Методы умягчения воды

Природная вода содержит различные примеси минеральных и органических веществ, а также газы и микроорганизмы. Но, кроме растворенных веществ (соли кальция, алюминия, магния, хлорид натрия, органические соединения и газы), в воде содержатся во взвешенном состоянии и механические примеси, от которых необходимо освободится (мельчайшие частицы глины, песка, остатки растений и животных). Вода, в которой имеется большое количество растворенных солей кальция и магния, называется жесткой. II . Единицы измерения и виды жесткой воды.

Жесткость воды является одним из основных показателей ее качества и определения пригодности к использованию.

Жесткость воды измеряется в специальных единицах – миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л); 1 мг-экв жесткости обозначает, что в 1 л воды содержится 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния.

Различают жесткость карбонатную («временную»), некарбонатную («постоянную») и общую.

Некарбонатная жесткость обусловливается наличием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и других солей кальция и магния, которые при кипячении выпадают в осадок (осадок наблюдается только при упаривании воды, когда водный раствор окажется пересыщенный этими солями). Карбонатная жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния, способных при кипячении воды разлагаться и выпадать в осадок: Ca ( HCO 3 ) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Такая жесткость может быть устранена предварительным подогревом воды и последующим отфильтрованием выпавшего осадка. Общая жесткость воды выражает содержание в ней всех солей кальция и магния. Если их количество в воде в целом не превышает 3 мг-экв/л, то такая вода считается мягкой, при наличии 3-6 мг-экв/л – средней и свыше 6 мг-экв/л – жесткой. Для сравнения отметим, что жесткость воды ладожском озере составляет 0,6 мг-экв/л воды, в Неве – 0,7 мг-экв/л, в Амуре – 2,9 мг-экв/л, Днестре – 5,7 мг-экв/л, Доне – 7,0 мг-экв/л, Балтийском море – 13,9 мг-экв/л, Черном – 46 мг-экв/л, Каспийском – 74,0 мг-экв/л При исследовании жесткой воды, кроме жесткости и сухого остатка после испарения, учитывают также ее температуру, цвет, запах, вкус, прозрачность, наличие мути, изменения при хранении, содержание двуокиси углерода, а также определяют кислую и щелочную реакцию. III . Очистка и подготовка воды к потреблению (умягчение). Очистке и подготовке воды уделяют огромное внимание.

Мировая статистика показывает, что ежегодно примерно 500 млн. человек становятся жертвами болезней из-за того, что не имеют в достаточном количестве чистой воды. Чтобы получить нужное количество питьевой волы, удовлетворяющей санитарным требованиям, необходимо ее долго и тщательно обрабатывать.

Каждая водопроводная станция представляет собой сложное сооружение. При отборе воды из реки или озера она проходит через металлические сетки, оставляя на них водоросли, щепки и другие крупные загрязнения.

Дальнейшее оседание механических примесей происходит в отстойниках. Затем в воду добавляют специальные вещества (коагулянты), которые помогают мельчайшим частичкам мути собраться в более крупные сгустки, оседающие на фильтре, состоящем из песка и гравия. Затем воду обеззараживают хлором, поскольку в каждом ее кубическом сантиметре содержатся тысячи микробов.

Карбонатную жесткость устраняют, прибавляя к воде Ca ( OH ) 2 в количестве, строго отвечающим найденному анализу содержанию бикарбонатов. При этом по реакции весь карбонат переходит в нормальный карбонат и осаждается: Ca (HCO 3 ) 2 + Ca (OH) 2 = 2CaCO 3 + 2H 2 O От некарбонатной жесткости освобождаются добавлением к воде соды, которая вызывает образование осадка по реакции: CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + Na 2 SO 4 Воде дают затем отстояться и лишь после этого пользуются ею в производстве. Воду для питания котельных, электростанций и технологических процессов умягчают термохимическим методом. Во время нагрева добавляют такие химические соединения как известь, соду, щелочи, фосфаты натрия с последующим отфильтрованием выпавшего осадка: CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + Na 2 SO 4 MgCl 2 + 2NaOH = Mg (OH) 2 + 2NaCl 3CaSO 4 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4 ) + 3Na 2 SO 4 Все более широкое применение для умягчения воды получают ионообменные материалы (ионитами). Это твердые, нерастворимые в воде и других растворителях вещества (чаще всего в виде зерен), обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы и анионы на другие катионы или анионы, находящиеся в растворе, пропускаемом через ионит.

Применяемые в настоящее время иониты – это синтетические смолы, но есть и природные иониты: пермутиты, глауконит и другие минералы.

Выпускаемые промышленностью иониты делятся на два основных класса: катиониты и аниониты.

Именно иониты помогли успешно решить вопрос.

Который волновал человечество: как морскую воду сделать пресной? Как же умягчается вода ионитами? Для этого устанавливают обычно две колонны: с катионитом и анионитом, через которые последовательно пропускается жесткая вода. В катионите обмениваются катионы солей, растворенных в воде, а в анионите – анионы. Для большей надежности можно пропустит воду через буферный фильтр. В результате обмена ионов в ионитах в воде остаются только хорошо растворимые соли, неспособные к образованию накипи. После насыщения ионита поглощенные им ионы легко удаляются; одновременно с этим ионообменные свойства смолы полностью восстанавливаются (иониты заряжаются). С этой целью катионы промывают кислотами ( HCl или NaCl ), а аниониты – растворами щелочей.