Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Виды жесткости. Способы умягчения воды

Катионы Ca 2+ обусловливают кальциевую жесткость, а катионы Mg 2+ - магниевую жесткость. Общая жесткость складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном удалении из нее катионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ . Существует три основных способа умягчения воды: термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании воды до 70-80 ° С или ее кипячении. При этом катионы Ca 2+ , Mg 2+ осаждаются в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость карбонатную и некарбонатную .

Карбонатной называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca (HCO 3 ) 2 и магния Mg (HCO 3 ) 2 . При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому карбонатную жесткость также называют временной .

При кипячении катионы кальция осаждаются в виде карбоната кальция :

Ca 2+ + 2HCO 3 2- = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2 ,

а катионы магния - в виде основного карбоната или в виде гидроксида магния (при рН>10.3):

2Mg 2+ + 2HCO 3 - + 2OH - = (MgOH) 2 CO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

гидроксид-ионы OH - образуются за счет взаимодействия ионов HCO 3 - с водой:

HCO 3 - + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной . Она определяется содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов, хлоридов, нитратов . При кипячении эти соли не удаляются, поэтому некарбонатную жесткость также называют постоянной .

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить добавлением гашеной извести

Ca 2+ + 2 HCO 3 - + Ca 2+ + 2 OH - = 2 CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

Mg 2+ + 2HCO 3 2- + 2Ca 2+ + 4OH - = Mg(OH) 2 ↓ + 2CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый способ ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная - содой:

Ca 2+ + CO 3 2-+ = CaCO 3 ↓;

Mg 2+ + CO 3 2-+ = MgCO 3

MgCO 3 + Ca 2+ + 2 OH - = Mg (OH ) 2 ↓ + CaCO 3 ↓

Эффективным средством для умягчения воды служит полифосфат натрия Na 5 P 3 O 10 . В этом случае связывание ионов Ca 2+ и Mg 2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:

P 3 O 10 5- + Ca 2+ = 3-

P 3 O 10 5- + Mg 2+ = 3-

3. Ионный обмен

Применяются и другие способы устранения жесткости воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов - катионитный способ . Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов .

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами , другие обменивают свои анионы и называются анионитами . Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты - алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙4 SiO 2 ∙ m H 2 O имеет пространственную решетку, образованную атомами Al , Si и O . Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы Na + . Последние, обладая определенной свободой перемещения, замещаются на ионы Ca 2+ и Mg 2+ при пропускании воды через слой зерен (гранул) цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы , получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты . Их состав условно можно выразить общей формулой Na 2 R , где Na + - весьма подвижный катион, а R 2- - частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na 2 R = 2Na + + CaR;

Mg 2+ + Na 2 R = 2 Na + + MgR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать - утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают концентрированный раствор NaCl (Na 2 SO 4 ) или HCl (H 2 SO 4 ). При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na + или H + .

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы, основанные на физических явлениях.

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.

Е.А. Нуднoва, И.Н. Аржaнова

Жесткость воды определяется присутствием в ее составе определенного количества примеси растворимых солей магния и кальция.

Жесткость воды определяется количеством примеси солей кальция и магния.

Одним из главных критериев, по которым определяется качество воды, является уровень ее жесткости. Жесткость можно корректировать, используя различные методы умягчения воды.

Виды жесткости воды

Существует несколько основных видов жесткости:

1. Общая жесткость. Общую жесткость можно определить, просуммировав количество присутствующих в воде ионов кальция и магния. Эта сумма включает в себя общую и постоянную жесткость.
2. Карбонатная жесткость. Определяется по количеству карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Этот вид жесткости называется временным по той причине, что нейтрализовать этот эффект можно, просто прокипятив воду.
3. Некарбонатная жесткость. Считается постоянной жесткостью и кипячение воды на нее никак не влияет. Возникает она из-за присутствия в воде солей сильных кислот кальция и магния.

Умягчение воды

Естественно, что практически каждый человек задумывается над таким вопросом, как качество воды, которую он пьет.

Вода, которая поставляется в жилые дома через водопровод, проходит определенные уровни фильтрации, но зачастую их недостаточно для того, чтобы обеспечить питьевой воде необходимый уровень мягкости.

Для умягчения воды можно использовать кусок кремния.

Поэтому большинство людей предпочитают использовать дополнительные фильтры, видов которых на сегодняшний день существует очень большое количество, использующие другие методы умягчения воды.

Первым сигналом того, что вода, которую вы пьете и из которой готовите еду для семьи, жесткая, является наличие накипи в чайнике и кастрюлях, где вода кипятится.

Признаками излишней жесткости воды может стать не только накипь. При варке в такой воде овощи разваливаются, а мясо становится более жестким. На тарелках и бокалах после мытья остаются белые разводы.

Употребление излишне жесткой воды может стать причиной возникновения проблем со здоровьем.

На данный момент существуют самые разнообразные методы умягчения воды.

Умягчение воды осуществляется с помощью использования определенных приборов, задача которых очищать воду от тяжелых карбонатных солей двух видов.

Самым простым и известным издревле способом умягчения воды является помещение в емкость с жидкостью, которая будет употребляться в пищу и для питья, небольшого кусочка кремния. Размер такого кусочка должен составлять приблизительно 5 на 5 см. Его хватит для того, чтобы очистить трехлитровую банку воды за один раз. Отстаивать воду с кремнием нужно около недели.

Именно столько времени нужно этому минералу, чтобы зарядить и смягчить воду, нейтрализовав соли магния и калия.

Подходит такой способ только для бытового использования.

Основные методы умягчения воды

Умягчать воду можно разными способами. На данный момент существуют такие основные способы умягчения воды:

Физический способ. При использовании такого способа умягчения жесткости исключено использование химикатов любого вида. Этот способ очистки идеально подходит для умягчения воды, которая используется в быту – для приготовления пищи и питья.

Мембранный способ. Мембранных способов существует несколько основных методов.

Один из самых популярных подвидов мембранной очистки – обратный осмос или электродиализ. Суть этого метода заключается в том, что с помощью давления воду обессоливают. Такая вода становится пригодной для питья.

В приборе для такой очистки расположена мембрана, которая представляет собой выполненный из дорогостоящих материалов перфорированный слой в фильтре. Перфорация, то есть нанесение сквозных отверстий, выполнена с учетом размера молекулы воды. Это дает возможность задержать на поверхности мембраны любые примеси, которые превышают размер молекулы воды.

Фильтрация с помощью обратного осмоса настолько качественная, что такая вода может быть использована не только для питья, но и в различных сферах производства, к примеру, в фармакологии.

Второй способ мембранной очистки – нанофильтрация.

Нанофильтрация проводится под низким давлением. Основным преимуществом этого метода является то, что воду можно получить именно такой степени очистки и мягкости, которая необходима для тех или иных целей. А получить различные результаты очистки можно с помощью замены мембраны в фильтрующем приборе.

К основным минусам этого способа относится то, что большая часть воды, проходящей очистку, находится длительное время в приборе.

Происходит такая ситуация по той причине, что вода просачивается сквозь мембрану с небольшой скоростью. К тому же фильтров в таком приборе больше, чем один, соответственно и на прохождение каждого из них будет потрачено определенное количество времени.

В одном приборе могут быть совмещены и установлены обратный осмос, механический фильтр, а также кондиционер.

Этот метод идеально подходит для осуществления очистки воды не просто от примесей всех видов, но и различного рода бактерий. Питьевая вода в обязательном порядке должна быть очищена от бактерий.

Именно поэтому кондиционер обычно устанавливают на тех приборах, задача которых – производство воды для питья.

Однако использование такой установки в домашних условиях на данный момент является труднодоступным методом очистки.

Химический способ. Для химического метода очистки используются соответственно химические вещества. В их число входят и натрий хлор, и фосфаты.

При таком способе очистки в водопроводную трубу монтируются специальные дозаторы.

Но химический метод может быть опасен тем, что вещества, используемые для очистки, могут способствовать образованию дополнительных примесей, что в результате станет причиной нового осадка.

Ионнообменный способ. Ионный обмен является одним из самых технологически простых способов очистки и умягчения воды.

Его простота заключается в том, что для осуществления этого процесса не нужно возводить каких-либо сложных конструкций.

Работает этот метод на основе ионного обмена.

Основным элементом таких очистительных приборов является гелеобразная смола. В смоле содержится огромное количество натрия. Натрий, контактируя с жесткой водой, разменивается на кристаллы кальция и магния.

Таким образом происходит невероятно простая и быстрая очистка воды и ее умягчения.

Но бытовой картридж со смолой необходимо время от времени заменять, так как натрий имеет свойство вымываться из него.

А картриджи, используемые в промышленности, можно восстановить, используя специальный раствор. Этим раствором картридж промывают, а химические реагенты возобновляют уровень натрия.

При таком методе вода очищается очень быстро и качественно. Но назвать его недорогим или даже доступным нельзя. Ведь на картриджи нужны немалые расходы, а также на их восстановление.

Бытовые кувшины – фильтры, основанные на таком методе, обладают низкой производительностью: всего несколько литров.

Чтобы обеспечить питьевой воде достаточный уровень очистки и умягчения, необходимо дополнительно использовать еще один или несколько фильтров, основанных на других способах.

Безреагентный способ. Для того чтобы понять, что такое безреагентный способ умягчения воды, стоит рассмотреть один из самых распространенных методов – магнитное силовое воздействие.

В основе приборов такого метода очистки лежит использование постоянных магнитов усиленной мощности.

Такая установка не требует особых усилий при монтировке, а также последующего демонтажа.

Еще он невероятно легок в обслуживании и не требует никаких особенных сменных аксессуаров в виде картриджей или каких-то дополнительных очисток.

Процесс очистки происходит вследствие того, что магнитное силовое поле проходит сквозь воду особенным образом. При этом тяжелые соли, которые делают воду жесткой, изменяют свою формулу, приобретая форму иголок. Такая их форма делает возможным процесс натирания поверхностей, пораженных застарелой накипью, в результате полностью ее устраняя.

Вода, которая будет очищаться таким способом, должна быть комнатной температуры, ее течение должно быть не переменным, а постоянным, как и скорость ее движения.

Чтобы нейтрализовать минусы этого способа, к магнитному полю был добавлен электрический ток. В результате была изобретена установка, комбинирующая оба типа воздействия – электромагнитная.

Отличие бытовых умягчителей от промышленных

Самым распространенным способом является ионообменный способ умягчения.

Основным отличием промышленных приборов для очистки и умягчения воды от бытовых является то, что они имеют различную емкость баков, а дополнительно используют различные классы ионообменной смолы.

Так как все приборы нуждаются в периоде для восстановления, то и объем воды, которая может пройти через них, будет строго определенным.

В случае когда объем воды небольшой, тогда можно использовать и бытовые приборы.

Когда же речь идет о больших объемах воды, тогда имеет смысл установить дуплексные умягчители.

Представляют собой такой прибор два баллона, управление которыми осуществляется с помощью одного смежного клапана.

Называется такой прибор прибором непрерывного действия по той причине, что когда вода умягчается в одном баллоне, смола другого баллона имеет время на восстановление.

Класс ионообменной смолы тоже играет огромную роль. В бытовых умягчителях используется смола только пищевого класса, а в промышленности можно использовать разные классы смолы.

Станция очистки воды от солей жесткости
Показатель «жесткость воды» отображает количественное содержание в ней щелочноземельных металлов. В связи с тем, что основной вклад вносят кальций и магний, остальными ионами щелочноземельных металлов пренебрегают. Сам термин имеет бытовое происхождение: ткань, постиранная в воде с высоким содержанием кальция и магния, становится жесткой на ощупь. Жесткость воды подразделяют на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Временная - обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния, постоянная - в основном хлоридами и сульфатами. Временная жесткость снижается при кипячении за счет образования нерастворимых карбонатов. О высокой жесткости воды, как и о превышении железа, можно судить по оставляемым следам в виде накипи на нагревательных элементах, серых налетах на высыхающих поверхностях, сухой стянутой кожи, жестком белье после стирки. Процесс удаление ионов жесткости из воды называется умягчение . В зависимости от назначения воды, требования к жесткости воды различны. Для питьевой воды СанПиН 2.1.4.1074-01 установлена предельная концентрация 7 мг-экв/л, а по рекомендации ВОЗ кальция в питьевой воде должно содержаться 20-80 мг/л, магния - 10-30 мг/л, что соответствует жесткости 1,8-6,5 мг-экв/л. Для бытовых приборов (стиральных и посудомоечных машин, бойлеров) производители рекомендуют использовать воду с жесткостью не более 1,5 мг-экв/л. Самые высокие требования по жесткости предъявляются к воде для , жесткость подготовленной воды не должна превышать 5 мкг-экв/л.

Умягчение воды - термины

• Термический . При нагреве воды гидрокарбонаты кальция и магния переходят в нерастворимые карбонаты и оседают на стенках водонагревателя, чайника и т.д. Данный метод применим при малой потребности в воде, например, для дачи, и при условии, что большая часть жесткости временная (гидрокарбонатная). Минус этого способа также в сложности очистки нагревающей поверхности от накипи.
• Реагентное умягчение . Метод основан на введении в воду гашеной извести Ca(OH)2 - известкование, или гашеной извести Ca(OH)2 и соды Na2CO3 - содо-известкование, для перевода солей жесткости в нерастворимые карбонаты, с дальнейшим осаждением или осветлением. Дополнительно могут вводиться коагулянты и флокулянты. Метод применяется в промышленности для больших объемов потребления воды при высокой карбонатной жесткости. При применении известкования и содо-известкования одновременно с жесткостью снижается щелочность, при отстаивании и осветлении удаляются взвешенные частицы, в том числе коллоиды, на хлопьях осадка могут также сорбироваться органические загрязнения. Минусы данного метода - большой расход реагентов, необходимость реагентного хозяйства, большие габариты оборудования при использовании отстойников, образование трудно утилизируемого шлама. Данный метод не применяется для приготовления питьевой воды, так как умягченная вода имеет высокий водородный показатель рН.
• Ионный обмен (Na-катионирование) . Самый распространённый и доступный метод, применяется как для промышленных , так и для частных систем водоподготовки . Метод основан на замене ионов кальция и магния на ионы натрия при прохождении воды через сильнокислотный катионит в Na-форме. В процессе очистки ионообменный ресурс загрузки исчерпывается и требуется её регенерация. Восстановление проводится 6-10 % раствором хлорида натрия (поваренной соли), в ходе регенерации ионы кальция и магния вновь замещаются на ионы натрия, и загрузка готова к дальнейшей работе. Периодичность регенераций определяется жесткостью исходной воды.
• Обратный осмос и нанофильтрация . Эти методы относятся к мембранным методам очистки. В основе обратного осмоса и нанофильтрации лежит принцип фильтрации через полупроницаемую мембрану. В процессе очистки удаляются также другие ионы и загрязнения, снижается общая минерализация воды. Установки изготавливаются как промышленного, так и бытового масштаба. Установки обратного осмоса незаменимы при очистке очень жесткой воды с превышением по минерализации или натрию. К минусам метода можно отнести высокое, по сравнению с ионным обменом, энергопотребление.

Отдельно можно указать метод связывания солей жесткости полифосфатными реагентами, магнитную и импульсную обработку, изменения структуры солей жесткости - все эти методы не удаляют ионы кальция и магния из воды, а лишь предотвращают образование накипи.

Установки водоочистные серии - Станция умягчения воды
Назначение :
Умягчение воды - извлечение из воды ионов кальция Ca2+ и магния Mg2+, обуславливающих ее жесткость. Соли жесткости являются причиной образования накипи на нагревательных элементах и внутренних поверхностях труб, увеличения потребления моющих средств, помутнения воды.
Описание:
Станция умягчения воды состоит из стекловолоконного корпуса с внутренним полиэтиленовым лейнером, автоматического клапана управления Autotrol (Pentair Water, США), дренажно-распределительной системы, ионообменной загрузки, гравийной подложки и солевого бака для регенерации.
Принцип действия:
Умягчение воды происходит по механизму ионного обмена, при этом ионы кальция и магния заменяются эквивалентным количеством ионов натрия. При исчерпании ресурса ионообменной смолы необходима её регенерация 8-10% раствором поваренной соли (NaCl). Для этого используется специальная таблетированная соль, не подвергающаяся слеживанию. Раствор готовится в солевом баке, заполнение бака водой происходит в автоматическом режиме. В обязанности обслуживающего персонала входит засыпка соли и контроль ее уровня.

«Lewatit» S1567 (Германия) - сильнокислотный гелиевый катионит в натриевой форме на основе сополимера стирола-дивинилбензола. Монодисперсные гранулы обладают чрезвычайной химической и механической стабильностью и высокой осмотической стойкостью. Рабочая обменная емкость - выше, чем у большинства смол (с учетом старения) - принимается 1200-1400 мг-экв/л смолы. Регенерация - раствором поваренной соли (NaCl).

Требования к исходной воде:

• Жесткость общая - до 15 мг-экв/л, общее солесодержание не более 1000 мг/л;
• Отсутствие трехвалентного железа в воде;
• Максимальное содержание растворенного железа в воде - не более 0,5 мг/л;
• Окисляемость перманганатная - не более 3,0 мг О2/л;
• Цветность - не более 30 градусов;
• Отсутствие взвесей, нефтепродуктов, сероводорода и сульфидов;
• Содержание свободного активного хлора - не более 1 мг/л.

Технические условия:

• Давление воды на входе в фильтр: минимум - 2,5 атм, максимум - 6,0 атм.;
• Насосное оборудование должно обеспечивать расход воды не менее требуемого при промывке (в зависимости от модели фильтра);
• В помещение монтажа установки должны иметься входная и дренажная магистраль;
• Наличие стабилизированного электропитания 220В (±5%), ~50Гц;
• Температура в помещении: от +5 до +35˚С, влажность - не более 70%, температура обрабатываемой воды от +2 до +45˚С.

Станции умягчения воды в коттедже

Химические методы умягчения воды

Физические методы умягчения воды

Воду нагревают до кипения, в результате чего растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в карбонаты и выпадают в осадок:

Ca(HCO 3) 2 == CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Этим методом удаляется только временная жёсткость воды.

В промышленности применяют следующие способы умягчения воды: известковый, натронный, содовый, фосфатный.

1. Известковый способ. Обрабатывая воду гашёной известью Ca(OH) 2 , устраняют временную жёсткость воды и связывают оксид углерода (IV) :

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O:

Mg(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + Mg(OH) 2 + H 2 O +CO 2

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

2. Натронный способ. При действии на воду едким натром достигают устранения временной и постоянной жёсткости:

Mg(HCO 3) 2 + 4NaOH = Mg(OH) 2 + Na 2 CO 3 ↓ + 2H 2 O

CaCl 2 +2NaOH = Ca(OH) 2 + 2NaCl

3. Содовый способ. При действии на воду кальцинированной содой Na 2 CO 3 достигают устранения временной и постоянной жёсткости:

Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 = 2NaHCO 3 + CaCO 3 ↓

CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ +Na 2 SO 4

4. Фосфатный способ. Обработка воды фосфатом натрия тоже ведёт к связыванию ионов, образующих накипь в виде нерастворимых солей:

3Ca(HCO 3) 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 ↓ +6NaHCO 3

3CaSO 4 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4

MgCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 ↓ + 6NaCl

Эффективность умягчения воды возрастает от известкового к фосфатному способу при одновременном существенном увеличении стоимости этого процесса.

Поэтому на практике применяют и комбинированные способы, в которых основная часть ионов жёсткости связывается дешёвыми реагентами - известковым молоком и содой , а доумягчение осуществляется фосфатом натрия .

Известково-содовый метод даёт возможность снизить жёсткость до
0,3 мг-экв/л, а фосфатный - до 0,03 мг-экв/л .

Наиболее широкое распространение получил метод ионного обмена благодаря своей эффективности, простоте и экономичности (Рис. 2.4):

Принципиальная схема обессоливания воды методом ионоионообмена (катионирование и анионирование) показана на рисунке 2.4.

Рис. 2.4. Схема установки для обессоливания воды ионообменным методом. 1 - катионитный фильтр, 2 - анионитный фильтр, 3 -дегазатор, 4 - сборник очищенной воды.

Из воды сначала удаляются ионы кальция, магния и натрия в Н-катионитовом фильтре, в котором на слое крупного кварцевого песка или измельченного керамзита расположен слой катионита. Затем вода последовательно поступает в анионитовый фильтр для удаления анионов. Для регенерации катионита в фильтр периодически по­дается кислота или раствор хлорида натрия, для регенерации анионита - раствор щелочи. Затем вода подается в дегазатор, где удаляются и воды растворенные диоксид углерода и кислород.

Дегазация осуществляется химическим или физическим способами. Для удаления СО 2 воду пропускают через фильтр, заполненный гашеной известью, или добавляют к воде известковое молоко:

СО 2 + Са(ОН) 2 = СаСО 3 + Н 2 О.

Кислород удаляется фильтрацией воды через слой железных опилок или стружек. Физические способы дегазации состоят в нагревании воды в вакууме или острым паром. В случае необходимости производят обеззараживание воды с целью уничтожения болезнетворных бактерий и окисления органических примесей хлорированием (газообразным хлором, хлорной известью или гидрохлоратом кальция).

!!! Метод основан на способности некоторых нерастворимых синтетических материалов обменивать свои ионы на эквивалентное количество ионов, присутствующих в воде .

Иониты подразделяются на аниониты и катиониты.

Иониты, обменивающие свои катионы на катионы, находящиеся в воде, называют катионитами.

Катиониты обычно содержат подвижные , т. е. способные обмениваться , ионы натрия Na + (Na + -катиониты ) и водорода H + (H + -катиониты ).

Иониты, обменивающие свои анионы на анионы, находящиеся в воде, называются анионитами. Аниониты содержат подвижные гидроксильные группы .

Знать степень жесткости используемой воды обязательно. От показателя жесткости питьевой воды зависит множество аспектов нашей жизни: сколько использовать стирального порошка, нужны ли меры по умягчению жесткой воды, сколько проживут аквариумные рыбки в воде, нужно ли введение полифосфатов в обратном осмосе и т.д.

Существует множество способов определения жесткости:

• по количеству образованной пены моющего средства;
• по району;
• по количеству накипи на нагревательных элементах;
• по вкусовым свойствам воды;
• с помощью реагентов и специальных приборов

Что такое жесткость?

В воде присутствуют основные катионы: кальций, магний, марганец, железо, стронций. Последние три катиона мало влияют на жесткость воды. Существуют еще трехвалентный катион алюминия и железа, которые при определенном рН образуют известняковый налет.

Жесткость может быть разного вида:

• общая жесткость – общее содержание ионов магния и кальция;
• карбонатная жесткость – содержание гидрокарбонатов и карбонатов при рН большем 8,3. Их легко удалить через кипячение: во время нагревания распадаются на угольную кислоту и осадка;
• некарбонатная жесткость – соли кальция и магния сильных кислот; нельзя удалить с помощью кипячения.

Существует несколько единиц жесткости воды: моль/м 3 , мг-экв/л, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO 3 .

Почему вода имеет жесткость? Ионы щелочноземельных металлов есть во всех минерализованных водах. Они берутся из залежей доломитов, гипса и известняка. Источники воды могут иметь жесткость в различных диапазонах. Существует несколько систем жесткости. За границей к ней подходят более «жестко». К примеру у нас вода считается мягкой при жесткости 0-4 мг-экв/л, а в США – 0-1,5 мг-экв/л; очень жесткая вода в России – свыше 12 мг-эк/л, а в США – свыше 6 мг-экв/л.

Жесткость маломинерализованных вод на 80% обусловлена ионами кальция. С ростом минерализации доля ионов кальция резко снижается, а ионов магния – увеличивается.

Чаще всего поверхностные воды обладают меньшей жесткостью, чем подземные. Так же жесткость зависит от сезона: во время таяния снегов она снижается.

Жесткость питьевой воды изменяет ее вкус. Порог чувствительности для иона кальция – от 2 до 6 мг-экв/л, зависит от анионов. Вода становиться горьковатой и плохо влияет на процесс пищеварения. ВОЗ не дает каких-либо рекомендаций по жесткости воды, так как нет точных доказательств ее влияния на организм человека.

Ограничение жесткости необходимо для нагревательных приборов. Например, в котлах – до 0,1 мг-экв/л. Мягкая вода имеет низкую щелочность и вызывает коррозию водопроводных коммуникаций. Коммунальные службы используют специальную обработку, что бы найти компромисс между налетом и коррозией.

Существует три группы способов умягчения воды:

• физический;
• химический;
• экстрасенсорный.

Реагентные способы умягчения воды

Ионный обмен

Химические способы основаны на ионном обмене. Фильтрующей массой является ионообменная смола. Она представляет собой длинные молекулы, которые собрали в шарики желтого цвета. Из шариков выступают маленькие отростки с ионами натрия.

Во время фильтрации вода пропитывает всю смолу, а ее соли становятся на место натрия. Сам натрий уноситься водой. Из-за разницы зарядов ионов вымывается в 2 раза больше солей, чем оседает. С течением времени соли все заменяются и смола перестает работать. Период работы у каждой смолы свой.

Ионообменная смола может быть в картриджах или насыпаться в длинный болон — колонна. Картриджи имеют небольшой размер и используются только для снижения жесткости питьевой воды. Идеально подходит для умягчения воды в домашних условиях. Ионообменная колонна используется для умягчение воды в квартире или небольшом производстве. Кроме большой стоимости колонна должна периодически загружаться восстановленной фильтрующей массой.

Если в смоле картриджа не осталось ионов натрия, то его просто заменяют на новый, а старый – выбрасывают. При использовании ионообменной колоны смолу восстанавливают в специальном баке с рассолом. Для этого растворяют таблетированию соль. Солевой раствор регенерирует способность смолы к обмену ионами.

Обратной стороной является дополнительная способность воды удалять железо. Оно забивает смолу и приводит ее в полную непригодность. Следует вовремя делать анализ воды!

Использование других химических реагентов

Существует ряд менее популярных, но эффективных способов умягчения воды:

• кальцинированная сода или известь;
• полифосфаты;
• антискаланты – соединения против образования накипи.

Умягчение известью и содой

Умягчение воды содой

Метод умягчения воды с использованием извести называется известкованием. Используют гашенную известь. Содержание карбонатов снижается.

Смесь соды и извести наиболее эффективно. Для наглядности умягчения воды в домашних условиях можно добавить кальцинированную соду в воду для стирки. На ведро берут 1-2 чайные ложки. Хорошо размешивают и ожидают выпадения осадка. Подобным методом пользовались женщины в Древней Греции, используя печную золу.

Вода после извести и соды не пригодна для пищевых целей!

Умягчение полифосфатами

Полифосфаты способны связывать соли жесткости. Они представляют собой крупные белые кристаллы. Вода проходит через фильтр и растворяет полифосфаты, связывая соли.

Недостатком является опасность полифосфатов для живых организмов, в том числе и человека. Они являются удобрением: после попадания в водоем наблюдается активный рост водорослей.

Полифосфаты так же непригодны для умягчения питьевой воды!

Физический метод умягчения воды

Физические способы борются с последствиями высокой жесткости – накипью. Это безреагентная очистка воды. При ее использовании не происходит снижение концентрации соли, а просто предотвращается вред для труб и нагревательных элементов. Вода становиться мягкой или для большего понимания – умягченной.

Выделяют следующие физические способы:

• использование магнитного поля;
• с помощью электрического поля;
• ультразвуковая обработка;
• термический способ;
• использование малоточечных токовых импульсов.

Магнитное поле

Безреагентное умягчение воды с помощью магнитного поля имеет множество нюансов. Эффективность достигается только при соблюдении определенных правил:

• определенная скорость потока воды;
• подобранная напряженность поля;
• определенный ионный и молекулярный состав воды;
• температура входящей и выходящей воды;
• время обработки;
• атмосферное давление;
• давление воды и т.д.

Изменение какого-либо параметра требует полной перенастройки всей системы. Реакция должна быть незамедлительной. Несмотря на сложность контроля параметров, магнитное умягчение воды используют в котельных.

Но для умягчения воды в домашних условиях с помощью магнитного поля почти невозможно. При появлении желания приобрести магнитик на трубопровод, подумайте, как вы подберете и будите обеспечивать необходимые параметры.

Использование ультразвука

Ультразвук приводит к кавитации – образованию газовых пузырьков. Повышается вероятность встречи ионов магния и кальция. Появляются центры кристаллизации не на поверхности труб, а в толще воды.

При умягчении горячей воды ультразвуком кристаллы не достигают размера, необходимого для осаждения – накипь не образуется на теплообменных поверхностях.

Дополнительно возникают высокочастотные колебания, которые препятствуют образования налета: отталкивают кристаллы от поверхности.

Изгибные колебания пагубны для образованного слоя накипи. Она начинает откалываться кусочками, которые могут засорить каналы. Перед использованием ультразвука необходимо очистить поверхности от накипи.

Электромагнитные импульсы

Безреагентные умягчители воды на основе электромагнитных импульсов меняют способ кристаллизации солей. Создаются динамические электрические импульсы с разными характеристиками. Они идут по проводу-обмотке на трубе. Кристаллы обретают форму длинных полочек, которым трудно закрепиться на поверхности теплообмена.

В процессе обработки выделяется углекислота, которая борется с уже имеющимся известковым налетом и образует защитную пленку на металлических поверхностях.

Термоумягчение

Кто-то слышит про этот метод первый раз. Но на самом деле им пользуется каждый с детства. Это привычное для нас кипячение воды.

Все замечали, что после кипячения воды образуется осадок из солей жесткости. Кофе или чай делают из более мягкой воды, чем водопроводная.

А сколько нужно кипятить? Все просто: с ростом температуры и ее воздействием соли жесткости менее растворимые и больше выпадают в осадок. В процессе нагревания выделяется углекислый газ. Чем быстрее он улетучивается, тем больше образуется известняковый налет. Плотно закрытая крышка препятствует выведению углекислого газа, а в открытой емкости быстро испаряется жидкость.

При использовании термоумягчения следует оставлять крышку в емкости слегка открытой. Так же следует обеспечить максимальную площадь осаждения солей для ускорения умягчения питьевой воды.

При жесткости до 4 мг-экв/л термическое умягчение не нужно: соли будут оседать медленнее, чем испаряется вода. В оставшейся воде будет повышенная концентрация многих примесей.