ΑΠΟΣΚΛΗΡΥΝΣΗ ΑΠΟΣΚΛΗΡΥΝΣΗ

ΑΠΟΣΚΛΗΡΥΝΣΗ Σχηµατισµός φυσικής σκληρότητας Το βρόχινο νερό φθάνει στο έδαφος. Τα βακτήρια αυξάνουν την συγκέντρωση του CO 2 στο νερό κατά την διάρκεια την αναπνοής τους. Το CO 2 αντιδρά µε το νερό και σχηµατίζει H 2 CO 3. Τα ασβεστούχα πετρώµατα που αποτελούνται από ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3 και MgCO 3 αντιδρούν µε το ανθρακικό οξύ του νερού και σχηµατίζουν όξινο ανθρακικό ασβέστιο (Ca(HCO 3 ) 2 και µαγνήσιο (Mg(HCO 3 ) 2. Εάν στο υπόστρωµα υπάρχει και γύψος CaSO 4 τότε σχηµατίζεται η µη ανθρακική σκληρότητα. Στην ανάλυση του υπόγειου πόσιµου νερού είναι καλό να σχεδιάζουµε ραβδόγραµµα που θα µας δείξει γραφικά τις συγκεντρώσεις των ανιόντων και κατιόντων. Συνήθως εκφράζονται σε mg/l ως CaCO 3 ή meq/l. Περιορισµοί µεθόδου Η αποσκλήρυνση µε την µέθοδο της υδρασβέστου /ανθρακικού νατρίου δεν µπορεί να πετύχει πλήρη αποσκλήρυνση. Αυτό οφείλεται στην διαλυτότητα των CaCO 3 και MgCO 3, σε φυσικούς περιορισµούς της ανάµιξης και επαφής και στην έλλειψη του απαραίτητου χρόνου για την ολοκλήρωση αυτών των αντιδράσεων Για τον λόγο αυτό παραµένει µια υπολειµµατική συγκέντρωση ασβεστίου ίση µε 30 mg/l ως CaCO 3 και 10 mg/l µαγνησίου ως CaCO 3. Εξαιτίας των γλοιωδών συνθηκών που παρουσιάζονται κατά την επαφή µαλακού νερού µε σαπούνι στοχεύετε µία ολική υπολειµµατική σκληρότητας µεταξύ 75 και 120 mg/l ως CaCO 3. Με στόχο να πετύχουµε µία αποδεκτή αποµάκρυνση της σκληρότητας σε αποδεκτή χρονική περίοδο πρέπει να διασφαλισθεί µία περίσσεια υδρασβέστου πέρα από την στοιχειοµετρικά απαραίτητη. Εµπειρικά η περίσσεια αυτή είναι 20 mg/l ως CaCO 3 ή 0,4 meq/l. Μαγνήσιο σε περίσσεια πάνω από 40 mg/l ως CaCO 3 ή 0,8 meq/l σχηµατίζει πουρί σε εναλλάκτες θερµότητας στο θερµαντήρες ζεστού νερού. Εξαιτίας της ακρίβειας αποσκλήρυνσης µαγνησίου αποµακρύνουµε µόνον µαγνήσιο πάνω από τα 40 mg/l. Για την αποµάκρυνση του µαγνησίου σε συγκεντρώσεις κάτω των 20 mg/l ως CaCO 3 ή 0,4 meq/l η περίσσεια που αναφέρθηκε παραπάνω των 20 mg/l είναι αρκετή για καλά αποτελέσµατα. Για την αποµάκρυνση του µαγνησίου σε συγκεντρώσεις µεταξύ των 20 και 40 mg/l ως CaCO 3 πρέπει να προσθέσουµε υδράσβεστο ίση µε την ποσότητα του µαγνησίου που θα πρέπει να αποµακρύνουµε. Για την αποµάκρυνση του µαγνησίου σε συγκεντρώσεις µεγαλύτερες των 40 mg/l ως CaCO 3 πρέπει να προσθέσουµε υδράσβεστο ίση µε την περίσσεια του µαγνησίου πάνω από τα 40 mg/l που θα πρέπει να αποµακρύνουµε. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 1

Η πρόσθεση χηµικών (ως CaCO 3 ) για την αποσκλήρυνση µπορούν να συγκεντρωθεί ως ακολούθως: Βήµα Πρόσθεση χηµικών Λόγος Ανθρακική Lime = CO 2 Καταστροφή του H 2 CO 3 σκληρότητα Lime = HCO - 3 Αύξηση του ph και µετατροπή των HCO - 3 σε CO 2-3 Lime = για την αφαίρεση του Mg Αύξηση του ph και ιζηµατοποίηση Mg(OH) 2 Lime = απαιτούµενη περίσσεια Για την καθοδήγηση της αντίδρασης Μη αναθ. σκληρότητα Σόδα = για αποµάκρυνση της µη ανθρ. σκληρότητας Σχηµατίζει CO 2-3 Οι όροι «Lime» και «Σόδα» αναφέρονται στα Ca(OH) 2 και Na 2 CO 3 ως CaCO 3 Αυτά τα βήµατα παρουσιάζονται µε το ακόλουθο διάγραµµα ροής: ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 2

Η αποσκλήρυνση του νερού εφαρµόζεται πολύ συχνά στην επεξεργασία του πόσιµου νερού Αποσκλήρυνση µπορεί να γίνει κεντρικά στην εταιρία ύδρευσης ή στα τερµατικά των καταναλωτών. Είναι καλό η µείωση της σκληρότητας ενός µέτρια σκληρού νερού (50-150 mg/l ως CaCO 3 να γίνεται από τους καταναλωτές, ενώ ένα σκληρότερο νερό να γίνεται από την εταιρεία ύδρευσης. Συνήθως χρησιµοποιούµε την χηµική ιζηµατοποίηση και την εναλλαγή ιόντων. Οι καταναλωτές χρησιµοποιούν αποκλειστικά την εναλλαγή ιόντων. ΧΗΜΙΚΗ ΙΖΗΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ Τα διαφορετικά συστατικά της σκληρότητας έχουν και διαφορετικά όρια διαλυτότητας, (πίνακας 1). Οι λιγότερο διαλυτές µορφές είναι το ανθρακικό ασβέστιο και το υδροξείδιο του µαγνησίου. Χηµική ιζηµατοποίση είναι να µετατρέψουµε την σκληρότητα του ασβεστίου σε CaCO 3 και την σκληρότητα του µαγνησίου σε Mg(OH) 2 Αυτό επιτυγχάνεται µε την διεργασία προσθήκης υδρασβέστου-ανθρακικού νατρίου ή υδροξειδίου του νατρίου. Μέθοδος υδρασβέστου-ανθρακικού νατρίου: Όλες οι µορφές ανθρακικής σκληρότητας αλλά και µη ανθρακικής σκληρότητας µαγνησίου µπορούν να αποµακρυνθούν µε την προσθήκη του CaO. Ca(HCO 3 ) 2 + CaO + H 2 O 2CaCO 3 + 2H 2 O (1) Mg(HCO 3 ) 2 + CaO + H 2 O MgCO 3 + CaCO 3 (2) MgCO 3 + CaO + H 2 O Mg(OH) 2 + CaCO 3 (3) MgSO 4 ή + CaSO 4 ή MgCl 2 ή +CaO + H 2 O Mg(OH) 2 + CaCl 2 (4) Mg(NO 3 ) 2 ή + Ca(NO 3 ) 2 Όπως βλέπουµε από την (4) η αποµάκρυνση του µαγνησίου εκφράζεται µε τον σχηµατισµό µη ανθρακικής σκληρότητας. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 3

Αυτή η µη ανθρακική σκληρότητα όπως κάθε άλλης µορφής που περιέχεται από την αρχή µπορεί να αποµακρυνθεί µε την χρήση καυστικής σόδας Na 2 CO 3 : ή CaSO 4 ή + Na 2 SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2NaCl (5) ή Ca(NO 3 ) 2 ή + 2NaNO 3 Το νάτριο που εµφανίζεται στην εξίσωση (5) είναι σε διαλυτή µορφή και κάθε περιττή προσθήκη θα επιβαρύνει την ποιότητα του πόσιµου νερού. Η ιζηµατοποίηση των CaCO 3 και Mg(OH) 2 εξαρτάται από το ph (διάγραµµα 1). Το βέλτιστο ph για το CaCO 3 είναι το 9-9,5 και του Mg(OH) 2 είναι το 11. Πολλά φυσικά νερά έχουν ένα ph µεταξύ αυτών των τιµών. Για τον λόγο αυτό θα πρέπει να αυξήσουµε τεχνητά το ph. Αυτό επιτυγχάνεται µε την πρόσθεση περίσσειας υδρασβέστου: CaO + H 2 O Ca 2+ + 2 OH - Η πρόσθεση είναι περίπου 1,25 meq/l Εάν στο νερό υπάρχει και διαλυµένο διοξείδιο του άνθρακα αντιδρά και αυτό µε την βάση: CO 2 + CaO CaCO 3 Αυτή βέβαια η αντίδραση δεν µειώνει την σκληρότητα αλλά καταναλώνει υδράσβεστο!! Εάν έχουµε παρουσία υπερκορεσµού σε διοξείδιο του άνθρακα πρέπει να χρησιµοποιήσουµε την µέθοδο αερισµού για οικονοµία (>10 mg/l). ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΊΗΣΗ Πλήρης αποµάκρυνση της σκληρότητας δεν µπορεί να επιτευχθεί µε χηµική ιζµατοποίηση!! Κάτω από κανονικές συνθήκες που εφαρµόζονται σε µονάδες αποσκλήρυνσης παραµένουν συνήθως στο αποσκληρυµένο νερό 40 mg/l CaCO 3 και 10 mg/l Mg(OH) 2. Ιζηµατοποίση αυτού του υπερκορεσµένου διαλύµατος από CaCO 3 θα συνεχισθεί αργά µέσα στο δίκτυο και τις δεξαµενές αποθήκευσης. Για τον λόγο αυτό είναι αναγκαίο να σταθεροποιήσουµε το νερό µετατρέποντας το υπερκορεσµένο CaCO 3 σε Ca(ΗCO 3 ) 2. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 4

Σταθεροποίηση µπορεί να επέλθει σύµφωνα µε την αντίδραση του CaCO 3 µε ένα οξύ: 2 CaCO 3 + H 2 SO 4 Ca(ΗCO 3 ) 2 + CaSO 4 Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 Η 2 O + MgSO 4 Βέβαια ο ποιο συνήθης τρόπος στην πράξη είναι η χρήση του CO 2 : CaCO 3 + CO 2 + Η 2 O Ca(ΗCO 3 ) 2 Mg(OH) 2 + 2CO 2 Mg(ΗCO 3 ) 2 Η διαδικασία αυτή ονοµάζεται επανθράκωση Εάν το ph είχε αυξηθεί κατά την διαδικασία της αποσκλήρυνσης του Mg, θα πρέπει ξανά να εξουδετερωθεί η περίσσεια των ιόντων υδροξυλίου: Με θειικό οξύ Ca 2+ + 2OH - + H 2 SO 4 Ca 2+ + SO 4 2- + 2 Η 2 O 2Na + +2 OH - + H 2 SO 4 Na + + SO 4 2- + 2 Η 2 O Με διοξείδιο του άνθρακα Ca 2+ + 2OH - + 2CO 2 CaCO 3 + 2 Η 2 O 2Na + + 2OH - + CO 2 Na + CO 3 2- + Η 2 O To ph πρέπει να µειωθεί περίπου στο 9,5 πριν να επέλθει ουσιαστική σταθεροποίηση. Μέθοδοι Αποσκλήρυνσης Η αποσκλήρυνση αποτελείται από διάφορα βήµατα επεξεργασίας και µπορεί να διεξαχθεί σε ένα ή δυο στάδια. Αυτά τα βήµατα επεξεργασίας περιχέουν ανάµιξη των χηµικών µε το νερό, συσσωµάτωση για την αύξηση του µεγέθους, καθίζηση του ιζήµατος και σταθεροποίηση. Τα συστήµατα επαφής που εφαρµόζονται στην επαφή στερεών εφαρµόζονται συχνά και στην αποσκλήρυνση: ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 5

1. Είσοδος ακατέργαστου νερού 6. ευτερογενής ανάµιξη και ζώνη αντίδρασης 2. Έξοδος κατεργασµένου νερού 7. Επεξεργασµένο νερό 3. Κινητήρας φτερωτής 8. Επιστροφή λάσπης 4. Φτερωτή 9. Συµπύκνωση λάσπης 5. Πρωτογενής ανάµιξη και ζώνη 10. Αποµάκρυνση λάσπης αντίδρασης εξαµενή καθίζησης µε επαφή και ανακυκλοφορία λάσπης (Degremont) Τα συστήµατα αυτά εφαρµόζονται ε τον ίδιο τρόπο όπως και στην αποµάκρυνση στερών. ιαφέρουν όµως τα κριτήρια σχεδιασµού (πίνακας) Τυπικά κριτήρια σχεδιασµού συστήµατος αποσκλήρυνσης Παράµετρος Ταχεία ανάµιξη Βραδεία ανάµιξη εξαµενή καθίζησης εξ. Καθίζ. µε ανακυκλοφορία Χρόνος 5 min 30-50 min 2-4 h 1-4 h παραµονής 1 Βαθµίδα 700 10-100 - 2 ) ταχύτητας, s -1 Ταχύτητα κατά - 0,15-0,45 0,15-0,45 - τον άξονα x Επιφανειακή ταχύτητα υπερχείλησης, m 3 /min_m 2 - - 0,85-1,71 4,27 1 ) Θα πρέπει να υπολογισθεί µετά από ανάλυση σε πιλοτική µονάδα για το κάθε νερό 2 ) Η βαθµίδα ταχύτητας στην ταχεία και στην βραδεία ανάµιξη θα πρέπει να είναι περίπου η ίδια µε τις εν σειρά δεξαµενές Νερό που περιέχει και σκληρότητα µαγνησίου συχνά επεξεργάζεται µε µία µεθοδολογία που ονοµάζεται µέθοδος παράκαµψης. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 6

Σε αυτή την µέθοδο ένα µέρος του ακατέργαστου νερού παρακάµπτεί την πρώτη βαθµίδα επεξεργασίας. Περίσσεια υδρασβέστου προστίθεται για την διευκόλυνση αποµάκρυνσης του µαγνησίου στο πρώτο στάδιο, κατόπιν αντί να εξουδετερώσουµε τα ιόντα υδροξυλίου, τα χρησιµοποιούµε για την αποµάκρυνση της σκληρότητας του ασβεστίου, στο νερό που παρακάµφθηκε. Λόγω του ότι στο νερό παράκαµψης δεν µειώθηκε το µαγνήσιο, η αρχική και η επιτρεπτή σκληρότητα µαγνησίου στο τελικό νερό προσδιορίζουν την ποσότητα του νερού που θα παρακαµφθεί: Q x = Mg f Mg 1 / Mg r Mg 1 Όπου Q x = ποσότητα παράκαµψης, Mg f = Συγκέντρωση µαγνησίου στο τελικό νερό, Mg r = Συγκέντρωση µαγνησίου στο αρχικό νερό, Mg 1 = Συγκέντρωση µαγνησίου που παραµένει στο νερό Μετά την πρώτη κατεργασία (10 mg/l Mg(OH) 2 (ως CaCO 3 ) Μία τυπική µονάδα παράκαµψης για την αποµάκρυνση του µαγνησίου βλέπουµε στο σχήµα. ΑΣΚΗΣΗ 1 Χρησιµοποιήστε την µέθοδο της διάσπασης (split treatment) για την αποσκλήρυνση του νερού µε την ακόλουθη χηµική ανάλυση. Υποθέστε ότι µία τελική σκληρότητα µικρότερη των 100 mg/l (ως CaCO 3 ) είναι αποδεκτή, υπό τον όρο ότι η συγκέντρωση του µαγνησίου είναι µικρότερη των 45 mg/l (ως CaCO 3 ). Για µία παροχή 25.000 m 3 /d, Υπολογίστε τις ποσότητες των χηµικών που απαιτούνται και την µάζα των παραγόµενων στερεών. εχόµαστε ότι η υδράσβεστος είναι καθαρότητας 90% και η σόδα 85%. Για την επανθράκωση χρησιµοποιούµε CO 2. CO 2 = 0,6 meq/l Ca 2+ = 3,4 meq/l Mg 2+ = 3,0 meq/l Na + = 1,0 meq/l HCO 3 - = 4,9 meq/l SO 4 2- = 2,5 meq/l Cl - = 0,9 meq/l ph = 7.2 ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 7

Υπολογισµός των αντιδραστηρίων που χρησιµοποιούνται 1. Υπολογίζουµε το ποσοστό παράκαµψης Qx : Qx =Mg f Mg 1 /Mg r Mg 1 = 0,9 0,2 / 3,0 0,2 = 0,25 = 25% 2. Υπολογισµός της ποσότητας των χηµικών που θα προστεθούν στην πρώτη φάση: 0,6 CO 2 + 0,6 CaO 0,6 CaCO 3 3,4 Ca(HCO 3 ) 2 + 3,4 CaO 3,4 CaCO 3 + 6,8 H 2 O 0,75*1,5 Mg(HCO 3 ) 2 + 0,75*3,4 CaO 1,13 Mg(OH) 2 + 2,25 CaCO 3 0,75*1,5 MgSO 4 + 0,75*1,5 CaO 1,13 Mg(OH) 2 + 1,13 CaSO 4 1,13 CaSO 4 + 1,13 Na 2 CO 3 1,13 CaCO 3 + 1,13 Na 2 SO 4 3. Για την επανθράκωση χρησιµοποιούµε CO 2 για την εξουδετέρωση της περίσσειας υδρασβέστου. 1,25 Ca(OH) 2 + 1,25 CO 2 1,25 CaCO 3 + 1,25 H 2 O Υποθέτουµε ότι 40 mg/l CaCO 3 και 10 mg/l Mg(OH) 2 (ως ανθρακικό ασβέστιο) παραµένουν στο διάλυµα µετά την καθίζηση: 0,75*0,2 Mg(OH) 2 + 2*0,15 CO 2 0,15 Mg(HCO 3 ) 2 0,5 CaCO 3 + 0,5 CO 2 + 0,5 H 2 O 0,5 Ca(HCO 3 ) 2. 4. Χηµικά που απαιτούνται σε Kg/d: Υδράσβεστος = 0,6 + 3,4 + 0,75*(3,0 + 1,5) = 7,38 meq/l Eq/mass του CaO = 40+16/2 = 28 mg/meq (1/0,9)*28 mg/meq * 7,38 meq/l *25x10 6 l/d x 1kg/10 6 g = 5740 kg/d Ανθρακικό νάτριο = 1,13 meq/l Eq/mass του Na 2 CO 3 = 2*23+12+3*16/2 = 53 mg/meq (1/0,85)*53 mg/meq * 1,13 meq/l *25x10 6 l/d x 1kg/10 6 g = 1761 kg/d ιοξείδιο του άνθρακα = 1,25 + 0,3 + 0,5 = 2,05 meq/l Eq/mass του CO 2 = 12+2*16/2 = 22 mg/meq 22 mg/meq * 2,05 meq/l *25x10 6 l/d x 1kg/10 6 g = 1761 kg/d 5. Υπολογισµός της µάζας των στερεών ανά ηµέρα: 8,63 CaCO 3 + 2,26 Mg(OH) 2 = 10,89 meq/l ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 8

10,89 meq/l * 50 mg/meq * 25x10 6 l/d * 1 kg/10 6 g = 13612 kg/d 5. Υπολογισµός των τελικών συγκεντρώσεων: Ca = 0,8 meq/l Mg = 0,7*0,2 (από το στάδιο επεξεργασίας)+0,25*3,0 (από την παράκαµψη)= 0,9 Na = 1,0 + 1,13 = 2,13 meq/l HCO 3 - = 0,5(επανθράκωση του CaCO 3 ) + 0,15 (επανθράκωση του Mg(OH) 2 ) + 0,25*1,5 (από το Mg παράκαµψης) = 1,03 meq/l Αποσκλήρυνση µε την µέθοδο της Εναλλαγή Ιόντων Ένας µεγάλος αριθµός διαλυµένων στερεών, συµπεριλαµβανοµένης και της σκληρότητας, µπορούν να αποµακρυνθούν µε την εναλλαγή ιόντων. Κατά την αποσκλήρυνση µε εναλλαγή ιόντων ασβέστιο και µαγνήσιο αποµακρύνονται και την θέση τους παίρνουν το νάτριο ή το πρωτόνιο. Αυτή η εναλλαγή λαµβάνει χώρα πάνω στην επιφάνεια µίας στερεάς φάσης. Παρόλο που η στερεά φάση δεν λαµβάνει χώρα στην ανταλλαγή, εντούτοις είναι µία πολύ σηµαντική παράµετρος κατά την διεργασία. Παλαιότερα ως στερεά φάση χρησίµευε ο ζεόλιθος, ένωση πυριτικού αργιλίου νατρίου. Σήµερα εφαρµόζονται µοντέρνες συνθετικές ρητίνες, καλυµµένες µε το υλικό προς αλλαγή, που έχουν ως πλεονέκτηµα µία µεγαλύτερη επιφάνεια ανταλλαγής από τους ζεόλιθους. Σε ίσες ποσότητες ασβέστιο και µαγνήσιο προσρροφόνται πολύ ισχυρότερα από το µέσο εναλλαγής, που συνήθως είναι το νάτριο. Μόλις το σκληρό έρθει σε επαφή µε την ρητίνη λαµβάνει χώρα η ακόλουθη αντίδραση: Ca Ca + (ανιόν) + 2Na[R] [R] + 2Na + + [ανιόν] Mg Mg Η αντίδραση είναι άµεση και διαρκεί όσο υπάρχουν κενές θέσεις για ανταλλαγή (Σχήµα). Όταν όλες οι θέσεις ανταλλαχθούν τότε αρχίζει και εξέρχεται σκληρότητα. Αυτό σηµαίνει ότι η ρητίνη πρέπει να αναγεννηθεί. Αυτό επιτυγχάνεται µε ένα ισχυρό διάλυµα χλωριούχου νατρίου. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 9

Η ισχυρότητα του διαλύµατος ξεπερνά την δύναµη της προσρόφησης και το ασβέστιο και µαγνήσιο δίνουν την θέση τους ξανά στο νάτριο. Ca [R] + 2NaCl (περίσσεια) Mg Ca 2Cl + 2Na [R] Mg ΑΣΚΗΣΗ 2 Για την παραγωγή ατµού εφαρµόζουµε αποσκλήρυνση στο νερό ενός εργοστασίου µε την µέθοδο εναλλαγής ιόντων. Το νερό, Q = 25000 m 3 /d, παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά του παρακάτω πίνακα. Η ρητίνη που επιλέχθηκε παρουσιάζει χωρητικότητα προσρόφησης 90 kg/m 3 σε ένα ρυθµό φόρτισης 0,4 m 3 / min.m 2. Αναγέννηση επιτυγχάνεται όταν χρησιµοποιήσουµε 150 kg NaCl /m 3 ρητίνης σε 10% διάλυµα. Να υπολογισθεί ο απαιτούµενος όγκος της ρητίνης και τα φυσικά χαρακτηριστικά για την συνεχόµενη λειτουργία της µονάδας. Επίσης να υπολογισθεί η απαίτηση σε NaCl, όπως και ο χρόνος ενός κύκλου αναγέννησης της ρητίνης. CO 2 = 1,0 meq/l Ca 2+ = 4 meq/l Mg 2+ = 1 meq/l Na + = 2 meq/l HCO 3 - = 2,5 meq/l SO 4 2- = 4,5 meq/l ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1. Υπολογισµός του όγκου της ρητίνης: a) Ολική σκληρότητα = 5 meq/l*50mg/meq = 250 mg/l. Υποθέτουµε ότι µία σκληρότητα 40 mg/l είναι αποδεκτή. Παράκαµψη 40/250 = 0,16 ή 16%. Εποµένως για επεξεργασία θα περάσουν 0,84*15000 m 3 /d = 12600 m 3 /d. b) Σκληρότητα που πρέπει να αφαιρεθεί: 5 eq/m 3 * 12600 m 3 /d * 50 g/eq * 1kg/10 3 g = 3150 kg/d c) Όγκος της ρητίνης για µία µέρα: 3150 kg/d * 1m 3 /90 kg = 35 m 3 /d 2. Υπολογισµός της επιφάνειας και του ύψους της ρητίνης: α) 12600 m 3 /d * d/1440 min = 8,75 m 3 /min Επιφάνεια Α = Q/Vo = 8,75 m 3 /min * min/0,4 m = 21,87 m 2 b) Εάν χρησιµοποιήσουµε δεξαµενές µε 2 m διάµετρο: Α = πd 2 /4 = π = 3,14 m 2 Αριθµός δεξαµενών = 21,87/3,14 = 6,96 χρησιµοποιούµε 7 δεξαµενές ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 10

c) Ύψος της ρητίνης = ολικός όγκος /ολική επιφάνεια = 35 m 3 /7*3,14 = 35/21,98 = 1,59 2 m. d) Προσθέτουµε τρεις ακόµα δεξαµενές για την χρήση κατά την διάρκεια του κύκλου της αναγέννησης. Εποµένως ο ολικός όγκος της ρητίνης γίνεται: V = αριθ. εξαµενών* επιφάνεια * ύψος = 10*3,14*2 = 62,8 m 3 3. Υπολογισµός των απαιτούµενων χηµικών: α) Όγκος για την µία µονάδα: V = 3,14*2= 6,28 m 3 b) Απαίτηση σε ΝaCl για µία µονάδα: 150 kg/m 3 *6,28 m 3 = 942 kg για την αναγέννηση 7 δεξαµενών/d απαιτούνται 7*942 = 6594 kg/d NaCl c) Χρησιµοποιώντας ένα διάλυµα 10%, ο όγκος του υγρού αναγέννησης είναι 942/0,1 = 9420 kg ή περίπου 9 m 3 για κάθε µονάδα/d. d) Χρησιµοποιώντας έναν ρυθµό φόρτισης 0,04 m 3 /m 2 _min ο χρόνος αναγέννησης γίνεται t = 9 m 3 / (0,04 m 3 /m 2 _min*3,14 m 2 ) = 72 min Υποθέτοντας ένα συνολικό χρόνο 2 ωρών για την αναγέννηση σε οµάδες των τριών µονάδων, για όλες τις 10 µονάδες απαιτούνται 6 ώρες εργασίας την ηµέρα. ρ. Π. ΜΕΛΙ ΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 11