Водоподготовка. Устройства и оборудование для водоподготовки.

Ни одно современное производство, если оно использует воду на производстве или каким-либо другим образом связано с водой, не может обойтись без водоподготовки. А причинами использования устройств водоподготовки – жесткая вода и металлическая коррозия.

Существующие устройства и системы водоподготовки подразделяют на две основные категории, обусловленные принципом их действия:

- Химическая (реагентная) водоподготовка

- Физическая (безреагентная) водоподготовка

ХИМИЧЕСКАЯ (РЕАГЕНТНАЯ) ВОДОПОДГОТОВКА

Подразумевает непосредственную обработку системы химическими веществами, которые смягчают воду или подавляют коррозию.

Фосфатирование - это способ водоподготовки, при котором кристаллы полифосфатов медленно растворяются в потоке воды, покрывая тонкой пленкой все металлические части, которые контактируют с водой. Благодаря этой пленке эффективно предотвращается образование отложений и коррозия металлических труб. В современных устройствах водоподготовки процесс дозирования реагентов автоматизирован, поэтому полифосфаты добавляются в воду соразмерно расходу воды. Однако, воду после обработки нельзя использовать для питья или приготовления пищи.

Умягчитель воды (ионообменный фильтр) - это устройство, в котором вода пропускается через мембрану, главная составляющая которой - это ионообменная смола. Она включает в себя ионы натрия, которые имеют со смолой непрочные связи. Главный момент работы умягчителя состоит в том, что такие связи легко нарушить. Ионы солей кальция и магния из подаваемой жесткой воды легко заменяют в структуре смолы неустойчивый натрий, и образуют со смолой прочные соединения. В результате получается вода, обогащенная натрием. Когда по прошествии времени все ионы натрия в мембране будут замещены, то вернуть способность мембраны к замещению ионов кальция натрием можно путем регенерации. Мембрану помещают в крепкий соляной раствор (главное, чтобы соль была не йодированная), при этом ионы натрия переходят из раствора в мембрану, а ионы кальция - в раствор. Устройством нельзя пользоваться во время регенерации.

После проведения процедуры регенерации отработанный раствор сливают. Сброс нужно согласовывать в соответствующих организациях, поскольку отработанный раствор относится к категории агрессивных жидкостей.

Не приветствуется использование умягченной воды в системах центрального отопления, т. к. умягченная вода коррозионно активна, также она не может растворить карбонатные отложения. Их приходится регулярно очищать кислотой.

КОНТРОЛЬ НАД КОРРОЗИЕЙ

Существуют два основных пути подавления коррозии в водяных системах:

- удаление кислорода из воды, химическая или механическая деаэрация;

- добавление ингибиторов коррозии.

Ингибитор коррозии - это вещество, эффективно уменьшающее степень коррозии в системе. Существуют несколько видов ингибиторов коррозии:

Пассивирующие (анодные) ингибиторы - образуют пленку оксидов на поверхности металла. являются лучшими ингибиторами, поскольку расходуются в малых количествах, а защитные пленки, образуемые ими прочны и при повреждении быстро восстанавливаются. Это вещества, содержащие нитриты, хроматы, ортофосфаты или молибдаты (соли молибденовой кислоты). Все эти вещества являются окислителями и способствуют пассивированию, увеличивая при этом электрический потенциал железа. Наиболее эффективны хроматы и нитриты, поскольку они не нуждаются в кислороде. 

Осадительные (катодные) ингибиторы - реагенты, благодаря которым образуются нерастворимые вещества, покрывающие и защищающие поверхность. Ортофосфаты, действуя как анодный пассиватор и катодный осадитель, демонстрируют двойное действие.

Адсорбирующие ингибиторы - поляризованные вещества, которые благодаря их зарядам притягиваются к поверхности металла. Чаще всего, это органические вещества (например, амины). Такие вещества часто обладают двойным функционалом. Они содержат гидрофильную группу, которая адсорбируется на поверхность металла, а противоположная гидрофобная группа предотвращает последующий контакт металла с водой.

Силикаты - используются для подавления коррозии в водных растворах, особенно в системах с питьевой водой. Механизм их ингибирования еще не до конца изучен. Силикаты - медленнодействующие ингибиторы, и для полной защиты системы с их помощью требуется 2-3 недели.

Ингибиторы медной коррозии - для меди и ее сплавов лучшими ингибиторами являются ароматические триазолы (бензотриазол (BZT) и толитриазол (TTA)). Эти компаунды (сложные структуры) образуют хемсорбционную пленку, образуя связи непосредственно с оксидом меди на поверхности металла.

Примечания:

Ингибиторы становятся эффективными только при контакте непосредственно с поверхностью металла. Только в этих случаях защитная пленка на поверхности металла будет стабильной. Перед применением ингибиторов требуется предварительно очистить систему от отложений.

От концентрации ингибитора в воде зависит эффективность подавления коррозии.

Если система состоит из труб и оборудования из разных металлов, следует использовать комплекс ингибиторов, для того чтобы защитить каждый металл системы.

ФИЗИЧЕСКАЯ (БЕЗРЕАГЕНТНАЯ) ВОДОПОДГОТОВКА

Эта группа устройств не использует какие-либо расходные материалы. Часть из них работает на от электричества, другие же обходятся без питания вообще. Все устройства этой категории подразделяют на группы:

- электромагниты;

- постоянные магниты;

- электронные;

- электролитические;

- электростатические.

Все эти устройства эффективно изменяют свойство и поведения подаваемой воды. С помощью этих устройств снижается уровень отложений либо увеличивается интервал между очистками системы водоснабжения. Некоторые устройства способны удалять из системы даже уже существующие отложения.

По сути, все физические ингибиторы отложений работают по одному принципу, т.е. меняют поведение природных солей в воде таким образом, что они остаются в растворе, а не на стенках труб.

Постоянные магниты - это самое простое из устройств этого класса. По сути, это несколько постоянных магнитов, соединенных между собой. Проходящая через устройство вода обрабатывается магнитным полем, которое заставляет воду накапливать электростатические заряды. Это приводит к временному изменению в форме кристаллов солей. Форма меняется из обычного прямоугольного параллелепипеда в иглоподобную структуру, которая обладает свойством вымывания из системы, и не прилипает к поверхности трубы.

Такое устройство не требует питания и расходных материалов. Оно врезается в систему, либо устанавливается прямо на трубу. Модель устройства подбираются точно по диаметру трубы и объему перекачиваемой воды. Существуют ограничения по температуре воды.

Электромагнитные системы - подобны системам с постоянными магнитами, однако имеют более мощное магнитное поле и служат дольше. Обычно устанавливаются очень близко к котлу, т.к. они обрабатывают только воду, протекающую через них. Если поток остановится, вода прекратит накапливать заряд до тех пор, пока движение воды не возобновится.

В отличие от систем с постоянными магнитами, могут работать там где требуется обработка больших потоков воды и где перекачивается более высокая температура. Однако такие устройства дороже магнитных и требуют тщательной очистки внешней поверхности трубы в месте установки.

Электронные системы - такие системы водоподготовки отличаются тем, что их работа не зависит от скорости потока воды. При помощи установленного поверх трубы устройства, высокочастотный сигнал оказывает воздействие на воду на молекулярном уровне. Воздействие на воду оказывается 24 часа в сутки в обоих направлениях, по и против потока воды, обрабатывая одновременно всю воду в системе.

Благодаря высокочастотному радиосигналу, характеристики кристаллизации солей в воде изменяются, тем самым предотвращается образование новых отложений.

Некоторые устройства этой группы могут удалять старые отложения и вызывать эффект пассивирования металла труб, исключая коррозию.

Электролитические системы - небольшой электрический ток, проходя через воду, эффективно меняет молекулярную структуру образующихся кристаллов отложений, не допуская образования жестких отложений на котлах, трубах. Такая система изменяет физические свойства ионов, без образования химической реакции. Электромагнитное или электростатическое поле влияет на  соли кальция и магния в водном растворе поскольку они частично ионизированы. Увеличение степени ионизации ионов в растворе снижает образование отложений.

Электростатические системы - кинетическая энергия движущегося потока воды создает заряд, который передается в воду. Стабильность частиц в воде, которые находятся в состоянии равновесия, обладая равными зарядами, нарушается, благодаря чему, устройство заставляет эти частицы выпадать в осадок, увлекая за собой вещества, образующие накипь. Устройство вызывает раннее, неконтролируемое выпадение в осадок небольших, не до конца сформировавшихся кристаллов. Т.О. предотвращается образование жестких отложений, а мягкий шлам вымывается из системы.