4. Методы умягчения воды

1. Общие сведения

Умягчением воды в технике называется процесс ее обработки, в результате которого нз нее удаляются катионы, обусловливающие жесткость: Са²+ н Mg²⁺.

Наибольшее распространение в технике получили три основных метода умягчения воды: термический, реагентный и катнонцтовый. Первые два ме­тода основаны на осаждении кальция н магния в виде нерастворимых соеди­нений, образующихся в результате нагрева воды нлн при обработке ее раз­личными реагентами. Катнонитовын метод основан на обмене нонов Ca‘t+ н Mg²+ на ноны Na+ нлн Н+ при фильтровании воды через специальные мате­риалы, естественные нлн искусственные.

2. Реагентные методы умягчения воды

1. Харантермсгмна процессов и применяемые реагенты

Для удаления из воды ионов кальция н магния в технике используются известь (окснд кальция), сода (карбонат натрия), реже едкий натр (гидрок­сид натрия); при глубоком умягчении — трннатрийфосфат (ортофосфат натрия), в особых случаях — гидроксид или солн барня. При одновременном освет­лении, обесцвечивании н реагентиом умягчении воды в качестве коагулянтов применяют только соли железа — хлорное железо (хлорид железа (III)) и же­лезный купорос (сульфат железа (II)).

Наиболее широкое применение в технологии реагеитиого умягчения воды имеют методы декарбонизации и известково-содовый.

Прн декарбонизации используют гашеную известь (гидроксид кальцня) в качестве реагента, связывающего присутствующую в воде свободную угле­кислоту (СО^) и прн pH 8,4 гндрокарбонатные ноиы (HCO.f). Образующиеся прн этом карбонатные ионы (СО^~) с присутствующими в воде и вводимыми с известью нонами кальцня дают трудиорастворнмый карбонат кальцня, вы­деляющийся в осадок:

Са(ОН), -j CO. = CaC0₃j -f H,0 Ca(OH)₂ + Ca(HC0₃)₂ = 2CaC0₃J, + 2H₂0

При дальнейшем добавлении гидроксида кальцня (pH > 10,3) нз воды выделяется осадок гндрокснда магния;

2Са(ОН), -f Mg(HCO_s)_a - 2CaC0₃i -f Mg(OH), -f 2H₂0 Ca(OH), + MgCl₂ = Mg(OH)4 + CaCI₂

Однако удалять магнезиальную жесткость гидроксидом кальцня рацио­нально только в случае,если в воде после удаления нонов кальцин остается избыток карбонатных нонов, связывающих кальций, вводимый с известью в виде карбоната нальцня. В противном случае происходит л ишь замена нонов магния иа ноны кальцня и жесткость воды ие нзмениется. Поэтому применять для умягчения воды только известь целесообразно лишь тогда, когда вся жест­кость воды нарбоиатиая.

При декарбонизации остаточная жесткость может быть доведена до иекар- бонлтнон жесткости -J-0.4—0,8 мг ■ экв/л и щелочность —до 0,8 —1.2 мг X X экв/л.

Прн известково-содовом умягчении воды находящиеся в воде ноны каль­цня и магнии осаждаются наиболее полно.

Гашеная известь (гидроксид кальция) расходуется иа осаждение солей, обусловливающих карбонлтиую п магниевую жесткость (см. выше), сода (кар­бонат натрия) удаляет соли иекарбонатной кальциевой жесткости:

NaXO_a -f СаС1₂ = CaCO_s! -f- SN’aCt Na_aCO_s -f CaSO., = CaCO^j + Na.SO,

При известково-содовом умягчении остаточная жесткость может быть доведена до 0,5—I мг • экв/л, а щелочность — до 0,8 —1,2 мг • экв/л.

Образующиеся прн известково-содовом умягчении СаСО_а и Mg(OH)₂ спо­собны образовывать пересыщенные растворы, а также весьма долго оставать­ся в коллоидно-дисперсном состоянии. Поэтому процесс кристаллизации и пе­реход их в грубоднснерсный шлам длительны, особенно прн низких температу­рах и наличии в воде органических прнмесей. Последние действуют как защит­ные ноллонды и при большом их количестве жесткость воды при реагеитном умягчении может снижаться всего на 15—20°о. В подобных случаях перед умягчением пли в процессе умягчения нз воды удалиют органические приме­си нрн помощи колгуляптов. Очень часто прн содово-известковом методе про­цесс проводят в дае стадии: вначале удаляют нз воды органические примеси и большую часть солей карбонатной жесткости, применяя соли алюмнння нлн железа с известью (оксидом кальция) и создавая прн этом оптимальные усло­вия для протекания процесса коагуляции, затем, вводя соду (карбонат нат­рии) и остальную часть извести (оксида кальция), доумягчают воду. Если уда­ление органических прнмесей производится совместно с умягчением воды, то в качестве коагулянтов применяются только соли железа, так как прн высо­ком значении pH воды, необходимом для удаления магнезиальной жесткости, соли алюминия ие образуют сирбцнонио-актнвного гидроксида.