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碳酸盐水垢

发表时间:2020-11-09

                                                                碳酸盐水垢

        碳酸盐水垢的基本组成是CaCO3和Mg(OH)2,主要成分是CaCO3。由于MgCO3在水中不稳定,会很快水解,故镁垢在水中以Mg(OH)2形式存在。因为Mg(OH)2随温度升高而溶解度降低的速度较慢,基本上很少会沉积,况且在天然水中的Ca2+离子含量远远大于Mg2+离子的含量,镁盐的沉积在数量上较微,可以忽略不计。所以,可以通过了解碳酸钙的特性,来了解碳酸盐水垢。

1.碳酸钙水垢生成的条件

      在冷却水水质控制中,除了用污垢热阻来监测和指示污垢形成的情况外,还经常采用控制指数的方法来防止结垢,经常采用饱和指数和稳定指数来判断碳酸钙沉积倾向。

(1)饱和Ph(Phs)的意义

        所有的指数是以饱和PH作为其计算基础的。饱和PH,即由计算所得的水溶液为盐类饱和时的PH值,用Phs表示。Phs的数值是从盐类的溶解平衡推导出来的。

     碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时,存在着下列动平衡关系。

     Ca(HCO32 ⇄ Ca2+ +2HCO3-

     HCO3-  ⇄ H++ CO32-

CaCO3  ⇄ Ca2++ CO32-

朗格利尔根据上述平衡关系,最早提出了饱和PH值和饱和指数Is的概念,以判断碳酸钙水垢在水中是否会析出,开据此提出用加酸或加碱预处理方法来控制水垢的生成。此后,雷兹纳又提出了稳定指数s的概念,用比较定量的数值来表示水质稳定性。表2-2是用饱和指数判断水质的方法。PHs是水的实际PH值,关键的问题是要求出Phs

                                             表2-2 用饱和指数和稳定指数来判断水质

(a)用langlier指数判断

Is=PHa-PHS

水质情况

>0正值

结垢但不腐蚀

≌(0±0.3)

稳定

<0负值

腐蚀但不结垢

 

(b)用ryzner指数判断

S=2 PHS- PHa

水质情况

S<3.7

严重结垢

3.7<s<6.0

结垢

S≈6.0

稳定

6.0<s<7.5

腐蚀

S>7.5

严重腐蚀

 

下面介绍计算PHS的方法。根据电中性原则和质量作用定律,中性碳酸盐水溶液中,存在着下列关系:

〔M碱度〕+ 〔H+〕=2〔CO32-〕+〔HCO3-〕+〔OH-

〔Ca2+〕〔CO32-〕=Ksp

  =k2

式中〔M碱度〕-以甲基橙为指示剂所测定的水的总碱度;

Ksp——碳酸钙的溶度积;

k2——碳酸的二级电离常数。

碳酸钙的活度积为

Ksp=f Ca2+〔Ca2+〕×f CO32-〔CO32-〕= f Ca2+·f CO32-·Ksp

Ksp=

式中f Ca2+  f CO32-分别为Ca2+和CO32-的活度系数。

碳酸氢根的电离常数为

K2== k2

显然

k2= K2

式中f HCO3- f H+  f CO32-分别为HCO3-、H+和CO32-的活度系数

由于中性水溶液中〔OH-〕=〔H+〕,故

〔M碱度〕=2〔CO32-〕〔HCO3-

测出原水的钙硬度、M碱度以及总溶解固体的量(水样在105~110℃温度下蒸干后,残留下来的固态物质)和水温度,即可求出PH值。通过与原水的ph值对比,即可判断水质稳定情况。

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