг |
9.7. Подготовка воды для закрытых тепловых сетей
Сетевая вода, циркулирующая в закрытых системах, не имеет непосредственного контакта с людьми, и поэтому нет необходимости соблюдать санитарные требования, в частности, по такому показателю, как рН. Это обстоятельство позволяет использовать для подпитки теплосети продувочную воду паровых котлов, отмывочные воды анионитных фильтров и иметь при этом показатель рН в добавочной воде свыше 8,5. Утилизация продувочной воды котлов и сбросных вод обессоливающих установок экономически выгодна, так как уменьшается общее водопотребление и, кроме того, сокращаются объемы производственных сточных вод. Однако в этом случае из-за присутствия в продувочных и отмывочных водах гидрат- и фосфат-ионов, которые с ионами кальция и магния могут образовывать труднорастворимые соединения, остальная часть добавочной и сетевая вода должны быть глубоко умягчены (общая жесткость не более 0,05 ммоль/дм 3 ). Применение для этой цели Na-катионирования вызывает необходимость решать сложный вопрос об утилизации стоков катионитных фильтров.
Применение гидразина или других веществ, могущих оказать прямо или косвенно вредное действие на организм и здоровье человека, для коррекционной обработки воды теплосети запрещается, так как и в закрытых сетях имеются некоторые утечки воды через неплотности оборудования и непланируемый ее отбор.
Неорганизованный водоразбор и другие потери из-за недостаточно высокой культуры эксплуатации тепловых сетей и подогревателей отражаются в первую очередь на производительности водоподготовительной установки (ВПУ), предназначенной для восполнения всех потерь воды в сети, и, конечно, затрудняют ее нормальную эксплуатацию. При проектировании ВПУ должна быть предусмотрена возможность увеличить производительность установки в случае необходимости. Должно быть также предусмотрено сооружение баков, вмещающих двух- трехчасовой запас воды для обеспечения бесперебойной работы теплосети.
Производительность ВПУ добавочной воды для закрытых тепловых сетей меньше, чем для систем с непосредственным водоразбором.
Повышение требований к составу и минерализованности вод, сбрасываемых в водоемы после ВПУ, заставляет пересматривать традиционно используемые схемы подготовки добавочной воды и даже отказываться от применения некоторых из них. В частности, такая переоценка произошла в отношении схемы умягчения воды методом Na-катионирования из-за отсутствия экономически приемлемых способов снижения солесодержания сбросных вод после Na-катионитных фильтров.
Основной схемой подготовки добавочной воды для закрытых теплосетей, когда нужно снизить только щелочность (карбонатную жесткость) исходной воды, следует считать известкование, совмещенное с коагуляцией и осуществляемое в осветлителях ВТИ. Эта схема применима для вод гидрокарбонатного класса, у которых общая жесткость равна общей щелочности или превышает ее на 1–3 ммоль/дм 3 . Когда исходная вода обладает более высокой некарбонатной жесткостью (т. е. Жо превышает Що более чем на 3 ммоль/дм 3 ), требуется проводить доумягчение воды. В подобных случаях конкурирующими схемами водоподготовки можно считать содоизвесткование и известкование с коагуляцией и последующим Na-катионированием всего потока воды или его части. Критерием целесообразности осуществления той или другой схемы должны быть результаты их технико-экономического сравнения, включая решение вопроса об утилизации сбросных вод ВПУ.
9.8. Подготовка воды для местных систем горячего водоснабжения
Для централизованного горячего водоснабжения (закрытая система теплоснабжения) очистка воды должна предусматриваться в тепловых пунктах в тех случаях, когда это требуется по коррозионным и накипеобразующим показателям исходной водопроводной воды и обосновано технико-экономическим расчетом. При выборе водоподготовки (противокоррозионная, противонакипная или совместная) рекомендуется руководствоваться данными табл. 9.2. По результатам исследований ВТИ и опыту эксплуатации систем горячего водоснабжения противонакипная и противокоррозионная обработка воды не требуется, если исходная водопроводная вода отвечает одновременно следующим показателям: карбонатная жесткость менее 4 ммоль/дм 3 , содержание железа не более 0,3 мг/дм 3 (в пересчете на Fe); суммарное содержание хлоридов и сульфатов не выше 50 мг/дм 3 .
Способы противокоррозионной обработки воды будут рассмотрены. Далее излагаются методы организации противонакипной обработки воды на тепловых пунктах.
Многолетний опыт эксплуатации подогревателей горячего водоснабжения показывает, что при использовании необработанной водопроводной воды нередко в трубках теплообменников образуются карбонатные или карбонатно-железистые отложения. При карбонатной жесткости воды 6–7 ммоль/дм 3 и содержании железа до 3 мг/дм 3 необходимость в чистке трубок возникает уже через 3–4 мес. непрерывной работы при температуре нагрева 70–90 °С или через 6 мес. при температуре воды не выше 60 °С. Противонакипную обработку воды на тепловых пунктах необходимо проводить при использовании водопроводных вод, имеющих повышенные накипеобразующие свойства, т. е. j > 0 и
> 4 ммоль/дм 3 .
Водоподготовка в системах централизованного горячего водоснабжения
| Водоподготовка | Показатели качества исходной водопроводной воды (средние за год) | Необходимость обработки воды в зависимости от типа труб | ||||
| J при 60 °С | Концентрация (в холодной воде) хлоридов и сульфатов (суммарно)  , мг/дм 3 | Окисляемость, мг О/дм 3 | Частично стальные без покрытия и частично оцинкованные трубы | Оцинкованные трубы | Термостойкие трубы пластмассовые или с внутренним покрытием | |
| I. Противокоррозионная | ≤ -1,0 -1,0 0 j>0 | Любая > 50 ≤ 50 ≤ 50 > 50 ≤ 50 | 0 — 6 0 — 6 0 — 6 0 — 6 0 — 6 0 — 6 | + + + + + допускается без обработки | + + + — + — | — — — — — — |
| II. Противонакипная | 0 0,5 | ≤ 50 ≤ 50 ≤ 50 ≤ 50 | 0 — 6 > 3 ≤ Дата добавления: 2017-03-12 ; просмотров: 4137 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ Источник  Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также  В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно |
