Известкование — один из старейших методов умягчения воды. На большой производительности он сохраняет преимущество, недоступное ионному обмену: за один технологический узел снимаются карбонатная жёсткость, кремний, барий, стронций и часть органических веществ. Для установок обратного осмоса это означает разгрузку мембран сразу по нескольким видам отложений.
В этой статье — три варианта процесса (холодное, известково-содовое, тёплое известкование с MgO), реагенты и реакции, и условие, при котором подобную предочистку имеет смысл рассматривать.
Что такое известкование
Известкование (lime softening) — реагентное умягчение воды добавлением гашёной извести Ca(OH)₂. При повышении pH и связывании углекислоты в реакторе выпадают карбонат кальция CaCO₃ и гидроксид магния Mg(OH)₂. Осадок отделяется в осветлителе, очищенная вода идёт дальше по технологической схеме.
Процесс требует реактора с высокой концентрацией уже выпавших частиц — они служат центрами кристаллизации. Обычно это решается осветлителями с восходящим потоком и контактом со взвешенным осадком (upflow solids-contact clarifiers).
Мембраны обратного осмоса, нанофильтрации и ультрафильтрации
Элементы 2540, 4040, 8040 — серии BW, SW, LP, ULP, XLP, FR, HOR.
Холодное известкование (cold lime)
Базовый вариант процесса проводится при температуре исходной воды и убирает только карбонатную жёсткость. Реакции:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2 H2O
Кальций и магний, связанные с гидрокарбонат-ионом, осаждаются в виде нерастворимых карбоната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная часть жёсткости (соли кальция и магния с хлоридами и сульфатами) при холодном известковании в воде остаётся.
Известково-содовое умягчение
Чтобы снять и некарбонатную кальциевую жёсткость, в схему добавляют кальцинированную соду Na₂CO₃ (soda ash). Кальций из растворимых хлоридов переводится в нерастворимый карбонат:
CaCl2 + Na2CO3 → 2 NaCl + CaCO3
Известково-содовый процесс одновременно снижает и содержание кремния — но при дополнительной обвязке. В реактор подают алюминат натрия NaAlO₂ и хлорное железо FeCl₃. Образующийся осадок включает карбонат кальция и сложный комплекс кремниевой кислоты с оксидом алюминия и железом. Кремний уходит в шлам вместе с жёсткостью.
Тёплое известкование с MgO
Для глубокого удаления кремния применяют горячий вариант процесса. При температуре 60–70 °C в реактор подают смесь извести и пористого оксида магния. Концентрация SiO₂ на выходе снижается до 1 мг/л. Это уровень, при котором кремниевые отложения на мембранах перестают быть основным риском даже при высоких степенях извлечения.
Помимо целевого удаления кремния, известкование (как холодное, так и тёплое) попутно значительно снижает концентрации бария, стронция и органических веществ.
Известкование как предочистка осмоса
На выход реактора-осветлителя нельзя сразу ставить мембраны. Эффлюент содержит остаточные взвешенные частицы и имеет повышенный pH. Перед элементами обратного осмоса требуются:
- механическая фильтрация на зернистой загрузке (media filtration);
- корректировка pH.
Для улучшения разделения твёрдой и жидкой фаз в реакторе применяют железосодержащие коагулянты — самостоятельно или вместе с полимерными флокулянтами анионного и неионогенного типов.
Известкование стоит рассматривать для установок обратного осмоса на солоноватой воде производительностью более 200 м³/ч (около 880 gpm). На меньших расходах капитальные затраты на реактор-осветлитель, реагентное хозяйство и шламовую обработку обычно не окупаются — практичнее работать ионообменным умягчением и антискалантом. Подробное технико-экономическое обоснование — в учебниках по водоподготовке.
Установки обратного осмоса АКВАПЛЕКС
Готовые промышленные и коммерческие системы 4040 и 8040 от 0,25 до 50 м³/ч.
