Дослідження ефективності процесів пом’якшення води силікатом натрію

Анотація

Сучасний стан природних вод вимагає попереднього пом’якшення більшості господарсько-питних та енергетичних вод. Тому пошук ефективних технологій та реагентів пом’якшення сьогодні особливо актуальний, а дослідження в цій галузі, зважаючи на інтенсивне погіршення якості природних вод,  щорічно нарощуються. Центральне місце в таких дослідженнях займають процеси видалення з води іонів кальцію та магнію. Традиційно вважається, що іони магнію важче піддаються видаленню із води, ніж іони кальцію, оскільки утворюють менше нерозчинних сполук. Загальна ефективність процесів пом’якшення води одночасно залежить від залишкового вмісту обох катіонів. Тому дослідниками іонам магнію також приділяється достатньо уваги. Перспективними реагентами в таких процесах вважається гідроксид та фосфат натрію. Однак, використання першого пов’язано із значним зростанням водневого показника, а використання другого – із перевитратою реагенту та необхідністю підтримання для достатньої ефективності лужного середовища. Тому нами в межах даної роботи було досліджено ефективність силікату натрію в процесах видалення з водного середовища іонів магнію та кальцію. Характерною особливістю реакції утворення твердої фази між катіонами магнію та силікат – аніонами є значна залежність від водневого показника. В нейтральному середовищі утворення твердої фази в модельних розчинах візуально не фіксуються. Разом з тим, деяке зниження жорсткості після фільтрування через «синю стрічку» все ж спостерігається. І із збільшенням рН таке зниження зростає. Найбільша ефективність пом’якшення забезпечується при рівнях рН > 10. Не вдалося отримати якихось позитивних результатів і при вивченні процесів відстоювання та фільтрування сформованої твердої фази. При цьому співвідношення між компонентами та початкова жорсткість води на процес освітлення практично не впливає. Разом з тим, силікат натрію може бути досить ефективним при стехіометричних або більших співвідношеннях. Але суттєвим недоліком є значне підвищення водневого показника після змішування компонентів, що вимагає корегування рН в обробленій воді. А це ще один етап обробки води. Не вдалося отримати позитивні результати і при використанні в якості інтенсифікатора відстоювання та фільтрування гідроксиду алюмінію. При співвідношенні К = [SiO₃^2-, мг-екв]/[Mg²⁺, мг-екв] = 1 і різних дозах іонів алюмінію значної інтенсифікації процесів відстоювання в діапазоні доз іонів алюмінію 10–70 мг/дм³ не спостерігається. А при дозах алюмінію менше 30 мг/дм³ навіть спостерігається гальмування процесу відстоювання. Як і у випадку обробки силікатом натрію магній містких розчинів, осадження силікату кальцію в значній мірі залежить від водневого показника. Висока ефективність спостерігається лише в сильнолужному середовищі. За інших умов ефективність пом’якшення суттєво знижується. При надлишку чи нестачі осаджувача формуються більш компактні частки, що швидше осідають. В той же час, при стехіометричному чи близькому до нього співвідношенні між компонентами формуються частки розвиненої структури, котрі осідають в два рази повільніше і займають більший уявний об’єм. При стехіометричному співвідношенні компонентів швидкість суттєво гальмується, а при перевищенні К = [SiO₃^2-, мг-екв]/[Ca²⁺, мг-екв] ≥ 1,0 протягом перших 10 хв всі пори фільтру виявляються перекритими і транспортування рідкої фази припиняється. Зменшення початкової жорсткості до 20 мг-екв/дм³ суттєво картину не змінює. Освітлення суспензії відбувається частково. Значна кількість завислих часток залишається в маточному розчині. Флокулююча здатність сполук кремнію в даних умовах не проявляється. При зниженні вмісту іонів кальцію до 10,2 мг-екв/дм³ обробка еквівалентною кількістю силікату натрію не супроводжується утворенням твердої фази, котру можливо зафіксувати візуально. Хоча після фільтрування через «синю стрічку» жорсткість води знижується. Разом з тим, фільтраційні властивості твердої фази, що формується в процесі пом’якшення, мало відрізняються від фільтраційних властивостей карбонатів, фосфатів та гідроксидів, тому реагент не може бути рекомендований для застосування в системах малої та середньої продуктивності, де основним процесом розділення фаз є фільтрування.