6. Умягчение воды.

6.1. Определение жесткости воды.

жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Общая жесткость (мг-экв/л или г-экв/м³) вычисляется следующим образом:

Жо= (Са /20,04) +(Мg /12,16),

где Са и Мg- концентрации кальция и магния в воде, мг/л.

различают жесткость карбонатную и некарбонатную. карбонатная жесткость (Ж_к) обусловлена карбонатными и бикарбонатными солями Са и Мg, она устраняется при кипячении воды. некарбонатная жесткость (Ж_нк) вызвана кальциевыми и магниевыми солями сильных кислот ( серной, соляной, азотной, кремниевой). При этом Ж_о= Ж_к+ Ж_нк. В странах СНГ жесткость измеряют в мг-экв/л, за рубежом - в градусах:

• 1немецкий градус равен 10 мг/л СаО,

• 1 английский равен 10 мг СаСО₃/0,7 л воды,

• 1 французский-10 мг/л СаСО₃,

• 1 американский-1 мг/л СаСО₃.

Требования к жесткости воды: для питьевой воды в последних нормах (СанПиН №136/1940), которые должны были быть введены в действие с 2000 г., жесткость должна быть в пределах 1,5-7,0 мг-экв/л, но по согласованию с органами минздрава допускается жесткость 10 мг-экв/л. жесткость воды в системах промышленного водоснабжения иногда требуется значительно более низкая. так, для подпитки котлов высокого давления допускается жесткость до 0,005 мг-экв/л.

6.2. Методы умягчения.

Эти методы делят на две большие группы - реагентные и безреагентные.

реагентные методы классифицируют в зависимости от вида применяемых реагентов:

• известкование или декарбонизация,

• известково-содовый,

• едко-натровый,

• фосфатный,

• бариевый.

Безреагентные методы:

• термическое умягчение,

• ионный обмен.

Иногда используют сочетание методов, например, известково-содовый и термическое умягчение или известкование и катионирование.

Сущность реагентных методов - добавляемые реагенты связывают катионы Са²⁺ и Мg²⁺ в малорастворимые соединения, выделяемые из воды осаждением и фильтрованием.

При термическом умягчении происходит распад бикарбонатов и образование малорастворимых соединений, выпадающих в осадок. Этот метод в сочетании с известкованием применяют для паросиловых установок низкого давления.

метод ионного обмена базируется на свойствах некоторых материалов отдавать свои катионы в обмен на катионы Са и Мg. Следует отметить принципиальную разницу рассмотренных ранее методов борьбы с образованием отложений в системах охлаждения воды и умягчением. В первой группе методов принимают меры для предотвращения выпадения солей из растворов, а при умягчении стремятся вызвать такое выпадение.

6.2.1. Известкование воды.

при известковании воды одновременно снижается жесткость и щелочность. Известкование проводят известковым молоком или раствором, получаемым в сатураторах (при суточном расходе извести до 0,25 т). работать с известковым молоком (его концентрация до 5%) довольно трудно, так как известь плохо растворяется в воде. Поэтому известковый раствор приходится очищать и непрерывно перемешивать с помощью гидравлических или механических мешалок.

Известь обогащает воду ионами Са²⁺ и ОН^-, что приводит к связыванию свободной углекислоты с образованием карбонатных ионов и одновременно переводит гидрокарбонатные ионы в карбонатные:

СО₂+ 2 ОН ^-→ СО₃^-2+Н₂О,

НСО₃^-+ ОН ^-→ СО₃^-2+Н₂О,

Повышение концентрации СО₃^-2 и наличие в воде ионов Са²⁺ (с учетом введенных) приводит к образованию нерастворимого СаСО₃:

Са²⁺+ СО₃^-2→ СаСО₃↓,

а при избытке извести в осадок выпадает и Мg(ОН)₂, который также выпадает в осадок. для ускорения осаждения в воду дозируют коагулянт- сульфат железа или хлорное железо (25-35 мг/л).

теоретический предел умягчения методом известкования - 0,55 мг-экв/л (это растворимость солей жесткости в воде при 0⁰ С). однако процесс очень длительный, так как приходится выдерживать раствор до равновесного состояния. Поэтому остаточная жесткость обычно на 0,4-0,8 мг-экв/л выше некарбонатной жесткости. Щелочность снижается до 0,8-1,2 мг-экв/л.