Фильтрующие загрузки Calcite и Кальцит
Общие сведения
Фильтрующие материалы «Calcite» (фирма «Clack Corporation», США) и «Кальцит» (фирма «Алсис», Россия) созданы на основе природного материала – известкового шпата, минерала из группы карбонатов – карбоната кальция CaCO3, известного также под названием «кальцит». Кальцит - третий по распространенности в земной коре минерал после кварца и полевого шпата; является породообразующим минералом. Из него сложены известняки, меловые породы, мергели, карбонатиты. Кальцит – самый распространённый биоминерал.
Структура минерала плотная, тригональная. Излом раковистый (чаще ступенчатые сколы по плоскостям спайности). Спайность весьма совершенная. Твердость по Моссу – 3. Хрупок. В крупнокристаллических разностях легко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости (легко царапается острием ножа или иглы) и бурному выделению углекислого газа при реакции с соляной кислотой, нанесенной на минерал или на его порошок.
Фильтрующие материалы «Calcite» (фирма «Clack Corporation», США) и «Кальцит» (фирма «Алсис», Россия) получают путём измельчения, просушки, а затем просева измельчённых частиц известкового шпата. Внешне фильтрующие материалы «Calcite» и «Кальцит» представляют собой зерна белого или светло-серого цвета угловатой формы (или близкой к ней), имеющих особую морфологическую структуру, получаемую при дроблении. Гранулы «Calcite» и «Кальцит» обладают ломаной структурой и неравномерной поверхностью.
Особенность этой фильтрующей загрузки заключается в том, что она медленно растворяется в воде, образуя в промежуточном состоянии гидрокарбонат кальция, поскольку зерна этой фильтрующей загрузки более чем на 95% состоят из карбоната кальция.
Карбонат кальция – это средняя соль, образованная сильным основанием (гидроксид кальция – Ca(OH)2) и слабой кислотой (угольная кислота – H2CO3). В водном растворе он гидролизуется: гидролиз протекает по аниону; наличие после гидролиза анионов OH¯ свидетельствует о щелочном характере среды:
CaCO3 ↔ Ca2+ +CO32-;
Ca2+ + CO32- + HOH ↔ HCO3- + Ca2+ + OH-;
CaCO3 + HOH ↔ Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2↓.
В результате гидролиза образуется малорастворимый в воде гидроксид кальция. Поэтому наблюдается помутнение воды, и в ней появляется белый осадок. Если же в воде находится растворенный углекислый газ, то в результате реакции гидролиза получится растворимая кислая соль – гидрокарбонат кальция:
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2.
И гидроксид кальция, и гидрокарбонат кальция «защелачивают» воду. При этом, чем больше в воде растворено углекислого газа, тем больше будет образовываться гидрокарбоната кальция, тем сильнее будет щелочная реакция воды. «Защелачивание» воды без растворенного углекислого газа будет ограничиваться образующимся на поверхности карбоната кальция слоя гидроксида кальция.
Следовательно, на поверхности фильтрующей загрузки будет протекать массообменный процесс, осложненный химической реакцией. Поэтому «растворению» кальцита будут способствовать все благоприятные условия, от которых зависит протекание химических реакций. При этом, особенностью данного вида взаимодействия является то, что при повышении температуры на 10°С скорость реакции примерно удваивается.
В зависимости от кислотности исходной воды и степени ее минерализации после прохождения фильтрующего слоя из Calcite» или «Кальцит» значение рН фильтрата может увеличиваться на 0,5-1,0 единицы; эквивалентно этому увеличивается и жесткость воды за счет повышения кальция (Ca2+).
Для сохранения эффективности протекания массобменных процессов и для предотвращения явлений комкования, расслоения загрузки и уплотнения гранул верхнего слоя загрузки рекомендуется регулярно выполнять процедуру обратной промывки. По мере использования фильтрующей загрузки, она будет постепенно растворяться и вымываться водой, поэтому требуется отслеживание состояния материала и его регулярное пополнение.
Материалы Calcite» или «Кальцит» могут использоваться только в однослойных фильтрах. Стандартная высота слоя составляет от 400 до 1000 мм. Поддерживающим слоем служит кварцевый песок с размерами гранул от 2 до 5 мм.
Физико-химические характеристики
| Наименование показателя |
Calcite |
Кальцит |
| Цвет |
светло-серый |
светло-серый |
| Вид обработки |
дробление, грохочение |
дробление, грохочение |
| Размер зерна, мм |
0,42 – 1,17 |
0,5 – 1,0 |
| Объемный (насыпной) вес, кг/м3 |
1400 – 1480 |
1500 – 1550 |
| Плотность гранул, кг/м3 |
2650 – 2750 |
2650 – 2750 |
| Удельная поверхность1), м2/г |
12 – 18 |
19 – 23 |
| Истираемость, % |
0, 4 – 0, 6 |
0,3 – 0,5 |
| Измельчаемость, % |
0,8 – 2,1 |
0,6 – 1,9 |
| Межзерновая пористость, % |
42 – 52 |
42 – 48 |
| Твердость по Моссу |
3,0 |
3,0 |
| Коэффициент однородности |
1,4 – 1, 5 |
1,2 – 1,4 |
| Коэффициент формы зерна1) |
1,61 – 1,70 |
2,1 – 2,3 |
| Эффективный диаметр, мм |
0,40 |
0,55 |
| Меш-размер |
16×40 |
– |
1) – расчетные данные на основе гранулометрического состава
Химический состав
| Наименование соединения |
Химическая формула |
Содержание, % масс. |
| Calcite |
Кальцит |
| Природная основа |
|
известковый шпат |
известковый шпат |
| Карбонат кальция |
CaCO3 |
> 95,0 |
> 99,0 |
| Карбонат магния |
MgCO3 |
< 5,0 |
< 1,0 |
Гидродинамические характеристики
| Наименование показателя |
Calcite |
Кальцит |
| Объемная скорость фильтрации, м/ч |
|
|
| • однослойная загрузка |
7 – 15 |
7 – 12 |
| • многослойная загрузка |
не используется |
не используется |
| • при обратной промывке |
20 – 30 |
30 – 35 |
| Перепад давления слоя1), кПа/м, менее |
20 |
15 |
| Рекомендуемая высота слоя, мм |
|
|
| • однослойная загрузка |
600 – 800 |
400 – 1000 |
| • многослойная загрузка |
не используется |
не используется |
| Высота свободного борта, % от высоты слоя |
> 50 |
> 35 |
| Время обратной промывки, мин |
8 – 10 |
8 – 10 |
| Расширение слоя при обратной промывке, % от высоты слоя |
|
|
| • однослойная загрузка |
30 – 35 |
30 – 35 |
| • многослойная загрузка |
не используется |
не используется |
1) – расчетные данные на основе гранулометрического состава
Условия применения
| Наименование показателя |
Calcite |
Кальцит |
| Назначение |
|
|
| • основной фильтрующий слой |
да |
да |
| • вспомогательный фильтрующий слой |
нет |
нет |
| Содержание примесей, мг/л, не более |
|
|
| • взвешенные вещества |
< 5,0 |
< 5,0 |
| • нефтепродукты |
< 1,0 |
< 1,0 |
| • полифосфаты |
< 1,0 |
< 1,0 |
| • активный хлор |
< 5,0 |
< 5,0 |
| • микробиологические примеси1) |
отсутствие |
отсутствие |
| Окисляемость перманганатная, мг О2/л |
< 10,0 |
< 10,0 |
| Максимальная жесткость воды, мг-экв./л |
4,2 |
4,2 |
| Температура воды, оС |
4,0 – 60,0 |
4,0 – 60,0 |
| Значение водородного показателя рН |
5 – 7 |
5 – 7 |
| Допускаемая предподготовка |
|
|
| • аэрация воды |
допускается |
допускается |
| • дозирование активного хлора |
допускается |
допускается |
| • дозирование перманганата калия |
допускается |
допускается |
| • дозирование озона |
допускается |
допускается |
| • дозирование перекиси водорода |
допускается |
допускается |
| • коагуляция |
допускается |
допускается |
| • флокуляция |
допускается |
допускается |
1) – допускаются, если доза окислителя перед фильтром обеспечивает обеззараживание воды
