Procedee de Dedurizare a Apei

CUPRINS

Capitolul 1. Argument

Capitolul 2. Procedee de dedurizare a apei……………………………1

2.1 Apa – generalități…………………………………………………….6

2.2 Proprietăți fizico-chimice ale apei……………………………………………..7

2.3 Importanța și utilizările apei……………………………………………………..8

2.4 Duritatea apei – generalități………………………………………………………9

2.4.1 Determinarea durității apei în laborator…………………………………….11

2.5 Dedurizarea apei prin procedee chimice. Procedeul var-sodă………13

2.5.1 Descrierea procedeului……………………………………………………………17

2.5.2 Schema instalației de dedurizare prin procedeul var-sodă…………..18

2.6 Procedeul cu schimbători de ioni……………………………………………..22

2.6.1 Descrierea procedeului……………………………………………………………23

2.6.2 Schema instalației de dedurizare prin procedeul cu schimbători

de ioni…………………………………………………………………………………..24

Capitolul 3. Filtrul nuce

3.1 Descrierea filtrului………………………………………………………………….25

3.2 Schema de principiu a filtrului…………………………………………………25

3.3 Exploatarea filtrului………………………………………………………………..25

3.4 Revizia si reparația filtrului……………………………………………………..26

3.5 Incidente functionale………………………………………………………………26

Masuri de P.M și P.S.I la dedurizarea apei……………………………………

=== dedurizarea apei ===

ARGUMENT

Lucrarea cu titlul “ Procedee de dedurizare a apei” a fost întocmită pentru susținerea examenului de competență profesională Mușat”, Filiera tehnologică , profilul “Resurse naturale și protecția mediului”,specializarea “Tehnician în chimia industrială”.

Am tratat această temă “ Procedee de dedurizare a apei” pentru a pune în evidență procedeele de epurare a apei. Cel mai folosit procedeu, este procedeul de dedurizare a apei, având ca scop îmbunătățirea apelor pentru a corespunde anumitor întrebuințări, aici folosindu-se procedee fizice sau chimice.

Apa este cea mai răspândită substanță compusă, ea constituind factorul principal al întreținerii și dezvoltării vieții, fiind de o importanță primordială.

Apa se gasește în natură în toate cele trei stări de agregare : lichidă, solidă și gazoasă. Apa se găsește în atmosferă, în hidrosferă și în sol sub formă de : ape meteorice, de suprafață și ape subterane.

Apa determină natura lumii fizice și biologice, pe planeta noastră și reprezintă cea mai importantă substanță chimică.

Apa este un constituient major al corpului animal și al mediului înconjurător în care trăim.

Lucrarea de specialitate este structurată în patru capitole:

Capitolul I :

În care este prezentat argumentul;

Capitolul II :

Acest capitol este structurat în șase subcapitole în care sunt

prezentate :

generalitățile apei; proprietățile fizico-chimice ale apei;

importanța și utilizările pe care o reprezintă apa; fiind cea mai importantă substanță, constituentul major al veții mediului înconjurător;

generalități despre duritatea apei;

clasificarea apei în funcție de duritate;

determinarea durității;

dedurizarea apei prin procedee chimice și anume procedeul var-sodă ( denumit astfel deoarece folosește ca reactivi chimici varul stins, Ca(OH)2 și soda Na2CO3

schema instalației de dedurizare prin procedeul var-sodă

procedeul cu schimbători de ioni, fiind procedeul cel mai simplu și eficient, schimbătorii de ioni fiind de natură organică și anorganică, și anume permutiți, anioniți și cationiți; am descris și am prezentat și schema instalației de dedurizare a procedeului cu schimbători de ioni.

Capitolul IV :

Am prezentat din schema tehnologică de dedurizare a apei, prin procedeul var- sodă utilajul – filtrul nuce, căruia i-am făcut descrierea, am prezentat schema de prinicipiu a filtrului nuce ; am descris exploatarea filtrului ; incidentele funcționale, care pot apărea în timpul funcționării filtrului ; și am prezentat câteva măsuri de P.M și P.S.I care pot apărea la procedeul de dedurizare a apei.

Capitolul V :

Bibliografie.

CAPITOLUL II

PROCEDEE DE DEDURIZARE A APEI

2.1 APA – GENERALITĂȚI

Apa este cea mai raspândită substanță compusă, ocupând ¾ din suprafața globului terestru. Ea constituie factorul principal al întreținerii și dezvoltării vieții, fiind de o importanță primordială. Multă vreme apa a fost considerată drept un element, și anume până în anul 1783, când Lavoisier dovedește pe cale experimentală că apa este o substanță compusă, trecând vaporii de apă peste fier înroșit.

In natură apa se găsește sub toate stările de agregare :

solidă (gheață, zapadă, grindină);

lichidă (apă de ploaie, ape subterane, oceane, mari, fluvii);

gazoasă (vaporii de apă din atmosferă).

Apa se mai gasește în organisme animale și vegetale, precum și în cristalohidrați, sub formă de apă de cristalizare. Apele naturale conțin, dizolvate cantități variate de diferite substanțe.

Apa se gasește în atmosferă, în hidrosferă și în sol sub formă de:

ape meteorice;

ape de suprafață;

ape subterane;

Dintre toate apele naturale, apa de ploaie este cea mai curată. Ea dizolvă în drumul ei, prin atmosferă mai ales, bioxid de carbon, iar în regiunile industriale, bioxid de sulf si hidrogen sulfurat.

O parte din apa căzută pe pământ cu un conținut ridicat de bioxid de carbon, străbătând straturile de pământ, dizolvă carbonații de calciu și magneziu, transformându-i în bicarbonați solubili.

Dacă întâlnesc straturi impermeabile aceste ape se adună, formând apele subterane. Apele subterane se pot clasifica după mai multe criterii:

după gradul de mineralizare:

ape dulci (dau un reziduu sub 1g/l);

ape minerale (dau un reziduu peste 1g/l).

după compoziția chimică:

ape bicarbonatate;

ape carbonatate;

ape sulfatate;

ape clorurate;

ape feruginoase.

după poziția pânzei de apă:

ape din pânză freatică;

ape din pânză de adâncime medie ;

ape din pânză de adâncime mare.

2.2. PROPRIETĂȚI FIZICO – CHIMICE ALE APEI

Apa pură este:

un lichid incolor în strat subțire (privită în straturi groase are culoarea albăstruie);

nu are miros nici gust;

este rău conducătoare de caldură și electricitate;

la presiunea atmosferică apa pură se solidifică (îngheată)la 00C;

fierbe la 1000C.

În unele privințe apa se comportă diferit decât alte lichide.

De exemplu:

greutatea specifică a apei este maximă la 40C și este egală cu unitatea;

deasupra și sub această temperatură, greutatea specifică scade la 00C;

la temperatura de îngheț, densitatea apei lichide este de 0,99987 și a gheții 0,9167 (deci gheața este de 1/11 ori mai ușoară decât apa, ceea ce o face să plutească pe suprafața apei);

apa este un bun solvent, în apă se dizolvă un mare număr de combinații chmice, atât minerale, cât și organice;

apa dizolvă de asemenea un număr mare de electroliți, dând soluții în care aceștia se găsesc sub formă de ioni hidrați, dând soluții terminat de dipoli de apă în jurul lor;

apa prezintă o mare stabilitate; numai la temperaturi extrem de ridicate 1300 0 C are loc desfacerea apei în elementele componente

2H2O = 2H2 + O2

apa reacționează cu unele metale chiar la temperatura obișnuită, punând în libertate hidrogenul:

2H2O 2H2 + O2 ΔH = +136,8 kcal

apa reacționează și cu unele nemetale; astfel, vaporii de apă reacționează cu cărbunii înroșiți, formând oxizi de carbon și hidrogen:

H2O + C = H2 + CO

apa reacționează cu oxizii unor metale formând hidroxizi,

H2O + Na2O = 2NaOH

H2O + CaO = Ca(OH)2

dar și ai unor nemetale formând acizi:

H2O + SO2 H2SO3

H2O = SO3 = H2SO4

6H2O + P4O10 = 4H3PO4

apa este o substanță foarte activă;

reacționează cu unele metale, punând în libertate H2,

se combină cu mulți oxizi, dând baze și acizii

provoacă hidroliza unor săruri.

2.3. IMPORTANȚA ȘI UTILIZĂRILE APEI

Apa, aerul și solul sunt constituenți ai biosferei, cunoscuți sub denumirea de factori de mediu. In fiecare din acestia se dezvoltă o faună specifică pentru care trebuie să se asigure un mediu ambiant, sănătos și curat, necesar supraviețuirii. Cunoașterea condițiilor de viață din cadrul fiecărui mediu, conduce la protecție eficientă a mediului.

Pentru aceasta, este necesar să se cunoască sursele de poluare, respectiv poluanții, modul de dispersie a poluanților asupra mediului și măsurile de prevenire și combatere a poluării factorilor de mediu pentru a crea condiții propice vieții pe pământ.

Apa determină natura lumii fizice și biologice pe planeta noastră și reprezintă cea mai importantă substanță chimică.

Apa este un constituent major al corpului animal și al mediului înconjurător în care trăim.

Apa are urmatoarele întrebuințări:

este folosită ca:

materie primă;

ca agent de încălzire sau de răcire (în procese de dizolvare, cristalizare, distilare, hidroliză );

ca mediu de reactie;

este indinspensabilă pentru priza cimentului în constructii;

în industria alimentară apa este folosită la obtinerea diferitelor conserve sau produse alimentare.

2.4. DURITATEA APEI – GENERALITĂȚI

Prin duritatea apei se înțelege cantitatea totală de calciu și magneziu exprimată în mg oxid de calciu, conținută într-un litru de apă.

Exprimarea durității se face în grade de duritate.

Un grad de duritate corespunde la 10 mg oxid de calciu/litru de apă sau la 7 mg oxid de magneziu/litru de apă

Duritatea apei poate fi:

Duritatea temporară ,

notată cu D t , se datorează prezenței bicarbonaților de calciu si de magneziu.

Această duritate poate fi îndepărtată prin:

fierberea apei, când carbonații acizi se descompun și formează carbonati insolubili, conform reacțiilor chimice:

Ca(HCO3)2 fierbere CaCO3 + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 fierbere MgCO3 + CO2 + H2

sau prin tratarea apei cu var stins ( hidroxid de calciu), când precipită carbonații neutri.

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4

CaCl2 +Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

Duritatea permanentă

se notează cu Dp este dată de săruri de calciu și magneziu, de acizi tari (cloruri, sulfați, azotați etc.).

Acest tip de duritate se poate îndepărta prin :

tratarea apei cu var- sodă, sau cu schimbători de ioni:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 +2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + MgCO3 +2H2O

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4

CaCl2 +Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl

Duritatea totală, se notează cu DT sau D și reprezintă suma durităților temporare și permanente:

Duritatea apei se exprimă în grade de duritate (o), a căror semnificație diferă de la o țară la alta:

un grad german de duritate = 10mg CaO/l ;

un grad francez de duritate = 10mg CaCO3/l ;

un grad american de duritate = 1mg CaCO3/l ;

un grad englez de duritate = 14,3mg CaCO3/l ;

Unitatea universală de exprimare a durității este numărul de miliechivalenți /l (1mEchiv/l = 2,8 grade germane).

În funcție de duritate, apele se împart în:

ape foarte moi (0-40);

ape moi (5-80);

ape semidure (9-120);

ape dure (13-180);

ape foarte dure ( >18)

2.4.1. DETERMINAREA DURITĂȚII APEI ÎN LABORATOR:

În laboratorul chimic determinarea duritătii temporare a apei se face cel mai simplu prin titrare cu o solutie de HCl 0,1N în prezență de metiloranj.

Modul de lucru:

se masoară cu precizie V ml (de exemplu 100ml) apă de analizat care se trece într-un pahar Erlenmeyer de 250ml, se adaugă 2-3 picături de metiloranj și se titrează cu HCl 0,1N cu factor F cunoscut până la virarea culorii galben-portocaliu;

se fierbe soluția câteva minute pentru a îndepărta CO2;

după răcire, dacă culoarea a devenit galbenă, se continuă titrarea până la nuanța galben-portocaliu, când se citește la biuretă volumul Ve;

se calculează duritatea temporară cu relația :

Ve F 2,8

DT =

V

în care:

V reprezintă volumul probei de analizat (cm3);

Ve reprezintă volumul soluției de HCl folosit la titrare (cm3) ;

F reprezintă factorul de HCl 0,1N;

2,8 reprezinta cantitatea de CaO în mg care corspunde la 1cm3 soluție de HCl 0,1N ;

Determinarea durității totale se poate face prin două metode:

1. Determinarea durității totale prin titrare cu “amestec alcalin” constă în trecerea bicarbonaților de calciu și de magneziu în alte săruri sub acțiunea unui acid care (exemplu HCl) urmat de precipitarea carbonaților de calciu și magneziu folosind un “amestec alcalin” de hidroxid de sodiu și carbonat de sodiu.

Au loc urmatoarele reacții:

Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 +2CO2 +2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 +2CO2 +2H2O

CaCl2 +Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl

Modul de lucru:

se prepară un amestec 1:1 de soluții de Na2CO3N și NaOH 0,1N (cu factor de corecție cunoscut) – “amestec alcalin”;

se masoară cu precizie un volum V de apă de analizat (V cuprins între 100-200ml) care se trece într-un pahar Erlenmeyer de 250ml;

se adauga 2-3 picături de metiloranj și se titrează cu soluție de HCl 0,1N până la apariția culorii roșii;

se fierbe soluția până se aduce prin evaporare, la un volum de 50ml;

se neutralizează soluția adăugând soluție de NaOH 0,1N până la virarea culorii de galben-portocaliu;

se adaugă cu biureta 50ml “amestec alcalin”;

se fierbe soluția 2-3 minute pentru îndepărtarea CO2;

dupa răcire, soluția se filtrează, prinzăndu-se filtratul într-un balon cotat de 200ml;

se spală precipitatul cu apă distilată care se prinde în același balon cotat și apoi acesta se aduce la semn cu apă distilată și se omogenizează soluția prin agitare;

din balon se iau cu pipeta 100ml soluție care se trece într-un pahar Erlenmeyer și se titrează cu soluția de HCl 0,1N în prezență de metiloranj;

se notează volumul de echivalență Ve;

se calculează duritatea totală cu formula:

(25 – Ve FHCL) 2,8 100

DT = ml

10 V

în care:

25ml reprezintă volumul real de “amestec alcalin” intrat în reacție;

Ve reprezintă volumul soluției de HCl folosit la titrare (cm3) ;

FHCl reprezintă factorul de HCl 0,1N ;

2,8 reprezintă cantitatea de CaO în mg care corspunde la 1cm3 soluție de HCl 0,1N ;

V reprezintă volumul probei de analizat (cm3)

2. Determinarea durității totale prin titrare complexonometrică constă în transformarea cationilor responsabili de duritatea apei în combinații complexe stabile, prin titrare cu soluie Complexon III în prezență de indicator Eriocrom negru T.

Modul de lucru în cazul apelor care nu conțin bicarbonați si carbonați alcalini:

se masoară cu precizie V ml de apă de analizat (de exemplu 25ml) care se trec într-un pahar Erlenmeyer de 100ml;

se adaugă 1ml soluție tampon NH3 – NH4Cl cu pH = 10,0,1 indicator Eriocrom negru T și 25ml apă distilată;

se titrează cu soluția de ComplexonIII 0,01M până la virarea culorii de la roșu la albastru și se determină volumul de echivalență Ve;

duritatea totală se calculează cu formula:

0,5608 Ve 56,1 Ve

DT = 100 =

10 V Vq

în care:

0,5608 reprezintă cantitatea de CaO în mg care corespunde la 1ml soluție de ComplexonIII 0,01M;

Ve reprezintă volumul soluției de HCl folosit la titrare (cm3);

10 reprezintă cantitatea de CaO în mg, care corespunde la un grad de duritate german.

2.5. DEDURIZAREA APEI – GENERALITĂȚI

Dedurizarea apelor industriale are ca scop îmbunătățirea calității apelor pentru a corespunde anumitor întrebuințări și se realizează după scheme tehnologice complexe, în care se pot utiliza pocedee fizice sau chimice în funcție:

de scopul urmărit;

de sursa de apă brută;

de condițiile economice;

de prelucrare.

Dedurizarea apei este procedeul tehnologic de eliminare a ionilor de calciu si magneziu din apă.

În prezent se cunosc mai multe procese de dedurizare a apei care se aplică în practică în funcție de:

natura durității apei;

gradul de dedurizare cerut de diverse folosințe ale apei.

Astfel pentru apele cu duritate temporară mare se aplică procedeul termic. Se pot aplica și procedee chimice cum ar fi:

procedeul cu var și sodă;

procedeul cu schimbători de ioni.

DEDURIZAREA APEI PRIN PROCEDEE CHIMICE.

PROCEDEUL VAR – SODĂ

DESCRIEREA PROCEDEULUI

Procedeul var-sodă, se numește astfel pentru că folosește ca reactivi chimici:

varul stins (hidroxid de calciu);

soda (carbonatul de sodiu).

Principiul metodei constă în precipitarea carbonaților acizi care dau duritate temporară apei, în carbonati neutri.

Precipitarea este făcută de hidroxidul de calciu care neutralizează și dioxid de carbon.

Acest procedeu de dedurizare se poate realiza în două variante:

cu var rece;

cu var cald.

Procedeul cu var cald se întrebuințează mai ales pentru purificarea

apei folosite la alimentarea cazanelor de aburi.

Fazele procesului industrial sunt următoarele:

încălzirea apei cu aburi reziduali;

introducerea în instalație a varului și a sodei;

realizarea reacției de dedurizare;

filtrarea apei dedurizate;

spălarea periodică a filtrului și evacuare a nămolului din instalație.

Au loc următoarele reacții:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 +2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + MgCO3 +2H2O

CaCO3, precipitând, poate fi îndepărtat prin MgCO3 solubil, reacționează mai departe trecând în Mg(OH)2 .

MgCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Mg(OH)2

restul sărurilor de calciu și magneziu reacționeazâ astfel:

MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2

CaCl2 +Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4

MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCO3+Na2SO4

CO2 + H2O + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2H2O

Din analiza reacțiilor se observâ că sărurile de magneziu care dau duritatea permanentă consumă atât var cât și sodă, în timp ce sărurile de calciu consumă numai sodă. Aceasta înseamană că eliminarea sărurilor de magneziu este mai costisitoare decât a celor de calciu.

Înainte de tratare apa este analizată pentru a cunoaște cantitatea de var și sodă necesară. Prin încălzirea apei de purificat :

se accelerează reacțiile;

este favorizată depunerea nămolului;

se produce descompunerea parțială a bicarbonaților.

Apa brută intră prin conducta 1, de unde este distribuită prin tuburile 2, 2, 2” cu debite reglate automat cu dispozitive de flotare. Apa care intră prin tubul 2 dizolvă Na2CO3, iar cea care intră prin 2” dizolvă Ca(OH)2, formînd laptele de var. Prin 2’ intră cantitatea cea mai mare de apă pentru purificarea apei.

Laptele de var trece din dozatorul 3 în vasul de limpezire 5, de unde intră în epurator pe la partea superioară, întâlnind aici apa brută ce vine prin tubul 2’. Are loc precipitarea carbonaților. Suspensia trece prin conducta 6, în partea de jos a epuratorului, unde întâlnește soluția de Na2CO3 ce vine din dozatorul 4. Are loc completarea dedurizării; namolul se depune, iar apa purificată trece prin filtrul 7 și se evacuează prin conducta 8.

Pentru purificarea mai avansată, după aplicarea metodei var-sodă se mai aplică apei un tratament care constă în:

adăugarea unui mic exces de Na2CO3 (circa 0,07g/l), care micșorează solubilitatea carbonaților de calciu și magneziu;

noua purificare cu fosfat trisodic, când se formează un precipitat de fosfat tricalcic, mai puțin solubil și mai ușor de decantat decât carbonatul de calciu;

3CaCO3 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3

adăugarea aluminatului de bariu pentru precipitarea aluminatului de calciu.

Apa dedurizată cu var si sodă prezintă un grad variabil de corosivitate, care depinde de cantitățile de Na2SO4 și NaCl, formate în reacția de precipitare.

2.5.1.2 SCHEMA INSTALAȚIEI DE DEDURIZARE PRIN PROCEDEUL

VAR-SODĂ

2.5.2 PROCEDEUL CU SCHIMBĂTORI DE IONI

2.5.2.1 DESCRIEREA PROCEDEULUI

Procedeul cu schimbători de ioni este cel mai simplu și eficient.

Fenomenul schimbului dintre ionii soluției unui electrolit ce trece peste o anumită substanță solidă, insolubilă și ionii acestei substanțe a fost pus în evidență de geologi și agronomi cu peste o sută de ani în urmă.

Schimbătorii de ioni din soluție sunt fie de natură organică (acizi humici sau humanați), fie de natură anorganică (alumosilicați).

După materialele folosite se deosebesc două tipuri de procedee.

Procedee cu permutiți (obținuți pe cale de sinteză sau zeoliți naturali). Permutitul este un alumo-silicat de sodiu hidratat care corespunde formulei generale Na2O R2O3 nSiO2 XH2O , unde R2O3 este Al2O3 sau Fe2O3 ,

n =5 și x reprezintă cantități variabile de apă. El reține ionii de calciu și magneziu din soluție și cedează ionii de Na.

Na2(P) + Ca(HCO3)2 → Ca(P) + 2NaHCO3

Na2(P) + CaCl2 → Ca(P) + 2NaCl

Na2(P) + Mg(HCO3)2 → Mg(P) + 2NaHCO3

Na2(P) + MgCl2 →Mg(P) + 2NaCl

Na2(P) +CaSO4 → Ca(P) + Na2SO4

După completa epuizare, permutitul se regenerează cu o soluție saturată de NaCl 10-15%.

Ca(P) + 2NaCl(exces) → Na2(P) + CaCl2

Dedurizarea cu permutiți se realizează în epuratoare, constituite dintr-un vas cilindric, în care se găsește un strat de permutiți, deasupra unui strat de nisip cuarțos, peste care trece apa proaspătă dupa ce a traversat un strat de carbonat de calciu (pentru extragerea bioxidului de carbon). După epuizare se regenerează permutitul cu o soluție de clorură de sodiu, preparată intr-un dozator.

Acest procedeu prezintă avantajul că poate funcționa fără o reglare specială, chiar dacă duritatea apei variază de la o zi la alta.

Procedee cu schimbători de ioni de natură organică

Acești schimbători de ioni, obținuți pe cale sintetică, se împart în cationiți și anioniți. Cationiții sunt rășini sintetice de tipul fenol-formaldehidică sau polistirenice sulfonate.

Schimbul are loc între hidrogenul activ al grupării sulfonice și cationul sărurilor din apă după reacțiile:

Ca(HCO3)2 + 2HSO3R → Ca(SO3R)2 + +2CO2 +2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HSO3R → Mg(SO3R)2 + +2CO2 +2H2O

sulfații și clorurile dau reacțiile:

CaSO4 + 2HSO3R → Ca(SO3R)2 + H2SO4

NaCl + HSO3R → NaSO3R + HCl

rezultă acizi liberi care acidulează apa. Regenerarea în acest caz se face cu acid sulfuric:

Ca(SO3R)2 + H2SO4 (exces)→ 2HSO3R ? CaSO4

2 NaSO3R + H2SO4 → 2HSO3R + Na2SO4

Regenerarea poate fi facută și cu NaCl, când se obține sarea de sodiu a schimbătorului, care funcționează mai departe cu permutiții.

Puterea de schimb a cationiților este foarte mare. Cu ajutorul lor se poate micșora duritatea apei de la 35 la 00.

Apa acidă rezultată este apoi neutralizată în prezența anioniților care se obțin prin policondensarea aminelor cu aldehida formică.

Reacția de neutralizare care are loc este urmatoarea:

R’2NR” + HCl → R2’N(HCl)R”

unde R’ = H

Regenerarea anioniților este dată de reacția:

Ca(P) + 2NaCl (exces) → Na2(P) + CaCl2 + CO2 + H2O

Prin acest procedeu se elimină cationii de calciu și de magneziu din apa inițială. Instalația constă dintr-un rezervor cilindric în care se introduce stratul de permutit sau zeolit asezat în mod obișnuit pe un strat de pietriș și dintr-un număr de două rezervoare auxiliare folosite pentru depozitarea saramurii. Apa de purificat se introduce sub presiune, străbate stratul de permutit și se evacuează la partea inferioară. Spălarea și regenerarea stratului de permutit are loc în sens invers. Acest procedeu este avantajos, pentru că nu necesită o reglare specială în condiții în care duritatea apei variază de la o zi la alta. Dintre zeoliții naturali, în industrie, cel mai utilizat este gluconitul, care prezintă o capacitate de schimb cationic. Cationul de schimb din gluconit este potasiul. Glauconitul natural este cunoscut sub denumirea de nisip verde și are compoziția:

SiO2 : 45-50% ;

Fe2O3 : 20-25% ;

Al2O3 : 7-15% ;

K2O : 5-15% ;

CaO : 2-3% ;

Na2O : max. 1% ;

apa de constructie 10% .

Glauconitul se reactivează prin calcinarea la 600-800 0C.

Permutitul este un zeolit artificial și se poate prepara prin încălzirea la 13000C a unui amestec de

caolin;

cuarț;

carbonat sau sulfat de sodiu;

cărbune.

Aplicând aceste procedee apa este complet deionizată.

Procedeele cu schimbători de ioni elimină dezavantajele epurării

chimice clasice constând în:

scheme tehnologice complexe;

instalații voluminoase și complicate;

controlul permanent al apei brute și epurate.

2.6.2 SCHEMA INSTALAȚIEI PRIN PROCEDEUL CU SCHIMBĂTORI DE IONI

Capitolul 3. Filtrul nuce

3.1 Descrierea filtrului nuce

Din instalația de dedurizare a apei prin procedeul var sodă am prezentat utilajul filtrul nuce.

Filtrul nuce este un recipient de formă cilindrică (paralelipipedică) cu sau fară capac superior și care are în interior, deasupra fundului, un grătar cu strat filtrant așezat în poziție orizontală. Stratul filtrant este format din țesătură metalică, textile sau de alta natură, completat uneori cu azbest, vată de sticlă…

Deasupra stratului filtrant există presiunea coloanei de lichid, iar sub fața inferioară a stratului filtrant apare o depresiune datorită unui sistem de produs vidul. Datorită acestei diferențe de presiune este accelerată filtrarea, după care precipitatul este spălat. Uneori se folosește o baterie de mai multe filtre.

Materialul de construcție al filtrului se alege în funcție de proprietățile substanței care se filtrează și poate fi : lemn, oțel, cupru, fontă emailată, material ceramic.

3.2 Schema de principiu a filtrului nuce

3.3 Exploatarea filtrului

Pornirea filtrului

Pentru a porni un filtru se vor efectua următoarele lucrări:

controlul stării generale a utilajelor (corp, sisteme de fixare a corpului, grătare, etanșările);

controlul stratului filtrant (prinderea stratului filtrant pe grătar, starea țesăturii, calitatea stratului filtrant, regenerarea);

se va face controlul echipamentelor anexe ale utilajelor (conducte, vase, rezervoare, pompe de vid, suflante, dispozitive de deprindere a precipitatelor, dispozitive de acționare-filtru celular rotativ);

deschiderea robinetului la conducta de evacuare filtrant;

deschiderea robinetului la pompa de vid;

deschiderea conductei de alimentare cu suspensii.

Controlul și supravegherea procesului de filtrare

Etapele filtrării:

filtrarea;

spălarea precipitatului;

zvântarea precipitatului;

desprinderea precipitatului;

scoaterea lui.

La filtrele cu funcționare discontinuă procesul de filtrare are loc până când precipitatul ajunge la o valoare optimă a grosimii straturilor.

Pe toată durata optimă de filtrare se controlează:

debitul de alimentare cu suspensii;

presiunea;

depresiunea necesară filtrării (prin indicațiile AMC- urilor);

calitatea filtrului;

debitul de filtrant;

consumul specific de energie electrică.

După oprirea filtrării se trece la spălarea precipitantului care se poate efectua în două variante:

spălare simplă (constă în introducerea lichidului de spălare în același sens ca suspensia. Lichidul de spălare va străbate același traseu ca și suspensia);

spălare în adâncime (când lichidul de spălare este introdus în sens invers cu sensul suspensiei-filtru cu strat granular).

În timpul etapei de spălare a precipitantului se supraveghează următorii parametrii tehnologici:

debitul apei de spălare

presiunea apei de spălare

În funcție de cerințele proceselor tehnologice după spălarea

precipitantului acest lucru se realizează prin suflare de aer comprimat la presiunea și debitul precizat de procesul tehnologic.

Următoarea etapă este desprinderea precipitantului care se poate realiza fie manual, mecanic în funcție de tipul de filtru

la filtre cu descărcare mecanică a precipitantului se supraveghează:

funcționarea optimă a dispozitivului de desprindere a precipitatului și dirijarea acestuia către instalațiile de colectare (cuve, rezervoare);

stratul filtrant poate fi regenerat în vederea folosirii la o nouă filtrare, fie prin suflare cu aer comprimat sau prin spălare cu apă la presiune și debit revăzut la procesul tehnologic.

la filtrele cu funcționare continuă:

durata fiecărei etape de lucru a procesului de filtrare este terminată de construcția capului de distribuție (de alimentare cu suspensie).

În timpul funcționării filtrului se urmăresc următorii parametrii:

debitul, depresiunea sau supravegherea din conductele celulelor

consumul de energie electrică

comportarea cuțitului pentru desprinderea precipitantului

turația de tambur

calitatea filtrului conținutul de fază lichidă din precipitat

. Oprirea filtrului

Se închide conducta de alimentare cu suspensie și utilajul funcționează până se elimină complet precipitatul din utilaj.

3.4 Revizia si reparația filtrului

Lucrările de întreținere curentă la filtrele cu funcționare discontinuă sunt:

curățirea periodică – stratul filtrant (dacă nu se face regenerarea);

refacerea etanșărilor uzate;

reparații la corpul utilajelor, la vase, rezervoare la transportoare, pompe suflante (pentru filtrele cu funcționare continuă);

întreținerea curentă la pompa de vid;

suflanta cu aer comprimat;

condiții, etanșări, armături la sistemul de acționare.

filtrele rotative se uzează mai repede periodic se impune demontarea capacului de distribuție și controlarea stări suprafeței inelelor;

la asamblarea după reparații este necesar să se acorde o atenție deosebită finisării suprafețelor de lucru ale discului capului de distribuție;

cea mai eficace este prelucrarea prin rodare cu pulberi abrazive. După reparare, se face proba în gol timp de 10 – 12 ore;

filtrele cu tambur rotativ sunt ușor de manevrat prin faptul că se alimentează continuu, lichidul fiind absorbit în interiorul tamburului, iar de aici este evacuat prin conducte în timp ce precipitatul se obține mecanic;

3.5 Incidente functionale

Principalele elemente care hotărăsc asupra siguranței funcționale a utilajelor sunt :

manevrarea utilajului și conducerea lui (pornirea, oprirea, supravegherea, funcționarea);

montajul utilajului (asamblarea și montarea în instalații);

starea de uzură a utilajului.

Pentru orice tip de utilaj (instalație) incidentele funcționale în timpul funcționării se pot grupa convențional în:

defecțiuni (uzuri anomale, precace ale pieselor și subasamblelor, componente);

avarii (distrugeri parțiale sau totale ale utilajului).

Sub aspectul cauzelor care generează aceste incidente funcționale se subliniază că:

incidentele funcționale pot fi o consecință a unor greșeli de manevră, greșeli de montaj, stări de uzură avansată sau reparație necorespunzătoare, aceste cauze au un caracter aliator și probabilitatea apariției lor crește odată cu complexitatea utilajului, vârsta acestuia.

Cauzele de mai sus pot acționa succesiv sau simultan izolat sau în grup alcătuind complexe de cauză, de cele mai multe ori de sesizat în ceea ce privește originea și montatul acestuia.

3.6 Masuri de P.M și P.S.I la dedurizarea apei

=== rasini dedurizare tratarea apei ===

Rasinile schimbatoare de ioni sunt polimeri capabili sa schimbe ionii proprii cu ionii dintr-o solutie care este trecuta direct prin acestia. Aceasta caracteristica a fost observata de asemenea si in sisteme naturale ca soluri si celule vii. Rasinile sintetice sunt utilizate in special pentru purificarea apei, dar de asemenea si in cadrul altor aplicatii ca separarea de elemente.
In purificarea apei se urmareste dedurizarea sau demineralizarea apei. Apa este dedurizata prin utilizarea unei rasini ce contine cationi Na+ , dar care poate forma legaturi mai puternice cu ionii de Ca2+ si Mg2+ fata de Na+ . Astfel, pe masura ce apa trece prin rasina, ionii de Ca2+ si Mg2+ sunt preluati de catre rasina, iar ionii de Na+ sunt eliberati rezultand o apa mai putin dura. Daca apa trebuie demineralizata, aceasta este trecuta printr-o rasina continind ioni H+ (care inlocuiesc toti cationii) si apoi printr-o rasina ce contine ioni OH- (care inlocuiesc toti anionii). Apoi ionii H+ si OH- reactioneaza formand mai multa apa.
Procesul poate avea cateva dezavantaje printre care posibilitatea ca alte substante din apa (cum ar fi ionii Fe3+ sau substante organice) sa interactioneze cu rasina, dar in general avantajele procesului (timpul de viata lung al rasinii, intretinerea ieftina, etc), sunt mai mari decat dezavantajele. In plus, procesul este ecologic, deoarece se lucreaza numai cu substante existente deja in apa.

CLASIFICAREA GENERALA A IONILOR SCHIMBATORI

1. INTRODUCERE

Materialele schimbatoare de ioni sunt substante insolubile continind ioni cu putere slaba care sunt capabili sa fie schimbati cu alti ioni din solutiile cu care vin in contact. Aceste schimbari au loc fara alte modificari fizice in materialul schimbator de ioni. Ionii schimbatori sunt acizi sau baze insolubile, care formeaza la randul lor saruri insolubile, si aceasta ii face capabili sa schimbe ioni incarcati pozitivi (schimbatori de cationi) sau incarcati negativ (schimbatori de anioni). Multe substante naturale ca proteinele, celuloza, elementele galvanice, si particulele de impuritati demonstreaza proprietatile ionilor schimbatori care joaca un rol important in functia lor in natura.
Materialele schimbatoare de ioni sintetice bazate pe carbune si rasini fenolice au fost primele utilizate la nivel industrial in 1930. Cativa ani mai tarziu au fost dezvoltate rasinile constand din polistiren cu grupe sulfonat pentru a forma schimbatori cationici sau grupe aminice pentru a forma schimbatori anionici, cf. Fig. 1.

Rasina schimbatoare de cationi Rasina schimbatoare de anioni polistiren sulfonata � puternic acida sare quaternara de amoniu � puternic bazica

Figura 1 � Exemple rasini schimbatoare de ioni

Aceste doua tipuri de rasina sunt inca cele mai utilizate astazi.

1.1. Cum functioneza rasinile schimbatoare de ioni

Rasinile sunt preparate sub forma de particule sferice cu diametrul intre 0.5 si 1.0 mm. Acestea apar solide chiar si la microscop, dar pe o scala moleculara, structura este inca neelucidata, cf. Fig. 2.
Aceasta inseamna ca o solutie trecuta printr-un strat de rasina poate curge direct prin legaturile din polimer, intrand intr-un contact intim cu pozitiile de schimb.
Afinitatea rasinilor acide sulfonice pentru cationi variaza cu dimensiunea ionica si cu sarcina cationului. In general afinitatea este cea mai mare pentru ionii mari cu valenta mare. Pentru solutiile diluate ordinul de afinitate pentru cativa cationi comuni este aproximativ:

Similar, pentru aminele pe baza de schimbatori anionici, avem:

Figura 2 � Vedere larga a picaturii de polistiren
Presupunand ca o rasina AR are o afinitate mai mare pentru ionul B fata de ionul A, daca ionul B este dizolvat in apa si este astfel trecut prin rasina, atunci are loc urmatoarea schimbare, reactia fiind deplasata spre dreapta:

AR fiind rasina.

Cand capacitatea rasinii schimbatoare este aproape epuizata, aceasta va duce la formarea in majoritate a compusului BR.
Relatia de echilibru este:
, unde [BR], [A], [AR], [B] reprezinta concentratii
Q este constanta de echilibru; este o constanta specifica pentru perechea de ioni si pentru tipul de rasina. Aceasta expresie indica faptul ca daca o solutie concentrata ce contine ioni A este trecuta printr-un strat epuizat, rasina va regenera in forma compusului AR, gata pentru reutilizare, in timp ce ionul B va fi imprastiat in apa. Aplicatiile la scara mare pentru rasinile schimbatoare de ioni cuprind cicluri de epuizate si regenerate a rasinii.

1.2. Utilizari

Un strat de rasina poate fi utilizat fie pentru indepartarea ionilor nedoriti dintr-o solutie trecuta prin aceasta, fie pentru acumularea mineralului valoros din apa care mai tarziu poate fi recuperat din rasina. Exemple de indepartare a ionilor nedoriti sunt cele de indepartare a metalelor grele din apele industriale, demineralizarea zerului utilzat in produsele specializate de la fermele de lapte si indepartarea sarurilor din sucurile de fructe.
Rasinile puternic cationice in forma de hidrogen sunt utilizate pentru hidroliza amidonului si a zaharozei.
De asemenea rasinile isi gasesc multe utilizari in laborator unde ingeniozitatea inginerului este mai putin constrinsa de aspectele economice. Ei pot utiliza pentru indepartarea ionilor ce provoaca interferente in timpul analizelor sau pentru acumularea unor cantitati de ioni din solutii diluate dupa care se pot prepara solutii mai concentrate prin elutie cu un volum mai mic. O rasina cationica in forma de hidrogen poate fi utilizata la determinarea concentratiei totale de ioni intr-un amestec de saruri. Mostra trecuta printr-o coloana este transformata intr-o cantitate echivalenta de acid iar cantitatea va fi cu usurinta determinata la titrare.
Unul din cele mai recente aplicatii a ionilor schimbatori a fost separarea elementelor de pamant rare in timpul anului 1940. Aceste metale se gasesc in mod natural ca amestecuri si au proprietati chimice aproape identice. Concentratiile la echilibru pentru rasina cationica variaza suficient pentru separare cromatografica prin adaugarea unei solutii la coloana de rasina si eluarea metalelor cu o solutie acida. Aceasta procedura a condus prima data la descoperirea promethiumului (elemenul 61) si mai tarziu la descoperirea altor cinci elemente din seria actinidelor.
2. TRATAREA APEI

Mult mai multe rasini sunt utilizate pentru purificarea apei decat pentru alte scopuri. De aceea este indicata discutarea unor exemple de tratare a apei pentru a sublinia principiile care stau la baza tehnologiei schimbatorilor de ioni. Elementele industriale ale schimbatorilor de ioni sunt produse in vederea ajunstarii de la cativa litri pana la rezervoare cu cateva tone de rasina. Schimbul de ioni efectuat intre regenerari variaza de obicei intre 12 si 48 de ore.
Doua tipuri importante de tratament aplicate apei se refera la dedurizarea apei � inlocuirea ionilor grei gen Ca2+ si Mg2+ cu ionii de Na+ si demineralizarea acesteia � o indepartare completa a mineralelor dizolvate. Ambele tratamente sunt conturate in Fig. 3.

2.1. Dedurizarea apei

Pentru dedurizarea apei se foloseste o rasina cationica in forma de Na in scopul indepartarii ionilor metalelor dure (calciu si magneziu) din apa impreuna cu urme de fier si mangan care sunt de asemenea adesea intalnite. Acesti ioni sunt inlocuiti de o cantitate echivalenta de sodiu, astfel incat continutul de solide total dizolvate in apa ramane neschimbat ca si pH-ul si continutul anionic. La intervale de timp regulate rasina este curatata – Cf. Fig. 3.

Figura 3 � Utilizarea si spalarea apei dedurizate cu ajutorul sistemului de schimbatori de ioni
Aceasta implica trecerea apei prin rasina pentru indepartarea solidelor suspendate, trecerea unei solutii regenerante in jos prin rasina pentru inlocuirea ionilor care formeaza legaturi cu rasina si apoi clatirea inca o data cu apa pentru indepartarea solutiei regenerante. In cazul dedurizarii apei regenerantul este o solutie concentrata de clorura de sodiu.

2.2. Demineralizarea

Toata materia dizolvata in apa naturala este in forma de ioni. Deionizarea completa (demineralizarea) poate fi realizata folosind doua rasini. Apa este prima trecuta printr-un strat de rasina schimbatoare de cation continuta intr-un rezervor similar cu cel descris pentru dedurizare. Aceasta este in forma de hidrogen prin utilizarea unui regenerant puternic acid (fie acid clorhidric, fie acid sulfuric). In timpul procesului, cationii din apa sunt preluati de catre rasina in timp ce ionii de hidrogen sunt eliberati. Astfel, se formeaza un amestec slab de acizi. Apoi apa este trecuta printr-un rezervor continind rasina schimbatoare de anion in forma hidroxidica pentru care hidroxidul de sodiu este utilizat ca si regenerant. Aici anionii sunt schimbati cu ionii hidroxid, care reactioneaza cu ionii hidrogen pentru a forma apa. Astfel de straturi rasinice identice vor reduce total continutul de solide la aproximativ 1-2 mg/l.
Daca se folosesc unitati mai mari este necesar ca apa care paraseste unitatea cationica sa treaca printr-un turn de degazifiere. Aceasta indeparteaza majoritatea acidului carbonic produs de la dioxidul de carbon si bicarbonat din apa si reducere incarcarea anionica. Fara degazifiere acidul carbonic ar putea fi captat de stratul anionic dupa conversia la carbonat.
Daca demineralizarea completa este necesara aceasta este realizata prin trecerea prin stratul pereche prin cel de al treilea rezervor continind fie rasina cation in forma hidrogenata, fie un strat al amestecului de rasina constind atat din rasina anionica cat si din cea cationica care au fost strins combinate. Rasina omogenizata este un foarte eficient demineralizant si poate produce apa cu mult peste nivelul materialului dizolvat decat daca ar putea fi realizata prin distilare. Pentru distributii mici, cum ar fi in laborator, rasina amestecata este adesea utilizata in caseta disponibila. Acestea sunt utilizate numai o singura data, insa rasina amestecata poate fi regenerata. Dupa golire, stratul este supus trecerii unui debit de apa. Particulelel de rasina anionica sunt mai putin dense decat cele cationice si ele pot creste pana la varf astfel incat stratul este separat in doua straturi de rasina. Fiecare este regenerat in situ cu un regenerant potrivit, apoi clatit cu apa curata. Se recomanda ca pompa de lucru interna a rezervorului sa fie aranjata astfel incat regenerantii si intrarile de spalare la punctul de separare dintre cele doua rasini si debit sa urce sau sa coboare. Are loc o crestere a aerului comprimat o data cu amestecarea rasinilor.

2.3. Identificarea rasinii epuizate

O rasina este considerata a fi epuizata cand ionii rasinii sunt in marea majoritate inlocuiti cu ioni care au fost indepartati din solutie. Epuizarea prin demineralizare este de obicei detectata prin conductibilitate electrica a celulelor instalate la iesire. Cand conductivitatea creste, pentru a indica o incarcare ionica ridicata, ciclul de regenerare declanseaza automat. Cu unitati mici este posibil sa incorporezi un indicator de pH pe rasina anionica a stratului amestecat. Epuizarea poate fi urmarita pe partea de jos a casetei transparente ca si rasina anionica alcalina care este transformata in sare neutralizata.

3. REGENERAREA RASINII SCHIMBATOARE DE IONI

O rasina schimbatoare de ioni in utilizarile industriale este de regula regenerata intre 12 si 48 ore. Depinzind de utilizarea rasinii, aceasta poate fi utilizata in cateva diferite feluri, fiecare cu avantajele si dezavantajele lui, depinzind de cei doi factori: chimic si economic.
Regenerarea este importanta deoarece reducerea nivelului de regenerant al calitatii apei permite ca o mica cantitate de ioni sa fie primiti de rasina fara a fi schimbati. De exemplu, cu doua straturi deionizate, regenerarea incompleta a rasinii cationice la forma de hidrogen permite pierderea sodiului (cel mai putin pastrata de cationi, in mod normal regasita in produsele naturale) in apa trecuta prin rezervorul schimbator de anion. Prin urmare, apa ce spala unitatea anionica inca contine urme de sodiu din solutia de hidroxid de sodiu normala, la un pH cuprins intre 8 si 9. Oricum, cantitatile in exces de regenerant recomandate pentru o regenerare completa inseamna ca acest lucru este practicat rar. In practica un compromis este in mod normal suficient, si rasinile obisnuite sunt regenerate la apropae 2/3 din capacitatea totala. Suplimentar, pentru multe utilizari, purificarea totala nu este necesara. De exemplu, apa cu un pH intre 8 si 9 este recomandata pentru utilizarea in boilere, solicitind oarecum o apa alcalina.
Cateva impuritati, cum ar fi silicea, pot fi indepartate de o rasina puternic bazica. De exemplu, silicea dizolvata este un component importanta al tuturor sistemelor de distribuire a apei. In mod normal aceasta exista ca un polimer neutru, si devine incarcata cu sarcina negativa doar la un nivel de pH ridicat. Aceasta inseamna ca ea poate fi doar indepartata din apa intr-un mediu alcalin ridicat a unei rasini bazice puternice in forma hidroxil.
Procesul de schimb ionic este adesea mult mai eficient prin introducerea regenerantului la baza coloanei de rasina si trecerea acestuia prin strat in directia varfului coloanei (regenerarea curentului opus). Acesta garanteaza ca rasina la baza devine mai inalt regenerata decat la varf. Apa tratata paraseste coloana inclinata de jos si apoi vine in contact cu ultima rasina, fiind cel mai inalt grad de schimbare.

4. AVANTAJELE SI DEZAVANTAJELE UTILIZARII RASINILOR SCHIMBATOARE DE IONI

Avantajele proceselor schimbatoare de ioni sunt costurile scazute de operare. Este suficienta o cantitate de energie mica, produsele chimice de regenerare sunt ieftine si straturile de rasina pot fi pastrate multi ani fara sa necesite inlocuire. Exista oricum un numar de limitari de care ar trebui sa se tina cont in timpul elaborarii etapelor. Cand sunt evaluate limitarile procesului de schimb ionic se poate considera ca utilizarea in practica industriala este greu de realizat. Totusi nu este cazul pentru ca avantajele compenseaza aceste limitari ale procesului.
IMPURIFICAREA CU SULFAT DE CALCIU
Acidul sulfuric este cea mai ieftina rasina cationica regeneratoare pentru demineralizari si este utilizata oriunde este posibil. Unele surse de apa contin concentratii mari de ioni de calciu si cand acest acid este utilizat pentru regenerarea rasinii, sulfatul de calciu precipita. Astfel se blocheaza rasina si conductele. In acest caz este recomandat acidul clorhidric drept regenerant.
IMPURIFICAREA CU FIER
Sursele de apa din subteran, in conditii anaerobe, contin intotdeauna ioni de Fe(II) solubili. Cantitati mici sunt intr-adevar indepartate de catre agentii de dedurizare in forma de sodiu, dar trebuie prevenit contactul cu aerul inaintea tratamentului. Aerarea permite oxidarea Fe2+ la Fe3+ si precipitarea hidroxidului feric care incarca particulele de rasina si impiedica schimbul de ioni. Blocarea rasinii de catre ionul de fier este una dintre cele mai comune cauze ale esecului procesului de dedurizare.
ADSORBTIA MATERIEI ORGANICE
Una din cele mai uzuale probleme rezulta din prezenta materiei organice din apa distribuita. Apa netratata din lacuri si rauri in mod normal contine materii organice dizolvate, derivate din dezintegrarea vegetatiei care imprima o culoare galbena sau maro. Aceste substante pot fi ireversibil adsorbite in interiorul particulelor rasinii anionice, reducand capacitatea lor de schimb si implicit eficienta procesului de tratare a apei. Indepartarea partilor organice inainte de demineralizare este de obicei realizata prin floculare cu o sare de aluminiu sau ferica urmata de filtrare pentru indepartarea flocoanelor de hidroxizi metalici si de coprecipitare a compusilor organici. Acest tratament de asemenea indeparteaza orice namol fin care reprezinta o sursa de blocare a rasinii. Atat materiile organice cat si ionii de fier pot fi curatate chimic pe sita, insa indepartarea completa a impuritatilor este rara si calitatea rasinii sufera dupa astfel de impurificare.
CONTAMINAREA ORGANICA DE LA RASINA
Rasinile pot fi surse de contaminare organica ne-ionica. Rasina mai nou comercializata adesea contine resturi organice dupa fabricatie, in timp ce rasini foarte vechi pot fi surse de fragmente organice deoarece structura unui polimer se scindeaza in timp. Asemenea contaminare poate fi neglijata pentru multe utilizari, insa cand indepartarea este necesara, demineralizarea apei se poate face prin trecerea printr-o memebrana de ultra filtrare.
CONTAMINAREA CU BACTERII
Straturile de rasina nu actioneaza ca filtre pentru indepartarea bacteriilor sau a altor micro-organisme. Adesea au tendinta de a agrava aceasta contaminare cu bacterii mai ales pentru ca urmele de materii organice care se acumuleaza in apa constituie o sursa de dezvoltare a bacteriilor. Cand este necesara obtinerea de apa sterila se aplica un tratament non-chimic, cum ar fi incalzirea, radiatie ultravioleta sau filtrare foarte fina, asupra apei demineralizate. Straturile de rasina pot fi decontaminate cu dezinfectanti cum ar fi formaldehida, dar incalzirea sau dezinfectarea prin oxdidare cu ajutorul clorurilor nu trebuie utilizata pentru a nu distruge rasina.
CONTAMINAREA CU CLORURI
Asa cum a fost subliniat mai sus, clorurile distrug rasina. Aceasta inseamna ca sursele de apa pentru fiecare oras contin cloruri. Se obisnuieste sa se trateze apa de alimentare prin trecerea acesteia printr-un strat de carbune activ care indeparteaza foarte eficient clorurile existente.

5. IMPLICATIILE MEDIULUI INCONJURATOR

Apa distrusa pentru dezactivare dupa regenerare, contine toate mineralele indepartate din apa, plus sarea formata de regeneranti. Acestea sunt concentrate intr-un volum echivalent, cuprins intre 1-5% din materiile prime introduse in apa tratata. Dezactivarea nu este in mod normal o problema, ca si sarcina sistemului apei distruse, este mica in comparatie cu formarea multor altor procese industriale.

=== schema Dedurizare apa ===

Fișă de documentare

Dedurizarea apei

Dedurizarea – operația de îndepărtare a sărurilor de calciu și magneziu – săruri ce dau duritatea

Apei

Procedee de dedurizare – clasificare în funcție de : – natura durității apei

– gradul de dedurizare cerut de diversele

folosințe ale apei

Metode ( procedee) termice

Metode chimice

procedeul var – sodă

procedeul cu fosfat trisodic

procedeul cu schimbători de ioni

1. Metode termice

principiul metodei :

– încălzirea apei la 103-.1050C când se elimină duritatea temporară a apei

pentru apele cu duritate temporară mare, aceasta se înlătură prin încălzirea apei aproape de fierbere

– bicarbonații se descompun în carbonați și se depun ca nămol , conform reacțiilor chimice:

Ca(HCO2)3 – t C→ CaCO3 +CO2↑ + H2 O

– prin distilare când se obține apă demineralizată

2. Metode chimice

– principiul metodei : tratându-se apa cu diferiți reactivi chimici, se poate înlătura aproape total

duritatea apei

constau în

trecerea în compuși insolubili (insolubilizarea) a compușilor de calciu și magneziu din apă cu ajutorul reactivilor chimici

filtrarea precipitatelor formate

Fișă de documentare

Procedeul de purificare

cu hidroxid de calciu Ca(OH)2 și carbonat de sodiu Na2 CO3

(procedeul var – sodă)

Principiul metodei : constă în eliminarea

– durității temporare – prin acțiunea varului – Ca(OH)2 ( hidroxidul de calciu precipită carbonații

acizi care alcătuiesc duritatea temporară)

– durității permanente – prin acțiunea sodei – Na2 CO3 (carbonatul de sodiu precipită sărurile

care formează duritatea permanentă)

ionii de calciu se îndepărtează sub formă de carbonat

ionii de magneziu se îndepărtează sub formă de hidroxid

Etape :

1. Tratarea apei cu lapte de var

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3+ CaCO3 + 2H2O

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

2. Tratarea cu soda (clorurile și sulfații precipită tot sub formă de carbonați

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3 + 2NaCl

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4

MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SO4

3. Precipitarea completă a magneziului: ( carbonatul de magneziu, fiind parțial solubil, se va găsi parțial în soluție. Precipitarea lui totală se va realiza cu un exces de lapte de var sau cu hidroxiâd de sodiu, rezultat din reacția de caustificare a carbonatului de sodiu

MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2+ CaCO3

Ca(OH)2 + Na2CO3 → 2NaOH + CaCO3

MgCO3 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2CO3

Se cunosc două variante a procedeului var – sodă : cu var rece și cu var cald

Fișă de documentare

Instalația de dedurizare a apei prin procedeul var-sodă

-alcătuire :

– două reactoare

– dispozitiv pentru prepararea laptelui de var

– ventile și pompe pentru evacuarea precipitatelor

– filtru pentru reținerea suspensiilor fine

Ca(OH)2

1 – reactor pentru tratare cu lapte de var;

2 – reactor pentru tratare cu sodă;

3 ,4 – filtre în interiorul reactoarelor;

5 – filtru;

6 – dispozitiv pentru prepararea laptelui de var.

Funcționarea isntalației :

laptele de var se prepară în dispozitivul 6

laptele de var și apa brută trec în reactorul 1, unde au loc reacțiile de tratare a apei cu lapte de var (etapa 1)

apa elberată de duritatea temporară, trece prin filtrul 3 la reactorul 2, unde se adaugă soluție de carbonat de sodiu ( are loc tratarea apei cu sodă ( reacții etapa 2)

apa dedurizată prin filtrele 4,5 mergând la consumator

precipitatele ( sub formă de nămol) se evacuează din reactoarele 1 și 2 pe la partea inferioară cu ajutorul pompelor

Fișă de documentare

Schema instalației pentru o instalație de purificare a apei prin procedeul var – sodă

O instalație care funcționează continuu este alcătuită din :

– rezervoare pentru prepararea și dozarea reactivilor

– instalația pentru purificare propriu-zisă

– pompe pentru vehicularea apei

– aparatură de măsură și control

Funcționare ( descrierea fluxului tehnologic)

apa brută – care se alimentează prin conduscta principală – se distribuie în instalație și în rezervoarele din care se dozează hidrioxidul de calciu și carbonatul de calciu

hidrioxidul de calciu și carbonatul de calciu – se introduc în instalație prin tubur montate în interiorul instalației

nămolul – se depune la partea inferioară

apa purificată – trece de jos în sus printr-un strat de filtrare

– este evacuată la partea superioară

Fișă de documentare

Dedurizarea apei cu schimbători de ioni

Principiul metodei :

Procedeul se bazează pe proprietatea unor substanțe solide, greu solubile, de a adsorbi din soluții, anioni sau cationi și de a ceda în schimb alți anioni sau cationic

Schimbătorii de ioni sunt:

-substanțe naturale (zeoliți, cărbuni tineri) sau artificiale ( permutiți, rășini) insolubile în apă

– acizi sau baze

care în în structura lor complexă au un cation sau un anion slab legat pe care pot să-l schimbe ușor cu un alt cation sau anion dintr-o soluție cu care vin în contact

Funcție de ionul adsorbit, schimbătorii de ioni sunt :

cationiții (schimbători de cationi ) – substanțe care pot schimba cationi

exemple : – permutiți sau zeoliți artificilai

– zeoliți naturali

– rețin ionii de Ca2+ , Mg2+ din soluție

– eliberează ( cedează în schimb) ioni de Na+ și K+

– regenerarea cationiților se realizează prin tratarea acestora cu soluți de NaCl sau Na2CO3

anioniții ( schimbători de anioni ) – substanțe care pot schimba anioni

exemple : – răsini melaminice, anilinice, etc.

rețin anionii din soluție ( sunt utilizați pentru îndepărtarea acizilor din apă)

eliberează ( cedează în schimb) ioni de HO- (hidroxil)

Substanțe schimbătoare de ioni :

Zeoliții

sunt primele substanțe utilizate la dedurizare apei

sunt aluminosilicați naturali cu formula generală Al2O . n SiO2. Na2O

au o structură rigidă formată din atomi de Al, Si și O2

cedează ionul de Na și rețin ionii de Ca și Mg

structură asemănătoare cu un fagure de miere, în ale căriu goluri sunt așezați ionii de Na ce se pot mișca cu ușurință

când apa trece prin zeoliți, ionii de Na+ ies din aceste goluri și trec în soluție, locul lor fiind luat de ionii de Ca2+ și de Mg2+

după înlocurea totală a ionilor de sodiu din zeolit, acesta se regenerează, prin reacție inversă, trecând o soluție de NaCl prin zeolit

cel mai utilizat zeolit natural în industrie este Glauconitul

care prezintă o capacitate mare de schim cationic

Cunoscut sub denumirea de nisip verde

Are compoziția :

K2O : 5 – 15%; Al2O3 : 7-15% ; SiO2 :45-50%; Fe2O3 : 20-25%; CaO: 2-3%, Na2O max 1%, apă de construcție 10%

Cationul de schimb este K+

se reactivează prin calcinare la 600-800C

Permutiții

au apărut mai târziu, când s-au sintetizat schimbători de ioni asemănători cu zeoliții

sunt zeoliți artificiali

au capacitate și viteză de schimb ma mare decât zeoliții

pemutitul este aluminosilicat de sodiu hidratat cu formula

Na2O. R2O3 . n SiO2 . x H2O , în care R2O3 – Al2O3 sau Fe2O3

n, x – exprimă cantități variabile de apă (n=5)

reprezentat prin simbolul Na2P

se poate prepara prin încălzirea la 13000C a unui amestec de caolin, cuarț, carbonat sau sulfat de sodiu

are compoziția următoare : Na2O 10 – 30%; Al2O3 25-38% ; SiO2 40-60%

cedează ionul de Na și rețin ionii de Ca și Mg

schimbul ionic fiind cantitativ, se obține o apă dedurizată complet, dar care va avea o reacție bazică cu atât mai mare, cu cât duritatea temporară a apei brute a fost mai mare. De aceea în practică se tratează mai întâi apa cu lapte de var, pentru ânlăturarea durității temporare și apoi se trece prin coloana cu permutit de sodiu

duă înlociurea totală a ionilor de sodiu din permutit, acesta devine inactiv și se regenerează prin tratare cu o soluție de NaCl 10-15%

în industrie se folosesc metode mixte de dedurizare cu schimbători de ioni și anume prin folosirea zeoliților hidrogenați H2Ze și a zeoliților de sodiu Na2Ze. Zeolitul hidrogenat se regenerează prin spălare cu acid sulfuric diluat

în operațiile de dedurizare și regenmerare, permutitul se fărâmițează din cauza variațiilor de volum a cationilor, care se schimbă ( Na cu Ca și Mg) și care au volume ionice diferite. Acestea au dus la căutarea altor schimbători de ioni cu calități superioare : schimbători de ioni de natură organică, fie naturali ( cărbuni tineri), fie artificiali (rășini ionice)

Schimbători de ioni de natură organică (rășini ionice)

sunt obținuți pe cale sintetică

au avantajul că sărurile solubile din apă pot fi îndepărtate în totalitate

cationiții pot proveni din substanțe organice naturale (lignit, cărbune, cocs, rumeguș de lemn) și rășini sintetice ( fenol formaldehidă sau polistirenice sulfonate)

pot avea în structura lor ca ion de schimb H+ sau Na+ ( se notează cu HR sau NaR)

Fișă de documentare

Dedurizarea apei cu schimbători de ioni

când se folosesc rășini ionice de tipul R –H

schimbul ionic se face între hidrogenul activ al grupării sulfonice HSO3 R și cationul sărurilor din apă

În coloanele cu cationiți de forma R – H

sărurile neutre din apă se transformă în acizi liberi prin înlocuirea cationilor metalici cu protoni

În coloanele cu anioniți de forma R –OH se rețin anionii acizilor, eliberându-se ioni hidroxili, care prin combinare cu protonii formează apa

Schema instalației de dedurizare a apei cu schimbători de ioni

pentru purificarea apei în prima treaptă, apa brută se supune unui proces de purificare cu schimbătrul cationic ( se purifică cu schimbător de ioni cationic), după care

apa este trecută într-un schimbător de ioni anionic ( neutralizator venind în contact cu anionitul)

înainte de utilizare , apa este trecută printr-o instalație de degazare, unde se elimină CO2

pentru stocarea reactivilor de regenerare ( soluții alcaline și acide) și a apei purificate, în instalație există rezervoare de stocare

pentru evitarea coroziunii

coloana de purficare cu cationit, este căptușită cu un strat protector de cauciuc

coloana de anionit este grunduită cu asfalt

în multe cazuri, înstalația în totalitate este constriută din tablă de policlorură de vinil

când se folosesc rășini ionice de tipul Na –R

schimbul ionic se face între Na+ și cationul sărurilor din apă ( Ca și Mg)

În industrie dedurizarea apei cu schimbători de ioni se realizează în

filtre cilindrice verticale

construite din tablă de oțel antiacid

umplute cu rășină cationică

având ca suport un strat de pietriș

Operația de dedurizare cuprinde următoarele etape :

afânarea cationului

regenerararea cationului

spălarea

dedurizarea

afânarea

– urmărește  îndepărtarea impurităților de pe rășină

– se realizează prin spălare cu apă a rășnii cca . 20 min ( până când apa de spălare nu mai este tulbure )

regenerarea

este operați prin care cationul își recapătă capacitatea de schimb

se realizează cu :

soluție NaCl 10-15% când se urmărește ca ionul de schimb să fie Na+

soluție H2SO4 sau HCl -4% când ionul de schimb trebuie să fie H+

spălarea

are ca scop îndepărtarea urmelor agenților de regenerare și a produșilor rezultați în procesul de regenerare

se efectuează cu apă demineralizată timp de 30min

dedurizarea

se realizează prin trecerea apei dure prin filtrul cuu cationit, cu o viteză reglabilă în funcție de gradul de încărcare a filtrului

schema instalației de dedurizare cu schimbători de ioni

coloană cu cationit

strat de nisip

2

din practică s-a constatat că dedurizarea este mai eficientă când sensul de circulație al api dure prin filtru este nvers sensului de circulație al soluției de regenerare și al apei de spălare

se consideră că schimbătorul de ioni din filtru s-a saturat cu ioni de calciu și magneziu și trebuie regenerat cân apa dedurizată are duritatea 0,2 grade germane