Пособие по проектированию дуплексных систем сельскохозяйственного водоснабжения (к СНиП 2.04.02-84)
ПРИЛОЖЕНИЕ III
КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ РАССОЛОВ
III.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАССОЛОВ
Проблема предотвращения твердых кристаллических отложений в камерах и трактах электродиализных опреснительных установок (ЭДУ) является основной задачей организации оптимального воднохимического режима их работы. Пределы концентрирования рассолов в опреснительных установках определяются условием невыпадения в осадок соединений сульфата кальция. Образование твердых отложений, обусловленных щелочностью воды, предотвращается в основном подкислением или другими способами.
Достаточно надежных практических способов борьбы с сульфатными отложениями при опреснении пока нет. Сульфат кальция в природных водах может находиться в виде трех модификаций: дигидрата (гипса) - СaSO·2H
O; полугидрата - СaSO
·1/2H
O и ангидрита СаSO
. Все три формы сульфата кальция имеют различную растворимость и могут трансформироваться в растворе при различных температурных и концентрационных условиях, переходя из одной формы в другую.
Гипс и полугидрат являются стабильными формами при температурах 10-40 °С, характерных для работы ЭДУ, при больших температурах стабильной формой является ангидрит.
При расчетах ЭДУ удобно пользоваться величиной - коэффициентом предельного концентрирования рассола.
При этом допустимая концентрация рассола будет определяться как 
, где - исходная концентрация (минерализация) опресняемой воды.
Предлагаемая методика позволяет вычислять величину (без привлечения ЭВМ) на основании данных анализов исходной опресняемой воды - ее ионного состава (по основным солеобразующим ионам) и концентрации с точностью, достаточной для инженерных технологических расчетов.
В основу этой методики положены следующие условия и допущения:
в процессе электродиализного опреснения происходит пропорциональный перенос различных солеобразующих ионов через мембраны;
вместо коэффициентов активности ионов кальция (Ca
) и сульфат-иона (
SO
) принято их среднегеометрическое значение, зависящее от концентрации рассола.
Условие невыпадения соединений сульфата кальция в рассоле опреснительных установок может быть записано в следующем виде:
, (1)
где - коэффициент концентрирования рассола (кратность);
, 
- коэффициенты активности иона кальция и сульфат-иона в рассоле;
[Ca], [SO
] - концентрации ионов кальция и сульфат-иона в опресняемой воде, г/ион/л;
- произведение растворимости соединений сульфата кальция.
Известно, что значения произведения растворимости соединений сульфата кальция зависят от целого ряда факторов, в первую очередь от температуры воды и присутствия в ней других ионов.
Зависимости произведения растворимости для различных модификаций сульфата кальция от температуры выражаются следующими уравнениями:
; (2)
; (3)
(4)
В этих выражениях - абсолютная температура.
Произведения растворимости для гипса и ангидрита, вычисленные для температур в пределах от 10 до 40 °С, что характерно для условий работы ЭДУ, близки и в среднем для этого диапазона температур может быть принято:
(5)