Воды, где основное карбонатное равновесие соблюдается, называют стабильными. Такие воды не меняют свой состав, контактируя с карбонатами, карбонатными защитными пленками и бетоном. Воды с избытком свободной угольной кислоты называются агрессивными. При контакте с ними бетона или карбонатных пленок происходит растворение карбонатных составляющих.
Агрессивное воздействие этих вод наблюдается при растворении карбоната кальция и извести (см. уравнения):
CaCO3+CO2+H2O↔Ca(HCO3)2
Ca(OH)2+2CO2↔Ca(HCO3)2
Оценить химическую сбалансированность воды можно с помощью так называемого индекса насыщения Ланжелье или Индекса насыщения (ИН), позволяющего количественно определить направленность и степень воздействия воды на поверхности, с которыми она контактирует. Ланжелье в ходе исследований обнаружил, что создание и поддержание определенных химических условий может способствовать значительному росту срока службы металлического оборудования в замкнутых контурах циркуляции воды, а также предотвращению разрушения гидравлических конструкций из железобетона.
Расчет Индекса Ланжелье (ИН) производится по следующей формуле:
ИН = рН + Ктемп + Кщелочн + Кжестк – Ксоль
При внешней сложности применять эту формулу достаточно просто, чему помогает также пользование таблицей, выведенной Ланжелье.
Принятые обозначения: рН – кислотно-щелочной баланс воды; Ктемп – температурный коэффициент; Кщелочн – коэффициент общей щелочности; Кжестк – коэффициент жесткости; Ксоль – коэффициент минерализации.
По величине индекса Ланжелье делаем выводы. Расчетная величина, равная нулю, говорит о нейтральности воды. Если результат отрицательный - вода коррозионно активна. В случае положительного результата ясно, что эта вода провоцирует образование слоя карбоната кальция, при этом она менее корозионно активна.
Таблицы для определения коэффициентов в формуле Ланжелье
Общая щелочность |
мг/л |
25 |
50 |
75 |
100 |
150 |
200 |
400 |
800 |
1000 |
Коэффициэнт щелочности |
|
1.4 |
1.7 |
1.9 |
2.0 |
2.2 |
2.3 |
2.6 |
2.9 |
3.0 |
Жесткость по кальцию |
мг/л |
50 |
75 |
100 |
150 |
200 |
300 |
600 |
800 |
1000 |
Коэффициент жесткости |
|
1.30 |
1.50 |
1.60 |
1.80 |
1.90 |
2.10 |
2.35 |
2.50 |
2.60 |
to |
Co |
0.0 |
2.8 |
7.8 |
11.7 |
15.6 |
18.9 |
28.9 |
34.4 |
40.6 |
Температурный коэффициэнт |
|
0.0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
Общее солесодержание |
мг/л |
0 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
|
|
Коэффициэнт солесодержания |
|
12.00 |
12.10 |
12.20 |
12.25 |
12.30 |
12.35 |
|
|
|
pHs=pK2-pПРCaCO3-lg[Ca2+]-lgЩо+2,5√I+7,6,
где pK2 – отрицательный логарифм константы 2-й ступени диссоциации угольной кислоты; pПРCaCO3 – отрицательный логарифм произведения растворимости; [Ca2+] – концентрация ионов Ca2+ , мг/л; Що – общая щелочность, мг-экв/л; I – ионная сила.
Стабилизацию воды, имеющей в своем составе агрессивную угольную кислоту, возможно с помощью веществ, повышающих щелочность воды. Используемые реагенты - известь, карбонат и гидроксид натрия. При этом протекают следующие реакции:
NaOH+CO2=NaHCO3 ;
Ca(OH)2+2CO2=Ca(HCO3)2
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
Другой путь перевода агрессивной воды в стабильную - фильтрование ее через слой мрамора, известняка (кальцита), природного и полуобожженного доломита ("магномассы"). Во время фильтрования воды через слой магномассы также идет реакция взаимодействия оксида магния и угольной кислоты:
MgO+2CO2+H2O=Mg(HCO3)2
Обработкой нестабильных вод кислотами (серной и соляной) или насыщением их диоксидом углерода (рекарбонизация) понижают их щелочность. Например:
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2
Также использование на некоторых очистных сооружениях мраморно-песчаных фильтров позволяет получить не только осветленную, но и стабильную воду.
