Теоретические основы умягчения воды, классификация методов. К записи Умягчение воды. Методы и фильтры Сущность процесса умягчения воды

Качество питьевой и водопроводной воды, которую мы используем для употребления, приготовления пищи, стирки и гигиенических процедур, порой оставляет желать лучшего. В любой воде содержатся соли и вредные элементы, что делает ее жесткой.

Эта проблема актуальна не только для обитателей квартир, но и для владельцев коттеджей и дачных домов с автономным водоснабжением, например коттеджный поселок в Краснодаре . Если вы пробили скважину или выкопали колодец, вода хоть и будет вкуснее, но процент солей в ней может быть значительно выше нормы. Поэтому так важно своевременно применить необходимые методы умягчения воды, о которых вы узнаете из этой статьи.

Что такое жесткость воды и какая она бывает?

Под жесткостью воды подразумевается совокупность ее химико-физических свойств, уровень содержания растворенных солей, преимущественно кальция и магния (т. наз. “щелочноземельных металлов”). Различают такие степени жесткости:

• временная (карбонатная), при которой в воде присутствуют соли магния и гидрокарбонатов кальция;
• постоянная (некарбонатная), для которой характерны другие примеси, не выделяющиеся при кипячении воды — сульфатные, хлоридные и нитратные анионы.

Для определения жесткости чаще всего используется такая единица, как миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л). Существует такая классификация воды:

• жесткая – от 6,0 мг-экв/л;
• средней жесткости – в диапазоне от 3,0 до 6,0 мг-экв/л;
• мягкая – до 3,0 мг-экв/л.

Важно! Оптимальный показатель жесткости питьевой воды, по нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) — 1,0-2,0 мг-экв/л.

Зачем делать умягчение воды?

Применение жесткой воды имеет следующие негативные последствия:

1. Низкие вкусовые характеристики. Вода, как правило, горьковата, иногда имеет ярко выраженный металлический привкус.
2. Ухудшение качества продуктов. Жесткая вода при хранении вызывает выпадение солей. Такой может оказаться как бутилированная вода, так и та, которая используется для изготовления соков, пива, водки. Часто на стенках бутылок остаются потеки, которые трудно отмыть даже с использованием специальных средств. Поэтому так важно регламентировать жесткость воды, применяемой в пищевой промышленности. Рекомендуемый показатель здесь — 0,1–0,2 мг-экв/л.
3. Отрицательное влияние на организм и здоровье человека. Регулярное употребление воды с высоким содержанием солей может привести к проблемам в работе органов пищеварения и мочевой системы.
4. Пересушивание кожных покровов. Если у вас после водных процедур — принятия душа, ванны, умывания и мытья головы возникает ощущение стянутости и обезвоживания кожи, причиной этого могут быть не только используемые средства личной гигиены (мыло, гель, пенка), но и жесткая вода. Она оставляет налет на волосах и коже и создает неприятное ощущение “жесткости”.
5. Больший расход моющих средств. При стирке соли, содержащиеся в воде, активно взаимодействуют с поверхностно-активными веществами (ПАВ) стиральных порошков и связывают их. В результате вам приходится использовать значительно больше той нормы порошка, что прописана в инструкции. Кроме того, жесткая вода вредит структуре ткани.
6. Вывод из строя бытовой техники. Оседая в виде накипи на стенках или нагревательных элементах электрочайников, стиральных машин, бойлеров, избыток солей очень часто приводит к их поломкам. При нагревании жесткой воды примерно на 15-20 % увеличивается количество потребляемой электроэнергии.
7. Налет на сантехнике и поверхностях. Может откладываться внутри и снаружи водопроводных кранов, на кафельной плитке, в бачке унитаза и постепенно разрушает их. Очистить накипь очень сложно и вид она имеет непривлекательный.
8. Вред для промышленных систем. Накапливаясь в трубопроводах и на поверхности теплообменного оборудования, соли жесткой воды способны надолго вывести их из строя. Наличие солей также приводит к снижению коэффициента теплопередачи, увеличению энергетических затрат и расхода топлива.

Важно! Учитывая эти факты, жесткую воду обязательно нужно умягчать. Подобрав подходящий фильтр для умягчения воды, вы обеспечите исправную работу бытовой техники и сохранить свое здоровье.

Способы умягчения воды

Существует несколько вариантов того, как можно сделать мягче жесткую воду:

1. Ионный.
2. Реагентный.
3. Магнитный.
4. Термический.
5. Мембранный.
6. Электромагнитный.
7. Комбинированный.

Важно! Выберите для себя тот из них, который наиболее соответствует вашим финансовым возможностям, функциональному назначению и, следовательно, будет самым целесообразным.

Термический метод

Этот метод подразумевает наиболее часто используемое для обработки воды в домашних условиях кипячение. При нагревании до температуры в 100°С сложные химические элементы — гидрокарбонат и сульфат кальция, распадаются.

Преимущества:

1. Простота процедуры.
2. Отсутствие необходимости приобретения и последующего ухода за специальным оборудованием для фильтрации.

Недостатки:

1. Этот способ не подходит для умягчения воды в больших количествах.
2. После обработки воды образуется осадок, который надо удалять.

Ионообменное умягчение воды

Этот способ — один из наиболее востребованных на сегодняшний день. Принцип обработки жидкости заключается в ее фильтрации через материалы, включающие мелкозернистую смолу для умягчения воды. В результате происходит обмен ионов (натриевые элементы замещают избыток кальция и магния).

Важно! При установке такой системы обязательно к выполнению ее регулярное обновление, так как количество ионов со временем уменьшается. Делают это чаще всего с помощью солевого раствора, который пропускают через отработанный смоляной слой.

Виды ионнообменных систем для умягчения воды

В зависимости от предполагаемого объема воды, отдают предпочтение более подходящему варианту:

• экономичный корпус с колбой, в который засыпаются кристаллы и по мере необходимости меняются на новые;
• картридж для умягчения воды — сменный элемент, который устанавливается в фильтр, обновлению не подлежит, только замене на новый;
• регенеративные фильтры усложненной конструкции — в таких системах происходит автоматическое обновление свойств смолы по мере необходимости.

Преимущества:

1. Высокая производительность.
2. Хорошее качество умягчения.
3. Длительный срок действия.
4. Минимальное участие в процессе обновления.

Недостатки:

1. Высокая стоимость фильтров последнего типа.
2. Необходимость личного контроля и регулярных расходов на приобретение сырья для заправки колбы или переустановки картриджа.
3. Вода пригодна для бытовых нужд, но не для приготовления пищи или питья.

Реагентные методы

К этой категории относятся несколько способов, которые зависят от типа применяемого вещества. Принцип действия — замещение или растворение жестких элементов более мягкими. Для этой цели подходят такие варианты:

• сода+соль;
• известь;
• известь+сода;
• соль для умягчения воды;
• синтетические расщепители.

Важно! Последние используются в большей мере для защиты бытового оборудования (посудомоечных, стиральных машин) от неблагоприятного воздействия жесткой воды. По эффективности и доступности наиболее популярным является «Calgon».

Преимущества:

1. Высокая степень очистки и умягчения воды.
2. Удаляются мутные и вредные примеси.

Недостатки:

1. Образование продуктов переработки в виде твердых частиц.
2. Необходимость максимально четкого соблюдения дозировки.
3. Такая вода непригодна для питья. Исключение — вода после умягчения содовым или солевым реагентом.
4. Соблюдение особых условий хранения реагентов для обеспечения безопасности всех домочадцев, минимум — отдельное место.

Мембранное умягчение воды

Этот метод предполагает продавливание жестких примесей под давлением. Для этого используется показатель давления в 3-4 атм. и полупроницаемая мембрана, на которой оседают все вредные элементы.

Преимущества:

1. Установка такого фильтра для умягчения воды позволяет получить воду высокой степени очистки — практически дистиллированную.
2. Удаление всех нежелательных примесей, а не только тех, что влияют непосредственно на жесткость.

Недостатки:

1. Необходимость создания в водопроводе избыточного давления не меньше указанной нормы.
2. Требуется дополнительная минерализация, чтобы сделать воду пригодной для питья.
3. Высокая стоимость системы и заменяемых расходных деталей.

Магнитное умягчение воды

Принцип действия магнитного поля для фильтрации воды основан на потере способности тяжелых солей откладываться на стенках и любых других поверхностях. Специальные магниты крепятся непосредственно на водопровод, притягивают все солевые и металлизированные частицы в воде, затем удаляются в специальный отстойник, где и накапливаются.

Преимущества:

1. Качественное умягчение при невысокой интенсивности нагрузки.
2. Возможность очистки бытовых приборов и трубопроводов — магниты способствуют эффективному удалению уже образовавшейся накипи и ржавчины.
3. Снижение расхода электроэнергии.
4. Продление срока эксплуатации теплообменников в системах автономного подогрева воды.
5. Повышение производительности любой системы, например, посудомоечной или стиральной машины.

Недостатки:

1. Требует непосредственного участия человека при работе системы. Крупные куски налета и скопления требуется регулярно удалять, чтобы они не вывели из строя оборудование и не способствовали дальнейшему засору трубопроводов.
2. При сильно жесткой воде оказывают слабое влияние.
3. Дальность действия магнитов ограничена.
4. Высокая стоимость.

Важно! Усовершенствованный вариант — электромагнитные системы, которые несколько выше по эффективности и требуют меньшего внимания человека, так как удаление тяжелых частиц происходит сразу в канализацию. Но стоят они на данный момент еще дороже, чем обычные магнитные умягчители воды, соответственно, доступны далеко не каждому.

Комбинированное умягчение воды

Само название метода говорит об основном принципе выбора подходящей системы для умягчения воды в домашних условиях. Это сочетание нескольких вышеописанных способов для получения максимальной выгоды.

Преимущества:

1. Получение воды идеального качества для конкретных нужд.
2. Предотвращение засора и разрушения водопроводных систем и выхода из строя бытовых приборов.

Недостатки:

1. Дороговизна.
2. Сочетание недостатков каждой отдельно взятой системы.
3. Требуется профессиональный подход при комбинировании систем, что влечет дополнительные расходы на оплату услуг специалистов.

Установка умягчителя воды — видео

Заключение

Теперь вы знаете, как можно умягчить воду в домашних условиях, все плюсы и минусы каждого способа. Какому варианту отдать предпочтение — решать вам. Но помните, что если у вас в водопроводе или скважине действительно жесткая вода, то игнорировать такую процедуру не стоит. Заручитесь поддержкой профильных специалистов для уточнения качественных характеристик воды и возможных методов исправления ситуации. Только так вы сможете быть уверены в том, что вашему здоровью вода не навредит.

Бытует распространенное мнение, что воду из глубинных водоносных слоев можно употреблять в пищу без предварительной подготовки. Действительно, вода из них гораздо чище, чем из верховодки, однако, и в ней есть примеси, наличие которых может негативно отразиться на здоровье человека и работе оборудования. Чтобы подробно разобраться в вопросе, обратимся к специалистам отдела систем водоочистки компании БИИКС .

Вода - это прекрасный растворитель. Находясь в постоянном контакте с горными породами, она насыщается веществами, из которых эти породы состоят. Со временем накапливается огромное количество соединений. Состав воды зависит от типа породы, в которой проходит водоносный слой. Для Москвы и Подмосковья характерно высокое содержание карбонатных солей жесткости и соединений железа.

Длительное употребление в пищу воды повышенной жесткости приводит к отложениям конкрементов в почках (камней), при контакте кожа и волосы становятся сухими. Во время нагрева соединения выпадают в осадок, образуя твердый, плохо удаляемый налет. Приходят в негодность ТЭНы, засоряются трубы и шланги, повышается скорость износа подвижных частей оборудования.

Превышение жесткости может быть определено:

• визуально : образование налета на сантехнике и нагревательных элементах (в чайнике, на ТЭНах стиральных и посудомоечных машин, бойлеров);
• на вкус : в сравнении с бутилированной водой известной жесткости;
• по пенообразованию : в жесткой воде образуется меньше пены и расход моющих средств выше;
• в лаборатории .

Умягчение воды - это снижение концентрации солей жесткости и приведение этих показателей к рекомендованным значениям.

Нормы жесткости воды

В зависимости от концентрации солей жесткости, воду делят на:

• мягкую - содержание солей не более 2 мг-экв/л;
• нормальную - содержание солей в пределах 2 - 4 мг-экв/л;
• жесткую - содержание солей в пределах 4 - 6 мг-экв/л;
• высокой жесткости - содержание солей выше 6 мг-экв/л.

Российским стандартом, регламентирующим качество питьевой воды, установлено предельное значение концентрации солей жесткости на уровне 7,0 мг-экв/л. В то время, как ВОЗ устанавливает этот показатель на уровне 2,5 мг-экв/л, а в ЕЭС принят норматив 2,9 мг-экв/л. Таким образом, в качестве питьевой водопроводной воды в России допустима подача очень жесткой воды, с двукратным превышением рекомендаций ВОЗ.

Способы умягчения воды

Термический

Другими словами - кипячение. При повышении температуры, растворимый гидрокарбонат кальция (наиболее распространенное соединение, вызывающее жесткость) распадается на нерастворимый карбонат кальция и углекислый газ. Нерастворимая часть выпадает в осадок, газ улетучивается. Частично при кипячении уменьшается концентрация и сульфата кальция. Термический способ самый доступный в бытовых условиях, но не самый удобный и имеет низкую производительность. Кроме того, он не подходит для соединений магния.

Мембранный

Для умягчения воды таким способом используются молекулярные мембраны, которые пропускают только частицы воды, удаляя большую часть примесей (до 98%) . Так действуют фильтры обратного осмоса.

Не нужно пить загрязненную воду ради некоторых якобы полезных солей, которые в ней тоже содержатся. Намного лучше питать свой организм теми же самыми веществами, но находящимися в обычных продуктах. Собственно, человечество всю свою жизнь и берет их именно в хлебе, молоке, мясе, рыбе, овощах и фруктах. Например, в стакане молока одного лишь кальция в сотни раз больше, чем в стакане водопроводной. В некоторых случаях, для подготовки питьевой воды таким способом устанавливается минерализатор.

Химический (реагентный)

Суть способа - превратить растворимые соединения в нерастворимые. Для этого используются различные реактивы в зависимости от преобладания в воде солей того или иного типа. Для солей карбонатного типа используется известь, соединения натрия, сода и синтетические соединения, например, тринатрийфосфат. В итоге вода умягчается, но из-за присутствия реагентов в пищу употреблять ее нельзя.

Магнитный

На воду воздействуют путем наведения постоянного магнитного поля. Прохождение через магнитное поле меняет структуру солей жесткости. Молекулы перестают соединяться при нагревании и не образуют осадок, а также разрыхляют слой уже имеющейся накипи, которая растворяется в воде. Такой метод не снижает концентрацию солей, а препятствует их отложению в виде осадка. Для бытовых целей такая вода подходит хорошо: трубы, насосное оборудование и нагревательные элементы прослужат дольше. Эффективно умягчать воду можно с помощью магнитов можно только в небольших объемах и скорости потока не выше 0,5 м/с. С помощью магнитного умягчителя также снижается содержание железа.

Электромагнитный

Является усовершенствованной версией магнитного с той разницей, что избыток солей не только теряет способность выпадать в виде осадка, но и удаляется через отстойник в канализацию.

Ионообменный

Суть метода заключается в замещении ионов кальция и магния на ионы натрия, соединения которого растворимы и не оказывают негативного влияния на здоровье и оборудование.

Современные системы очистки питьевой воды нередко сочетают несколько способов, которые зависят от анализа воды из скважины. Определить, какой тип умягчителя нужен в вашей ситуации, помогут специалисты по водоочистке. Для артезианских скважин на территории Подмосковья, где преобладают карбонаты, рекомендуется установка умягчителей воды ионообменного типа.

Конструктивно устройство представляет собой пластиковый баллон, внутрь которого в виде гранул засыпается полимерная ионообменная смола, способная отдавать ионы натрия и поглощать ионы кальция и магния. Вода, поступающая в баллон, медленно проходит сквозь смолу на которой происходит реакция замещения. Когда концентрация ионов натрия в смоле падает, необходимо произвести процесс промывки и регенерации. С баллоном для этих целей соединен солевой бачок, откуда поступает раствор хлорида натрия. Процесс контролируется автоматическим блоком управления. Во время промывки подача умягченной воды прекращается, поэтому регенерация программируется на ночное время. Если разбор воды происходит непрерывно, то рекомендуется устанавливать два баллона и запускать регенерацию поочередно. Периодически, в среднем через 3-4 года, смолу необходимо менять, так как количество циклов её восстановления ограничено. Производительность системы зависит от объема загрузки в баллоне.

Статья подготовлена при участии специалистов отдела систем водоочистки сайта

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический Институт

Реферат

Методы осветления и умягчения воды.

Использование ингибитора ИОМС.

Руководитель ________________ Яковенко А.А

Студент ТЭ 06 - 03 ________________ Минаева Д.С

Красноярск 2009

Методы осветление воды.

Под осветлением воды понимают выделение из нее взвешенных веществ при непрерывном движении воды через специальные сооружения (отстойники, осветлители) с малыми скоростями. При малых скоростях движения воды содержащиеся в ней взвешенные вещества, удельный вес которых больше удельного веса воды, под действием силы тяжести осаждаются, образуя в отстойнике осадок.

Технологические схемы обработки воды определяются в каждом конкретном случае в зависимости от предъявляемых требований и включают следующие этапы работы:

технологические исследования и предварительные лабораторные испытания применяемых реагентов;

подбор и расчет оборудования для дозирования и смешивания реагентов;

выбор оборудования для тонкослойного осветления и уплотнения взвеси;

выбор и расчет скорых фильтров с зернистой загрузкой, как напорного, так и открытого типа;

выбор технологии и оборудования для обезвоживания шлама с последующей утилизацией;

выбор оборудования по обеззараживанию путем дозирования раствора хлорреагента (гипохлорит натрия) и контролю качества обработанной воды.

В зависимости от направления движения воды отстойники разделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Горизонтальный отстойник (рис. 1) представляет собой резервуар прямоугольного сечения, продольная (более длинная) ось которого направлена по движению воды. Осветляемая вода по трубе 1 направляется в распределительный желоб 2, имеющий ряд отверстий, служащих для более равномерного распределения потока воды по сечению отстойника. Скорость движения воды в этих отверстиях не должна превышать 0,4 м/сек. Осветленная вода поступает в другой желоб 3 и из него по трубе 4 отводится на фильтры. Осевшие частицы (шлам) скапливаются на дне, которое должно иметь уклон, обратный движению воды.

Время отстаивания для горизонтальных отстойников принимают обычно для коагулированной смеси не более 4 ч. Горизонтальные отстойники для осветления больших количеств воды могут разделяться по высоте на несколько параллельно включенных отделений (этажей). Преимущества этажных отстойников (предложение проф. П. И. Пискунова) - малая площадь застройки и меньший расход бетона. Такой отстойник построен на одной из крупнейших очистных станций Советского Союза.

Рис. 1. Схема горизонтального отстойника: 1 - лоток; 2 - приемная камера; 3 - приемный желоб; 4 - на фильтр; 5 - для удаления осадка

Рис. 2. Схема вертикального отстойника 1 - центральная труба; 2-лоток; 3- отводящая труба; 4 - трубопровод для удаления осадка

Вертикальные отстойники (рис. 2) представляют собой круглый в плане, иногда квадратный, резервуар с коническим днищем и центральной трубой, в которую подается осветляемая вода из камеры хлопье образования.

По выходе из центральной трубы в отстойник вода движется вверх с малой скоростью и сливается уже осветленной через борт концентрически расположенного желоба, откуда отводится на фильтр. Выпадающий на дно отстойника осадок периодически удаляется.

Скорость протекания воды в центральной трубе принимается от 30 до 75 мм/сек. Время отстаивания воды в отстойнике Т = 2 ч. Скорость восходящего движения воды составляет 0,5-0,6 мм/сек.

Диаметр отстойника не должен превышать 12 м, а отношение диаметра к высоте отстойника обычно принимают не более 1,5.

Радиальные отстойники представляют собой круглые резервуары с малоконическим дном. Вода поступает в центральную трубу и из нее направляется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника. Отстойники имеют небольшую глубину, осадок удаляют механизированным способом без нарушения работы отстойника. Радиальные отстойники сооружают диаметром от 10 л* и более при глубине от 1,5-2,5 ж (у стенки отстойника) до З-5 м (в центре).

Выбор типа отстойника зависит от суточной производительности станции, общей ее компоновки, рельефа местности, характера грунтов и т. д. Вертикальные отстойники рекомендуется применять при суточной производительности до 3000 м3. Горизонтальные Отстойники применяют при производительности станции более 30 000 м3/сут как в случае коагулирования воды, так и без него.

Радиальные отстойники целесообразны при больших расходах воды (более 40 000 м3/сут). Преимуществом этих отстойников по сравнению с прямоугольными горизонтальными является механизированное удаление осадка без прекращения работы отстойника. Их применяют при большой мутности речной воды (с коагулированием и без него) в основном для осветления производственной воды.

Осветлители со взвешенным осадком. Процесс осветления протекает значительно интенсивнее, если осветляемая вода после коагулирования пропускается через массу ранее образованного осадка, поддерживаемого во взвешенном состоянии током

Рис. 3. Осветлители: а - первоначальной конструкции; б - коридорного типа: 1 - распределительные трубы; 2 - желоба с затопленными отверстиями; 3 - рабочая часть осветлителя; 4- защитная зона; 5 - лоток отвода; 6 - труба для подсоса осадка; 7 - осадкоприемные окна; 8-уплотнитель осадка; 9 - трубы для сброса осадка) 10 - труба для отвода осветленной воды

Такие осветлители дают более высокий эффект осветления воды, чем в обычных отстойниках, что объясняется более быстрым укрупнением и задержанием взвеси при прохождении коагулированной воды через взвешенный осадок.

Применение осветлителя со взвешенным остатком дает возможность по сравнению с обычным отстойником снизить расход коагулянта, уменьшить размеры сооружений и получить более высокий эффект осветления воды.

Осветлитель первоначальной конструкции представляет собой цилиндрический резервуар с шламоуплотнителем в центральной его части (рис. 3, а). Здесь вода с реагентом поступает в воздухоотделитель, затем проходит вниз в дырчатые распределительные трубы 1, а далее- в отверстия дырчатого дна 2.

Вода, проходя через слой взвешенного осадка 3, выходит в зону осветления 4 и переливается в отводные желоба. В шламонакопитель 5 поступает излишек взвешенного осадка, откуда его периодически удаляют в канализацию.

Осветлитель коридорного типа (см. рис. 3, б) представляет собой прямоугольный резервуар. Коагулированная вода поступает в осветлитель по трубе 1 и через дырчатые трубы 2 распределяется в нижней (рабочей) части 3 осветлителя. Скорость движения воды в рабочей части должна быть такой, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. Этот слой способствует задержанию взвешенных частиц. Степень осветления воды при этом значительно выше, чем в обычном отстойнике.

Над рабочей частью находится защитная зона 4, где взвешенного слоя нет. Осветленная вода отводится лотком 5 и трубами 10 для последующей обработки. Избыточное количество осадка посредством отсоса в трубу 6 отводится через окна 7 в осадкоуплотнитель 8, где осадок уплотняется и периодически сбрасывается в канализацию по трубам 9.

Восходящую скорость потока в рабочей части осветлителя принимают равной 1-1,2 мм/сек.

Методы умягчения воды.

Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение ее, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг.экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7-1,0 мг.экв/л. Умягчение воды для хозяйственно-питьевых целей также целесообразно, особенно в случае, если она превышает 7 мг.экв/л.

Применяют следующие основные методы умягчения воды:

1) реагентный метод.- путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;

2) катионитовый метод, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы (натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенных в воде солей. В результате обмена Задерживаются ионы кальция и магния и образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;

3) термический метод, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.

Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть - с помощью катионного обмена.

Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаС0 3 и Mg(OH) 2 , выпадающих в осадок.

Оба реагента - соду Na 2 C0 3 и известь Са(ОН) 2 -вводят в умягчаемую воду одновременно или поочередно.

Соли карбонатной, временной жесткости удаляют известью, не карбонатной, постоянной жесткости - содой. Химические реакции при удалении карбонатной жесткости протекают следующим образом:

Са (НС0 3) 2 + Са (ОН) 2 = 2 СаС0 3 + 2Н 2 0.

При этом карбонат кальция СаС03 выпадает в осадок. При удалении бикарбоната магния Mg(HC0 3) 2 реакция идет так:

Mg (НСОа)2 + 2Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + 2СаС0 3 + 2Н 2 0.

Гидрат окиси магния Mg(OH) 2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na 2 C0 3 . Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:

Na 2 C0 8 + CaS0 4 = CaCO 8 +Na 2 S0 4 ;

Na 2 CO 3 + CaCl 2 = CaC0 3 + 2NaCl.

В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок.

Для глубокого умягчения применяют такие вспомогательные мероприятия, как подогревание обрабатываемой воды примерно до 90, при этом остаточная жесткость может быть доведена до 0,2- 0,4 мг.экв/л.

Без подогрева обработка воды проводится большими избыточными дозами извести с последующим удалением этих избытков путем продувки воды углекислотой. Последний процесс называется рекарбонизацией.

На рис. 4 представлена схема реагентной водоумягчительной установки, в состав которой входят устройство для приготовления и дозирования растворов реагентов, смесители, камеры реакции, осветлители, фильтры.

Для умягчения равномерно подаваемой воды, поступающей непрерывно, применяют те же дозаторы растворов соды и извести, что и при коагулировании. Если же расход умягчаемой воды имеет колебания, применяют так называемые пропорциональные дозаторы.

Рис. 4. Схема реагентного умягчения воды:1 -камера реакций (вихревой реактор); 2 - осветлитель; 3 - кварцевый фильтр; 4 -смеситель; 5, 6 и 7 - дозаторы растворов реагентов; 8, 9 и 10 - баки для растворения коагулянтов и соды для приготовления известкового молока; 11 - бак; 12 - насос; 13 - воздухоотделитель.

Содово-известковый способ пригоден для умягчения воды с любым соотношением карбонатной и некарбонатной жесткости.

Недостатки содово-известкового способа умягчения заключаются в следующем: 1) вода не умягчается полностью; 2) установки для умягчения громоздки; 3) необходима тщательная дозировка соды и извести, чего трудно достичь из-за непостоянства состава умягчаемой воды и реагентов.

Катионитовый способ умягчения основан на способности веществ, называемых катеонитами, обменивать содержащиеся в них катионы натрия Na+ или водорода Н+ на катионы кальция или магния, растворенных в воде. В соответствии с этим различают натрий-катионитовый и водород-натрий: катионитовый методы умягчения воды.

При помощи катионитов вода умягчается на установке, состоящей из нескольких металлических напорных резервуаров, загруженных катионитом (рис. 5).

Необработанная вода поступает в фильтр по трубам А, Б и В; выпуск умягченной воды происходит по трубе Г При работе фильтра задвижки 2 и 5 открыты, а остальные {1, 3, 4 и 6) закрыты. Перед регенерацией фильтр промывают.

Для промывки фильтра вода из бака Д подается по трубе Е и проходит по дренам снизу вверх. Продолжительность промывки 20-30 мин, интенсивность 4-6 л/сек на 1 м2. Промывная вода с фильтров отводится по трубам В, Б, Ж, причем задвижки 4 и 3 открыты, а остальные закрыты.

Регенерирующий раствор катионита при регенерации подается по трубе В, проходит фильтр сверху вниз и сбрасывается по трубе. В этом случае задвижки 1 и 6 открыты, остальные (2-5) закрыты; продолжительность регенерации около 30-60 мин, а отмывки от регенерирующего раствора 40-60 мин.

Рис. 5. Схема катионитовой водоумягчительной установки

Преимущества катионитового способа заключаются в следующем: 1) вода умягчается почти полностью; 2) дозировать нужно только раствор поваренной соли или серной кислоты; 3) фильтры изготовляют заводским способом. К числу недостатков этого способа следует отнести необходимость предварительного осветления воды, так как коллоидные и органические вещества обволакивают зерна катионитов и уменьшают их обменную способность.

Реагенты, применяемые при обработке воды, вводят, в воду в следующих местах:

а) хлор (при предварительном хлорировании) - во всасывающие трубопроводы насосной станции первого подъема или в водоводы, подающие воду на станцию очистки;

б) коагулянт - в трубопровод перед смесителем или в смеситель;

в) известь для подщелачивания при коагулировании - одновременно с коагулянтом;

г) активированный уголь для удаления запахов и привкусов в воде до 5 мг/л - перед фильтрами. При больших дозах уголь следует вводить на насосный станции первого подъема или одновременно с коагулянтом в смеситель водоочистной станции, но не ранее чем через 10 мин после введения хлора;

д) хлор и аммиак для обеззараживания воды вводят до очистных сооружений и в фильтрованную воду. При наличии в воде фенолов аммиак следует вводить как при предварительном, так и при окончательном хлорировании.

Раствор коагулянта приготовляют в растворных баках; откуда его надлежит выпускать или перекачивать в расходные баки. Для подачи в воду заданного количества раствора коагулянта следует предусматривать установку дозаторов.

При использовании автоматических дозаторов, основанных на принципе изменения электропроводности воды в зависимости от примесей, известь для подщелачивания следует вводить после отбора коагулированной воды, идущей к дозатору.

К специальным видам очистки и обработки воды относятся: опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.

Механизм действия ингибиторов ИОМС.

При нагреве воды в процессе работы системы отопления происходит термический распад присутствующих в ней гидрокарбонат-ионов с образованием карбонат-ионов. Карбонат-ионы, взаимодействуя с присутствующими в избытке ионами кальция, образуют зародыши кристаллов карбоната кальция. На поверхности зародышей осаждаются все новые карбонат-ионы и ионы кальция, вследствие чего образуются кристаллы карбоната кальция, в котором часто присутствует карбонат магния в виде твердого раствора замещения. Осаждаясь на стенках теплотехнического оборудования, эти кристаллы срастаются, образуя накипь (рис. 6, а).

Основным компонентом, обеспечивающим противонакипную активность всех рассматриваемых ингибиторов, являются органофосфонаты - соли органических фосфоновых кислот. При введении органофосфонатов в воду, содержащую ионы кальция, магния и других металлов они образуют весьма прочные химические соединения - комплексы. (Во многие современные ингибиторы органофосфонаты входят уже в виде комплексов с переходными металлами, главным образом с цинком.) Так как в одном литре природной или технической воды содержится 1020–1021 ионов кальция и магния, а органофосфонаты вводят в количестве всего лишь 1018–1019 молекул на литр воды, все молекулы органофосфонатов образуют комплексы с ионами металлов, а комплексоны как таковые в воде не присутствуют. Комплексы органофосфонатов адсорбируются (осаждаются) на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуя дальнейшей кристаллизации карбоната кальция. Поэтому при введении в воду 1–10 г/м3 органофосфонатов накипь не образуется даже при нагревании очень жесткой воды (рис. 6, б).

Комплексы органофосфонатов способны адсорбироваться не только на поверхности зародышей кристаллов, но и на металлических поверхностях. Образующаяся тонкая пленка затрудняет доступ кислорода к поверхности металла, вследствие чего скорость коррозии металла снижается. Однако наиболее эффективную защиту металла от коррозии обеспечивают ингибиторы на основе комплексов органических фосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами, которые были разработаны и внедрены в практику профессором Ю.И. Кузнецовым. В приповерхностном слое металла эти соединения способны распадаться с образованием нерастворимых соединений гидроксида цинка, а также комплексов сложной структуры, в которых участвует много атомов цинка и железа. В результате этого образуется тонкая, плотная, прочно сцепленная с металлом пленка, защищающая металл от коррозии. Степень защиты металла от коррозии при использовании таких ингибиторов может достигать 98%.

Современные препараты на основе органофосфонатов не только ингибируют солеотложения и коррозию, но и постепенно разрушают застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это объясняется образованием в порах накипи поверхностных адсорбционных слоев органофосфонатов, структура и свойства (например, коэффициент температурного расширения) которых отличаются от структуры кристаллов накипи. Возникающие при эксплуатации системы отопления колебания и градиенты температуры приводят к расклиниванию кристаллических сростков накипи. В результате накипь разрушается, превращаясь в тонкую взвесь, легко удаляемую из системы. Поэтому при введении препаратов, содержащих органофосфонаты, в системы отопления с большим количеством застарелых отложений накипи и продуктов коррозии, необходимо регулярно спускать отстой из фильтров и грязевиков, установленных в нижних точках системы. Спуск отстоя следует производить, в зависимости от количества отложений, 1–2 раза в сутки, из расчета подпитки системы чистой, обработанной ингибитором, водой в количестве 0,25–1% водного объема системы в час. Необходимо отметить, что при повышении концентрации ингибитора свыше 10–20 г/м3 накипь разрушается с образованием весьма грубых взвесей, способных забить узкие места системы отопления. Поэтому передозировка ингибитора в этом случае грозит засорением системы. Наиболее эффективная и безопасная очистка систем отопления от застарелых отложений накипи и продуктов коррозии достигается при использовании препаратов, содержащих поверхностно-активные вещества, например, композиции «ККФ».

а) б)

Рис. 6. Разрез внутриквартального 89 мм трубопровода горячего водоснабжения:

а - по истечении двух лет работы на воде жeсткостью 8–12 мг-экв/дм3;

б - через шесть месяцев после начала обработки воды ингибитором ИОМС-1.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение «Юго-Западный государственный университет»

Кафедра общей и неорганической химии

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор – проректор по учебной работе

Е.А. Кудряшов «___»____________2012 г.

ЖЁСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЁ УМЯГЧЕНИЯ

Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине ""Химия"" для студентов нехимических специальностей

УДК 546 Составители: И. В. Савенкова, Ф.Ф. Ниязи

Рецензент Кандидат химических наук, доцент В. С. Мальцева

Жёсткость воды и методы её умягчения: Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине ""Химия"" для студентов нехимических специальностей / Юго-Зап. гос. ун-т; Сост.: И. В. Савенкова, Ф.Ф. Ниязи Курск, 2012. 18с.

Излагаются методические материалы по оценке жёсткости воды и методам её умягчения, представлены лабораторная работа по данной теме и индивидуальные задания для студентов.

Предназначены для студентов нехимических специальностей.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ

1. Жёсткость воды и причины её образования. Единицы измерения жёсткости.

2. Виды жёсткости: временная, постоянная, общая, карбонатная и некарбонатная. Какими ионами они обусловлены?

3. Влияние жёсткости на рН воды.

4. Негативные последствия использования жёсткой воды в промышленности.

5. Основные методы умягчения промышленных вод. Чем руководствуются при их выборе?

6. Термический метод умягчения воды. Его достоинства и недостатки.

7. Реагентные методы, используемые для умягчения воды. Какие химические процессы происходят при умягчении воды методом: а) известкования; б) фосфатирования; в) содовым; г) добавлением гидроксида натрия?

8. Умягчение воды ионнообменным методом.

9. Ионообменная емкость катионита и анионита. В каких единицах она выражается? От каких факторов зависит?

10. Почему для регенерации катионита его промывают раствором хлористого натрия, а затем водой? Можно ли регенерировать катионит, промывая его раствором хлористого магния?

Библиографический список

1. Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высш. шк., 2007 г.

2. Задачи и упражнения по общей химии/ Под ред. Н.В. Коровина. М.: Высш. шк., 2004 г.

3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. М.: Интеграл-прес, 2002 г.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк.,

Природная вода является сложной многокомпонентной системой, в которой содержатся в растворенном виде различные органические и неорганические соединения.

1) Главнейшие ионы.

Катионы: Na+ , Ca2+ , Mg2+ , K+ (реже Fe2+ , Fe3+ , Mn2+ ); Анионы: HCO3 - , SO4 2- , Cl- , CO3 2- (реже HSiO3 - , SO3 2- , S2 O3 2- ).

2) Растворенные газы.

В воде чаще всего растворены: углекислый газ, кислород, азот, сероводород, метан и др.

3) Биогенные вещества.

К биогенным веществам относятся те соединения, которые возникают в связи с жизнедеятельностью организмов. В их состав входят различные формы азота (аммиачный, нитритный, нитратный), фосфора, кремния, железа.

4) Микроэлементы.

К ним относятся элементы, которые содержатся в воде в количествах меньших 10-3 %.

5) Органические вещества.

Это могут быть различного рода растительные и животные организмы, микроорганизмы и продукты их взаимодействия с окружающей средой.

Природные воды сильно различаются по общему содержанию растворенных солей и по относительному содержанию различных ионов. Это различие может существенно влиять на свойства воды и,

следовательно, на применение ее в различных областях. Специфические свойства воде придают ионы Ca2+ и Mg2+ ,

присутствие которых определяют жесткость воды .

Жесткость воды – один из технологических показателей, принятых для характеристики состава и качества природных вод,

который характеризуется содержанием числа миллимолей эквивалентов ионов Са2+ и Мg2+ в 1 л воды. Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию в воде 20,04 мг/л Са2+ или 12,16мг/л Mg2+ , что соответствует значению эквивалентной массы этих ионов.

Эти ионы появляются в природных водах в результате

взаимодействия с известняками или в результате растворения гипса. CaCO3 + H2 O + CO2 = Ca2+ + 2HCO3 -

Жёсткость природных вод колеблется в широких пределах. Вода, жёсткость которой менее 4 мэкв/л ионов Са2+ и Мg2+ , характеризуется как мягкая, от 4 до 8 – умеренно жёсткая , от 8 до 12

– жёсткая и более 12 мэкв/л – очень жёсткая .

Например, наиболее мягкой является вода атмосферных осадков (0,07-0,1мэкв/л), а жесткость океанской воды составляет 130 мэкв/л.

Различают несколько видов жёсткости: общую, временную, постоянную, карбонатную и некарбонатную.

Общей жёсткостью называется суммарная концентрация ионов Ca2+ , Mg2+ в воде, выраженная в мэкв/л.

Постоянная жёсткость - часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определённого времени.

Временная жёсткость – часть общей жёсткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Она равна разности между общей и постоянной жёсткостью.

Карбонатная жёсткость – часть общей жёсткости,

эквивалентная концентрации гидрокарбонатов кальция и магния. Некарбонатная жёсткость - часть общей жёсткости, равная

разности между общей и карбонатной жёсткостью.

Пример 1. В 5 м 3 воды содержится 250 г ионов кальция и 135 г ионов магния. Определить общую жесткость воды.

Решение . Найдем содержание ионов кальция и магния (в мг/л) в

250 1000 / 5 1000 = 50 (мг/л) ионов Са2+

и 135 1000 / 5 1000 = 27 (мг/л) ионов Mg 2+ .

1 мэкв жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов. Са2+ или 12,16 мг/л ионов Мg2+ ; следовательно,

Ж = 50/20,04 + 27/12,16 = 4,715 (мэкв/л).

Ответ : вода умеренно жесткая.

Пример 2 . Вычислить карбонатную жёсткость воды, зная, что на титрование 100мл этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция,

потребовалось 6,25мл, 0,08 н раствора НС1. Привести уравнение соответствующей реакции.

Решение : Задачу решаем используя закон эквивалентов для растворов.

Вычислим нормальность раствора гидрокарбоната кальция: N1 = 6,25 0,08 ⁄ 100 = 0,005 н

Следовательно, в 1 л воды содержится 0,005 1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция.

Ответ: Ж=5мэкв/л

Ионы Ca2+ и Mg2+ не представляют опасности, но значительное их содержание в воде приводит к перерасходу мыла, ухудшению вкуса продуктов и т.д. При нагревании и, особенно при испарении воды соли этих металлов образуют слой накипи, снижающий коэффициенты теплопередачи в охлаждающих и нагревающих системах, что является крайне нежелательным.

Использование природной воды в технике требует ее предварительной очистки. Процесс, приводящий к снижению жёсткости воды, называется умягчением воды .

Способы умягчения воды можно разделить на три основные группы:

1) термическое умягчение воды; 2) реагентные методы умягчения; 3) умягчение воды методом ионного обмена.

1. Термический способ умягчения воды

Временная или карбонатная жесткость , устраняется нагреванием воды до 70-80°С и последующей фильтрацией. При нагревании протекают реакции:

Са(НСОз)2 = СаСО3 + СО2 + H2 O

Mg(HCО3 )2 = MgCО3 + CO2 + H2 О

Однако полностью устранить карбонатную жёсткость термическим методом нельзя, т. к. СаСО3 , хотя и незначительно, но растворим в воде. Растворимость МgСО3 достаточно высока, поэтому гидрокарбонат магния сразу же взаимодействует с водой, т.е.

наблюдается процесс гидролиза и вместо МgСО3 , в осадок выпадает

Mg(ОН)2:

MgC03 + H2 О =Мg(ОН)2 + СO2

Термическое умягчение воды связано со значительными затратами, поэтому применяется лишь в том случае, когда вода должна подвергаться соответствующему нагреву.

2. Реагентное умягчение воды.

Реагентное умягчение воды состоит в том, что при введении в

воду специальных реагентов катионы кальция и магния, растворенные в ней, переходят в практически нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок. В зависимости от используемых реагентов методы водоумягчения классифицируют на известковый, известково-содовый, щелочной, фосфатный и бариевый.

2.1.Известковый метод.

Данный метод используют для частичного устранения из воды карбонатной жесткости.

При введении в воду гашёной извести в виде известкового молока гидрокарбонат кальция соли осаждаются в виде карбонатов:

Са(НСОз)2 + Са(ОН)2 = 2СаСОз + 2Н2 О, Дальнейшее введение в воду извести приводит к гидролизу

магниевых солей и образованию малорастворимого гидроксида магния, который при рН≥ 10,2…10,3 выпадает в осадок:

Mg(HCO3 )2 + Ca(OH)2 = MgCО3 + СаСО3 + CO2 + 2H2 О MgCО3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 ,

Известкованием устраняют из воды и некарбонатную магниевую жесткость при условии, что рН воды будет не ниже 10,2 (при других значениях рН воды гидроксид магния не выпадает в осадок):

MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4

MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2

Приведенные уравнения показывают, что магниевая жесткость устраняется, но значение общей жесткости остается неизменным, так как магниевая жесткость заменяется кальциевой, некарбонатной. Поэтому данный способ можно применять только для умягчения воды с большим значением карбонатной жесткости.

Устранение временной жесткости нейтрализацией гидрокарбонатов гашеной известью применяется крайне редко, т. к. а) мелкодисперсные осадки плохо осаждаются, и требуется укрупнение частиц; б) большое количество мелкодисперсных органических веществ препятствует образованию осадка.

2.2.Известково-содовый

Этот метод используют для одновременного понижения карбонатной и некарбонатной жесткости, когда не требуется глубокого умягчения воды.

Химизм процесса описывается реакциями: MgS04 + Na2 СОз = MgСОз↓ + Na2 SO4 CaCl2 + Na2 CO3 = СаСОз↓ + 2NaCl

(Уравнения реакций устранения карбонатной жесткости с помощью извести смотри выше в п.2.1.).

После добавления в воду реагентов происходит мгновенное образование коллоидных соединений СаСОз и Mg(OH)2 , однако их переход от коллоидного состояния в грубодисперсное, т.е. в то состояние, при котором они выпадают в осадок, занимает длительное время. Поэтому часто известково-содовый способ сочетают с термическим. Например, такое сочетание используют при умягчении воды, которая используется для питания котлов низкого давления, для подпитки теплосети и т.д.

Глубина умягчения воды при известково-содовом методе соответственно равна: без подогрева воды жесткость понижается до

1…2мэкв/л;

при подогреве воды до 80…90о С жесткость понижается до

0,2…0,4мэкв/л.

2.3. Щелочной метод.

Данный метод умягчения воды описывается следующими уравнениями химических реакций:

Ca(HCO3 )2 + 2NaOH = CaCO3 ↓ + Na2 CO3 + H2 O

Mg(HCO3 )2 + 2NaOH = Mg(OH)2 ↓ + Na2 CO3 + H2 O + CO2

CaSO4 + Na2 CO3 = CaCO3 ↓ + Na2 SO4

CaCl2 + Na2 CO3 = CaCO3 ↓ + 2NaCl

CO2 +NaOH = Na2 CO3 + H2 O

MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2 ↓ + Na2 SO4

MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 ↓ + 2NaCl

Из приведенных уравнений реакций следует:

1) гидроксид натрия (NaOH) в процессе умягчения воды расходуется на устранение карбонатной жесткости и нейтрализацию углекислого газа, растворенного в воде.

2) сода (Na 2 CO3 ), образующаяся при распаде гидрокарбонатов и нейтрализации углекислого газа, используется для удаления некарбонатной жесткости.

Глубина умягчения воды при щелочном методе такая же, как и при известково-содовом, т.е. значение остаточной жесткости практически около 1мэкв/л, а при подогреве умягчаемой воды –

0,2…0,4мэкв/л.

2.4.Фосфатный метод.

Данный метод умягчения воды является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды фосфатом натрия описывается следующими уравнениями реакций:

3CaS04 + 2Na3 P04 = Саз (РО4 )2 ↓ + Na2 SO4 3MgCl2 + 2Na3 PO4 = Mg3 (PO4 )2 ↓ + 6NaCl 3Ca(HCO3 )2 + 2Na3 PO4 = Ca3 (PO4 )2 ↓ + 6NaHCO3 3Mg(HCO3 )2 + 2Na3 PO4 = Mg3 (PO4 )2 ↓+ 6NaHCO3

Как видно из приведенных уравнений реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.

Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105…1500 С, достигая уменьшения жесткости до 0,02...0,03мэкв/л. Из-за высокой стоимости фосфата натрия фосфатный метод обычно используют для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой. Данный метод используется, например, для подготовки питательной воды для котлов среднего и высокого давления (588…980МПа).

2.5.Бариевый метод.

Умягчение воды основано на введении в нее гидроксида бария или алюмината бария и образовании практически нерастворимых соединений кальция и магния, а также сульфата бария. Химизм процесса описывается следующими уравнениями реакций:

CaSO4 + Ba(OH)2 = Ca(OH)2 ↓ + BaSO4 ↓

CaCl2 + BaAl2 O4 = BaCl2 + CaAl2 O4 ↓

Ca(HCO3 )2 + BaAl2 O4 = CaAl2 O4 ↓ + BaCO3 ↓ + H2 O + CO2

(Аналогичные уравнения реакций можно записать и для солей магния).

Бариевый метод умягчения воды очень дорогой, а бариевые соли ядовиты, поэтому его целесообразно применять при частичном обессоливании воды за счет извлечения сульфатов.

Пример 3. Жесткость воды равна 5,4 мэкв ионов кальция в 1 л воды. Какое количество фосфата натрия Na3 P04 необходимо взять, чтобы понизить жесткость 1 т воды практически до нуля.

Решение : Задачу решаем, используя формулу

Ж = m / Э V, (1)

где m – масса вещества, обусловливающего жёсткость воды, или применяемого для устранения жёсткости воды, г;

Э – эквивалентная масса этого вещества; г/моль; V – объём воды, л.

Э (Na3 PO4 ) = М(Na3 PO4 ) / n В,

где n – количество ионов металла; В – валентность металла.

Э(Na3 PO4 ) = 164 / 3 =54,7 (г/моль)

Из уравнения (1) выразим массу

m = Ж Э V = 5,4 54,7 1000 = 295,38 (г) Ответ: m = 295,38г.

3. Методы ионного обмена

Катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых катионитами , обменивать содержащиеся в них активные группы катионов (натрия, водорода и др.), на катионы кальция или магния, находящиеся в воде.

В настоящее время большое распространение получили ионообменные смолы, которые получают на основе синтетических полимеров. Ионнообменные смолы – это сетчатые, трёхмерные полимеры, не растворяющиеся в воде, но ограниченно набухающие в ней и содержащие групы, способные к обмену ионов

Умягчаемую воду фильтруют через слой катионита, при этом катионы кальция и магния из воды переходят в катионит, а в воду

Разбирать проблемы излишней жесткости современной воды невозможно без детального изучения многообразия способов умягчения воды . Обилие фильтров на полках магазинов и рынков заставляет задуматься над тем, что выбор прибора для квартиры не так прост. И чтобы выбрать нужный вариант умягчителя нужно ознакомиться хотя бы с разными видами способов умягчения воды. Не зная основ, невозможно разбираться в теме.

Хотя о накипи у нас знают достаточно много, до сих пор существует слишком много предубеждений в отношении фильтрующих приборов, а также мифов о бесполезности , по крайне мере для бытовых условий. Излишняя жесткость воды приводит к большому количеству нежелательных явлений. Цена образования накипи и плохой растворимости жестковатой некачественной водой любых моющих средств слишком дорога, чтобы сегодня пренебрегать вопросами умягчения воды.

У нас почему-то считается, что излишняя жесткость в воде это миф, и что использование фильтров, это выкачка денег из доверчивых граждан. При этом все прекрасно видели и знают, что такое накипь и насколько трудно бороться с ней, как непросто ее удалять, постоянно из месяца в месяц. Если у вас есть сомнения в степени жесткости вашей воды, вы всегда можете провести химический анализ воды. Он всегда поможет вам не только определить, на сколько вода у вас чистая, и пригодная в пищу. На основе ее результатов вы сможете составить правильную, то есть грамотную .

О том, что вы пользуетесь некачественной водой, вы узнаете по многим признаком, столь нам всем хорошо знакомым. Излишняя жесткость проявит себя даже при варке. Такая вода заставляет мясо становится более жестким. Овощи при варке в такой воде разваливаются. И извечная кромка осадка солей жесткости. Если у вас уже есть такие чайники или кастрюли с извечной твердой кромкой внутри на поверхностях, то сто процентов жесткость в вашей воде давно превысила допустимые пределы. О наличии подобной воды в квартире вы узнаете не только по известковому налету внутри чайника, оставит свой след вода и даже при мытье посуды в посудомоечной машине. Казалось бы, бокалы и тарелки после мытья в такой машинке должны выходить скрипящими и идеально чистыми, но не в случае с жестковатой водой. Об использовании подобной воды можно будет узнать по предательским белым разводам на бокалах, по едва заметному белому налету на тарелках.

Сказывается жесткость и на качестве приготовленных блюд, и чая с кофе. У настоящего натурального кофе, заваренного на хорошей воде совсем другой вкус, и если вы настоящий кофеман, то вопрос создания системы очистки от жесткости вас ни разу не смутит. Стоит только попробовать хороший кофе на правильной воде.

О присутствии в воде излишков солей кальция с магнием скажет и плохо выстиранная одежда. Образование накипи – это далеко не все к чему приводит работа с подобной водой. Есть у нее еще такая особенность – как плохая растворимость, что порошка, что мыла с моющим средством для посуды. Работая с жестковатой водой, сэкономить никак не удастся. Вот эта особенность приводит к быстрому износу тканей, они начинают трещать и рваться буквально на глазах. И стоит установить перед стиральной машинкой один электромагнитный умягчитель воды АкваЩИт и проблема с повышенной жесткостью воды будет решена. Но многие считают, что прибор на магнитах не может чистить воду. Пока они же на собственном примере не убеждаются, как рационально и экономно работают способы умягчения воды.

И еще один момент - использование некачественной воды для личного употребления, в конце концов, негативно отразиться на нашем здоровье. Нельзя безнаказанно пить такую воду. И ваш организм вам ответит различными хроническими заболеваниями, ранним старением кожи и выпадением волос. Только не все люди могут сразу идентифицировать причину таких болезней в жесткости воды.

Способы умягчения воды подразумевают применение специальных приборов. Их задача устранить из воды излишек двух карбонатных солей. Но есть и более примитивные способы. Их почти не используют сегодня, но когда-то до изобретения , их применяли наши предки в стремлении хоть как-то оградить себя от пагубного влияния кальция и магния.

Таким самым простым способом умягчения воды является применение простого кусочка кремния. Все, что вам нужно для получения мягкой воды, это купить кусочек кремния размером где-то 5х5 см и положить его в бутыль (3-литровый) с водопроводной водой. Через недели вы сможете пить «заряженную» воду и она будет не плесневелая, а мягкая и вкусная, еще и с лекарственными свойствами. Таково влияние кремния на соли кальция и магния. Очень часто в древности облицовывали колодец кремнием, чтобы получить хорошую воду.

На сегодня использование такого кремниевого способа умягчения воды имеет право на жизнь, но очистить с его помощью большое количество воды вряд ли удастся. Поэтому только лечебное, лекарственное применение такого способа.

Для промышленности использование примитивных способов умягчения воды невозможно. В этой ситуации даже применение тщательно продуманной, сделанной на основе химического анализа воды, системы подготовки воды не является полной защитой от образования накипи. Так в теплоэнергетике, все равно придется проводить очистку от известкового налета. И разница состоит в том, что после работы , налет образуется слабенький, а нарастает медленнее и что немаловажно достаточно легко устраняется. Вам даже не придется покупать под него специальные средства. Достаточно обычной промывки водой.

Образование накипи не хуже плохой растворимости в воде вредит бытовым приборам и оборудованию. Проблема еще в том, что если накипь не убирать своевременно, то она начинает нарастать еще быстрее, и еще увереннее. И в след за ней, начинает потихоньку развивать свою деятельность коррозия. Эти два явления неразрывно связаны между собой.

Мало того, что накипь, это не эстетично, некрасиво, мало полезно, но еще и вместе с образованием накипи возрастает угроза потерять технику и дорогостоящее оборудование. Проблемы с накипью особенно в промышленности – это всегда очень большие расходы. Способы умягчения воды. как реагентные, так и безреагентные не могли проявиться просто так. Должны были быть веские причины для их создания. Вот такой причиной и является накипь.

В котельных, особенно паровых, – это целая история. Для того, чтобы паровая котельная работала, качество пара должно быть очень высоким и за время очистки, что вода, что пар проходят огромное количество инстанций, что помогает в дальнейшем паровым электростанциям прослужить гораздо дольше, чем при работе с неочищенной водой.

К чему же приводит плохая вода? Ее разогревают. Соли жесткости в процессе нагрева образуют малорастворимый осадок, то есть накипь, которая при нагреве оседает именно на нагреваемую поверхность. Образованный слой, хоть и образовался в процессе нагрева, но сам по себе тепло не поглощает,и не передает. И мы помним, отложился он как раз на нагревательной поверхности. Со временем плотность слоя накипи достигает таких пределов, что тепло абсолютно перестает передаваться в воду.

За этот отрезок времени расход топлива растет просто невообразимо. Ведь прибор или оборудование пытается работать. А их работа – это греть воду. И чтобы это сделать, нужно попытаться так нагреть накипь, чтобы она хотя бы 10 процентов переданного ей тепла отдала в воду. Для этого приходится расходовать очень много топлива. Это занимает много времени и поверхности при этом терпят бешенные перегрузки. Естественно вечно это продолжаться не может. Металлы, как будь то попадают в мартеновскую печь, если они покрыты слоем накипи.

Вот и получается, что бытовой прибор может отключиться, чтобы не перегореть, а котел на твердом топливе этого сделать не может. Его только может разорвать от подобного эффекта. Здесь и человеческие жертвы возможны. Поэтому к тому, нужно относиться очень правильно и внимательно. Упускать очистки от накипи особенно в промышленности категорически нельзя.

Любая очистка от накипи промышленного оборудования подразумевает под собой обязательную остановку системы. Это простои, это снова недопоставленная вовремя продукция, это расходы. Сделать очистку от накипи при работающем оборудовании не представляется возможным. Только остановка и очистка. И чаще всего разборная очистка, т.к. оборудование, что в котельных, что в металлургии сложное. Добраться до самых отдаленных мест сразу не получится. Вот и считайте, так ли уж дешево удаление. Бригады по монтажу оборудования, бригады по чистке поверхностей, время на простои, оплата за чистящие средства. На удалении накипи сэкономить точно не получится.

И как бы вы не старались, бесследно провести какую либо противонакипную очистку точно не удастся. Всегда будут царапины, механическая очистка снимает не только защитное покрытие, она заденет и основной слой. Ну а любая испорченная поверхность – любимое место отложения накипи. Вот и получается, что устраняя одну накипь, мы стимулируем быстрое образование других слоев. Так, что невыгодно постоянно удалять накипь, совсем не выгодно.

Теперь, что касается способов умягчения жесткой воды. Хоть и может показаться на первый взгляд, что приборов для умягчения много, и, тем не менее, способов умягчения жесткой воды не так уж много, хотя выбор какой-никакой есть. Способы можно смело поделить на химические и физические. Химическая очистка воды подразумевает использование разнообразных реагентов, в процессе работы которых соли жесткости становятся малорастворимыми, выпадают в осадок и легко выводятся из систем, где используют воду. Давайте подробнее узнаем про эти способы умягчения жесткой воды. Их виды и преимущества.

Физические способы умягчения воды

Группа же физических способов умягчения воды работает без применения каких-либо химикатов. Эта группа идеальна для очистки водопроводной воды, то есть той воды, которая в том числе идет для личного использования – пить и есть. Там вода должна быть мягкой по умолчанию.

Мембранные способы умягчения воды

Еще можно выделить группу мембранных способов умягчения воды . Сюда входят очень популярный в промышленности обратный осмос. Это метод тонкой очистки с помощью давления. Внутри такого прибора располагается тонкая мембрана, выполненная из дорогостоящих материалов. Вся поверхность такой мембраны испещрена отверстиями. Диаметр таких дырочек не превышает размера молекулы воды. Такая полупроницаемая поверхность дает возможность устранить из воды практически любые примеси, которые имеют размер более молекулы воды.

С таким прибором вы легко сможете получить воду идеальную для той же фармакологии или для производства питьевой воды. Дистиллят получают с помощью нанофильтрации. Это еще один вид обратного осмоса, только низконапорного.

Главный козырь этого способа умягчения воды – высочайшая степень очистки, возможность получить воду с заданными признаками, только сменив мембрану. Но есть у обратного осмоса, как и у других мембранных способов очистки воды, свои минусы. Когда прибор работает, очень много воды находится внутри прибора. Так происходит по нескольким причинам. Во-первых, скорость просачивания через мембрану далеко не такая высокая, плюс прибор включает в себя не один фильтр. В установку могут входить обратный осмос, механический фильтр и кондиционер. Последний в обязательном порядке ставят на установках для производства питьевой воды. Такой способ умягчения воды очень хорошо устраняет любые примеси вплоть до бактерий с вирусами, что для питьевой воды немаловажно. Потом без кондиционирования такая вода становится непригодной для личного использования. Ну и потом использование обратного осмоса значительно ограничивает стоимость установки. Далеко не все в быту пока могут дозволить себе, использовать такую установку.

Химический способ умягчения воды

Химический способ умягчения воды как мы уже говорили, подразумевает использование химических веществ. Сюда относят и натрий хлор, и фосфаты. Для такого умягчения чаще всего используют дозаторы, которые монтируют на трубу водопровода. Такие способы плохи тем, что химикаты могут образовывать другие примеси в воде и получается все тот же осадок. Только он еще и очень плохо устраняется. При этом к химическому способу умягчения воды относится и химическое восстановление фильтрующих частей приборов. Поэтому самым известной такого способа является ионный обмен. Здесь картридж восстанавливают с помощью очень соленого раствора. После восстановления картридж сможет снова работать.

Ионообменный способ умягчения воды

Ионный обмен , как способ умягчения воды один из самых простых. Каких-то особых конструкций он не требует. Основа, как понятно из названия ионный обмен. Работает внутри такого прибора гелеобразная смола. В ней содержится большое количество натрия, который очень быстро при контакте с жестковатой водой сменяется на кристаллы солей кальция и магния. Вот и получается простой и быстрый процесс очистки, без каких либо усилий. Спустя определенный период времени, весь натрий из картриджа вымывается.

В промышленности картридж восстанавливают, промывая раствором, а вот в быту просто меняют, т.к. питьевая вода не терпит реагентов. Скорость очистки отличная, только вот расходы на картриджи или их восстановление довольно большие. Да и в быту фильтр-кувшин в состоянии от силы очистить вам пару тройку литров. Для полной защиты от накипи и жесткости придется в обязательном порядке использовать еще один фильтр.

Безреагентный способ умягчения воды

Ярким представителем безреагентного способа умягчения воды является магнитное силовое воздействие. Основу таких приборов составляют мощные магниты. Обязательно постоянные. Такой прибор еще только монтируешь, а магнитное поле уже работает. При этом прибор легко установить, легко снять. Обслуживания он не требует, не нужны ему картриджи и очистки. Он работает. Магнитное силовое поле, таким образом, пронизывает воду, что находящиеся в ней соли жесткости теряют прежнюю форму. Теперь это острые иголочки. Они натирают поверхности со старой накипью, очень качественно при этом ее удаляя. Но магнитное воздействие очень придирчиво к воде. Ему нужна вода комнатной температуры, текущая в одном направлении и с определенной скоростью. Убрать все минусы магнитного способа умягчения воды получилось только путем добавления электрического тока. Так и изобрели электромагнитную установку.

Ознакомившись со всеми способами умягчения воды , нужно сделать вывод, что сегодня отказаться от умягчения означает рисковать здоровьем своей семьи и полное отсутствие дальновидности. Поэтому все больше народу, сегодня выбирает именно такой путь .