Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Реагентная обработка воды на ТЭС и методы расчета равновесных реакций 12
1.1 Общая характеристика предварительной очистки воды 12
1.2 Физико-химические основы коагуляции 13
1.3 Известкование воды 16
1.4 Реагентное умягчение воды 27
1.5 Выбор схемы водоподготовки 30
1.6 Математическое моделирование химических равновесий 33
1.7 Выводы по обзору литературы и постановка задачи 41
Глава 2. Термодинамика и кинетика химических реакций и процессов 45
2.1 Основные положения 45
2.2 Химические равновесия в реальных системах 48
2.3 Закономерности образования и состав осадков 54
2.3.1 Моделирование процессов образования и поведения основных карбонатов магния 59
2.3.2 Поведение кремниевой кислоты и силикатов 64
Глава 3. Разработка математической модели процесса предварительной очистки воды 69
3.1 Формализация задач, вывод и решение уравнений по первой задаче 69
3.2 Алгоритм расчета системы по второй задаче 80
3.3 Блок-схема прикладной программы 85
3.4 Методика работы прикладной программы 91
Глава 4. Исследование закономерностей процессов, протекающих при реагентной обработке воды 95
4.1 Ионно-молекулярный состав и стабильность исходной воды.. 95
4.2 Концентрационные диаграммы распределения 99
4.3. Пробная обработка природной воды 108
Глава 5. Моделирование и оптимизация ВПУ нижнекамской ТЭЦ-1 110
5.1 Анализ работы ВПУ ХВО-1 Нижнекамской ТЭЦ-1 110
5.2 Выбор пути повышения эффективности работы ВПУ ХВО-1 НкТЭЦ-1 116
Выводы 122
Список литературы 124
Приложения 150
- Математическое моделирование химических равновесий
- Моделирование процессов образования и поведения основных карбонатов магния
- Алгоритм расчета системы по второй задаче
- Выбор пути повышения эффективности работы ВПУ ХВО-1 НкТЭЦ-1
Введение к работе
В последнее время происходит, с одной стороны - ужесточение требований к качеству и количеству сбросов, с другой - ухудшение качества сырой воды, потребляемой ТЭС. Учитывая объемы используемой (очищаемой) для нужд энергетики воды, понятен интерес к выработке оптимальных схем и режимов очистки воды.
Реагентная предочистка воды так или иначе входит составной частью во все методы очистки воды на ТЭС и других энергообъектах. В качестве основных реагентов используют известь, коагулянт (соли железа и алюминия, чаще всего, сульфат двухвалентного железа), а также, в некоторых случаях СаС12, NaOH, Na2C03, флокулянты.
Существующие в настоящее время вычислительные программы расчета предварительной очистки воды на ТЭС обработкой реагентами основаны на упрощенной модели, включающей только основные равновесия (углекислотные) и образование трех основных осадков (гидроксид железа (Ш), гидроксид магния и карбонат кальция). Между тем, компоненты природных вод большей частью склонны к образованию комплексных соединений между собой и со средой (вода). Образующиеся комплексные соединения могут ингибировать процесс осаждения, влиять на состав осадка и определять свойства среды.
Образующийся в реальных условиях шлам имеет более сложный состав. В частности, осадки после обработки содержат в основном кальций тригональный (СаСОз), в меньшей степени - арагонит ромбический (СаС03), доломит (CaMg(COs)2) и брусит (Mg(OH)2). Отмечается, что, если в обрабатываемой воде содержатся ионы Mg , то осаждение СаСОз всегда сопровождается. попутным осаждением основного угле кислотного магния MgO-3MgC03-4H20. Причем условия образования осадков доломита и основного карбоната магния недостаточно изучены. При совместном известковании-коагуляции ионы железа должны практически полностью осаждаться в виде гидроксида железа (III), однако остаточное содержание соединений железа в обработанной воде существенно выше (на несколько порядков), чем можно было ожидать по значению ПР(Ре(ОН)з). Кроме того отмечается, что при наличии в воде кремниевой кислоты всегда образуются разнообразные по составу тонкодисперсные осадки силикатов кальция и магния, оценить содержание которых не представляется возможным.
В отличие от равновесий в растворе, образование осадков протекает со значительно меньшими скоростями. Водные растворы при добавлении реагентов-осадителей склонны к образованию пересыщенных растворов. От условий осаждения зависят дисперсность, состав осадка и скорость седиментации.
Цель и задачи исследования
Целью работы является повышение эффективности процесса реагентной предо чистки воды на ТЭС, составление математической модели всех значимых химических реакций и физико-химических процессов, протекающих в ходе водообработки, учет температурной зависимости химических равновесий и межфазных реакциий, исследование процесса образования твердой фазы осадков.
Непосредственными задачами работы являются, во-первых, описание химических и физико-химических процессов, протекающих при реагентной обработке воды с использованием термодинамических и кинетических констант.
Во-вторых, задачей является создание математической модели (ММ) процесса реагентной обработки воды, включающей сумму всех химических и физико-химических процессов, протекающих одновременно при их взаимном влиянии друг на друга. Разработка на основе математической модели прикладной программы (ПП).
В-третьих, задача работы состоит в исследовании реальных объектов — природной воды определенного водоисточника - с использованием разработанной ММ и ПП, сопоставление с экспериментальными данными и получение дополнительных экспериментальных данных, подтверждающих или дополняющих расчетные. Расчетные и экспериментальные исследования с целью определения оптимальных режимов обработки природной воды, характеризующихся минимальными расходами реагентов, минимумом образующихся отходов, максимально возможной степенью очистки или получения воды с требуемыми показателями.
В-четвертых, ставится задача моделирования и анализа работы ХВОЇ Нижнекамской ТЭЦ-1. Расчет путей оптимизации ХВСМ и выработка рекомендаций по сокращению расхода реагентов, стоков (отходов), углублению степени очистки.
Научная новизна работы: - разработана математическая модель процесса реагентной обработки воды, включающая описание всех значимых химических и физико-химических процессов, на основе которой составлена прикладная программа; - проведено теоретическое и экспериментальное исследование процессов осадкообразования при условиях: а) включения в состав различных осадков одноименных ионов и б) изоморфного соосаждения малорастворимых соединений в составе основных осадков при схожей сингонии кристаллов; - при учете реакций комплексообразования в растворе и процессов соосаждения получены теоретически обоснованные значения остаточных концентраций и основных показателей обработанной воды. При оценке кинетического и гетерогенного факторов реакций получены реалистичные расчетные значения концентраций и показателей обработанной воды. Проведена количественная оценка труднокристаллизуемых примесей.
Практическая значимость работы
Прикладная программа может быть использована для проведения теоретических расчетов, моделирующих работу ВПУ, заменяющих и дополняющих эксперимент, а также для проведения оптимизации водоподготовительных операций. С использованием модели возможно получение данных по оптимальным режимам проведения водоподготовительных операций ВПУ (дозы реагентов, температура). Предполагается использование программы для управления текущим процессом обработки воды в составе АСУ. Программа позволяет оперативно просчитывать изменение результатов обработки при изменении режимов обработки (температура, расход воды), использовании реагентов разных партий с иными качественными показателями, существенном изменении состава воды или использовании воды другого водоисточника и выдает рекомендации по изменению режима эксплуатации ВПУ.
Реализация результатов работы. Рекомендации по оптимизации работы стадии реагентной предварительной очистки использованы на ХВО-1 Нижнекамской ТЭЦ-1. Вычислительный программный комплекс для моделирования работы работы ВПУ рекомендован для внедрения в составе АСУ ВПУ НкТЭЦ-1. Отдельные результаты работы предложены для использования на Казанской ТЭЦ-2.
Апробация работы. Результаты работы представлены на Международных научно-технических конференциях «Вопросы тепломассообмена, энергосбережения и экологии в теплотехнологических процессах» (Иваново, ИГЭУ, 2003 г.), «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, СамГТУ, 2003г.), на 10-ой и 11-ой ежегодных международных научно-технических конференциях «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, март 2004г. и 2005г.), на III международной конференции "Проблемы промышленной теплотехники" (Киев, Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины, октябрь 2003 г.), на итоговой конференции Республиканского конкурса научных работ на соискание премии имени Н.И.Лобачевского (Казань, 2004г.), на IV Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, УдГУ, 2003г.), на конференции "Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности" (Ульяновск, 2003 г.), на семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, КГТУ им.Туполева, сентябрь 2004г., доклад №431), на аспирантско-магистрских научных семинарах (Казань, КГЭУ, 2002г,, 2003 г., 2004г.).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и списка литературы из 283 наименований.
Математическое моделирование химических равновесий
Основным определяющим признаком химических систем, позволяющим выделить их в отдельный класс из общей совокупности термодинамических систем, является изменение состава системы в результате протекания химических реакций. Поэтому для полной характеристики системы кроме задания любых двух переменных (давления Р и температуры Т, объема V и температуры, энтропии S и объема, энтропии и давления) необходимо знать и состав системы, т.е. концентрации всех составляющих систему веществ [65]. Целесообразно задать минимальный набор веществ, который при известном механизме химических превращений определяет весь состав химической системы [59, 60, 173]. Компонентами химической равновесной системы называются химические вещества, удовлетворяющие условиям независимости и полноты. Условия независимости: ни один из компонентов не может быть образован из других. Условия полноты: все молекулярные формы в данной системе могут быть получены по реакциям между компонентами.
В однородной системе число компонент п равно: п=т—к, где т — число всех молекулярных форм, к — количество химических реакций в системе. Набор п компонент будем называть базисом компонент. Компонетной стехиометрической матрицей является матрица А размерности mxnt элементы которой щ определяют состав /-ой молекулярной формы S/ относительно «единицы» у-го компонента базиса; элементы а,, называют стехиометрическими коэффициентами форм 3,- относительно компонентов J. Уравнение закона действующих масс (ЗДМ) в концентрациях компонентов называют обычно идеальной формой ЗДМ. В общем случае использование идеальной формы ЗДМ вместо реальной, связанное с пренебрежением точными термодинамическими соотношениями и экспериментальными данными об активностях компонентов, может привести к серьезным ошибкам как в идентификации структуры системы, так и в оценке ее параметров.
Однако, как неидеальные газы, так и неидеальные растворы в рамках определенных допущений могут быть описаны моделью идеального газа или раствора для исходных компонентов и широкого набора комплексов и ассоциатов из исходных реагентов. Эта идея описания неидеальности систем посредством учета образований сложных комплексов из частиц разного сорта и ассоциации одинаковых частиц была высказана Долезалеком в 1908 г. Идеи Долезалека родственны гидратной теории растворов Менделеева, теории ассоциированных растворов и современной химии комплексообразовашш. Опыт практических расчетов равновесии показывает, что структурная идентификация может быть проведена без ошибок на качественном уровне при использовании идеальной формы уравнений з.д.м. даже для сравнительно концентрированных растворов. Вторым основным законом химической равновесной системы является закон сохранения вещества и заряда, справедливый для любой замкнутой термодинамической системы. Обозначим вектор исходных концентраций компонентов через b —[\b\t а вектор равновесных концентраций всех молекулярных форм в системе через х. Тогда уравнения баланса масс в матричной форме запишутся в виде: где Ат — транспонированная компонентная стехиометрическая матрица. Уравнения содержат всю термодинамическую информацию о химической равновесной системе и являются аксиомами построения ее математической модели. Равновесный состав системы должен удовлетворять: а) уравнениям закона действующих масс; б) максимальному числу линейно независимых стехиометрических уравнений закона сохранения вещества и заряда. Сформулируем теперь «прямую задачу» равновесий: определить равновесный состав системы (х) по заданному вектору исходных концентраций Ь, известной компонентной матрице А и определенному набору оценок констант реакций К\,..., Кт путем решения системы алгебраических уравнений: Определив вектор равновесного состава системы, можно вычислить любое измеряемое свойство системы (у), описываемое некоторым уравнением связи с равновесными и исходными концентрациями молекулярных форм системы [26, 27, 28,47, 48, 49, 50, 61, 67, 68, 79, 88, 103, 106, 110, 129, 164, 184, 185, 195, 196, 199, 200, 201, 211,223, 271,281]: Описываемые процессы осуществляются в водных растворах. Большинство неорганических соединений, растворенных в воде, представляются диссоциированными. Ионы, окруженные дипольными молекулами воды (гидратированные), являются акваионами. Но в уравнениях химических реакций удобно использовать обозначение иона без указания гидратной оболочки, которая, вообще говоря, не может иметь точного количественного состава [52, 198]. Поэтому процессы диссоциации в водных растворах рассматриваем как реакции между ионами [29, 30, 31, 37]. Например, диссоциация двухосновной кислоты H2L может быть описана следующими реакциями: Обозначая концентрацию молекулярной формы 0 через х@, напишем закон действующих масс в идеальной форме для всех трех реакций: Такая запись не учитывает активность как ионов, так и растворителя — воды. Активность воды считается постоянной и равной единице. Рассмотрим процесс титрования двухосновной кислоты щелочью в области малых концентраций кислоты в воде (XH2L 10" М). Пусть исходный объем раствора Ушч, концентрация кислоты в этом объеме [НгЦн. При титровании добавляется объем АV раствора щелочи с концентрацией [NaOH], происходит реакция нейтрализации, и в результате общая концентрация ионов ЬҐ в объеме V = Рнач + АV выражается формулой: Часть ионов водорода перешла в воду по реакции взаимодействия с гидроксилом, добавленным с раствором щелочи. Это количество молей ионов водорода равно AF[NaOH]. Ионы водорода распределяются на свободные ионы Н и ионы, соединенные с лигандом L в молекулярных формах HL/ и H2L: Индекс «V» означает, что баланс масс выполняется в растворе объемом V. В связи с изменением объема раствора изменится общая концентрация лиганда — кислотного остатка L
Моделирование процессов образования и поведения основных карбонатов магния
В процессах водоочистки поведение карбонатов магния имеет большое значение. При наличии в воде ионов магния при известковании, коагуляции, щелочении и т.д. образующийся шлам всегда содержит основные карбонаты магния [152]. Между тем, отмечается, что состав основных карбонатов магния непостоянен и их поведение недостаточно изучено. Нейтральный карбонат магния из водных растворов образуется только тогда, когда раствор содержит большой избыток углекислоты [205, 206, 208]. Из растворов, содержащих соли магния и карбонаты щелочных металлов, выпадают основные карбонаты переменного состава. По данным разных источников мольное отношение карбонат/гидроксид магния составляет 3 или 4. Нейтральный карбонат при кипячении с водой также постепенно гидролизуется, переходя в основные карбонаты. Действием карбонатов на растворы солей магния получены индивидуальные соединения 3MgC03-Mg(OH)2-3H20 (гидромагнезит) и MgC03-Mg(OH)2-3H20. Оба соединения образуют белые ромбические кристаллы. Растворимость в воде гидромагнезита составляет 0,04 г/100г воды (холодная вода) и 0,011г/100г (горячая вода) [206]. Причем, выделенный гидромагнезит, помещенный в чистую воду, перешел в основной карбонат. Никаких констант и четких закономерностей поведения для основных карбонатов магния не приводится, что делает невозможным расчет вероятности их осаждения [53,233, 237, 238]. В водных растворах, ионы магния и карбонат-ионы связаны равновесиями: Поскольку при гидролизе карбонат-ионов образуются гидроксил-ионы, следует ожидать образование малорастворимого гидроксида магния: Таким образом, данная система представляет собой двухфазную систему, включающую подвижные равновесии. Способ расчета такой системы приведен в следующей главе [277].
Кроме того, учитывая, что кристаллы трехводного карбоната магния и основных карбонатов магния имеют схожую сингонию (ромбическую), расчет системы соли магния — карбонаты в проводился с учетом возможного изоморфного соосаждения осадков в соотношениях, соответствующих их ПР, по уравнениям вида: где n(AB) — мольная доля осадка AB в основном осадке. Для расчета использовалась разработанная нами 1111. Полученные данные представлены на рисунках 2.2, 2.3 и в таблице 2.6. Как показывают результаты расчета при действии карбоната натрия на раствор хлорида магния образующийся осадок представляет собой смесь двойной соли MgCC 3-Mg(OH)2 3H20 с мольным отношением карбонат/гидроксид 1:1 и карбоната магния MgCCb I O. Соотношение в суммарном осадке двойной соли и карбоната непостоянно и зависит от исходной концентрации магния и количества добавленной соды (рисунок 2.2). При примерно стехиометрическом соотношении Mg /СОз " суммарный осадок близок по составу к гидромагнезиту (3MgCCvMg(OH)2-3H20), а при избытке соды относительное содержание карбоната плавно снижается до нуля и в осадке остается только двойная соль. Результаты расчета поведения индивидуальных соединений - карбоната магния (MgC03-3H20) и гидромагнезита (3MgC03 Mg(OH)2-3H20) в воде при различных температурах приведены в таблице 2.6. Карбонат магния частично гидролизуется и переходит в двойную соль - MgC03 Mg(OH)2-3H20. Итоговая растворимость совпадает со справочной [206]. Интересно отметить, что степень превращения (гидролиза) зависит от количества внесенного карбоната магния. Гидролизуется только определенное количество карбоната (рисунок 2.3). Очевидно, что гидролиз обусловлен появлением в воде гидроксильных ионов, образующихся в результате равновесных реакций за счет растворения части карбоната. Гидромагнезит, помещенный в чистую воду, полностью переходит в двойную соль (MgC03-Mg(OH)2), что согласуется с экспериментальными данными.
Расчетные данные по растворимости согласуются со справочными [101, 159, 204]. Таким образом, в водных растворах, содержащих карбонат-ионы, происходит совместное осаждение карбоната магния и двойной соли MgC03-Mg(OH)2-3H20. Последняя является результатом изомофного соосаждения гидроксида и карбоната магния. Состав суммарного осадка основного карбоната магния непостоянен, поскольку представляет собой смесь двух осадков — карбоната магния и двойной основной соли, кристаллы которых имеют сходную ромбическую сингонию. Растворимость и состав осадков зависит от концентрации ионов магния в воде, состава раствора (содержания карбонатов и рН), температуры и может быть рассчитана с использованием фундаментальных констант — произведения растворимости (ПР) карбоната и гидроксида магния и констант диссоциации (Кд ) угольной кислоты с учетом изоморфного соосаждения [104].
Алгоритм расчета системы по второй задаче
Для решения второй задачи (раздел 1.7) составляется компонентная стехиометрическая матрица, включающая все значимые реакции комплексообразования, ассоциации и вероятные кристаллические фазы (таблица 3.3). В отличие от первой задачи (таблица 3.2) в число базизных компонентов включены ионы Fe2+ и Fe3+ поскольку их комплексные соединения присутствуют в значительных концентрациях. Напротив, ионы N03" и NCb" не включены в базис из-за неучастия в процессах комплексо- и осадкообразования. Однако, их концентрации учитываются в уравнении электронейтральности раствора. Транспонированием матрицы и умножением на вектор равновесных форм (уравнению 3.5) получаем соответствующую систему нелинейных уравнений, достаточно громоздкую, чтобы приводить ее полностью. Вывод суммарного уравнения в этом случае затруднителен и не имеет особого смысла. Подобные системы решаются численными методами. В работе [127] доказано, что матрица Якоби системы положительно определена и, следовательно, система имеет единственное решение. Причем, итерационный процесс сходится с любого начального приближения [130]. Для решения систем уравнений в литературе используются методы Ньютона, ЗеЙделя, Круиза. В многофазной системе нам кажется более предпочтителен метод Зейделя. Алгоритм расчета построен на необратимой эволюции многофазной системы с использованием методов оптимального программирования. Рассмотрим неравновесную минеральную ассоциацию, состоящую пз/(Я) фаз. Обозначим черезxf Q Є J; а Є R), где R= {I,..., f(R)} — начальное количество молей компонента j в неравновесной минеральной ассоциации R сг Ф. Переход неравновесной минеральной ассоциации в равновесный парагенезис будет происходить путем взаимодействия между ее фазами с исчезновением одних, ростом других и появлением новых минеральных фаз из множества Ф фаз данной мультисистемы.
При этом на пути к равновесному конечному состоянию одни фазы из Ф могут появляться, а затем исчезать. Уравнение баланса масс для зоны частичного равновесия в общем случае непрерывно меняется, что связано с различной скоростью протекания реакций у различных фаз неравновесной минеральной ассоциации или с эффектами процессов растворения и испарения. Таким образом, каждый г-ый элементарный этап процесса, к которому применим принцип частичного равновесия, имеет свои уравнения баланса масс и локально-равновесный парагенезис, включая водный раствор и газовую фазу. Введем согласно методу Де-Донда условную величину: степень протекания реакции v& (а Є R), характеризующую изменение массы фазы d в реакции а во времени. Числовые значения скоростей реакций осадкообразования в большинстве случаев неизвестны. Поэтому можно использовать относительные скорости, так же как это делает Г. Хельгесон и др [221, 255, 256]. Для определенности берем отношение степени протекания реакции d к первой: Понятно, что если известны более точные зависимости щ(а Є R) от времени, то \\t& также могут быть выражены более точно [194, 202, 253, 254]. Сформулированные положения позволяют построить алгоритм для численного моделирования необратимой эволюции исследуемых систем. r-ый шаг алгоритма в общем виде представлен следующими основными операциями: Таким образом, в построенном нами алгоритме на каждом шаге
Диг решается задача выпуклого программирования. Это решение характеризует условие локального равновесия для необратимого в целом процесса, а совокупность таких решений— хронологическую или пространственную последовательность изменений, происходящих в системе на ее пути к равновесию [4, 66, 78, 87,222, 241, 242, 263, 264, 273]. Программная реализация алгоритма не требует составления стехиометрических уравнений основных и побочных реакций. Представим стехиометрические уравнения реакций таким образом, чтобы каждый компонент исходной фазы стоял в правой части уравнения, а в левой — составляющие его стехиометрические единицы [108, 172, 174, 208, 210]. Поэтому каждый компонент будет участвовать в одной реакции и знак суммирования убирается. Но это означает, что Рассмотрим одну из схем вычислительных процедур. Вводим следующие обозначения: Возможно распространить общую схему алгоритма для расчета необратимой эволюции открытых систем или таких систем, когда на г-м шаге г-й независимый компонент переходит во вполне подвижное состояние. Естественно, при наличии более точной информации о характере изменения г во времени, она может быть включена в вычислительную процедуру в виде специального блока. Координата времени вводится через степени: протекания реакций и относительные скорости растворения, или, в более общей постановке, скорости превращения осадков. Но здесь следует уточнить, что при введении временной координаты ограничиваемся макроскопическим описанием превращений, не рассматривая собственно кинетическую схему реакций.
Выбор пути повышения эффективности работы ВПУ ХВО-1 НкТЭЦ-1
Достигнуть рекомендуемое значение отношения ам (отношение аи = 15 - 20%) возможно, увеличив дозирование извести с 3,33 до 4,5 мг-экв/кг, т.е. по крайней мере на 35% выше используемого. По приведенным таблицам и рисункам можно оценить преимущества и недостатки такого варианта. На 2 мг/кг максимально уменьшится содержание в воде кремнистых соединений (до 5,7 - 6,0 мг/кг). Снизится остаточное содержание железа (в лучшем случае до 10 мкг/кг). Несколько возрастет скорость оседания шлама (до 1,6 мм/с) и снизится «вынос» труднокристаллизуемых солей. Как следствие, расчетная нестабильность (Л/7/) понижается от 0,15 до 0,08 мг-экв/кг. Общее солесодержание осветленной воды практически не изменится. Из недостатков варианта можно указать существенное увеличение общей жесткости (более, чем на 1 мг-экв/кг), общей щелочности воды и, самое главное, очень значительное увеличение расхода извести. Простое сравнение дополнительного расхода реагента (увеличение Ди на 1,2 мг-экв/кг) и получаемого эффекта - количество мг-экв/кг дополнительно удаляемых примесей (Д): Д = 2,65 -2,79 + 0,59 - 0,7 + 0,033 + 0,15 - 0,08 = - 0,147 мг-экв/кг. свидетельствует о неэффективности такого пути оптимизации. Это связано с недостаточным содержанием магниевых соединений в исходной воде для данного водоисточника (р.Кама) и для данного способа предочистки (известкование-коагуляция).
С другой стороны, понижение дозы извести менее используемых значений приведет к выходу из области «гидратного» режима (рисунок 5.1.) и, как следствие этого, изменению характеристик шлама, увеличению нестабильности, плохому удалению кремнистых соединений и, что более неприятно, к возможному резкому росту остаточного содержания железа. Последний негативный процесс, впрочем, можно подавить, введением небольшой дозы сильного окислителя (хлор, озон). При этом достигается некоторое снижение общей жесткости и щелочности воды. Однако, эта оптимальная область очень узкая по Дн. Незначительное дополнительное снижение Д, уже приводит к увеличению жесткости и щелочности и росту остаточного содержания железа. Учитывая тот факт, что в производственных условиях строго выдерживать дозирование реагентов затруднительно, дальнейшее снижение дозы извести можно считать опасным. Таким образом, можно сделать вывод, что режим, подобранный на ХВО-1 обеспечивает возможно низкий расход реагентов, но процесс находится близко к пограничной области, за которой следует ухудшение технико-экономических показателей. Основным недостатком работы в данной режимной области является повышенный «вынос» плохокристаллизующихся карбонатов кальция и, соответственно, повышенная жесткость и щелочность воды и потенциальная нестабильность. Расчет показывает, эта часть карбонатов представляет собой мельчайшие аморфные образования, кристаллизация которых протекает сутками. Этот процесс можно ускорить за счет перекристаллизации в присутствии кристаллического карбоната. При этом наблюдается исчезновение мелких и рост крупных кристаллов (перекристаллизация). Как показывает опыт, фильтрование, например, через мраморную крошку (тот же карбонат кальция) позволяет высадить часть трудноуловимых примесей. ассмотрим варианты дополнительного использования других реагентов. Как показано в разделе 4.3, применение натриевой щелочи вместо извести приводит к изменению всего хода процесса. Дополнительно образуется еще один основной осадок - смешанный карбонат кальция-магния (доломит), что нарушает весь порядок шламообразования. Затрудняется образование гадроксида магния, идет перекристаллизация и, как следствие, резко падает скорость осаждения. Некоторый незначительный выигрыш можно получить, если использовать смешанный щелочной реагент известь-щелочь при эквивалентной доле щелочи не более 0,1 - 0,2 (рисунок 5.4.). Однако, основной эффект при этом составит замена части ионов кальция на ионы натрия в осветленной воде. Неоднозначно выглядит добавление соды в обрабатываемую воду. Несмотря на то, что в исходной воде присутствует некарбонатная жесткость, введение соды в итоге приводит к повышению общего солесодержания осветленной воды, а при дозах соды более 1 мг-экв/кг также возможно образование смешанного карбоната (рисунок 5.5.). Использование флокулянтов при обработке воды естественно несколько улучшит процесс отделения шлама, однако, не повлияет на основные показатели воды, такие как общая жесткость, щелочность, остаточное содержание кремниевых соединений, солесодержание [56, 138, 143].
