Известкование и коагуляция — что это такое? Для чего нужна

При подготовке добавочной воды для парогенераторов и тепловых сетей в качестве исходного сырья используются природные воды поверхностных водоемов. В этих водах, как правило, в значительных концентрациях присутствуют органические и минеральные примеси, находящиеся в грубодисперсном и коллоидном состояниях.

Предварительная очистка чаще всего осуществляется путем известкования с коагуляцией. При этом наряду с удалением коллоидных веществ происходит снижение содержания соединений железа и кремнекислоты, карбонатной жесткости и сухого остатка.

Для возможности эксплуатации схемы с уменьшенным количеством стоков на Минской ТЭЦ-3 на ряду с обычным известкованием с коагуляцией предусматривается и подача в осветлитель едкого натра или же его смеси с содой. При этом протекают следующие процессы:
—    декарбонизация воды за счет связывания известью свободной углекислоты с образованием труднорастворимого, выпадающего в осадок, соединения карбоната кальция – CaCO3.
Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O
—    снижение щелочности и, соответственно, временной жесткости воды при введении извести в большем количестве, чем это необходимо для связывания свободной углекислоты.
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O

Как видно из приведенных уравнений из воды удаляются ионы магния и кальция, введенные с известью, а также эквивалентное содержанию бикарбонат-иона количество кальция, содержащиеся в исходной воде. Образующиеся в процессе известкования воды карбонат кальция (CaCO3)  и гидроксид магния Mg(OH)2 выпадают в виде осадка(шлама).

При введении щелочи происходит необходимое для обессоливания снижение постоянной жесткости и дополнительное снижение временной за счет протекания реакции:
CaSO4+2NaOH→Ca(OH)2+Na2SO4
CaCl2+2NaOH→Ca(OH)2+2NaCl
MgSO4+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4
MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl
CaCO3+2NaOH→Ca(OH)2+Na2CO3
MgCO3+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2CO3

В свою очередь образующийся карбонат натрия вступает в реакцию с солями жесткости.
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2+ Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+ Na2CO3→MgCO3+Na2SO4
MgCl2+ Na2CO3→MgCO3+2NaCl

Карбонат магния вступает в реакцию с гидроокисью кальция
Ca(OH)2+ MgCO3→ CaCO3↓+ Mg(OH)2↓

При использовании вместо NaOH кальцинированной соды необходимо увеличить дозировку извести для перевода магния в осадок; в случае же использования щелочи или смеси щелочи с содой дополнительная известь не требуется.

Введение в обрабатываемую воду коагулянта-раствора железного купороса приводит к взаимодействию его с известью с последующим его гидролизом, с окислением, растворенным в воде кислородом и образованием гидроокиси железа Fe(OH)3.

Реакции могут быть выражены следующими уравнениями:
FeSO4 = Fe2++SO42-
Ca(OH)2 = Ca2++2OH-
Fe2++2OH- = Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓

Суммарно:
4FeSO4+8OH+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓+4SO4

или в молекулярной форме
4FeSO4+4Ca(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓+4CaSO4.

Процесс образования идет при pH 10,0÷10,3.

Гидроокись железа образует положительно заряженную коллоидную систему, а коллоидные примеси исходной воды — отрицательно заряженную. Благодаря электростатическому взаимодействию разноименно заряженных частиц происходит процесс коагуляции — слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсных хлопьев. Образовавшиеся хлопья механически захватывают взвесь из воды и мелкие частицы осадка, образовавшегося при известковании воды. Таким образом, в воде снижается содержание коллоидных веществ, в том числе кремнекислоты и органических веществ.

Совместное известкование и коагуляция обеспечивает наилучший эффект протекания обоих процессов, т.к. Ca(OH)2 является поставщиком гидроксил-ионов при гидролизе FeSO4. В свою очередь, при удалении коллоидных веществ в процессе коагуляции создаются благоприятные условия для роста кристаллов CaCO3.