DEDURIZAREA APEI CU HIDROXID DE SODIU SI FOSFAT TRISODIC

DEDURIZAREA APEI CU HIDROXID DE SODIU SI FOSFAT TRISODIC

In vederea potabilizarii apei sau a utilizarii sale in industrie este necesara caracterizarea sa si incadrarea principalilor indicatori de calitate in conditiile impuse de domeniul de utilizare. O importanta deosebita trebuie acordata calitatii apei utilizate la alimentarea cazanelor de aburi, care trebuie sa fie lipsita de duritate, respectiv de elemente agresive (CO₂, O₂, acizi).

Eliminarea ionilor de Ca²⁺ si Mg²⁺, operatie denumita dedurizare, se poate realiza prin metode:

termice;

chimice;

de schimb ionic.

Dintre metodele chimice cele mai raspandite sunt:

a) eliminarea duritatii temporare: - tratare cu suspensie de var;

- tratare cu hidroxid de sodiu.

b) eliminarea duritatii permanente: - tratare cu carbonat de sodiu (soda)

c) eliminarea duritatii totale : - tratare cu var si soda;

- tratare cu soda caustica si soda;

- tratare cu soda caustica si fosfat trisodic;

- tratare cu fosfat trisodic.

Metoda chimica cea mai eficienta pentru dedurizarea apelor de alimentare a cazanelor de abur este dedurizarea cu fosfat trisodic, care prezinta urmatoarele avantaje:

in procesul de dedurizare se formeaza fosfatii de Ca si Mg, saruri cu solubilitate extrem de redusa, ceea ce permite o dedurizare pana la 0⁰D;

prin utilizarea unui exces de fosfat trisodic, pe langa realizarea unei dedurizari eficiente sunt atacate si crustele mai vechi de pe tolele cazanelor;

fosfatul trisodic conduce si la eliminarea completa a silicei, care sub forma de silicat de Ca si Mg formeaza cruste foarte dure, respectiv la eliminarea Fe sub forma de fosfat;

datorita stabilitatii sale termice si la presiune, in cazul utilizarii fosfatului trisodic nu exista pericolul formarii de CO₂, care are o actiune coroziva;

precipitatele formate (fosfatii de Ca si Mg) sunt usoare, nu colmateaza filtrele si nu se depun pe peretii cazanelor; datorita actiunii lor coagulante realizeaza si o limpezire a apei;

fosfatul trisodic actioneaza si ca emulgator, in consecinta nemaifiind necesara o instalatie speciala de eliminare a uleiurilor.

Reactivul necesar unei dedurizari avansate fiind insa foarte scump, din considerente economice dedurizarea se realizeaza in doua faze:

- in prima faza se realizeaza reducerea duritatii prin tratare cu Ca(OH)₂, NaOH sau Na₂CO₃, iar

- in faza a doua se realizeaza eliminarea duritatii prin tratare cu fosfat trisodic.

In lucrarea de laborator dedurizarea unei probe de apa dura se va realiza prin tratare cu soda caustica si fosfat trisodic.

1. ANALIZA APEI BRUTE

Principalii indicatori de calitate ai apei brute care trebuie determinati in vederea dedurizarii sunt:

1.1. Alcalinitatea apei, care se determina prin titrarea a 100 cm³ de apa de analizat cu o solutie de HCl 0,1n in prezenta de fenolftaleina si metiloranj, conform metodei prezentate in lucrarea Analiza apei, la punctul 1.3.

1. Duritatea apei este conferita de totalitatea sarurilor de calciu si magneziu solubile in apa si se exprima in grade de duritate, 1⁰D = 10 mg CaO/dm³ de apa.

Duritatea conferita de bicarbonatii de Ca si Mg reprezinta duritatea temporara, D_t, si reprezinta alcalinitatea fata de metiloranj. Duritatea conferita de celelalte saruri solubile de Ca si Mg reprezinta duritatea permanenta, D_p, iar suma celor doua formeaza duritatea totala, D_tot.

Duritatea temporara se determina prin titrare cu HCl in prezenta de metiloranj, iar duritatea totala se determina prin metoda complexonometrica. Principiul metodei si modul de lucru sunt prezentate in cadru lucrarii de laborator Analiza apei, la punctul 1.4.

1.3. Continutul in ionii de Ca² se determina complexonometric, prin titrarea unei probe de apa, la pH=12, in care, in prealabil, au fost blocati ionii de Mg²

Mod de lucru: Intr-un vas conic de 250 cm³ se masoara 100 cm³ de apa bruta. Pentru blocarea ionilor de Mg² se adauga un varf de spatula de acid tartric. pH-ul se regleaza la valoarea 12 cu o solutie 2n NaOH (KOH). Se adauga cateva cristale de indicator (murexid) si se titreaza cu o solutie de complexon III 0,05m pana la virajul indicatorului de la roz la violet.Titrarea se efectueaza rapid pentru a evita depunerea CaCO₃. Calculul continutului de ioni da Ca, exprimat in CaO, se realizeaza conform relatiei:

, mg CaO/dm³ (17)

unde: - V₄ - volumul solutiei de complexon III utilizat la titrare, cm³;

- V - volumul probei de apa luata in lucru, cm³;

- f₃ - factorul solutiei de complexon III, 0,05m

1.4. Continutul in ionii de Mg² nu se poate determina decat impreuna cu ionii de Ca² , ceea ce corespunde practic cu determinarea duritatii totale. Calculul continutului in ioni de Mg² , exprimat sub forma de MgO, cunoscand continutul de ioni de calciu,  se face cu relatia:

, mg MgO/dm³; (18)

in care :V₃ - volumul de complexon III utilizat la titrarea duritatii totale, cm³;

V₄ - volumul de complexon III utilizat la titrarea ionilor de calciu, cm³;

f₃ - factorul solutiei de complexon III, 0,05m

DEDURIZAREA CHIMICA A APEI

1. Dedurizarea cu NaOH

Prin tratarea apei cu hidroxid de sodiu are loc eliminarea bicarbonatului de Ca, respectiv a sarurilor de Mg conform reactiilor:

Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH CaCO₃ + Na₂CO₃ + 2 H₂O  (19)

Mg(HCO₃)₂ + 4NaOH Mg(OH)₂ + 2Na₂CO₃ + 2 H₂O (20)

MgCl₂ + 2NaOH Mg(OH)₂ + 2NaCl (21)

MgSO₄+ 2NaOH Mg(OH)₂ + Na₂SO₄  (22)

Carbonatul de sodiu format in ecuatiile (19) si (20), reactioneaza cu sarurile de calciu care formeaza duritatea permanenta:

CaCl₂ + Na₂CO₃ CaCO₃ + 2NaCl (23)

CaSO₄ + Na₂CO₃ CaCO₃ + Na₂SO₄ (24)

In vederea calcularii necesarului de NaOH trebuie cunoscuta valoarea duritatii temporare, respectiv a continutului in ioni de Mg a apei.

1.1.Calculul cantitatii de NaOH, pentru prededurizare se efectueaza cu relatia:

, mg NaOH/dm³;  (25)

unde: - a - continutul de Mg² al apei brute, mg/dm³;

- c - 15,7 M;

- M - alcalinitatea fata de metiloranj.

1. Tratarea apei brute cu NaOH

Mod de lucru: Intr-un pahar Berzelius de 500 cm³ se introduc 350 cm³ de apa bruta si se adauga sub agitare cantitatea determinata de NaOH, recalculata pentru volumul respectiv. Dupa cca 20 min. apa se filtreaza si se determina duritatea remanenta, D_tot,1, prin metoda complexonometrica descrisa la pct.1.4.

D_tot,1 = 2,8 V₅ f₃ (26)

unde V₅ este volumul de complexon III 0,05m, utilizat la titrarea probei de apa filtrata, pretratata cu NaOH.

Dedurizarea cu fosfat trisodic

Fosfatul trisodic elimina resturile de ioni de calciu si magneziu din apa conform reactiilor:

3Me(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ Me₃(PO₄)₂ + 2Na₂CO₃ + 3CO₂ + 3H₂O (27)

3MeCl₂ + 2Na₃PO₄ Me₃(PO₄)₂ + 6NaCl (28)

3MeSO₄ + 2Na₃PO₄ Me₃(PO₄)₂ + 3Na₂SO₄ (29)

1.Calculul necesarului de fosfat trisodic se face cu relatia:

e = D_tot,1 45,2, mg Na₃PO₄ 12H₂O/dm³ (30)

Tratarea apei cu fosfat trisodic

Mod de lucru: Intr-un pahar Berzelius de 250 cm³ se introduc 150 cm³ de apa filtrata, rezultata dupa dedurizare cu NaOH, in care se adauga sub agitare cantitatea aferenta de fosfat trisodic, corespunzator volumului luat in lucru. Dupa cca. 30 min. de agitare, apa se filtreaza si se determina duritatea remanenta finala, D_tot,2, prin metoda complexonometrica, descrisa.

D_tot,2 = 2,8 V₆ f₃ (31)

unde V₆ reprezinta volumul de complexon III 0,05m utilizat la titrarea apei filtrate dupa tratare cu fosfat trisodic.

3. Referatul lucrarii va cuprinde rezultatele experimentale trecute in tabele 1, respectiv 2:

Tabel.1.Caracteristicile apei brute

Tabel Rezultatele etapelor de dedurizare