2.Жесткость природных вод и ееустранение

Ввиду широкой распространенности кальция, соли его почти всегда содержатся в природной воде.Из природных солей кальция только гипс несколько растворим в воде, однако, если вода содержит диоксид углерода, то карбонат кальция тоже может переходить в раствор в виде гидрокарбоната Са(НСОз).Природная вода, содержащая в растворе большое количество солей кальция или магния, называетсяжесткой водой в противоположностьмягкой воде,содержащей мало солей кальция и магния или совсем не содержащей их.

Суммарное содержание этих солей в воде называется ее общей жесткостью. Она подразделяется на карбонатную и некарбонатную жесткость. Первая из них обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния, вторая—присутствием солей сильых кислот — сульфатов или хлоридов кальция и магния. При длительном кипячении воды, обладающей карбонатной жесткостью, в ней появляется осадок, состоящий главным образом из СаСОз, одновременно выделяется СО2. Оба эти вещества появляются вследствие разложения гидрокарбоната кальция: Са(НСОз)2 = СаСОз^ + СО2 + Н,0

Поэтому карбонатную жесткость называют также временной жесткостью . Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов. удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость после такого кипячения, называетсяпостоянно жесткостью. Жесткость вод морей значительно выше, чем рек и озер. Так, вода Черного моря имеет общую жесткость 65,5 мэкв/л. Среднее значение жесткости воды мирового океана 130,5 мэкв/л (в том числе на Са²^ приходится 22,5 мэкв/л, на М^+— 108 мэкв/л).

Присутствие в воде значительного количества солей кальция или магния делает воду непригодной для многих технических целей. Так, при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи .Такая корка уже при толщине слоя в 1 мм сильно понижает пере- дачу теплоты стенками котла и, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того, она может служить причиной образования вздутий и трещин как в кипятильных трубах ,так и на стенках самого котла .Жесткая вода не дает пены с мылом, так как содержащиеся в мыле растворимые натриевые соли жирных кислотпальмитиновой и стеариновой—переходят в нерастворимые кальциевые соли тех же кислот: Жесткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических процессов, например при крашении.

Приведенные выше примеры указывают на необходимость удаления из воды, применяемой для технических целей, солей кальция и магния. Удаление этих солей, называемое водоумягчением , входит в системуводоподготовки —обработки природной воды , используемой для питания паровых котлов и для различных технологических процессов. В ходе водоподготовки вода освобождается от грубодисперсных и коллоидных примесей и от растворенных веществ .Взвешенные и коллоидные примеси удаляют .

Для водоумягчения ионного обмена Са2+ и Мg²переводят в малорастворимые соединения, выпадающие в осадок. Это достигается либо кипячением воды, либо химическим путем—введением в воду соответствующих реагентов. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в СаСОз и Мg(ОН)2 Са(НСО,)г =СаСОз/ +СОН^О Ме(НСОз)з == М5(ОН)г^ + 2С02^Л

в результате чего устраняется только карбонатная жесткость. При химическом методе осаждения чаще всего в качестве осадителя пользуются известью или содой. При этом в осадок (так же в виде СаСОз н Мg(ОН)2) переводятся все соли кальция и магния. Для устранения жесткости методом ионного обмена или к а т и о нир о в а н и я воду пропускают через слой катионита . При этом катионы Са^ и М^²'*", находящиеся в воде, обмениваются на катионы На+, содержащиеся в применяемом катионите . В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Са²⁴" и М^^, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катиони, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н-катионит) ,и анионит , содержащий гидроксидионы (ОН-анионит). В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется ее обессоливанием . Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать—утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для чего через катионит пропускают концентрированный растз-;. ХаС1 При этом ионы Са^ ц Л1^+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Nа+ или Н"^ . Для регенерации анионита его обрабатывают раствором щелочили соды (последний, вследствие гидролиза карбонатного иона , так же имеет щелочную реакцию).В результате поглощенные анноны вытесняются в раствор, а анионит вновь насыщается ионами ОН~.