Е.Г. Шубенкова, А.А. Шубенков, С.Э. Лемешко

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет»

БОУ «Гимназия №115», г. Омск

БОУ “Лицей №64», г. Омск

В настоящей работе представлены в сравнении результаты умягчения воды путем термического и электромагнитного воздействия в диапазоне звуковых частот.

Ключевые слова: жесткость воды, безреагентные методы, ультразвук

E.G. Shubenkova, A.A. Shubenkov, S.E. Lemeshko

Use of ultrasound for water purification from rigidity ions

In work results of softening of water by thermal and electromagnetic influence in the range of sound frequencies are presented in comparison.

Keywords: hardness of water, methods without reagent, ultrasound

Взаимодействуя с солями, содержащимися в земной коре, природная вода приобретает определенную жесткость, которая обусловлена содержанием в ней солей кальция и магния. По значению жесткости природную воду различают как: очень мягкую; мягкую; средней жесткости; жесткую и очень жесткую.

В процессе работы теплотехнического оборудования при использовании жесткой воды на поверхностях нагрева котлов и теплообменных аппаратов образуются твердые отложения, которые принято называть накипью. Накипь обладает высокими механическими свойствами и низкой теплопередающей способностью и поэтому является причиной ряда технических сложностей, аварий и дополнительных затрат при эксплуатации теплосилового хозяйства предприятий. Таким образом, при работе химических и нефтехимических предприятий одним из важнейших этапов технологических процессов является водоподготовка и получение воды нормативного качества.

Для уменьшения и исключения накипеобразования обычно проводится предварительное умягчение воды путем ее термической обработки, химическими методами, ионообменным методом, физическими методами [1-3]. Физические – безреагентные – методы, наряду с химическими, в последние годы находят все более широкое практическое применение, они же и являются самыми экономичными и экологичными методами устранения жесткости воды. Кроме того, физические методы эффективны для удаления уже отложившихся на поверхности труб солей.

Целью настоящей работы являлось исследование влияния ультразвукового воздействия на показатели жесткости воды. Задачи исследования:

- исследовать влияние термической обработки воды на величину ее жесткости;

- исследовать влияние ультразвуковой обработки воды на величину ее жесткости;

- сравнить полученные результаты и сделать соответствующие выводы.

Работа выполнена в период июнь-август 2015 г. в Омском государственном техническом университете. Объект исследования:вода из скважины с. Серебряное Горьковского района Омской области.

В работе было проведено определение общей и временной жесткости проб воды: из скважины, после термической обработки (кипячения) и после ультразвукового воздействия (частота 20 кГц, мощность 80 Вт, Т=25⁰С).

Для определения общей жёсткостипробу воды (100 мл) титровали 0,05Н раствором Трилона Б в присутствии индикатора – хромогена чёрного, образующего с Ca²⁺ и Mg²⁺ соединения красного цвета. Титрование проводят при pH≈9, для этого использовали буферный раствор. Расчет общей жесткости проводили по формуле:

,

где V_Т.Б. – объем израсходованного Трилона Б, C_Т.Б. – концентрация Трилона Б (для 0,05 Н раствора Трилона Б поправочный коэффициент К = 1).

Для определения временной жёсткостипробу воды (100 мл) титровали 0,1 Н раствором соляной кислоты в присутствии индикатора – метилового оранжевого. Титруют при постоянном взбалтывании до появления оранжевой окраски. Расчет временной жесткости проводят по формуле:

,

где V_К – объем израсходованной кислоты, C_К – концентрация кислоты.

Постоянную жесткость рассчитывали как разницу между общей и временной жесткостью.

Результаты исследований представлены в таблицах 1, 2.

Таблица 1

Значения жёсткости воды в пробах после термической обработки при 100⁰С (кипячение)

Таблица 2

Значения жёсткости воды в пробах после ультразвуковой обработки при 25⁰С

Сравнение результатов представленных в таблицах 1-2 показало, что ультразвуковое воздействие не так резко влияет на показатель временной жесткости при низких временах обработки, как при длительном воздействии (20 мин). В то же самое время, в отличие от кипячения, под воздействием ультразвука происходит снижение не только временной, но и постоянной жесткости, которая обусловлена наличием растворимых солей кальция и магния. В итоге ультразвуковое воздействие, влияя и на временную и на постоянную жесткость, сильнее снижает общую жесткость анализируемых проб воды при значительно более низких исходных температурах проб по сравнению с кипячением (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость общей жесткости от времени обработки: 1 – кипячение;

2 – ультразвук.

Кроме того, при воздействии ультразвуковых колебаний дополнительно происходит дегазация воды, в результате чего исключается один из механизмов кислородной и углекислотной коррозии металла [2].

В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. применение ультразвуковых колебаний для устранения ионов жесткости по эффективности не уступает термической обработке;

2. в отличие от термической обработки ультразвуковые волны снижают показатель не только временной, но и постоянной жесткости;

3. использование ультразвука по сравнению с термической обработкой или, например, химическими методами не требует сложного аппаратурного оформления, предварительного нагрева воды и введения дополнительных реагентов;

4. анализ результатов исследований позволяет предложить метод ультразвукового воздействия как эффективный безреагентный метод очистки воды от ионов жесткости.

Библиографический список

1. Дмитриева А. Ю. Экологические и технологические аспекты применения электромагнитной обработки в целях умягчения воды. Автореферат дис. … канд. техн. наук. – Казань. – 2012. – 18 с.

2. Косинцев В. И. / В. И. Косинцев [и др.] // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 3 – С. 128–129.

3. Осипова Н.А. Методы оценки качества водных объектов / Н. А. Осипова. – Томск: Дельтаплан, 2004. – 64 с.

4. Присяжнюк В. А. Анализ воды: цели и методы, прогнозирование / В. А. Присяжнюк // С.О.К. – №5. – 2005. – с. 14–29.

Сведения об авторах

Шубенкова Екатерина Гаррьевна, к.х.н., доцент кафедры «Химия» Омского государственного технического университета

Шубенков Артем Алексеевич, учащийся БОУ «Гимназия №115»

Лемешко Светлана Эдуардовна, учитель физики БОУ «Лицей №64»

Shubenkova Ekaterina Garryevna, Ph.D., assistant professor "Chemistry" chair in Omsk State Technical University, e-mail: shubenkova-e@mail.ru; tel. +7(913)675-55-77

Shubenkov Artem Alekseevich, student «Gymnasium №115», e-mail: shubenkov2001@mail.ru; tel. +7(913)141-17-98

Lemeshko Svetlana Eduardovna, physics teacher "Lyceum №64», e-mail: selfi64@rambler.ru; Tel. +7(905)941-15-03

УДК 504

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: