Спосіб оцінки термостабільності води
Спосіб застосовний для дослідження властивостей води, що використовується в системах водопостачання, зокрема в системах водяного охолодження та гарячого водопостачання. Це досягається шляхом зміни водневого показника води шляхом її титрування децинормальним розчином їдкого натру в залежності від коефіцієнта концентрування (упарювання) солей, що не випадають в осад, передбачуваної температури нагрівання та подальшого осадження карбонату кальцію. Про термостабільність води судять щодо зміни кальцієвої жорсткості води. Досягається підвищення точності оцінки накипеобразующих властивостей води, що додається до системи водопостачання. 2 табл.
Винахід відноситься до галузі дослідження властивостей води, що використовується в системах водопостачання, і може бути застосовано при експлуатації систем охолодження, систем гарячого водопостачання і теплопостачання.
Відомо властивість води виділяти зі свого об'єму кристалічному вигляді солі жорсткості, зокрема карбонат кальцію. Це відбувається при перевищенні іонами кальцію та карбонат-іонами добутку розчинності карбонату кальцію. У разі підвищення температури здатність води до виділення зі свого об'єму кристалічної фази карбонату кальцію збільшується. У природних водах, що використовуються в системах водопостачання, сполуки вугільної кислоти є у вигляді недисоційованих молекул H2CO3. бікарбонатних іонів HCO3- і карбонатних іонів CO3 2-. Кількісні співвідношення між окремими складовими визначаються рівняннями першого та другого ступенів дисоціації вугільної кислоти. Константи дисоціації вугільної кислоти та добуток розчинності карбонату кальцію залежать від температури, і при її збільшенні розчинність карбонату кальцію зменшується, а концентрація карбонатних іонів збільшується, як за рахунок термічного розкладаннябікарбонатів, і за рахунок збільшення значень констант дисоціації сполук вугільної кислоти. При цьому здатність води до осадження свого обсягу кристалічної фази карбонату кальцію збільшується. Для характеристики здатності води виділяти зі свого обсягу карбонат кальцію використовують термін "термостабільність". У джерелі (В. Є. Терновцев. Магнітні установки у системах оборотного водопостачання. Київ. 1976 р., 88 с., стор.17) наведено шестибальну шкалу термостабільності води.
Таким чином, під термостабільністю розуміється така властивість води, яка характеризує здатність води при її нагріванні в системі водопостачання виділяти зі свого об'єму і відкладати на поверхнях трубопроводів або теплообмінників солі жорсткості. Термостабільність води може бути кількісно оцінена як швидкістю утворення відкладень, так і балами.
Існує також поняття стабільна вода (В.А. Клячко, І.Е. Апельцин. Підготовка води для промислового та міського водопостачання. М.: Будвидав, 1962, 819 с.). Це вода з таким хімічним складом, при якому добуток концентрації накипеобразующих іонів кальцію і карбонат іона дорівнює добутку розчинності карбонату кальцію і з води не виділятиметься осад карбонату кальцію до вона не буде розчиняти CaCO3.
Відомий спосіб оцінки стабільності води (ГОСТ 3313-46. Вода господарсько-питного та промислового водопостачання. Методи технологічного аналізу: Визначення стабільності води), при якому досліджувану воду оцінюють за її поведінкою при контакті з карбонатом кальцію. За цим методом спочатку визначають загальну лужність води, потім поміщають воду в посудину з карбонатом кальцію в кристалічній формі, після чого воду струшують протягом однієї години. Після струшування знову визначаютьлужність води. За величиною лужності досліджуваної води до і після струшування з карбонатом кальцію визначають показник стабільності Co де Co - величина загальної лужності води до струшування з карбонатом кальцію, S - величина загальної лужності води після її струшування з карбонатом кальцію.
Якщо Co більше 1, вода здатна до осадження карбонату кальцію зі свого об'єму, а якщо менше, то вода розчиняє карбонат кальцію.
Використання цього способу для оцінки властивості води відкладати карбонат кальцію в системах гарячого водопостачання або системах охолодження утруднено або навіть неможливо через такі причини.
Таким чином, вода, що додається в систему, при випробуванні її на стабільність не характеризує швидкість утворення відкладень у тих системах водопостачання, де вона буде піддана нагріванню, т.к. вуглекислотно-кальцієва рівновага досліджуваної води відрізняється від вуглекислотно-кальцієвої рівноваги води в реальній системі, а циркулююча в системі вода при її дослідженні на здатність до осадження карбонату кальцію не цілком характеризує швидкість або величину відкладень через перебіг процесу осадження.
Існує також спосіб оцінки термостабільності води (а.с. СРСР N 1318901, кл. G 01 N 27/50), при якому досліджувану воду поміщають в катодну камеру електролізера протягом однієї години пропускають електричний струм щільністю i=0,33 (T -283), A/м 2 де T - температура, для якої оцінюють масу осаду, що відклався на катоді, за величиною якого судять про термостабільність аналізованої води (визначають масу осаду, що відклався на катоді).
Цей спосіб дозволяє оцінити накипівтворюючі властивості води для різних температур її передбачуваного нагріву. Однак цей спосіб не дозволяє оцінити стабільність водипри її нагріванні у системах охолодження, т.к. не враховує упарювання води в системі та пов'язане з цим підвищення концентрацій накипеутворюючих іонів.
Існує також розрахунковий спосіб (Міклашевський Н.Б. Застосування індексу насичення для оцінки якості води відкладати карбонат кальцію в системах оборотного водопостачання. Інженерне забезпечення об'єктів будівництва. Експрес-інформація. Вітчизняний досвід N 10, 1987 р., с. 12-15) оцінки термостабільність води. Відповідно до цього способу визначають кальцієву жорсткість води ЖCa, її лужність Щ, водневий показник pH та іонну силу розчину, кратність упарювання води в системі оборотного водопостачання Ку (для систем гарячого водопостачання та теплопостачання Ку=1), і відповідно до розрахункової формули визначають ступінь насичення (СН) води карбонатом кальцію при її нагріванні до температури T і кратності упарювання Ку де - це іонна сила розчину і з достатньою для практики точністю може бути визначена за наближеною емпіричною формулою залежно від вмісту солевмісту Р (мг/л) = 0, 000022P. Якщо рівень насичення води карбонатом кальцію буде більше 1, то вода здатна до осадження карбонату кальцію. З аналізу даної розрахункової формули випливає, що при збільшенні температури, так і водневого показника, ступінь насичення води карбонатом кальцію збільшується, і вода стає більш схильною до утворення карбонату кальцію. Цей спосіб також вільний від недоліків, т.к. не враховує можливість пригнічення процесів кристалізації поверхнево-активними речовинами. Відомо, що введення у воду інгібіторів кристалізації, наприклад фосфатів, стабілізує її і знижує величину фази, що осаджується. Фактично вода може бути пересичена накипеутворювачами в десятки разів щодо творурозчинності і при цьому бути стабільною. Отже, точність оцінки накипеобразующих властивостей води ставати неприйнятною практики.
Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу, полягає в підвищенні точності оцінки термостабільності води, використовуваної в системах водопостачання, шляхом визначення кристалічної фази карбонату кальцію, що фактично утворилася, відповідної планованої температурі нагріву води T і коефіцієнту упарювання Ку.
Для досягнення цього технічного результату визначається кальцієва жорсткість води ЖCa вых, її водневий показник pHісх, коефіцієнт упарювання солей в системі Ку, після чого досліджувана вода титрується децинормальним розчином їдкого натру, визначається її новий водневий показник pHКОН і після струшування проби з кристалами карбонату кальцію знову кальцієва жорсткість води ЖCa КОН, щодо зміни якої судять про термостабільність води при температурі T і коефіцієнті упарювання Ку Коефіцієнт упарювання солей характеризує конструктивні особливості систем оборотного водопостачання. Охолодження води на градирні пов'язане з її випаровуванням та підвищенням концентрації солей у циркулюючій воді. Тому коефіцієнт концентрування солей визначається як відношення концентрації добре розчинних солей, наприклад хлоридів, у циркулюючій воді до концентрації цієї солі в додатковій воді. Для систем гарячого водопостачання та теплопостачання Ку=1. Для систем оборотного водопостачання ця величина більша за 1. Виконання титрування досліджуваної води децинормальним розчином їдкого натру зрушує вуглекислотно-кальцієву рівновагу у бік утворення карбонату кальцію, підвищує значення водневого показника, при цьому бікарбонати переходять у карбонати, якіпри взаємодії з іонами кальцію утворюють кристалічну фазу карбонату кальцію, кальцієва жорсткість досліджуваної води знижується на величину кристалічної фази, що утворилася, що дозволяє отримати нову властивість, що полягає в можливості оцінки термостабільності води при температурі її нагріву T і коефіцієнті упарювання Ку.
Передбачається, що у системі оборотного водопостачання коефіцієнт концентрування солей, які випадають осад, Ку=2.
Загальний порядок випробувань є наступним. Визначається водневий показник води pHвих. Потім визначається кальцієва жорсткість модельного розчину. Потім титрування досліджуваної води 0,01 N розчином NaOH, Після титрування досліджуваної води децинормальним розчином їдкого натру визначається водневий показник pHКОН. Потім протягом 7-10 хвилин проводиться енергійне перемішування проби у присутності мармурової крихти. Після перемішування проби визначається кінцеве значення кальцієвої твердості. За різницею вихідної та кінцевої величини кальцієвої жорсткості визначається термостабільність води в системі оборотного водопостачання з коефіцієнтом концентрування солей, що не випадають в осад Ку=2 для температури T Результати випробувань представлені в таблиці 1.
Запропонований спосіб оцінки термостабільності води дозволяє підвищити точність оцінки властивостей води відкладати карбонат кальцію в системах водопостачання при нагріванні та упарюванні води, а також у присутності ПАР. Даний спосіб оцінки термостабільності води дозволяє також оцінити ефективність інгібування кристалізації у разі використання різних інгібіторів.
Література 1. В. Є. Терновцев. Магнітні установки в системах оборотного водопостачання, Київ. 1976, 88 с., Стор. 17.
2. В.А.Клячко, І.Е.Апельцин.Підготовка води для промислового та міського водопостачання. М.: Будвидав - 1962, 819 с.
3. ГОСТ 3313-46. Вода господарсько-питного та промислового водопостачання. Методи технологічного аналізу: Визначення стабільності води.
4. А. З. СРСР N 1318901, М.кл. 4 G 01 N 27/50. Спосіб оцінки термостабільності води. Автори Зайцев В.М. та Миклашевський Н.В.
5. Миклашевський Н. В. Застосування індексу насичення для оцінки якості води відкладати карбонат кальцію в системах оборотного водопостачання. Інженерне забезпечення об'єктів будівництва. Експрес-інформація. Вітчизняний досвід, N10, 1987, с. 12-15 – прототип.
Спосіб оцінки термостабільності води шляхом визначення вихідних водневого показника і кальцієвої жорсткості проби, коефіцієнта Кy упарювання солей у системі, який відрізняється тим, що досліджувана проба титрується децинормальним розчином їдкого натру, потім визначаються її кінцеві водневий показник і кальцієва жорсткість після струшування проби з кристалами і щодо зміни кальцієвої жорсткості судять про термостабільність води при температурі її нагрівання Т, яка визначається за формулою