Модификация pH с помощью кальцита
Как уже было упомянуто в главе 1, посвященной фильтрующим загрузкам, кальцит представляет собой исключительно многофункциональный материал, который используется как:
• фильтрующий слой для удаления мутности
• катализатор для удаления железа
• нейтрализатор для воды с низким pH.
Кальцит представляет собой наиболее распространенную форму природного карбоната кальция и составляет основу извести, мела и мрамора (3). Для процессов обработки воды высококачественную известь или мрамор измельчают и затем сортируют специальным образом для создания насыпной фильтрующей загрузки. Использование кальцита для коррекции pH воды подобно практике распыления взвеси извести на кислые почвы. Сложный состав и неправильная форма гранул кальцита обеспечивают ему как большую поверхность, так и значительное количество пустот, которые являются ловушками для взвешенных твердых частиц и мутности. Недостатком использования кальцита для коррекции pH является увеличение жесткости воды. В связи с этим, этап коррекции pH воды должен предшествовать стадии ее умягчения.
В бытовых и коммерческих масштабах кальцит успешно применяется для удаления углекислого газа путем пропускания воды сквозь его слой. При прохождении кислой воды сквозь слой кальцита углекислый газ реагирует с карбонатом кальция с образованием растворимого бикарбоната (4).
Из реакции видно, что обработка воды таким путем приводит к повышению кальциевой жесткости. Таблица 4-1 показывает, что жесткость может увеличиваться на 100%. Как правило, повышение pH на единицу приводит к увеличению жесткости на 3 - 5 грейн (5) (метод расчета см. на стр. 128).
Загрузка гранулированного кальцита используется как для удаления ила, мутности и ионов железа, так и для коррекции кислых pH воды. В общем, фильтрующая загрузка кальцит может удалять приблизительно до одной трети общего содержания железа в воде.
В таблице 4-2 представлены два вида кальцита со стандартными для США размерами гранул, которые доступны и широко используются в США, и дан сравнительный анализ содержания карбоната кальция в исходной и обработанной воде. В процессе коррекции pH происходит так называемое потребление кальцита, что требует периодического добавления новых порций вещества для поддержания высоты фильтрующего слоя.
Таблица 4-16
А. Исходная вода | В. Нейтрализованная вода |
|
Общая жесткость по СаСО3 | 52 мг/л | 99 мг/л |
Щелочность А по СаСО3 | 33 мг/л | 88 мг/л |
Свободный диоксид углерода | 30 мг/л | 16 мг/л |
Хлорид | 18 мг/л | 18 мг/л |
Сульфат | 5 мг/л | 5 мг/л |
Натрий | 3 мг/л | 3 мг/л |
Железо | 3.6 мг/л | 1.4 мг/л |
Мутность | 36 | 15 |
Цвет | 10 | 10 |
pH | 6.0 | 7.3 |
Общая компенсированная жесткость | 1,08 мг-экв/л | 1,08 мг-экв/л |
Таблица 4-27
Карбонат кальция в кальците
Средний процент СаСо3 |
|
Дробленный южный мраморный кальцит | 98,2% |
Северный известняковый кальцит | 92,1% |
Также гранулы кальцита, постепенно растворяясь, уменьшаются в размере и при промывке обратным током частично удаляются, предотвращая, таким образом, значительное падение давления в фильтрующей системе.
Рис. 4.3. Кальцитный нейтрализатор (фильтр для коррекции pH и удаления мутности)
Степень растворимости кальцита зависит от нескольких факторов. В воде, относительно свободной от минералов, средняя растворимость составляет 0.001 % (приблизительно одна десятая унции кальцита на галлон воды) при 25°С и увеличивается в присутствии углекислого газа. Также растворимость кальцита увеличивается при снижении температуры и повышении давления (8). Главным преимуществом кальцита является его неспособность перекорректировать pH, так как при правильных рабочих условиях он повышает pH постепенно и только до 7.2. Эффективность корректирующих свойств кальцита может снижаться, если скорость потока воды сквозь слой кальцита ниже, чем скорость протекания химических реакций (рис. 4-3). Наилучшие результаты удается получить при скорости потока 3 галлона в минуту (11,5 л/мин) на квадратный фут площади поверхности слоя. Высота нейтрализующего слоя должна быть не меньше 76 см, однако предпочтительнее 91 см. Очень часто устанавливают кальцитные нейтрализаторы недостаточной высоты, что приводит к неполной коррекции pH воды.
Скорость промывки обратным током очень важный фактор, учитывая высокую плотность минерала, и должна составлять минимум 8 галлонов в минуту (30 л/мин) на квадратный фут площади слоя для эффективной работы загрузки. При наличии в воде железа скорость обратной промывки должна составлять не менее 8 галлонов в минуту (38 л/мин). Промывка обратным током должна проводиться не менее 10 минут для полного удаления грязи, осадка железа и мелких гранул кальцита. Если необходима коррекция воды, содержащей железо и имеющей низкий pH, обратная промывка должна проводиться от 15 до 20 минут. Наиболее распространенной причиной неэффективной коррекции является низкая скорость проводимой обратной промывки, при которой невозможно получить нормальное расширение слоя, очистку среды и возврат ее в прежнюю позицию. Метод измерения скорости потока описан в главе 1 и может служить руководством по определению столь важного параметра. Если доступны только низкоскоростные потоки, для получения адекватной обработки необходимо устанавливать 2 единицы параллельно. Для источников воды низкой мощности, дающих поток воды низкой скорости, следует устанавливать емкости накопления воды для обратной промывки.
Если бытовой насос обеспечивает скорость потока не более 5 галлонов в минуту (19 л/мин), два фильтра диаметром 25 см должны быть установлены параллельно и обратная промывка должна проводиться независимо. При этом скорость объединенного корректируемого рабочего потока составит лишь 3,3 галлона в минуту (12 л/мин). Для получения возможной более эффективной коррекции pH вслед за нейтрализующим фильтром необходимо расположить контроллер скорости потока.
Таблица 4-39
Скорость рабочего потока воды и требуемая скорость для промывки обратным током в малых кальцитных фильтрах-нейтрализаторах
Минимальная скорость для обратной промывки 8.0 галлонов/мин на кв. фут | Скорость рабочего потока для pH коррекции 3.0 галлона/мин на кв. фут |
|||
Диаметр корпуса фильтра | Галлоны в минуту | Литры в минуту | Галлоны в минуту | Литры в минуту |
6" | 1.6 | 6.0 | 0.6 | 2.4 |
8" | 2.8 | 10.8 | 1.0 | 3.8 |
10" | 4.4 | 16.8 | 1.6 | 6.0 |
12" | 6.3 | 24.0 | 2.4 | 9.0 |
14" | 8.6 | 32.5 | 3.2 | 12.1 |
Другой схемой нейтрализации низких pH воды может быть применение двух фильтров, соединенных последовательно. При скорости потока воды 8-10 галлонов/мин (30-38 л/мин) этот тандем позволит удвоить глубину слоя и время контакта воды с фильтрующей загрузкой. Использование такой «двух фильтровой» системы особенно удобно для домов, в которых нет непрерывной потребности в очищенной воде. Промывка обратным током каждого фильтра должна проводиться последовательно.
(См. приложение А для определения скорости потока и расширения слоя при обратной промывке кальцита и магнезии).
В дополнение к вышеупомянутым материалам измельченные раковины устриц давно используются в качестве источника карбоната кальция компаниями, занимающимися кондиционированием воды. (Раковины устриц также используются в качестве кальциевой добавки производителями яиц на птицефабриках). Однако рыбный запах, сохраняемый раковинами, заставил отказаться от их использования в качестве источника кальцита.
