3.10 Жесткость воды и способы ее устранения
Жесткость воды определяется содержанием в ней солей s-металлов II А-группы: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, MgSO4, CaCl2, MgCl2. При нагревании и особенно при испарении воды эти соли образуют слой накипи, снижающий коэффициенты теплопередачи в окружающих и нагревающих системах, что является крайне нежелательным. Суммарное содержание этих солей в воде называется ее общей жесткостью. Жесткость подразделяется на временную и постоянную.
Временная жесткость (карбонатная) обусловлена содержанием гидрокарбонатов кальция и магния (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2), а также Fe(HCO3)2.
Устраняется при нагревании до 70 – 80 0С:
Ca(HCO3)2
↓CaCO3
+ CO2
+ H2O.
Распад гидрокарбоната магния сопровождается гидролизом:
Mg(HCO3)2 ↓MgCO3 + CO2 + H2O,
2MgCO3 + 2H2O → ↓(MgOH)2CO3 + H2O.
Разложение гидрокарбоната железа (II) сопровождается образованием Fe(OH)3, что окрашивает накипь в желтый цвет:
Fe(HCO3)2 ↓FeCO3 + CO2 + H2O,
FeCO3 + H2O → ↓Fe(OH)2 + CO2 ,
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓.
Временная жесткость устраняется не только кипячением питьевой воды, но и нейтрализацией гидрокарбонатов гашеной известью. Однако этот способ применяется крайне редко:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O.
Постоянная жесткость (некарбонатная) определяется содержанием устойчивых, неизменяющихся солей: CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2. Она устраняется переводом сульфатов и галидов s – металлов II А – группы в практически нерастворимые карбонаты или фосфаты с их последующей фильтрацией:
CaSO4 + Na2CO3 → ↓CaCO3 + Na2SO4,
3CaSO4 + 2Na3PO4 → ↓Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4.
Наиболее удобный метод удаления солей, образующих накипь – это катионный обмен, впервые изученный на некоторых алюмосиликатах
(Na2O ∙ Al2O3 ∙ nSiO2), которые получили название «пермутитов».
Для определения жесткости воды необходимо сделать ее анализ и затем рассчитать по формуле:
,
где Ж – жесткость воды;
m – масса вещества, обусловливающего жесткость воды или
применяемого для ее устранения, мг;
Мэ – молярная масса эквивалента, г/моль;
V – объем воды, л.
Жесткость воды выражается суммой миллиграммэквивалентов ионов Ca2+ и Mg2+, содержащихся в 1л воды (мгэкв/л). один миллиграммэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04мг/л Ca2+ или 12мг/л Mg2+.
Контрольные вопросы:
91. Сколько граммов Na3PO4 надо прибавить к 500л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5мэкв?
92. В 1 л воды содержится 36,47мг ионов магния и 50,1мг ионов кальция. Чему равна жесткость этой воды?
93. Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3мэкв?
94. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7мгэкв/л. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300л этой воды?
95. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50л воды потребовалось прибавить 21,2г карбоната натрия?
96. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?
97. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 мэкв. Сколько граммов гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
98. Сколько граммов CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв?
99.Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мэкв?
100. Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция?