Промышленная водоподготовка: необходимость регулировки уровней жесткости и pH

Промышленная водоподготовка – комплекс определенных мер, методов обработки воды, благодаря которым удается привести ее характеристики в соответствие с показателями, закрепленными в нормативно-технических документах, обеспечивающими корректное течение всех производственных процессов, сохранность оборудования, достойное качество готовых товаров и минимальное негативное воздействие на окружающую среду.

К числу основных характеристик, нуждающихся в регулировке, принадлежат уровни жесткости и pH. Почему важно привести их в соответствие с нормами? Какие технологии водоподготовки являются наиболее эффективными и действенными?

pH: определение и методы нормализации

Под этой знакомой многим аббревиатурой скрывается показатель активность ионов водорода в различных жидких средах. Проще говоря, параметр позволяет понять, кислым или щелочным является раствор. Если он составляет менее 3, то вода относится к группе сильнокислых, превышает 9 – сильнощелочных. Нейтральным является диапазон от 6.5 до 7.5.

Нормализация показателя, его приведение в соответствие с нейтральными значениями – важная часть в общей промышленной подготовке. Если вода является слишком щелочной или кислой, имеет место целый комплекс неприятных и потенциально опасных явлений:

• Активная коррозия внутренних поверхностей трубопровода, запорной арматуры и других элементов, находящихся в прямом контакте с жидкой средой.
• Формирование кальциевых отложений на поверхностях труб, что приводит к снижению их пропускной способности, выводит из строя оборудование, снижает его эффективность и функциональность.
• Значительное уменьшение ресурса фильтров, использующихся в системе очистки.
• Помутнение воды, потеря изначальной прозрачности.
• Резкое снижение эффективности химических средств, использующихся для обеззараживания воды, подавления активности патогенных микроорганизмов.

Стандарты, которым должен соответствовать водородный показатель, актуальны как для пищевых производств, так и для других предприятий. Даже небольшое отклонение приводит к изменению характера протекания технологических процессов, увеличению нагрузки на используемое в производстве оборудование, ухудшению качества товаров. Основные методы нормализации pH таковы:

• Аэрация при помощи веществ с выраженной окислительной способностью.
• Нагрев или кипячение.
• Воздействие определенных химических веществ.

Специалисты выделяют два основных фактора риска, из-за которых вода с изначально нормальным показателем pH может становиться неподходящей для применения без надлежащей фильтрации:

1. Износ магистральной водопроводной сети или внутренней, расположенной непосредственно на предприятии. Показатель pH способен сильно снижаться из-за того, что в воду попадают вещества, образующиеся из-за коррозии труб из стали, чугуна.
2. Использование труб на основе железобетона. Водный поток способен вымывать из материала известь, увеличивающую уровень pH. Проблема актуальна даже в том случае, если железобетонные трубы составляют лишь небольшую часть общей системы.

Жесткость воды: что это?

Жесткость – это отличительная особенность, которую вода приобретает при повышении объемной доли в ней кальциевых, магниевых солей. Понять, что вода очень жесткая иногда можно даже без сложного химического анализа, например, по тому, что растворение в ней моющих средств дает очень мало пены. 

Нормализация жесткости – важная часть промышленной водоподготовки, так как отклонения от стандартов приводят к следующим негативным явлениям:

• Интенсивное образование отложений на ТЭН нагревательных, котельных установок, из-за чего резко снижается КПД, увеличивается расход энергии, в итоге техника может попросту перегореть, выйти из строя без возможности восстановления.
• Формирование кальциевых отложений на внутренних поверхностях трубопроводного контура, резкий рост гидравлического сопротивления, уменьшение пропускной способности, что сопряжено с риском разрыва, разгерметизации.
• Появление выраженного известкового налета на всех поверхностях, контактирующих с водой.
• Повышение нагрузки на все элементы, контактирующие с водой. К этой категории относится запорная арматура, фильтры, датчики. Также возникает опасность резкого снижения точности измерительных модулей, на головной пульт передаются показатели, значительно отличающиеся от фактических.

Жесткую воду нельзя использовать для работы прачечных и других подобных предприятий. Мало того, что она резко увеличивает расход порошков и других моющих средств из-за снижения пенообразования, возникает риск образования отложений на нагревательных элементах стиральных машин и другой техники.

Жесткая вода не подходит и для пищевой промышленности, предприятий общественного питания, будь то кафе, столовые и рестораны, негативно сказывается на вкусе производимых продуктов и блюд. 

Умягчение воды: основные технологии

В быту с избыточной жесткостью можно бороться посредством дистилляции или вымораживания, однако, такие методы совершенно не подходят для крупных производств, где потребность в воде измеряется тоннами. В системах водоподготовки используются следующие технические решения:

1. Воздействие реагентов. Для многих солей, избыток которых делает воду жесткой, характерен минимальный показатель растворимости. Внесение реагентов приводит к тому, что они начинают активно выпадать в форме осадка. Для пищевой промышленности метод не подходит, однако, он хорошо зарекомендовал себя в энергетической и других отраслях. Важное условие – комплексность очистки, образовавшийся осадок в дальнейшем должен быть удален механически. Наиболее технологичные химические вещества допускают полную автоматизацию всего процесса водоподготовки, вносятся автоматикой в объемах, четко соответствующих фактической жесткости воды, ее температуре и другим характеристикам.
2. Ионный обмен. Размягчение достигается за счет воздействия натриевого катионита с выраженной кислотностью, что позволяет заместить нежелательные катионы кальция и магния. Такая схема водоподготовки является комплексной, позволяет не просто снизить жесткость воды, но и нормализовать ее кислотно-щелочной баланс, устранить чрезмерную соленость. Ресурс Н-катионных картриджей и загрузок ограничен, однако, предполагает восстановление путем промывки кислотным раствором. Чтобы исключить потребность скорой замены системы водоподготовки, нужно учесть, что все ее компоненты должны быть выполнены из материалов, выдерживающих контакт с кислотной средой, например, технологичных полимеров.
3. Обратный осмос. Технология обратного осмоса предполагает пропускание жидкости через особую мембрану с отверстиями, диаметр которых не превышает размеров молекулы. В процессе такого пропускания происходит разделение общего объема на пару неравных частей, меньшая из которых окажется концентрированным раствором с огромной процентной долей солей, большая – идеально чистой водой, пригодной для использования в промышленных областях, где действуют самые жесткие стандарты и требования, например, фармацевтике. При использовании технологии обратного осмоса нужно учитывать, что мембраны крайне чувствительны к загрязнениям, чтобы исключить их преждевременный выход из строя, следует проводить первичную водоподготовку, более грубую механическую фильтрацию.

Подведение итогов

Вне зависимости от промышленной отрасли, в которой используется вода, ее показатели по pH и жесткости должны четко соответствовать установленным стандартам, санитарным и другим нормам. Для их достижения используются различные технологии фильтрации и водоподготовки, чтобы они оказались на 100% эффективными, подбор ведется в индивидуальном порядке, на основе результатов лабораторного анализа.