Строение молекулы воды (h3O), схема и примеры

Общие сведения о строении молекулы воды

Вода – термодинамически устойчивое соединение. Стандартная энергия Гиббса образования жидкой воды при температуре 298 Л рана – 237, 57кДж/моль, водяного пара – 228,94 кДж/моль. В этой связи константа диссоциации водяного пара на водород и кислород очень мала (8,88×10^-41).

Агрегатное состояние воды определяется температурой и давлением (рис. 1). Кривая АО соответствует равновесию в системе лед-пар, DO – равновесию в системе переохлажденная вода-пар, кривая OC – равновесию в системе вода-пар, а кривая OB – равновесию в системе лед-вода. В точке О все кривые пересекаются. Эта точка называется тройной точкой и отвечает равновесию в системе лед-вода-пар.

Рис. 1. Диаграмма состояния воды.

Электронное строение молекулы воды

Структурная молекула воды имеет вид H₂O. Запишем электронные конфигурации атомов кислорода и водорода в основном состоянии, а затем зарисуем их электронно-графические формулы:

8О 1s²2s²2p⁴

₁H 1s¹

При образовании молекулы воды электронные облака двух неспаренных 2p-электронов атома кислорода перекрываются с 1s-электронными облаками двух атомов водорода; схема этого перекрывания изображена на рис. 2. Поскольку p-электронные облака атома кислорода ориентированы во взаимно перпендикулярных направлениях, то молекула воды имеет угловое строение, причем можно ожидать, что угол между связями О-Н будет составлять 90^o.

Рис. 2. Схема строения молекулы воды.

Однако, на деле валентный угол между атомами кислорода и водорода отличается от 90^o, он составляет 104,5^o.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Расчетная схема отбора воды

Произведя начертание водопроводной сети в плане в соответствии с геометрическими параметрами, намечают места и значения подач и отборов воды в отдельных узлах сети. На основании графика водопотребления и режима работы водопитателей (насосных станций) устанавливают поступающие в сеть расходы воды. Действительная картина отбора воды из сети может быть представлена лишь для объектов с небольшим числом потребителей.

Вследствие того что число точек отбора воды из сети городского водопровода (число домовых ответвлений) очень велико и режим отбора воды в них разнообразен, учесть при расчете сети действительную картину водоразбора практически невозможно. Поэтому при гидравлическом расчете сети применяется упрощенная условная схема отбора воды, наиболее близко соответствующая вероятной картине разбора питьевой воды из сети.

Рассмотрим один из участков распределительной сети, представленный на рисунке ниже.

Под участком сети подразумевается линия, ограниченная двумя узлами сети. Между точками А и I в отдельных местах отбора наблюдаются различные расходы q_i Это же характерно и для всех остальных участков распределительной сети А-Б. Линия А-Б может питать водой не только вводы, но и присоединяемые к ней распределительные линии.

Упрощенная схема предусматривает, что подаваемая в сеть вода расходуется равномерно по ее длине. Расход, приходящийся на единицу длины сети, называется удельным расходом, В сумму равномерно распределенных расходов не включаются большие сосредоточенные расходы, к которым относятся расходы воды отдельных крупных предприятий и противопожарные расходы.

Удельный расход q_yд определяют по формуле: q_yд = (Q — Q_соср) / ∑l

где Q — общий расход воды, отдаваемый сетью, л/с; Q_cocp

— сосредоточенные расходы на производственные нужды крупных предприятий, противопожарные расходы, л/с; ∑l — суммарная длина линий, разводящих воду, м.

В сумму длин ∑l не входят длины линий водоводов и сетей, проходящих по незастроенной территории, которые не отдают воду потребителям по пути. Удельный расход меняется с изменением режима водопотребления и плотности населения.

Необходимо подчеркнуть, что одним из недостатков разбивки расхода пропорционально длинам линий является то. что длина линии еще не определяет число снабжаемых водой жителей и, следовательно, количество отдаваемой воды. При одной и той же длине линии могут снабжать водой различную площадь и различное число жителей. Уточнить расчет можно, если удельный расход определять не на единицу длины сети, а на единицу площади снабжаемой водой территории кварталов населенного пункта.

Если всю водопроводную сеть разбить на участки, то суммарный равномерно распределенный расход будет равен сумме расходов по всем участкам. Расход воды, отдаваемый каждым участком, называется путевым расходом. Он определяется по формуле: Q

п = q_yдl

Сумма всех путевых и сосредоточенных расходов равна полному расходу Q в расчетный момент времени.

По каждому участку сети, кроме путевого расхода Q_п, пропускается транзитный расход Q_тр, необходимый для питания последующих участков. При этом расход в начале участка составляет Q_п+ Q_тр, а в конце — Q_тр. Транзитный расход постоянен для рассматриваемого участка. На рисунке ниже показано графическое изображение этих расходов на участке сети длиной l м.

Схема отбора воды из сети и распределения расходов по длине участка

Расчетный расход Q_р участка, имеющего путевой расход Q_пут и транзитный Q_тр, может быть вычислен по формуле Дюпюи: Q_р = Q_тр +αQ_пут , где а — коэффициент, зависящий от соотношения транзитного и путевого расходов участка и изменяющийся от 0,5 до 0,58.

В практике расчета коэффициент а принимают равным 0,5. Тогда: Q_р = Q_тр +0,5Q_пут

Путевые расходы для удобства расчетов заменяют узловыми расходами. Пусть некоторый участок имеет путевой расход (Q_пут)_n. Транзитный расход на предыдущем (п-1) — м участке равен сумме путевого и транзитного расходов данного n-го участка: (Q_тр)_n-1 = (Q_тр)_n + (Q_пут)_n

Те же расчетные расходы будут получены, если разбить путевой расход (Q_пут)_n пополам и отнести 0,5(Q_пут)_n в начальную и конечную точки рассматриваемого участка. При такой схеме отдачи расчетный расход данного участка будет таким же: (Q_р)_n = (Q_тр)_n + 0,5(Q_пут)_n

Отбор воды в любом узле сети может быть определен по формуле q = 0,5∑Q_пут

т.е. сосредоточенный отбор в узле сети равен половине суммы путевых расходов всех участков, примыкающих к данному узлу. При этом расчетные расходы участков равны их транзитным расходам. Последние определяют в соответствии с предварительным потокораспределением воды по линиям сети.

Следующим упрощением схемы отбора воды является отсутствие учета влияния на отбор давления в сети. В реальности всякое изменение давления в различных точках системы приводит к изменению отбора, а изменение расхода, в свою очередь, приводит к изменению давления.

Схема взаимосвязи между транзитными, путевыми и узловыми расходами

При расчетах водопроводных сетей эту зависимость для большинства потребителей не учитывают, т.е. принимают отборы в виде фиксированных значений. В значительной мере данное предположение оправдывается корректировкой расхода и давления самим потребителем. Если в системе повышается давление, то из водопроводных кранов идет чрезвычайно сильная струя и абонент прикрывает кран. При снижении давления, когда уменьшается расход, он открывает кран в большей мере.

В некоторых случаях нельзя не учитывать влияние давления в системе водоснабжения на отбор воды. Например, нежелательно пренебрегать его влиянием на отборы, которые осуществляются при свободном (нерегулируемом автоматически) изливе воды в регулирующие и запасные емкости городского водопровода и промышленных предприятий. Отборы воды из сети станциями подкачки, пожарными насосами также изменяются при изменении давления в сети.

Отборы воды, для которых при расчете сети необходимо учитывать влияние изменений давления в системе водоподачи и распределения, называются нефиксированными. Для них при расчете системы подачи и распределения должна быть учтена функциональная связь расхода и давления.

Необходимо подчеркнуть особенности отдачи воды, связанные с утечками, которые наблюдаются в системах внутреннего водоснабжения из-за неудовлетворительной работы водоразборной арматуры и возрастают ночью, когда давление в сети повышается из-за снижения общего водопотребления. Утечки сильно влияют на коэффициент неравномерности водопотребления в течение суток в сторону снижения.

Вода, где прорвало трубопровод в Удмуртии, подается по временной схеме

https://ria.ru/20130705/947952635.html

Вода, где прорвало трубопровод в Удмуртии, подается по временной схеме

Вода, где прорвало трубопровод в Удмуртии, подается по временной схеме — РИА Новости, 01.03.2020

Вода, где прорвало трубопровод в Удмуртии, подается по временной схеме

Вода в удмуртском Воткинсе будет полностью отключена ночью для проведения аварийных работ.

2013-07-05T23:27

2013-07-05T23:27

2020-03-01T11:28

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/sharing/article/947952635.jpg?1583051296

воткинск

европа

воткинский район

удмуртская республика (удмуртия)

весь мир

приволжский фо

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2013

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

происшествия, воткинск, россия

23:27 05.07.2013 (обновлено: 11:28 01.03.2020)

Вода в удмуртском Воткинсе будет полностью отключена ночью для проведения аварийных работ.

Реле давления воды для насоса – схема подключения

Содержание

1. Как устроен и работает прибор
2. Как подключить прибор в систему
3. Настройка работы реле давления – о чем важно помнить

В автоматизированной системе снабжения водой частного дома обязательно наличие предохранительного устройства – реле давления, которое срабатывает при определенных условиях. При изменении значений выше максимального и ниже минимального оно выключает и включает насос, который в свою очередь подает воду в гидроаккумулятор. О монтаже прибора в систему поговорим в этой статье.

 

1. Как устроен и работает прибор

Конструкция всех моделей одинаковая, а форма, размер и дополнительные элементы, например, встроенный манометр, являются их характерными особенностями. Под пластиковой крышкой на металлическом основании установлены два регулятора в виде пружин

разных размеров и клеммы, чтобы подключить прибор к электросети и насосному оборудованию (вдобавок иногда предусматривается заземление). Снизу устройства на крышке, которая закрывает мембрану и поршень, находится винт – благодаря ему осуществляется монтаж прибора к штуцеру.

Как работает устройство? Мембрана под действием давления воды в насосе начинает давить на поршень. Следствием этого процесса становятся действия контактов, которые находятся на специальной платформе. Они замыкаются или размыкаются – происходит включение или выключение насосного оборудования. Особую роль выполняют пружины, или пружинные регуляторы. За то, чтобы включился насос, т.е. за низкое давление, ответственна большая: когда давление в системе падает ниже установленного значения, она воздействует на платформу, опуская ее, и оборудование начинает работать. Далее платформа до определенного порога поднимается, после чего происходит размыкание контактов и выключение оборудования. Таким образом, малая пружина отвечает за разность значений давления.

 

2. Как подключить прибор в систему

Все измерительные и управляющие приборы: манометр и реле давления воды – подключаются максимально близко к гидроаккумулятору, обеспечивающему нужное давление в контуре. На практике они устанавливаются непосредственно на его выходной патрубок через штуцер на пять выходов. Два из них, самые маленькие, предназначены для предохранительного устройства (реле давления) и манометра, при условии что последний не предусмотрен конструкцией регулирующей арматуры. Еще два входа являются точками присоединения водопроводных труб, идущих к точкам потребления, и насосного оборудования. Последнее, пятое отверстие необходимо для монтажа всей арматуры непосредственно на гидроаккумулятор. Итак, для установки реле предусмотрено резьбовое отверстие диаметром, как правило, 1/4 дюйма, чтобы его можно было легко накрутить на штуцер. При этом в процессе монтажа может потребоваться достаточно места для дополнительной обвязки. Следует обращать внимание и на герметичность соединения: не лишней будет обработка места стыка фум-лентой.

В последнюю очередь реле давления воды для насоса подсоединяется к электросети. Для ввода электрокабеля к клеммным контактам в приборе предусмотрены два отверстия, через которые один провод уходит к насосу, а другой – непосредственно к розетке. Чтобы их подсоединить, аккуратно открывают корпус устройства с помощью отвертки или гаечного ключа. Во время работы с электроприборами следует помнить о правилах техники безопасности и приступать к подключению только при отключенных от сети проводах. Провод питания, идущий от прибора к розетке, пропускают в одно входное отверстие прибора, разделяют на жилы. Их может быть две или три: фаза, ноль и, если предусмотрено, заземление. Зачистив провод от заземления, закрепляют его к клеммам. Аналогично осуществляют подключение провода, идущего к насосу.

 

3. Настройка работы реле давления – о чем важно помнить

После установки в систему водоснабжения и подключения устройства к электросети можно приступить к его настройке и тестированию работы. Контролировать текущие показатели давления лучше всего записывая их с манометра. Основными задачами настройки является установка необходимых порогов верхнего давления и разности показателей давления. В каждой модели заводом-производителем установлены настройки – узнать их можно в техпаспорте прибора. Обычно для включения насоса ставится давление в среднем 1,5 бар и от 2,5 бар для его отключения. И хотя разброс небольшой, иногда и этого достаточно, чтобы обеспечить чрезмерную нагрузку на насосное оборудование и гидроаккумулятор. Если по этой или какой-то другой причине  параметры не устраивают пользователя, их поправляют в зависимости от ситуации. Обычно эти параметры утверждаются на стадии расчета мощности водопроводной системы в целом с учетом мощности насосного оборудования.

Что значит настроить параметры?

В зависимости от ситуации можно изменить диапазон, повысить, а также понизить давление. Для этого отключают прибор от электросети и регулируют большой или малый пружинный регулятор. Первый на самом приборе схематично обозначен буквой Р и отвечает за работу реле давления, второй, обозначенный как ΔР, балансирует разницу давления в моменты включения и отключения. При помощи гаек на них можно ослабить или увеличить  натяжение пружины. Делают обороты по часовой стрелке: чем их больше, тем сильнее степень ее сжатия, и, следовательно, тем выше значение. Для контроля значений записывают показатели манометра.

Какова последовательность настройки?

Сначала надо открыть любой кран, чтобы обеспечить отток воды из системы. Через некоторое время давление в системе начнет падать и опустится до отметки, когда сработает насос. В этот момент необходимо зафиксировать показатели давления на манометре. Затем кран закрывают, чтобы давление в системе восстановилось. Когда насос выключится, а давление достигнет максимальных параметров, их также фиксируют по прибору. Если по каким-то причинам показатели давления не соответствуют желаемым, подкручивают гайку большого регулятора: затягивая ее, увеличивают давление выключения, ослабляя – уменьшают, при этом диапазон срабатывания прибора остается неизменным. Чтобы добиться нужных показателей, повторяют эту последовательность.

О чем следует помнить, регулируя показатели давления?

Не следует закручивать гайку до конца, а также крутить ее за один раз более чем на один оборот.

Прежде чем повышать давление включения насоса, следует убедиться, что оборудование справится с этим пределом. В противном случае насос будет работать беспрерывно, а реле давления для гидроаккумулятора  не сможет его отключить, так как заданный предел не будет достигнут.

И наконец, предельное рабочее верхнее давление не должно быть выше 80% от максимального, указанного производителем, иначе оборудование будет работать на пределе своих сил. Все эти нюансы следует учитывать, чтобы обеспечить бесперебойную и длительную работу системы водоснабжения в целом, не подвергая оборудование излишним нагрузкам и, как следствие, риску выхода его из строя.

Надеемся, что наша информация будет для вас полезной. Если вы решили собрать собственную систему водоснабжения, рекомендуем полезные материалы с нашего сайта. О выборе гидроаккумулятора вы можете прочитать в статье «Как выбрать гидроаккумулятор для систем водоснабжения 2016», о выборе насоса – «Как выбрать насосную станцию», а созданию системы в целом посвящен материал «Как собрать насосную станцию своими руками?». Выбрать модели оборудования и контролирующих приборов вы можете в нашем интернет-магазине. В соответствующих рубриках представлены модели разных производителей, а на странице слева создан фильтр подбора по техническим характеристикам – задавайте параметры и делайте выбор прямо сейчас.

Круговорот воды в природе – доклад

Круговорот воды – это важнейший процесс, происходящий на нашей планете, который обеспечивает жизнь всем живым существам, начиная от мелких животных и растений, заканчивая человеком. Вода необходима для существования всем без исключениям организмам. Она принимает участие во многих химических, физических, биологических процессах. Водой покрыто 70,8% поверхности Земли, и она составляет гидросферу – часть биосферы. Водную оболочку составляют моря и океаны, реки и озера, болота и грунтовые воды, искусственные водоемы, а также вечная мерзлота и ледники, газы и пары, то есть к гидросфере относятся все водные объекты, пребывающие во всех трех состояниях (газообразном, жидком или твердом).

Значение круговорота

Значение круговорота воды в природе очень велико, так как благодаря данному процессу происходит взаимосвязь и полноценное функционирование атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы. Вода – источник жизни, дающий всему живому шанс на существование. Она переносит важнейшие элементы по всей Земле и обеспечивает полноценную жизнедеятельность всем организмам.

В теплое время года и под воздействием солнечного излучения вода начинает превращаться в пар, преобразовываясь во второе состояние (газообразное). Жидкость, поступающая в воздух в виде пара, является пресной, поэтому воды Мирового океана называют «фабрикой пресных вод». Поднимаясь выше, пар встречается с холодными потоками воздуха, от чего преобразуется в облака. Довольно часто испарившаяся жидкость возвращается в океан в виде осадков.

Ученые ввели понятие «Большого круговорота воды в природе», некоторые называют данный процесс Мировым. Суть заключается в следующем: жидкость собирается над водами океана в виде осадков, после чего часть перемещается на континенты. Там осадки выпадают на землю и с помощью сточных вод возвращаются в Мировой океан. Именно по такой схеме происходит преобразование воды из соленой в пресную и наоборот. Своеобразная «доставка» воды может осуществляться при наличии таких процессов, как испарение, конденсация, выпадение осадков, стоки воды. Рассмотрим подробнее каждый этап круговорота воды в природе:

• Испарение – данный процесс заключается в преобразовании воды из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при нагревании жидкости, после чего она поднимается в воздух в виде пара (испаряется). Такой процесс встречается ежедневно: на поверхностях рек и океанов, морей и озер, в результате потения человека или животного. Вода испаряется постоянно, но увидеть это можно только, когда она теплая.
• Конденсация – уникальный процесс, который заставляет пар вновь превращаться в жидкость. Соприкасаясь с потоками холодного воздуха, пар выделяет тепло, после чего преобразовывается в жидкость. Результат процесса можно увидеть в виде росы, тумана и облаков.
• Выпадение осадков – сталкиваясь между собой и проходя процессы конденсации, капли воды, находящиеся в облаках, становятся тяжелее и падают на землю или в воду. Из-за большой скорости они не успевают испариться, поэтому часто мы видим осадки в виде дождя, снега или града.
• Стоки воды – попадая на землю, некоторые осадки впитываются в почву, другие поступают в море, третьи питают растения и деревья. Остальная жидкость скапливается и доставляется в воды Мирового океана с помощью стоков.

В совокупности вышеуказанные этапы составляют круговорот воды в природе. Состояние жидкости постоянно меняется, при этом выделяется и поглощается тепловая энергия. Человек и животные также принимают участие в столь сложном процессе, поглощая воду. Негативное влияние со стороны человечества вызвано развитием разных сфер промышленности, создания плотин, водохранилищ, а также уничтожением лесов, осушением и орошением земель.

В природе также существуют малые круговороты воды: континентальный и океанический. Суть последнего процесса заключается в испарении, конденсации и выпадении осадков непосредственно в океан. Аналогичный процесс может происходить на поверхности земли, что принято называть континентальным малым круговоротом воды. Так или иначе, все осадки, независимо от того, где они выпали, непременно возвращаются в воды океана.

Так как вода может быть жидкой, твердой и газообразной, скорость передвижения зависит от её агрегатного состояния.

Виды круговорота воды

Условно можно назвать три вида круговорота воды:

• Мировой круговорот. Над Мировым океаном образовывается большой пар. Он, подымаясь вверх, относится на континент воздушными потоками, где выпадает дождем или снегом. После этого реками и подземными водами снова возвращается в океан
• Малый. В этом случае пар образовывается над океаном и прямо же в него выпадает осадками через некоторое время
• Континентальный. Этот круговорот образовывается как раз внутри материка. Вода с земли и внутриконтинентальных водоемов испаряется в атмосферу, а после чего спустя время возвращается на землю дождем и снегом

Таким образом, круговорот воды – это процесс, в результате которого вода изменяет состояние, очищается, насыщается новыми веществами. Круговорот позволяет функционировать всем формам жизни. Из-за того, что вода постоянно пребывает в движении, она охватывает всю поверхность планеты.

Схема круговорота воды в природе

Познавательное видео о круговороте воды в природе

Круговорот воды в природе для детей – приключение капельки

Статья на тему «схема умягчения воды»

Частая причина выхода из строя оборудования для котельных, котлов или бассейнов – образование накипи. Это связано с большим содержанием солей кальция и магния в составе воды. Нейтрализация сульфатов или умягчение воды – единственный выход для решения этой проблемы и увеличения срока службы дорогостоящего оборудования.

Схема умягчения воды имеет несколько вариантов, применение которых зависит от ряда причин: результатов химико-биологического анализа воды, количества воды, которая проходит через оборудование в течение определенного времени, и затрат, на которые может пойти руководитель организации.

Решения BWT для умягчения воды:

Схема умягчения может включать использование разнообразных химических реагентов. К примеру, в некоторых установках используется хлорид натрия. Такая автоматическая установка для котлов предусматривает поэтапное умягчение воды. Первый этап – взрыхление, далее следует подача соли, затем медленная промывка, за которой следует быстрая промывка. На последнем этапе бак заполняется солерастворителями. Показатель жесткости при такой схеме – 0,01 мг-экв/л. Надо отметить, что поваренная соль – это наиболее часто используемый реагент в силу своей дешевизны и довольно высокого показателя эффективности.

Есть также промышленная схема умягчения воды, которая широко применяется для уменьшения щелочности воды в котельных и котлах водоочистительного оборудования. Умягчение по этой схеме имеет несколько плюсов. Во-первых, вышеупомянутая невысокая стоимость активного реагента – соли. Во-вторых, фильтрация не несет за собой образования кислоты, результатом деятельности которой служит коррозия. В-третьих, не приходится тратиться на антикоррозийную аппаратуру. Схема умягчения в данном случае также состоит из нескольких шагов: натрий-катионитная очистка, хлор-анионитная и, наконец, опять натрий-катионитный фильтр умягчитель. Суть этой процедуры предельно проста: соли магния и кальция расщепляются на анионы и катионы, которые остаются на фильтрах. Такой способ умягчения воды подходит только для небольших котельных, максимальная производительность которых, в среднем, около 50 м3/час.

При больших объемах водооборота принято использовать ионообменные смолы. Они хороши тем, что, помимо абсорбирования катионов солей кальция и магния, они поглощают и катионы других металлов, которые являются одной из причин образования коррозии. С другой стороны, этот высокий показатель абсорбации приводит к тому, что ионообменные соли быстро приходят в негодность. Этот полимерный материал стоит очень дорого, а часто заменять смолы при крупномасштабном производстве экономически нецелесообразно.

Из этой ситуации есть простой выход. Проводить умягчение с применением таблеток сульфит фосфата. Эта схема умягчения прекрасно удаляет катионы солей магния, натрия и металлов, которые оседают в виде мягкого шлама.

Более тщательный подход используется при умягчении воды для бассейнов. Здесь главным фактором уменьшения концентрации солей в воде будет обязательный контроль кислотности Н2О на выходе. Ведь в дальнейшем эта вода будет использоваться для купания и питья.

В данном случае схема умягчения воды будет работать с применением водорода и натрий-катионирования. Используется режим голодной регенерации, то есть вода умягчается не очень сильно. Для того чтобы жидкость стала пригодной к применению используются слабо и среднекислотные смолы. Иногда их заменяют сульфоуглем, поскольку этот реагент характеризуется не очень большой стоимостью.

При умягчении воды в бассейне не нужно часто производить чистку фильтров, в месте с тем насыщенность жидкости кислотами невысока и находится в пределах допустимой нормы. Именно эти критерии смягчения являются основными при выборе определенной схемы для бассейнов.

Также очень часто в водоочистке бассейнов для снижения жесткости используется диализ. Соли в процессе диализа разделяются на гидроксид магния и карбонат кальция. В качестве реагента, способного ускорить объединение взвешенных частиц, используются соли железа. Образующийся при этом в отстойнике остаток не растворяется и легко удаляется.

Если основным критерием выбора установки для смягчения воды является экономия на реагентах, тогда можно использовать более дорогостоящую аппаратуру в плане потребления энергии. Обессоливание в таком случае будет проходить под действием магнитного поля или с применением электродиализа.

Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы | Архив С.О.К. | 2004

4. Характеристики и свойства жесткой воды

К слабодиссоциирующим основаниям относятся гидроксиды кальция и магния. Поскольку в жесткой воде содержатся ионы Са²⁺ и Mg²⁺, они участвуют в реакции гидролиза — взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

В результате в растворе появляется избыточный водородный ион и жесткая вода «подкисляется», рН (отрицательный логарифм концентрации водородного иона) при этом снижается по сравнению с нейтральным и становится меньше 7. Чем выше ОЖ воды, тем ниже значение рН. К слабодиссоциирующим кислотам относится угольная кислота. Вода с карбонатной жесткостью содержит ионы НСО₃^– и СО₃^2–, а они участвуют в реакции гидролиза — взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

В результате в растворе появляется избыточный гидроксильный ион, и вода с карбонатной жесткостью становится «щелочной», рН при этом повышается по сравнению с нейтральным и становится больше 7. Чем выше КЖ воды, тем выше значение рН.

Обычно в воде общая и карбонатная жесткость встречаются одновременно, но не всегда равны друг другу. Как следствие рН такой воды будет выше или ниже 7 в зависимости от соотношения карбонатной и общей жесткости.

Важной характеристикой воды является так называемая «щелочность», под которой понимают количество кислоты, способное нейтрализовать все анионы, придающие воде щелочность. На практике щелочность совпадает с карбонатной жесткостью, т.к. в результате химической реакции карбонатов и гидрокарбонатов с кислотой образуется угольная кислота, легко разлагающаяся на воду и летучее СО₂.

Вода всегда контактирует с воздухом. В воздухе всегда содержится СО₂ (в среднем 0,046 % мас.), способный растворяться в воде, смещая равновесие реакции (6) влево и далее по цепочке смещая влево равновесие реакций (5), (4) и (3). В результате, вода в открытых водоемах, негерметичных емкостях или градирнях способна снижать рН до 6,3 за счет растворения СО₂. Но при этом не остаются в стороне реакции (3) и (4) — реакции гидролиза ионов, создающих общую и карбонатную жесткости. Естественно, что из-за этого растворение СО₂ в жесткой воде будет происходить не так, как в дистиллированной.

При контакте воздуха с СО₂ равновесие системы «вода с ОЖ и КЖ» будет очень неустойчиво и будет постоянно смещаться в зависимости от концентрации СО₂ над раствором, растворимости СО₂ в данной многокомпонентной системе, концентрации ионов, условиями кристаллизации малорастворимых солей и, конечно, в зависимости от температуры, как одного из главных факторов, определяющих скорость химических реакций. Все это будет обусловленно постоянным смещением направления химических реакций, как это было указано в первом абзаце раздела 3.2.

4.1. Буферность жесткой воды

Необычайная подвижность системы, которую представляет собой вода с общей и карбонатной жесткостью, ее способность все время менять в зависимости от условий количественный состав компонентов, как это ни парадоксально, придают ей значительную инерционность относительно рН. В химии такую инерционность называют буферностью. Под буферностью понимают способность жесткой воды менять значение рН в достаточно узком диапазоне при значительном изменении концентрации ОЖ и КЖ. pH буферного раствора можно выразить уравнением

где pK — отрицательный логарифм константы диссоциации воды, [OH^–] и [H+] — равновесные концентрации гидроксильного иона и протона. В случае дистиллированной воды, как это описано в разделе 3.1., [OH^–] = [H⁺]= 10^–7 и, как следствие, lg1 = 0, а рН = рК = 7. В случае карбонатно-бикарбонатной буфферности, учитывая одновременное протекание следующих процессов диссоциации-ассоциации,

следует записать:

Напомним, что значения рК и как следствие рН ощутимо зависят от температуры и концентрации других ионов.

При соотношении [HCO₃^–]: [H₂CO₃] в диапазоне 1:100–100:1 бикарбонатная буферность обеспечивает изменения рН раствора в диапазоне 4,37–8,37. Аналогично при отношении [CO₃^2–]: [HCO₃^–] в диапазоне 1:100–100:1 карбонатная буферность обеспечивает изменение рН раствора в диапазоне 8,25–12,25. Растворимость СО₂ в жесткой воде в диапазоне изменения рН = 6–8,5 определяется в том числе величиной карбонатной жесткости (КЖ) и может быть рассчитана по аппроксимационному уравнению с ошибкой s = ±0,02 мгэкв/л:

Коэффициент множественной корреляции R2 = 0,9906.

Уравнение показывает, что растворимость углекислоты растет линейно с ростом КЖ. Это значит, что жесткая и очень жесткая вода при охлаждении в градирне достаточно интенсивно поглощает углекислоту из воздуха, что затем приводит к отложениям карбоната кальция на поверхностях теплообмена. А подпитка градирни (восполнение потерь воды за счет испарения) и постоянный контакт с воздухом — бесконечный источник образования карбонатной накипи. Логичным техническим решением в данном случае могла бы быть очистка подпиточной воды от Са²⁺ и Mg²⁺ (снижение ОЖ).

5. Методы и установки для снижения жесткости воды

Как следует из вышесказанного, натуральная и экологически чистая вода должна обладать определенной жесткостью. Недаром питьевую воду, соответствующую стандартам по содержанию ионов кальция и магния, можно отнести к жесткой. Главная причина, почему жесткой воде, снижению жесткости, умягчению уделяется такое большое внимание, заключается в способности гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, двойным солям этих металлов образовывать малорастворимые соединения, откладывающиеся на поверхностях теплообмена, на стенках технологического оборудования и трубопроводов, выводить из строя нагнетающие насосы. Оказывается, что умягчить воду, а в случае котлов высокого давления деминерализовать, гораздо дешевле, чем:

• проводить регулярные чистки или замену оборудования;
• иметь постоянный перерасход топлива на производство горячей воды, тепла, пара;
• загрязнять окружающую среду продуктами сгорания топлива, а особенно СО2, создающего на планете Земля парниковый эффект, благодаря которому наша планета стремительно приближается к состоянию безжизненной планеты Венеры.

Из свойств солей, обуславливающих жесткость воды, естественно вытекают методы ее умягчения, аппаратурные решения и технологические схемы.

5.1. Термическое умягчение воды

Растворимость малорастворимых солей жесткости падает с ростом температуры раствора. Лет тридцать назад автору этой статьи при составлении патентных обзоров попадалось довольно много патентов, в которых предлагалось нагреть жесткую воду, заставить кристаллизоваться (выпасть в осадок) соли жесткости, а умягченную таким образом воду использовать в технологическом процессе. Действительно, нагревая до 120–200°С очень жесткую воду, например, с общей жесткостью 17 мгэкв/л, и заставляя карбонат кальция выпадать в осадок, можно снизить как карбонатную, так и общую жесткость в 620–3700 раз. Технико-экономические проблемы, которые при этом надо решать:

• дешевое тепло;
• быстрая кристаллизация карбоната кальция желательно в объеме раствора;
• фильтрация осадка;
• очистка поверхностей оборудования для термического умягчения воды от карбоната кальция.

5.2. Химическое умягчение воды

На ТЭЦ воду, заполняющую теплотрассы и являющуюся теплоносителем, умягчают до содержания солей жесткости 1,1–1,5 мгэкв/л. Чаще всего применяются два метода химического умягчения: известковый и известково-содовый [4], [5]. Другие методы умягчения, описанные в литературе, применяются гораздо реже.

Сущность химических методов очистки заключается в переводе ионов Са²⁺ и Мg²⁺ в соединения с ограниченной растворимостью: карбонат кальция СаСО₃ и гидроксид магния Мg(ОН)₂. Критериями выбора конкретного метода очистки раствора являются общая жесткость сырой (неумягченной) воды, стоимость и доступность осадительных реагентов, возможность использования коагулянтов или флокулянтов.

Известковый метод (очистка суспензией гидроксида кальция, известковым молоком) применяется для умягчения «довольного жесткой» воды (см. табл. 1) и предусматривает образование гидроксида магния в соответствии с химической реакцией:

Мg²⁺ + 2OH^– = Mg(OH)2↓. (5)

Знак ↓ указывает, что данное соединение выпадает в осадок. При этом образование карбоната кальция с последующей кристаллизацией возможно при наличии карбонатной жесткости. При постоянном произведении растворимости [3] за счет смещения равновесия по уравнению (5) поступающее с известковым молоком избыточное количество ионов кальция приводит к кристаллизации карбоната кальция

Са₂+ + СО₃^2– = СаСО₃↓. (6)

В методе скрыт парадокс: известковое молоко поставляет в жесткую воду гидроксид-ион, осаждающий магний. При этом к воде добавляется дополнительное количество иона кальция, осаждающего карбонат-ион, но загрязняющего при передозировке воду кальцием. Дозировка известкового молока становится проблемой, т.к. зависит от КЖ исходной воды (величина переменная, зависящая от углекислотного равновесия) и от ее ОЖ. Передозировка известкового молока приводит к тем же последствиям, что и недостача.

Известково-содовый метод применяется для умягчения «жесткой» и «очень жесткой» воды (см. табл. 1~8~), когда общая жесткость существенно превышает карбонатную. В этом методе очистки гидроксид магния и карбонат кальция образуются по тем же ионно-молекулярным уравнениям (5) и (6). Этот метод позволяет более глубоко очистить раствор от кальция и магния, но вынуждает при этом затрачивать дорогостоящую кальцинированную соду на очистку от кальция, внесенного в раствор вместе с известковым молоком.

Сложность решаемой задачи — химического умягчения природного раствора от загрязняющих примесей — заключается в том, что это многостадийный процесс, на каждой стадии которого протекает столько реакций (процессов), сколько в исходном растворе загрязняющих примесей. И даже больше. Естественно, что все процессы, запускаясь независимо, тем не менее взаимосвязаны. При этом у каждой реакции, у каждого процесса своя скорость протекания, своя температурная зависимость. Если к этому добавить, что все сведения о растворимости, влиянии температуры, константах реакциях и др., приведенные в справочниках, получены в равновесных условиях и системах, состоящих, как правило, только из двух компонентов— растворителя и растворенного вещества, а на практике приходится иметь дело с принципиально неравновесными процессами и многокомпонентными растворами, то точное описание и расчет химического умягчения воды кажется в принципе невозможным.

Перечислим стадии химического умягчения воды и протекающие на каждой стадии процессы.

Добавление к жесткой воде осадительных реагентов запускает химические реакции (5) и (6). Образование новых веществ в системе — гидроксида магния и карбоната кальция — создает пересыщение по этим веществам, запускает процессы зародышеобразования новых фаз (кристаллических гидрооксида магния, карбоната кальция) и роста образующихся кристаллов, т.е. процессы кристаллизации. Если в раствор добавляют коагулянт — соли железа или алюминия, идут процессы окисления двухвалентного железа до трехвалентного, гидролиза ионов с образованием гидроксидов железа или алюминия, их кристаллизация.

Как только появляется твердая поверхность, аморфная или кристаллическая, на ней адсорбируются ионы, молекулы воды и содержащиеся в растворе примеси. Образуется двойной электрический слой. Знак и величина двойного электрического слоя определяется свободной поверхностной энергией поверхности конкретной частицы, составом окружающей ее среды, концентрацией и сродством ионов и молекул к данной поверхности.

Двойной электрический слой является движущей силой процесса коагуляции. Коагуляция приводит к слипанию разнородных частиц в крупные агрегаты — флокулы. После этого суспензия, состоящая из флокул, готова к разделению на твердую и жидкую фазу, что и реализуется в гравитационном поле отстаиванием — осветлением.

Каждый из перечисленных процессов протекает со своей скоростью, по-своему реагирует на температуру. Все перечисленные процессы запускаются независимо, но взаимосвязаны через концентрацию отдельных компонентов, через балансы прихода-расхода, тепломассообмен. В результате, одним из важнейших факторов управления системой является гидродинамика — интенсивность перемешивания компонентов. Обычно на ТЭС (и на АЭС тоже) используется технологическая схема химического умягчения воды, в которой все вышеописанные многочисленные и взаимосвязанные процессы осуществляются в нижней части осветлителя —аппарата, предназначенного для гравитационного разделения твердой и жидкой фаз. Естественно, что такое техническое решение очень усложняет задачу производственного персонала по управлению процессом умягчения.

На рис. 1 приведена схема установки по химическому умягчению воды, разработанная автором этой статьи, опытно-промышленная проверка которой выполнена на Кременчугской ТЭС. В разработке сделана попытка разделить по возможности отдельные процессы, протекающие при химическом умягчении воды, за счет удаления их из нижней части осветлителя и перенос в каскад статических реакторов-смесителей [6]. В разработке использованы некоторые технические решения, применяемые на Западе в химической промышленности и на ТЭС. Например, конструкция осветлителя, который поставляли на рынок французская фирма DEGREMONT и акционерное общество «ЭНСО-Гутцейт» (Финляндия) еще в 80-х годах ХХ столетия.

Поступающая на химическое умягчение вода без предварительной дегазации (насосы могут подсасывать воздух) проходит магнито-гидродинамический (МГД) резонатор 6, каскад реакторов 7, в каждый из которых подается определенное количество осадительного реагента, обеспечивается определенная интенсивность перемешивания и время пребывания образующейся суспензии. Естественно, что сильнокислый коагулянт — сернокислое железо —подается в последний по ходу движения жидкости реактор-смеситель. Тем самым предотвращается нецелесообразное расходование известкового молока и повышается точность дозировки коагулянта. Как следствие, только на этом достигается экономия осадительных реагентов.

Образовавшаяся суспензия вместе с воздухом поступает через струйный насос 3 в камеру воздухоотделения и созревания флокул 4, которая встроена в осветлитель 2. Воздух отделяется и удаляется через воздухоотделитель 1. Потоки в камере созревания флокул направлены так, что мелкие частицы в принципе не могут попасть на слив осветлителя. Крупные флокулы, накопленные в нижней части камеры созревания, создают шламовый фильтр, растут за счет мелких частиц и выводятся по мере укрупнения под действием силы тяжести в донную часть осветлителя. Накапливающийся шлам выводится самотеком в шламонакопитель. Умягченная вода, профильтровавшись через слой крупных флокул в донной части осветлителя, поднимается к переливу в его верхней части и далее поступает в сборник осветленной и умягченной воды.

Такая технология позволяет увеличить производительность осветлителя в два раза, снизить расход реагентов, повысить качество очистки, уменьшить объем жидких стоков, удаляемых из химцеха ТЭС в виде шлама. Но без МГДрезонатора в голове процесса эксплуатация этой технологической схемы невозможна: кристаллизующийся карбонат кальция будет откладываться на стенках статических реакторов-смесителей и трубопровода, увеличивая их гидравлическое сопротивление и затрудняя эксплуатацию.

Если из этой схемы удалить МГД-резонатор, каскад статических реакторовсмесителей и внутреннюю «начинку» осветлителя, то мы вернемся к традиционной схеме химического умягчения воды, применяемой на всех ТЭС и АЭС Советского Союза и стран СНГ.

5.3. Безреагентная водоподготовка

Безреагентная водоподготовка, или магнитная обработка воды, или магнитогидродинамический резонанс [1, 3] известен с 1936 г. Этот метод предотвращения отложений накипи на теплообменных поверхностях без нагрева не умягчает воду в том смысле, что не снижает ее карбонатную и общую жесткость.

Но поскольку умягчение воды не является самоцелью и метод МГД-резонанса решает главную задачу умягчения — предотвращение карбонатных отложений — о нем не стоит забывать. Главные его преимущества перед известными методами умягчения воды — дешевизна и простота в эксплуатации. МГД-резонатор надо только смонтировать и настроить. Он не требует никаких эксплуатационных затрат.

Механизм предотвращения накипеобразования на теплообменных поверхностях с помощью магнитной обработки— магнитогидродинамического резонанса — сводится к инициированию в воде структурной перестройки, фазового перехода второго рода (ФП2). В результате карбонат кальция, который обычно кристаллизуется в кристаллографической модификации кальцит, начинает кристаллизоваться в модификации арагонит. Арагонит не откладывается на теплообменных поверхностях. Более того, если отложения кальцита промывать «омагниченной водой», он переходит в арагонит, отложения разрыхляются, отслаиваются от поверхности и уносятся потоком воды.

5.4. Глубокое умягчение ионным обменом

Во многих промышленных котельных умягчение воды до норм, предъявляемых к воде теплосетей, оказывается недостаточным, если вода используется для питания котлов высокого давления, работающих при давлениях свыше 70×105 Па = 70 атм. Напомним, что это соответствует температурам кипения воды свыше 285°С. В этом случае воду деминерализуют — подвергают глубокому умягчению, удаляя не только ОЖ и КЖ, но и значительную часть примесей. Давно и широко для этих целей применяется многоступенчатый ионный обмен на базе использования синтетических органических катионообменных и анионообменных смол. В зависимости от приходящих с водой загрязнений и желаемого качества очищенной воды используют ионообменные смолы различного типа и в разных комбинациях.

5.4.1. Общие представления об ионообменных смолах

Промышленная деминерализация стала возможной только с развитием массового производства синтетических смол и появлением в продаже широкого ассортимента ионообменных смол.

Широко применявшиеся уже 40–50 лет назад ионообменные сорбенты— иониты — представляют собой твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие в воде вещества. В основе этих ионообменных материалов лежит каркас (матрица), несущий положительный или отрицательный заряд, и подвижный противоион, заряд которого компенсирует заряд каркаса. Этот подвижный противоион как раз и способен извлечь из раствора ион такого же заряда и обменяться с ним. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты, аниониты и амфолиты. По химической природе каркаса — на неорганические, органические и минерально-органические. Иониты могут быть природными (например, цеолиты, целлюлоза, древесина, торф) и синтетическими (силикагель, алюмогель, сульфоуголь). Наиболее важными в технологии глубокого умягчения воды в последние десятилетия следует признать синтетические ионообменные смолы, ионообменные полимеры. Ионообменные смолы могут быть сильно-, среднеи слабокислыми, а также сильно-, среднеи слабоосновными.

Ионообменные сорбенты, регенерирующиеся серной кислотой и обменивающиеся на катионы раствора, относятся к сильнокислым катионообменным смолам. Анионная смола с сильным сродством к анионам угольной и кремниевых кислот обычно называется сильноосновной анионообменной смолой.

Промышленность выпускает разновидности сильноосновных анионообменных смол с высоким сродством к анионам сильных кислот: сульфатам (SO₄²–), хлоридам (Cl^–), нитратам (NO₃^– ), фосфатам (PO₄^3–) и так далее. Их называют слабоосновными анионообменными смолами.

Слабоосновные смолы не удаляют анионы угольной и кремниевых кислот, т.к. это могут делать сильноосновные смолы. И объяснение этому надо искать в разделе 3.2. этой статьи. Дело в том, что угольная и кремниевые кислоты относятся к очень слабодиссоциирующим веществам. Сродство к протону (Н⁺) у них гораздо выше, чем к органической матрице анионообменной смолы. Поэтому такие аниониты не используются поодиночке в производстве глубоко-умягченной воды для котлов высокого давления. Для регенерации слабоосновных смол применяется каустик более низкой концентрации. Это позволяет регенерировать их совместно с сильноосновными смолами для повышения экономичности работы анионообменного оборудования. Слабоосновная смола всегда загружается в емкость последней: в донную часть — сильноосновной анионит, над ним — слабоосновной.

Размещая слабоосновную смолу в верхней части анионообменного слоя, удается использовать ее ионообменную емкость и при этом быть уверенным, что сильноосновная смола удалит анионы угольной и кремниевых кислот.

Емкости с катионитом и анионитом в технологической схеме глубокого умягчения соединены трубопроводом так, чтобы поток из катионообменного аппарата вошел в вершину анионообменного аппарата, а выход от анионообменного аппарата направлялся в емкость умягченной воды или в аппараты тонкой очистки.

На рис. 2 представлена схема установки по глубокому умягчению (деминерализации) воды.

5.4.2. Сильнокислый катионит

Сильнокислый катионит регенерируется серной кислотой (можно использовать и соляную кислоту, но окончательный выбор диктуется ценой). Когда жесткая вода проходит через аппарат, наполненный сильнокислым катионитом, водородный ион — протон, являющийся подвижным противоионом в этом виде смолы, замещается на Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ или Fe³⁺ и другие катионы, которые могут присутствовать в воде. Анионы, которые присутствуют в умягчаемой воде, с этим типом смолы не обмениваются и остаются в растворе. Протон (Н⁺), попадая в воду, придает ей кислую реакцию (см. раздел 3.1.), достигающую 2,0–3,0 единиц pH. Поэтому, аппарат, наполненный сильнокислым катионитом, соединительный трубопровод, емкости и запорную арматуру гуммируют, т.е. покрывают антикоррозионным слоем резины.

В обменных процессах играют роль два фактора:

• концентрация обменивающегося иона, как со стороны раствора, так и со стороны смолы;
• способность к обмену иона, присутствующего в умягчаемой воде.

По способности к обмену с сильно кислым катионитом можно выстроить катионы в следующий ряд: 1. водород; 2. кальций; 3. магний; 4. калий; 5. натрий.

В принципе, просматривается закономерность — чем больше радиус иона, тем выше его способность к обмену с протоном смолы. Если в жесткой воде одновременно присутствуют вышеперечисленные ионы в одинаковых концентрациях, то в первую очередь с подвижным противоионом Н⁺ свежерегенерированного сильного катионита начнет обмениваться Са²⁺, причем каждый ион кальция заменит в катионите два иона водорода. Если концентрация Са²⁺ снизится до некоторого порогового предела, наступит очередь Mg²⁺ и какой-то период оба эти иона будут обмениваться с протоном смолы на равных.

Как правило, ионообменные аппараты представляют собой вертикальный цилиндр, заполненный смолой. Вода на умягчение поступает в верхнюю часть аппарата, омывая слои смолы и постепенно освобождаясь от ионов жесткости. Если бы мы отобрали пробы воды по высоте «сверху вниз» ионообменного аппарата, заполненного сильнокислым катионитом, то мы бы наблюдали постепенное уменьшение в воде концентрации Са²⁺, затем Mg²⁺ и так далее в соответствии с вышеприведенным рядом. Но при этом в растворе все время увеличивалась бы кислотность или, что тоже самое, снижался рН.

Из вышесказанного естественно вытекает и метод контроля «срабатываемости» смолы в ионообменном аппарате. Как только в воде на выходе из аппарата появятся ионы жесткости или прекратится снижение рН, его надо переключать в режим регенерации смолы.

Помня о буферности воды с карбонатной жесткостью (см. раздел 4.1.) следует отметить, что рН воды на выходе из ионообменного аппарата может и не достигать минимальных значений 3 или 2.

В воде с карбонатной жесткостью критерием окончания процесса обмена подвижных протонов смолы служит рН = 4,3 или изменение окраски индикаторов: бромфенолового синего с синей на желтую; метилового оранжевого с желтой на красную; бромкрезолового зеленого с синей на желтую.

Нельзя допускать полного истощения обменной емкости сильнокислого катионита, т.к. тогда потребуется его двойная по продолжительности регенерация, а также из-за того, что в котлы высокого давления совершенно недопустимо попадание солей жесткости из-за потери контроля над качеством умягчения питательной воды.

При проектировании технологической линии по глубокому умягчению воды производительность установки рассчитывают исходя из обменной емкости анионообменной смолы. И этому есть две причины.

Первая: обменная емкость анионитов заметно ниже, чем обменная емкость катионитов. Эта проблема в принципе решается увеличением объема и соответственно размера загрузки анионообменного аппарата, но такое решение возможно только в узких пределах.

Вторая: недопустимо попадание в котел высокого давления кремниевых кислот, очистку от которых обеспечивают аниониты. Хотя попадание в котел кремниевых кислот менее критично, чем попадание солей жесткости, лучше сознательно заложить в проект «резерв» по производительности установки глубокого умягчения воды, чем поставить под угрозу надежность работы котлов высокого давления.

5.4.3. Снижение щелочности

Одной из неприятных составляющих воды, используемой как источник подпитки котлов, является щелочность. Под общей щелочностью воды понимают сумму концентраций ионов CO₃^2–, НCO₃^– и ОН^–, т.е. всего того, что реагирует с сильной кислотой, а точнее с Н⁺. Особые неприятности доставляет карбонатная составляющая или карбонатная жесткость.

Как только сырая вода в технологической схеме умягчения прошла через стадию катионирования, Са²⁺ или Mg²⁺ обмениваются на H+, и в потоке воды появляется слабодиссоциирующие карбонат, гидрокарбонат-ионы и угольная кислота H₂CO₃. Эта кислота очень неустойчива. Она очень быстро разлагается на диоксид углерода (CO₂) и воду. По этой причине во многие технологические схемы глубокого умягчения включают аппарат, называемый декарбонизатором. Его размещают после ионообменных аппаратов, заполненных катионитом. Декарбонизатор представляет собой емкость, заполненную насадкой или кольцами Рашига на поддерживающей решетке. Поток воздуха от вентилятора, проходя через насадку, поднимается в верхнюю часть емкости — декарбонизатор. Вместе с ним из потока воды после аппарата с сильнокислым катионитом уносится и диоксид углерода. Вода после декарбонизатора обычно содержит 0,2 мгэкв/л CO₂.

Декарбонизацию кислого потока можно также осуществить, пропуская кислый раствор через сильноосновной анионит, регенерируемый каустиком.

5.4.4. Слабокислый катионит

Некоторые типы вод с высокой общей и карбонатной жесткостью целесообразно обработать вначале слабокислым катионитом. Он удалит Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, а выделившийся при этом ион водорода переведет присутствующий в воде карбонат-ион в гидрокарбонат-ион, т.е. в HCO₃^–. Из-за того, что большинство промышленных источников водоснабжения содержат определенное количество некарбонатной жесткости (CaSO₄, CaCl₂ и т.д.), необходимо вслед за аппаратом с слабокислым катионитом размещать аппарат с сильнокислым катионитом, чтобы достичь полного удаления общей жесткости.

Слабокислый и сильнокислый катиониты можно размещать в разных ионообменных аппаратах, но можно и как два отдельных слоя в одном аппарате. Эффективность регенерации слабокислого катионита очень высока по сравнению с регенерацией сильнокислого катионита. Следовательно, появляется возможность использовать поток после регенерации сильного катионита для регенерации слабого. При размещении слабокислотного и сильнокислотного катионита в одной и той же емкости, последний размещают в нижней части аппарата, т.к. удельный вес у него выше, чем у слабокислого. Это будет препятствовать смешиванию слоев при обратной промывке и взрыхлении. Обычно, слабокислый катионит в процессе обмена выделяет 40–60 % кислоты (Н⁺) за один цикл. Двухслойное заполнение слабым и сильным катионитом не применяется в котлах высокого давления из-за присутствия натрия в потоке, если регенерацию одного из катионитов ведут раствором хлорида натрия.

При регенерации слабокислого катионита серной кислотой необходимо строго контролировать концентрацию серной кислоты (Н₂SO₄) и следить за тем, чтобы она не превысила 0,7 %. Более высокая концентрация серной кислоты приведет к вытеснению Ca²⁺ из смолы, что вызовет кристаллизацию и осаждение сульфата кальция — гипса (CaSO₄). Гипс нерастворим во многих концентрированных кислотах. Удалять его из смолы придется только механически. Осаждение гипса неприемлемо и с эксплуатационной точки зрения, т.к. это повышает гидравлическое сопротивление оборудования.

5.4.5. Сильноосновный анионит

Задачей сильноосновного анионита является удаление слабодиссоциирующих кислот: кремниевых (H₂SiO₃ и H₄SiO₄) и угольной (H₂CO₃). Кроме того, сильноосновный анионит удаляет анионы сильных кислот в потоке, выходящем из катионообменных аппаратов: сульфаты (SO₄²⁺), хлориды Cl^– и другие анионы. Подвижным противоионом сильноосновного анионита является OH^–, который при регенерации извлекается анионитом из каустика (NaOH). В рабочем цикле гидроксильный ион OH^–, вытесняясь из анионита кремниевыми или угольной кислотами и нейтрализуясь в потоке после катионообменных аппаратов водородным ионом (см. уравнение (2), образует воду.

Электропроводность воды обеспечивают катионы и анионы. В чистой воде концентрация их как продуктов диссоциации воды (см. раздел 3.1.) всего 0,0000001 моль/л.

Как следствие, электропроводность воды, вытекающей из аппарата, заполненного сильноосновным анионитом, очень низкая — около 1,9 микросименс. Именно поэтому любые скачки электропроводности будут свидетельствовать о проскоках катионов в аппаратах, предшествующих анионообменному.

Сильноосновные аниониты характеризуют двумя обменными емкостями: солевой и общей. Так называемая солевая емкость определяется способностью удалять угольную и кремневые кислоты. Общая емкость является суммой солевой обменной емкости анионита и его обменной емкостью по отношению к SO₄^2–, Cl^–, NO₃^– и другим анионам.

Вода многих источников водоснабжения содержит органику. Сильноосновные аниониты адсорбируют из воды органические загрязнения. Поверхностные воды известны своей склонностью содержать железо-органические соединения. Эти соединения проскакивают через катионит, т.к. железо в них содержится не в ионной форме. Когда они достигают анионита, анионообменная смола адсорбирует целиком железо-органический комплекс. Он не удаляется в процессе регенерации, но занимает место, которое обычно занимают другие ионы. Конечный результат — уменьшение обменной емкости анионита.

Аниониты адсорбируют также другие формы органики в процессе регенерации. Адсорбирующаяся органика не только занимает обменные места, но также реагирует со смолой, меняя ее свойства. Такое видоизменение проявляется в снижении солевой емкости сильнокислых анионитов. По существу, анионит начинает терять свою способность удалять кремниевые и угольную кислоты, но демонстрирует увеличение обменной емкости при удалении анионов сильных кислот. Конечным результатом в системе водоподготовки для котлов высокого давления будет постоянное сокращение пробега между регенерациями, потому что концентрация кремниевых кислот в потоке, вытекающем из сильноосновного анионита, является главным контролируемым параметром.

Анионообменная смола может также задерживать микробиологические загрязнения. Хорошо растут на анионите грибы. Обработка раствором формальдегида — один из методов стерилизации анионитового участка технологической схемы.

5.4.6. Слабоосновный анионит

Слабоосновный анионит не в состоянии удалять ионы слабодиссоциирующих кислот — кремниевых и угольной. Однако он имеет высокую обменную емкость по отношению к анионам сильных кислот: SO₄²–, Cl^–, NO₃^– и т.д.

Слабоосновный анионит может заменить сильноосновный в технологических схемах, включающих декарбонизатор, а также в тех случаях, когда содержание кремниевых кислот не играет решающей роли.

Возможно совместное использование двух анионитов — слабоосновного и сильноосновного, в одном аппарате. Такой вариант рекомендуется в технологических схемах, в которых отсутствует декарбонизатор после узла катионирования. В этом случае слабоосновный анионит загружают поверх сильноосновного анионита. В течение рабочего цикла следует позаботиться о том, чтобы в процессе обратной промывки эти две смолы не смешались. В конце рабочего цикла удельный вес слабоосновного и сильноосновного анионита почти одинаков, но после регенерации ощутимо отличается. Именно поэтому слабоосновный анионит следует размещать сверху — над сильноосновным.

В технологическом плане преимуществами такого размещения являются: во-первых, поток от катионитового блока попадает сначала на анионит с большой обменной емкостью; во-вторых, слабоосновные смолы также как и сильноосновный анионит поглощают органику, но органика, поглощенная ими, удаляется уже при обычной регенерации. Это помогает защищать сильноосновную смолу от необратимого органического загрязнения.

Мы описали особенности эксплуатации смол в рабочем цикле процесса глубокого умягчения сырой воды. Кроме того, рабочий цикл предусматривает стадии: промывки смолы при выводе ее на регенерацию, собственно регенерации, медленной и быстрой промывки после регенерации и взрыхления смолы.

5.4.7. Затраты на деминерализацию и регенерацию

В современных технологических схемах глубокого умягчения предусматривается автоматическое переключение последовательности выполнения операций при работе и регенерации деминерализующей системы.

Некоторые операторы требуют, чтобы в процессе регенерации было предусмотрено ручное управление каждой операцией. Это страхует от ситуаций, когда сбой в автоматизированном управлении последовательностью операций мог бы направить использованный раствор после регенерации в голову процесса, вместо того, чтобы направить его в стоки.

Начальные затраты на установку глубокого умягчения весьма высоки. В процессе эксплуатации (за вычетом оплаты труда операторов) основными затратами являются стоимость смол и реагентов. Смолы стоят очень дорого, при этом наиболее высокая цена у анионитов. Замена анионита в аппарате, содержащем 8,5 м³ смолы, может достигать $ 40 тыс. только для одного типа смолы. Стоимость затрат на восполнения смолы в процессе эксплуатации за счет ее разрушения, потерь при обратных промывках и т.д. оценивается в 3 % в год.

В большинстве случаев для регенерации ионообменных смол применяется серная кислота концентрацией 96–97% и 50% каустик. Серная кислота стоит приблизительно $ 50 за тонну, а каустик приблизительно $ 120 за тонну. Количество кислоты и каустика, используемые на одну регенерацию, изменяются в зависимости от обменной емкости смолы.

Типичные затраты на регенерацию катионита: 0,07–0,12 т серной кислоты концентрацией 96–97 % на 1 м³ смолы. Порядок затрат на регенерацию сильноосновных анионитов: 0,14–0,20 т 50% каустика на 1 м³ смолы. При проектировании установки глубокого умягчения изготовители за единицу размера единицы оборудования выбирают такой, чтобы рабочий цикл производства качественной деминерализованной воды составлял приблизительно 24 часа. В некоторых случаях предусматривается сдвоенная технологическая схема, что дает возможность использовать каждую технологическую линию: одна — в работе, а другая — на регенерации. В остальных случаях в технологической схеме предусматриваются резервуары для хранения глубоко умягченной воды. Обычно полный цикл регенерации и промывки занимает несколько часов. Объем резервуара для хранения деминерализованной воды выбирается в зависимости от часовой потребности в питательной воде для котлов высокого давления (производительности) и с учетом времени регенерации смолы в установке глубокого умягчения.

5.5. Фильтрование или обратный осмос

Использование для очистки воды явлений осмоса или фильтрования через пористую перегородку с размером пор порядка молекулы началось в 60-х годах ХХ века.

Особенно перспективным именно для очистки воды оказался обратный осмос. Однако применение этой технологии в быту стало возможным относительно недавно благодаря совершенствованию процесса, конструкции аппаратов и резкому снижению себестоимости обратноосмотических мембран. В мире ежегодно устанавливаются десятки тысяч таких систем, и альтернативы им пока нет. Качество же очищенной обратноосмотическим методом воды просто поражает — свободный хлор, механические частицы, привкусы и запахи, токсичные органические вещества, тяжелые металлы, одноклеточные микроорганизмы удаляются на 96–100 %.

Единственная претензия к обратному осмосу как к одному из методов умягчения питьевой воды — слишком глубокая очистка от карбонатной и общей щелочности.

Осмосом называется самопроизвольный переход вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора с различной концентрацией или раствор и чистый растворитель. В общем случае растворенное вещество из раствора с высокой концентрацией пытается перейти в раствор с низкой концентрацией. Если повысить давление в растворе с низкой концентрацией, то поток растворенного вещества прекратится. Разность давлений, прекращающая переток вещества (фильтрацию) через мембрану, называется осмотическим давлением.

Осмотические явления чрезвычайно распространены в растительном и животном мире. Осмос обеспечивает проникновение питательных веществ в клетку и вывод в межклеточную среду продуктов жизнедеятельности. Благодаря осмотическому давлению живая клетка имеет форму. Если живую клетку поместить в концентрированный раствор соли, она погибнет от избытка проникшей в нее соли.

Обратным осмосом называют метод разделения растворов. Если раствор (очищаемую воду) подать под давлением 3–8 МПа на полупроницаемую мембрану, то вода профильтруется через поры, а растворенное вещество останется. Эффективность обратного осмоса оценивают по селективности мембраны — способности удерживать ионы и молекулы разного размера, а также по удельной производительности единицы поверхности. Сегодня синтезированы полимерные мембраны с широким диапазоном размеров пор и высокой механической прочностью. Так, комплектация мембранного аппарата набором мембран с уменьшающимся по ходу движения жидкости размером пор обеспечивает получение из многокомпонентного раствора органических и неорганических соединений особо чистую воду.

5.6. Примеры использования умягчения для подготовки питьевой воды

Хотя умягчение в основном используется в промышленности для получения кондиционной воды в системах производства тепла и пара, тем не менее, бывают случаи, когда приходится применять умягчение при производстве питьевой воды. 

5.6.1. Завод по обработке воды в городе Афины (штат Огайо, США)

Завод предназначен для переработки 26 500 м³ сырой воды в сутки. Технологическая схема завода показана на рис. 3. Вода закачивается в аэратор 1 — аппарат производительностью 670 м³/ч для принудительной продувки воздуха через воду. Кислород воздуха окисляет железо и марганец, а сам воздух удаляет газы, которые могут содержаться в воде.

Затем вода поступает в седиментационный бассейн 2 (отстойник), объемом 350 м³, где приблизительно за 30 минут оседают взвешенные твердые частицы.

Вода из седиментационного бассейна 2 перетекает самотеком через серию быстрых песочных фильтров 3. Это дает возможность дополнительно удалить взвешенные, в частности, окислы железа и марганца. Фильтры 3 состоят из слоя песка толщиной 0,6 м и слоев гравия различного размера, служащего опорой песочному фильтру.

Профильтрованная вода поступает на стадию ионообменного умягчения 4. Для этой цели используются минеральные адсорбенты — цеолиты, в которых ионы кальция и магния извлекаются из воды за счет обменной адсорбции (см. раздел 5.4.1.). Затем вода с условно нулевой жесткостью смешивается с отфильтрованной водой (общая жесткость 15 гэкв/л) в смесителекондиционере питьевой воды 5 для того, чтобы получить конечную жесткость 7,5 мгэкв/л.

Воду с доведенной до нормы общей жесткостью стабилизируют по рН 50 % каустиком, который добавляется из расчета 3,0 мг/л. Дезинфекцию воды осуществляют газообразным хлором, доводя его содержание в воде до 0,8 мг/л.

Приготовленную таким образом питьевую воду хранят в концевых колодцах чистой воды 7. Концевые колодцы представляют собой емкости общим объемом 4500 м³. Из этих колодцев чистой воды два насоса производительностью 600 м³/ч и один производительностью 950 м³/ч перекачивают воду в емкости и резервуары, размещенные по всему городу. Общая емкость резервуаров составляет 26 000 м³.

5.6.2. Обратноосмотические системы компании UNIFILTER

На российском рынке успешно работает компания UNIFILTER (www.unifilter.ru), предлагающая полный спектр фильтров и систем водоочистки для квартир, домов, дач, офисов, ресторанов, баров, гостиниц, мини-производств и т.д.

Компактные бытовые системы этой компании предназначены для установки под кухонную мойку. Система состоит из блока обратного осмоса, накопительного бака для чистой воды и элементов, необходимых для подключения системы к водопроводу и канализации. Система ставится на доочистку воды, уже очищенной до уровня технической, т.е. предназначеной для подключения к трубопроводу технической воды. Выпускаются обратноосмотические системы из 3-х, 4-х и 5-и ступеней, но собственно обратноосмотическая мембрана находится только в одной из них. Остальные являются ступенями предварительной очистки. Если водоснабжение дома обеспечивается из городской водопроводной сети, то достаточно использовать только 3-ступенчатую обратноосмотическую систему очистки питьевой воды.

>>> Также читайте по теме Умягчение воды. Ионообменные смолы: виды, принцип действия, эффективность в журнале СОК 2002 №10

Водяной контур аналогично электрической схеме

Функция заземляющего провода в электрической цепи во многом аналогична резервуару, присоединенному к водяному контуру. Как только труба заполнена водой, насос может циркулировать воду без дальнейшего использования резервуара, и если бы он был удален, это не оказало бы видимого влияния на поток воды в контуре.

Резервуар обеспечивает эталонное давление, но не является частью функционального контура.Точно так же батарея может передавать электрический ток без заземляющего провода. Земля обеспечивает опорное напряжение для цепи, но если бы она была нарушена, не было бы очевидных изменений в функционировании цепи. Заземляющий провод защищает от поражения электрическим током и во многих случаях обеспечивает защиту от внешних электрических помех.

Этот вид заземления не подходит для объяснения функции провода заземления прибора, потому что простого соединения с землей недостаточно для отключения автоматического выключателя в случае электрического повреждения.Чтобы эффективно предотвратить опасность поражения электрическим током, заземление устройства должно подключаться к источнику питания через нейтральный провод.

Тем не менее, изображение Земли как резервуара заряда помогает понять энергетику всей системы электроснабжения. На электростанции заряд может быть получен из земли, и процесс генерации работает с зарядом, чтобы дать ему энергию. Эта энергия описывается указанием ее напряжения (1 вольт = 1 джоуль / кулон = энергия / заряд).Энергию можно транспортировать по пересеченной местности при высоком напряжении, а затем передавать конечным пользователям при более низком напряжении с использованием понижающих трансформаторов. Затем энергия может быть использована, а заряд сброшен на землю. Заряд, на котором выполняются работы на электростанции, не нужно перевозить по пересеченной местности, а «отработанные» заряды не нужно транспортировать обратно на электростанцию, а просто сбрасывать в «резервуар».

У всех таких аналогий есть свои недостатки, и вы можете вызвать оживленные дискуссии на всех уровнях знаний об аналогиях для обоснования.Некоторые возражают против резервуарного подхода, потому что он создает образ некоего безграничного запаса заряда, и что в этом есть что-то «особенное». Это также создает ошибочное впечатление, что вы можете извлечь из нее какой-то заряд, не вставляя его. Земля — ​​просто хороший проводник зарядов, но, как и все электрические цепи, в конечном итоге должна образовывать замкнутый путь циркуляции, чтобы сохранить заряд ( жесткий и быстрый закон сохранения).

Как получить преимущества водной контурной терапии в домашних условиях

Одна из последних и самых значительных тенденций в спа-процедурах — это водный контур.Водная терапия, которую часто предлагают перед другими спа-процедурами, в основном заключается в перемещении вашего тела между горячими и прохладными температурами. Это чередование может быть расслабляющим и восстанавливающим способом достижения баланса и даже исцеления. Горячие и холодные бассейны для купания приносят пользу тем, кто рискует пройти эту лечебную спа-процедуру.

Как работает водный контур

По сути, водная терапия включает переключение между горячими и холодными бассейнами. В традиционном спа-салоне здесь используются различные бассейны и инструменты для спа-терапии, в том числе сауны, бассейны с холодной водой, соляные бассейны и гидромассажные ванны.

Вы можете начать с паровой бани, чтобы высвободить токсины, а затем погрузиться в прохладный небольшой бассейн, а затем несколько минут в гидромассажной ванне. Чтобы продолжить цикл, вы можете вернуться в бассейн с холодной водой, а затем провести несколько минут в бассейне с теплой соленой водой. Схема продолжается взад и вперед, подвергая ваше тело воздействию экстремальных температур, чтобы получить максимальную пользу от купания с горячей и холодной водой.

Преимущества контурной терапии для здоровья

Почему кто-то может захотеть переключаться между горячим и холодным? Это может показаться неудобным, но у этого есть много преимуществ.Теплая вода приближает вашу кровь к поверхности кожи и способствует детоксикации через потоотделение, в то время как холодная вода сужает кровеносные сосуды, выталкивая богатую кислородом кровь в более глубокие ткани. Контраст может принести пользу иммунной системе и способствовать заживлению, доставляя питательные вещества и кислород как на поверхность кожи, так и в глубокие ткани.

Как получить преимущества водной контурной терапии в домашних условиях

Нет необходимости в дополнительных расходах и дополнительной поездке в спа для водной терапии.Если у вас уже есть бассейн на заднем дворе, добавление гидромассажной ванны открывает возможность испытать преимущества водной терапии дома.
Если вы хотите создать собственный водный контур в домашних условиях, подумайте о гидромассажной ванне Great Bay Spa.

Что такое водная контурная терапия?

Что такое водная контурная терапия?

Водная циркуляционная терапия обеспечивает множество преимуществ, включая снижение утомляемости, уменьшение мышечной болезненности и улучшение диапазона движений.Но что именно?

Водная контурная терапия, также известная как контрастная водная терапия, сочетает в себе преимущества гидромассажных ванн, саун и холодных ванн. Этот тип терапии включает переключение между водными процедурами разной температуры, чтобы получить преимущества, как если бы все типы были объединены. Каждый сеанс может выглядеть немного иначе, но вот один пример того, из чего может состоять схема:

• 15 минут в домашней гидромассажной ванне, чтобы расслабить мышцы в теплой воде.
• 10 минут в сауне, чтобы ваше тело вспотело и начало выводить токсины.
• 15 минут в прохладной ванне, чтобы начать снижение температуры тела.
• 10 минут в холодной ванне, чтобы уменьшить боль и повысить уровень серотонина.

Преимущества безграничны, но вот несколько результатов, которые вы увидите сразу же. К ним относятся как облегчение болезненности, так и улучшение здоровья мышц. Комбинация этих двух средств позволит вам больше заниматься спортом, улучшить настроение и вести к более здоровому образу жизни.

Каждая отдельная часть схемы имеет свои уникальные преимущества. Начало в гидромассажной ванне снимает стресс и улучшает сон. Сауна облегчает боль и улучшает дыхание. Ледяная ванна уменьшает повреждение мышц и улучшает общее психическое здоровье и самочувствие.

Однако важно помнить об условиях вашей собственной безопасности и здоровья. Быстрое изменение температуры во время водного цикла может шокировать некоторых людей. Это может быть особенно вредно для людей с сердечными заболеваниями.Если это касается вас, вы все равно можете ощутить преимущества водной терапии! Просто убедитесь, что, когда вы меняете температуру, вы делаете переход менее резким, принимая ванну немного теплее и давая своему телу дополнительное время, чтобы приспособиться.

Самое лучшее в водной терапии? Вам не нужно выходить из дома, чтобы насладиться этим. С домашней гидромассажной ванной, сауной и ванной вы можете испытать все, что может предложить эта терапия, наиболее удобным способом! Позвольте нам помочь вам создать эту схему омолаживающей терапии с помощью наших продуктов уже сегодня.Свяжитесь с нами или отправляйтесь в наш магазин, и наши профессионалы помогут вам найти идеальный вариант!

Каковы преимущества спа-терапии с водным контуром | по Relievestressrelatedhairl

Это жарко, и это сейчас! Водная контурная терапия в современных спа становится все более популярной, и ее можно использовать до или после того, как вы испытаете на себе все преимущества спа-процедур. Многие спа-центры предлагают отапливаемые помещения, такие как финская сауна, инфракрасная сауна и парные, где вы можете принять ванну с потом, чтобы вызвать сильное потоотделение и высвободить токсины из организма.В водном цикле вы чередуете эти процедуры с влажными помещениями, включая бассейны с гидротерапией, соляные бассейны и небольшие бассейны.

Когда вы объединяете эти возможности в водную контурную терапию, вы можете пользоваться преимуществами как гидротерапии, так и контрастной терапии: проще говоря, гидротерапия — это терапия на водной основе, а контрастная терапия подвергает ваше тело воздействию высоких, а затем низких температур.

Во время водного цикла в спа вы обычно делаете следующее:

· Расслабляйтесь в теплом соленом бассейне в течение 5-10 минут

· Наслаждайтесь купанием в парилке в течение 10 минут

· Погрузитесь в атмосферу в бассейне с холодной водой на минуту для бодрости

· Переместитесь в сауну, чтобы согреться еще на 10 минут, чтобы вызвать сильное потоотделение

· Снова в бассейне с холодной водой на минуту

· Снова разогрейтесь в соляной бассейн на 10 минут

· И, наконец, окунитесь в прохладную воду на одну минуту в небольшом бассейне

И какую пользу для здоровья вы можете получить от такого странного поведения? Что ж, у каждой области есть свои особые преимущества.

Соляные бассейны — прекрасное место для отдыха, потому что высокое содержание соли позволяет плавать без усилий. Кроме того, соль может помочь заживить кожу, уменьшить воспаление, облегчить боль и улучшить подвижность суставов.

В жаркой парилке вы будете эффективно принимать ванну с потом — вы начнете выводить все токсины из организма, что является отличным процессом детоксикации. Кроме того, частота сердечных сокращений увеличивается, а кровеносные сосуды расширяются, выводя токсины на поверхность кожи, готовые к выведению.А парная атмосфера очень полезна при респираторных заболеваниях, так как смазывает верхние дыхательные пути.

Когда вы погружаете свое тело в холодную воду для этого 60-секундного шока, кровеносные сосуды быстро сужаются, пытаясь продвинуть теплую кровь глубже в тело, чтобы согреться. Когда это происходит, богатая кислородом кровь возвращается в более глубокие ткани.

Сауна, более сухая и горячая, чем паровая баня, представляет собой еще один метод, позволяющий снова согреть тело, вернуть кровь на поверхность кожи и стимулировать купание с потом для его детоксикации из-за сильного потоотделения.

Было доказано, что подход контрастной терапии горячий-холодный-горячий дает большую пользу, особенно для укрепления иммунной системы, и практикуется уже сотни лет. Древние римляне использовали его в своих ритуалах купания, а китайцы и турки также его великие сторонники. Это терапия, обычно используемая для мужчин и женщин, занимающихся спортом: прикладывание пакета со льдом к коже или погружение в ледяную ванну с последующей горячей ванной. Это также называется промыванием сосудов, поскольку оно побуждает кровь доставлять кислород и питательные вещества к поверхности кожи, когда она горячая, а затем направляет эту богатую питательными веществами кровь обратно в организм в более глубокие капилляры, чтобы помочь в заживлении, когда тело погружено в холод. температуры.

В спа-салоне настоятельно рекомендуется водный контур, и вы можете воспользоваться множеством различных средств, чтобы создать свой собственный контур. В некоторых спа-салонах водная терапия может включать специальные души, которые могут обдувать тело ледяными струями или обливать вас горячей водой или теплым туманом. Другие предлагают ароматерапевтическую парную, где ароматические масла вливаются в паровую атмосферу, чтобы обеспечить дополнительную пользу для здоровья, в зависимости от используемого масла.

Польза для здоровья водных контуров спа хорошо известна, и, кроме того, этот вид терапии имеет важное преимущество для здоровья, заключающееся в релаксации.После приема этой терапии вы почувствуете себя чудесно отдохнувшим и воодушевленным. Учащение пульса во время цикла также может способствовать снижению веса и укреплению сердечно-сосудистой системы.

В целом, очень простое использование воды и изменения температуры на теле могут оказать удивительно положительное влияние на ваше психическое и физическое благополучие, поэтому, когда у вас появится следующая возможность, испытайте множество преимуществ для здоровья спа-терапии с водным контуром для себя.

Контур соленой воды — Мероприятие — TeachEngineering

(1 Рейтинг)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8 (7-8)

Требуемое время: 1 час 30 минут

Расходные материалы на группу: 1 доллар США.25

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Химия, Науки о жизни, Измерения, Физические науки, Наука и Технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

Учащиеся строят контур с соленой водой, который представляет собой электрическую цепь, в которой соленая вода используется как часть контура.Учащиеся исследуют проводимость соленой воды и получают представление о том, как количество соли в растворе влияет на величину электрического тока, протекающего по цепи. Они узнают об одном реальном применении контура соленой воды — в качестве инструмента опреснительной установки для проверки удаления соли из океанской воды. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры-электрики проектируют и строят малые и крупные электрические системы.В области проектирования схем в области электротехники инженеры используют свои знания о проводимости материалов для проектирования печатных плат, которые используются в сотовых телефонах, телевизорах, тостерах, компьютерах и других бесчисленных устройствах. Понимание опасностей и возможностей смешивания электричества и воды помогает инженерам создавать безопасные, а также творческие инструменты измерения.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Проведите эксперимент.
• Сбор и анализ данных.
• Работа в команде.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект Д2Л (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
HS-PS1-3.Спланируйте и проведите расследование, чтобы собрать доказательства для сравнения структуры веществ в большом объеме, чтобы сделать вывод о силе электрических сил между частицами. (9–12 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Планируйте и проводите расследование индивидуально и совместно, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательств, и при разработке: выберите типы, объем и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и рассмотрите ограничения точности данные (например,g., количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом доработайте дизайн. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Структура и взаимодействия материи в объемном масштабе определяются электрическими силами внутри и между атомами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Различные закономерности могут наблюдаться на каждом из масштабов, на котором изучается система, и могут служить доказательством причинной связи в объяснении явлений. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

• Обратите внимание на точность. (Оценки К — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте пропорциональные отношения для решения многошаговых задач с соотношением и процентами.(Оценка 7) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Постройте и интерпретируйте графики разброса для данных двумерных измерений, чтобы исследовать закономерности связи между двумя величинами.Опишите шаблоны, такие как кластеризация, выбросы, положительная или отрицательная ассоциация, линейная ассоциация и нелинейная ассоциация. (Оценка 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ

Колорадо — математика

• Используйте пропорциональные отношения для решения многошаговых задач с соотношением и процентами.(Оценка 7) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Постройте и интерпретируйте графики разброса для данных двумерных измерений, чтобы исследовать закономерности связи между двумя величинами.(Оценка 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Прямые и косвенные измерения могут использоваться для описания и сравнения.(Оценка 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Колорадо — наука

• Используйте инструменты для сбора, просмотра, анализа и составления отчетов о результатах научных исследований взаимосвязей между массой, весом, объемом и плотностью. (Оценка 6) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Собирать, анализировать и интерпретировать данные, которые показывают, что масса сохраняется при данном химическом или физическом изменении. (Оценка 8) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Сбор, анализ и интерпретация данных о химических и физических свойствах элементов, таких как плотность, точка плавления, точка кипения и проводимость. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Введение / Мотивация

(Перед тем, как начать, соберите материалы для демонстрации в классе схемы с морской водой, как описано в разделах «Список материалов» и «Процедура».Создайте две концентрации соленой воды: одну, которая позволяет лампочке включаться, но оставаться тусклой, а другую выбрать, чтобы лампочка была яркой. Рекомендуемые концентрации: Раствор A: 300 мл воды и 1 грамм соли. Раствор B: 300 мл воды и 11 г соли. Решение A будет намного тусклее, чем решение B.)

(Также подготовьте проектор, чтобы показать прилагаемую презентацию системы соленой воды [PowerPoint] в конце вводного / мотивационного занятия.)

Как вы думаете, нужно ли когда-нибудь смешивать воду и электричество? (Ответ: Обычно нет.) Что, если бы вы могли безопасно смешивать воду и электричество? Можете ли вы придумать какие-нибудь крутые технологии, которые могут появиться в результате этого? (Дайте студентам несколько минут подумать.) Сегодня мы будем работать над ответом на этот вопрос. Фактически, мы собираемся объединить воду и электричество особым безопасным способом.

Кто-нибудь когда-нибудь строил электрические цепи какого-либо типа? (Пауза, чтобы дать студентам минуту или две подумать над этим.) Итак, сегодня мы собираемся построить контур для соленой воды , и мы собираемся исследовать проводимость соленой воды.В частности, мы собираемся ответить на вопрос: «Как количество соли в контуре с соленой водой влияет на электрический ток, протекающий по контуру?»

(Проведите демонстрацию схемы с морской водой.)

Наш вопрос — это научный вопрос, но он также имеет инженерное применение. В конце концов, инженерия — это применение математики и естественных наук для создания технологий, которые делают мир лучше. Одним из инженерных приложений этой науки является разработка инструмента для проверки эффективности опреснительной установки.

Установка по опреснению воды — это система, которая забирает соленую воду и производит чистую питьевую воду. Если бы кто-то спроектировал установку по опреснению воды, контур соленой воды можно было бы включить в качестве инструмента для обнаружения присутствия соли на выходе из опреснительной установки. Если контур с соленой водой проводит электричество, значит, установка не удалила значительное количество соли, а если она не проводит электричество, значит, установка удалила значительное количество соли из водозабора.

(Покажите учащимся прилагаемую презентацию программы Saltwater Circuit [PowerPoint].)

Процедура

Фон

Контур для соленой воды — Контур для соленой воды состоит из батареи, провода, лампочки, патрона для лампочки и двух электродов (см. Рисунок 1). Когда батарея подключена и электроды соприкасаются друг с другом, мы имеем замкнутую цепь , и электроны текут от положительной клеммы батареи к отрицательной клемме батареи.Этот поток заставляет лампочку загораться. Когда электроды не соприкасаются, цепь «разомкнута» и электроны не текут; это называется обрывом цепи . В нашем контуре с морской водой электроды действуют как переключатель.

Если вы погрузите электроды в обычную водопроводную воду, лампочка не загорится, потому что не существует среды для переноса электронов с одной стороны воды на другую. Но если погрузить электроды в соленую воду, лампочка загорится. Кроме того, количество соли в растворе соленой воды влияет на силу тока, протекающего по цепи, и, в свою очередь, на яркость свечения лампочки.

Рисунок 1. Рабочий контур с морской водой. Наличие ионов натрия и хлора переносит электричество через воду, замыкая цепь. Если заменить соленую воду водопроводной, схема не будет работать. Авторское право

Авторские права © Карли Самсон, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Почему работает контур соленой воды? — Ион — это атом, который имеет электрический заряд, положительный или отрицательный.Молекулы соли состоят из натрия и хлора. Когда соль попадает в воду, вода заставляет атомы натрия и хлора разделяться, и кристаллы соли начинают исчезать. В результате образуются ион натрия и ион хлора. У иона натрия отсутствует электрон, что дает положительное изменение. Ион хлора имеет дополнительный электрон, который придает ему отрицательный заряд.

При приложении электрического потенциала положительно заряженные ионы натрия притягиваются к отрицательному полюсу, а отрицательно заряженные ионы хлора притягиваются к положительному полюсу.Эти ионы переносят электричество через воду. Суть вышеупомянутого процесса заключается в том, что образуется «невидимая проволока», которая позволяет электронам перемещаться от иона к иону через воду.

Перед мероприятием

• Соберите материалы.
• Отрежьте достаточно 4-6-дюймовых кусков изолированной меди, чтобы в каждой группе было по четыре куска.
• Распечатайте и разрежьте прикрепленные карты соленой воды, достаточно, чтобы у вас была одна карточка на группу (вложение на двух страницах содержит 20 разных карточек, каждая из которых содержит измерения соли и воды для получения трех различных растворов концентрации соленой воды).
• Сделайте копии рабочего листа контура соленой воды (без мультиметра) или рабочего листа контура соленой воды (с мультиметром), по одной на группу, в зависимости от того, доступны ли мультиметры для использования.
• Разделите класс на группы по два-три ученика в каждой.

Со студентами — Строительство контура соленой воды

1. По отдельности оберните две большие палочки для мороженого в алюминиевую фольгу (см. Рисунок 2 слева). Это ваши электроды.

2. Подсоедините по одному проводу к каждому электроду изолентой.Убедитесь, что оголенный конец провода касается алюминиевой фольги (см. Рисунок 2 слева).

Рис. 2. (слева) Сделайте электроды, обернув большие палочки от мороженого алюминиевой фольгой и прикрепив к ним провода. (справа) Затем подключите один электрод к гнезду миниатюрной лампочки. Авторское право

Copyright © Хуан Рамирес-младший, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

3. Подсоедините противоположный конец провода от одного электрода к одному выводу патрона лампочки.Проденьте оголенный провод вокруг клеммы розетки и затяните отверткой. Добавьте кусок изоленты, чтобы закрепить соединение (см. Рисунок 2-справа).

4. Подключите провод к противоположному выводу патрона лампы. Снова затяните отверткой и закройте кусок изоленты (см. Рисунок 2-справа).

Рисунок 3. (слева) Подсоедините патрон лампочки к аккумулятору. (в центре) Если вы используете мультиметр, подключите его между батареей и вторым электродом.(справа) Если вы не используете мультиметр, подключите батарею ко второму электроду. Авторское право

Авторское право © Хуан Рамирес-младший, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

5. С помощью изоленты соедините провод от патрона лампочки с красным проводом крышки 9-вольтового аккумулятора (см. Рисунок 3 слева).

6. С помощью изоленты подсоедините провод к черному проводу 9-вольтовой крышки аккумуляторной батареи (см. Рисунок 3 слева).

7. При использовании мультиметра: Подсоедините свободный провод к отрицательной клемме мультиметра.Затем подключите положительный полюс мультиметра к свободному электроду (см. Рис. 3-средний).

8. Если мультиметр не используется: Используйте изоленту, чтобы подсоединить свободный провод крышки батарейного отсека к свободному электроду (см. Рисунок 3 справа).

9. Проверьте свою схему , соединив два электрода вместе. Это замыкает цепь, позволяя электричеству течь от одного вывода батареи к другому, и при этом загорается лампочка.Если лампочка не загорается, проверьте соединения проводов, чтобы убедиться, что все они надежны, и повторите попытку. (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Готовая установка контура морской воды без мультиметра (слева) и с мультиметром (справа). Авторское право

Авторские права © Хуан Рамирес-младший, Программа ITL, Колледж инженерии, Университет Колорадо в Боулдере

Со студентами — решения, сбор и анализ данных

1. Раздайте каждой группе рабочий лист «Морская вода» и карточки.

2. Предложите командам использовать информацию, указанную на карточке, для приготовления трех различных растворов соляной воды. Обозначьте чашки A, B, C от самой высокой до самой низкой концентрации соли. Попросите учащихся рассчитать плотность (масса / объем) для каждой смеси и записать в таблице 1 рабочего листа.

3. Сбор данных Попросите учащихся вставить оба электрода в один раствор соленой воды (не касаясь электродов) и понаблюдать, насколько яркой становится лампочка, и запишите текущие показания мультиметра.(Если мультиметры недоступны, достаточно визуального наблюдения.) Запишите измерения и / или наблюдения в рабочие листы.

4. Анализ данных Оцените решения от самых тусклых до самых ярких с помощью визуального наблюдения.

5. (При использовании мультиметров) После того, как решения были ранжированы, попросите учащихся построить график зависимости электрического тока от плотности.

6. Попросите учащихся вычислить процент соли, составляющей массу раствора [(Масса соли / Общая масса соли и воды) * 100%].

7. Завершите упражнение, предложив учащимся заполнить Рабочий лист для размышлений, как описано в разделе «Оценка».

Словарь / Определения

замкнутая цепь: электрическая цепь, проводящая электричество.

Плотность: Масса на единицу объема.

электрический ток: скорость протекания электрического заряда, измеряемая в амперах (А).

электрическая цепь: Цепочка соединенных элементов схемы.

input: объект, входящий в систему.

ion: атом, который имеет электрический заряд, потому что он либо получил, либо потерял электрон.

мультиметр: электронное измерительное устройство, которое объединяет несколько функций измерения в одно устройство.

разомкнутая цепь: электрическая цепь, не проводящая электричество.

вывод: объект, выходящий из системы.

короткое замыкание: когда электрический ток отводится от всех элементов схемы к немногим или никаким элементам схемы, кроме батареи.

система: объект, который получает входные данные и преобразует их в выходные данные.

напряжение: электрическая разность потенциалов, измеряемая в вольтах (В).

Автодром

Важная информация для мотоциклистов

Закон о сертификации операторов систем водоснабжения и водоотведения («Закон»), 63 стр.S. §1001 — §1015.1 и нормативные акты, обнародованные в 25 Па. Глава 302 Кодекса предписывают, чтобы каждое регулируемое предприятие имело соответствующего сертифицированного оператора для принятия решений по управлению технологическим процессом. Владелец должен сообщить в Департамент имя (имена) этих доступных операторов, включая ответственных операторов, если владелец решит использовать стандартные рабочие процедуры (СОП) для облегчения соблюдения Закон.

Наем гонщика — еще один вариант, который позволяет многим небольшим системам водоснабжения и водоотведения соответствовать требованиям Закона без затрат на штатного сотрудника.Автодром определяется как «программа управления, в которой сертифицированный оператор может принимать решения по управлению процессами в более чем одной системе, принадлежащей разным владельцам».

---

Правила программы

на 25 Па. Кодекс §302.1207 (e) и (f) требует, чтобы гонщик разработал и представил общий план работы и план управления конкретной системой, которые охватывают каждую систему, за работу которой несет ответственность гонщик.

В плане работы гонщики должны указать данные своей компании, такие как название и местонахождение основной деятельности гонщиков, название и местонахождение каждой системы, а также классификацию и подклассы каждой системы, а также количество расчетных часов в неделю. кольцевой гонщик работает в каждой системе (время, физически присутствующее в системе; не включая время в пути), используя метод документирования для каждого посещения.

План управления системой / объектом включает в себя СОП для системы, чтобы гарантировать, что гонщик осведомлен о фактических операциях, персонал системы понимает, что нужно делать, когда гонщик не находится на месте, и что отчеты об испытаниях и результаты репрезентативны для реальных условий эксплуатации системы.

По сути, в планах работы и управления указываются методы управления, применяемые гонщиком кольцевых трасс, и особенности работы объектов, находящихся в ведении кольцевого гонщика.Это дорожная карта, которая ведет к четко определенной стратегии работы системы / объектов и гарантирует соответствие операций нормативным требованиям.

---

Водитель автодрома может нести ответственность за более чем одну систему водоснабжения или канализации, если выполняются следующие условия:

1. У кольцевого гонщика есть сертификат класса, по крайней мере равного или выше класса, и все подклассы лечения каждого объекта, за управление которым несет ответственность кольцевой гонщик.
   
2. Автодром может обеспечить надлежащий надзор за всеми участвующими подразделениями.
   
3. Общий рабочий план и план управления для конкретной системы или контракт, соответствующие требованиям 25 Па. Кодекса §302.1207 (e) и (f), подписанные гонщиком, представляются владельцу или руководящему органу каждой системы в соответствии с ответственное лицо гонщика трассы.
   
Для каждой системы действуют
4. СОП, ответственность за которые несет гонщик.
   
5. Райдер соглашается присутствовать на санитарных освидетельствованиях и проверках, проводимых персоналом Департамента, при условии уведомления об этом обследовании или проверке не менее чем за 24 часа.
   

Применительно к Программе сертификации операторов «надлежащий надзор» означает, что в системе водоснабжения или канализации на регулярной основе проводится достаточно времени, чтобы гарантировать, что гонщик, как сертифицированный ответственный оператор, осведомлен о фактические операции и отчеты об испытаниях и результаты репрезентативны для реальных условий эксплуатации.

«Ежедневное посещение» — это время, в течение которого гонщик в качестве ответственного оператора физически присутствует на объекте в течение двадцати четырех (24) часов. Гонщику будет начислено не более одного (1) ежедневного посещения одного объекта в течение двадцати четырех (24) часов.

---

Шаблоны планов для мотоциклистов

DEP разработала следующие шаблоны, которые могут использоваться гонщиками для подготовки Общего рабочего плана и конкретных планов управления для систем, с которыми они работают.Гонщикам предлагается загрузить и использовать шаблоны для заполнения Планов.

Ассоциация сельских систем водоснабжения Северной Дакоты

В 1980 году администрация фермерских домов Министерства сельского хозяйства США в сотрудничестве с NRWA учредила Программу сельских водителей. Эта программа предоставляет общенациональную команду специалистов по питьевой воде для обучения и оказания технической помощи менеджерам, советам и специалистам по эксплуатации предприятий водоснабжения.Этот тренинг разработан как практический тренинг на месте, где участники берут на себя ответственность за обучение тому, как решать свои текущие и будущие проблемы. Программа разработана, чтобы защитить текущие инвестиции Министерства сельского хозяйства США в инфраструктуру водоснабжения и помочь им спланировать более устойчивое будущее.

Circuit Riders обеспечивают практическое обучение и техническую помощь небольшим сельским водопроводным системам на ежедневной основе, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Персональная профессиональная помощь лежит в основе программы Circuit Rider.Помощь на месте оказывается тогда и там, где это необходимо сельскому сообществу. Помощь небольшим общинам и сельским коммунальным системам, обслуживающим население численностью менее 10 000 человек, включала:

• Выявление и оценка доступных решений проблем водоснабжения и канализации в сельской местности
• Вспомогательные системы для быстрого реагирования и восстановления после природных и техногенных чрезвычайных ситуаций, таких как ураганы, землетрясения, торнадо, наводнения, лесные пожары, ледяные бури и пандемия здоровья, COVID-19
• Защита окружающей среды и здоровья населения путем улучшения процессов лечения
• Повышение финансовой устойчивости за счет более эффективных методов управления, более эффективных операций и более качественного обслуживания компонентов системы
• Повышение соответствия федеральным нормам
• Помощь, направленная заемщикам из РД / РУС и потенциальным заемщикам
• Помощь предоставляется по всем аспектам управления водными предприятиями, финансов, эксплуатации и технического обслуживания, соблюдения нормативных требований, энергоэффективности и подачи заявок на получение ссуд / грантов

Участники автодрома:

Натан Олмстед занимает восточную половину штата.

No related posts.