Термический метод умягчения воды
Термический способ умягчения воды — это интересный способ, при котором из воды удаляется временная жёсткость (подробнее про временную жёсткость — в статьях «Жёсткая вода» и «Подробнее про жёсткость воды«) с помощью нагрева воды. То есть, для умягчения применяются именно те процессы, которые приводят к образованию накипи в обычных условиях. Другими словами, образование накипи тут — желательное явление.
На самом деле термическим способом умягчения воды вы пользуетесь почти что с детства — как раз с того возраста, когда вы научились ставить чайник на огонь. Другими словами, когда вы кипятите воду в чайнике, вы делаете так, чтобы часть солей жёсткости выпадала в осадок в виде накипи на чайнике. В результате вы пьёте чай с более мягкой водой, чем течёт из крана. При термическом способе умячгения воды не полностью закрывайте крышку чайника (кастрюли), чтобы углекислый газ мог свободно улетучиваться. Соответственно, если вы оставляете крышку закрытой, то углекислый газ не может свободно улетучиваться и замедляет скорость выпадения солей жёсткости в осадок.
С другой стороны, полностью открытая ёмкость при кипячении приведёт к быстрому испарению воды, что не очень хорошо, поскольку при этом растёт общее содержание солей и вкус воды ухудшается.
Таким образом, нужно найти оптимальное положение крышки на чайнике для вашей собственной жёсткой воды.
Далее, второе следствие из реакции термического осаждения солей жёсткости с точки зрения химического равновесия — чем больше солей жёсткости (т.е. чем выше жёсткость воды), тем быстрее будет происходить выпадение в осадок. Термический метод умягчения воды или кипячение - один из наиболее простых и распространенных способов снижения её жесткости. При кипячении жесткой воды гидрокарбонат кальция, который чаще всего является причиной повышенной жесткости, под действием температуры, распадается, образуя углекислый газ и осадок из карбоната кальция. С помощью этого способа умягчения можно значительно снизить содержание в воде солей жесткости.
Таким методом умягчения (кипячением) можно также уменьшить частично и жесткость, вызванную сульфатом кальция СаSO4., так как его способность растворяться в воде снижается до 0,65 г/л при температуре кипения - 100°C.
Недостатком
его можно считать то, что устранить
полностью кипячением жесткость воды
не удастся, в связи с тем, что СаСО3 хотя
и частично (13 мг/л при температуре 13°С),
но, всё же, может растворяться. К тому
же, при кипячении образуется осадок,
который будет необходимо удалять. Да и
умягчать большой объем воды таким
методом затруднительно.
Рисунок
2
Поэтому термический метод применяется для технических нужд, в частности при использовании вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами.
Рисунок
3
Ионообменный метод умягчения воды
В настоящее время существуют несколько методов проведения умягчения воды. Умягчение воды методом ионного обмена является основным.
Принцип действия метода ионного обмена состоит в способности ионитов или ионообменных материалов поглощать из воды отрицательные или положительные ионы в обмен на такое же количество ионов ионита. Процесс умягчения воды методом ионного обмена, результатом которого является обмен катионами, носит название катионирования.
Умягчение воды методом ионного обмена происходит следующим образом. Жесткая вода проходит через фильтры умягчения воды, внутри которых засыпаны ионообменные смолы. Смола – это синтетические гранулы, в которые введены ионогенные группы путем химического взаимодействия.
Принцип умягчения и водоочистки методом ионного обмена заключается в том, что ионообменная смола, вступая в реакцию с растворенными в воде солями, отдает ионы. Основная причина обмена частицами между жесткой водой и фильтровой загрузкой заключается в разности концентрации ионов. Ионы солей стремятся попасть в раствор в виду того, что в растворе отсутствуют подобные ионы. Согласно принципу сохранения электронейтральности ионы жесткой воды стремятся пробраться внутрь гранул засыпки.
Ионообменные смолы разделяются на катионы – тогда выделяются в воду положительно заряженные частицы, и аниониты – выделяются частицы, заряженные отрицательно. Для умягчения воды методом ионного обмена, в основном, используются катионы.
Важное свойство ионообменной засыпки – это их способность к регенерации. Регенерация допускает длительное, до нескольких лет, использование одной засыпки. Этот процесс представляет собой возвращение гранул загрузки к первоначальному химическому состоянию способом промывки растворами щелочей или солей, в зависимости от заряда частиц. Регенерация Na+ катионовых фильтров умягчителей проводится раствором поваренной соли. В установках для умягчения воды ионным методом можно применять таблетируемую соль. После проведенной регенерации рекомендуется засыпку промыть от избытка солей. Восстановление Н+ фильтров осуществляется раствором серной кислоты. После чего засыпка также промывается.
Умягчение воды методом ионного обмена не требует внешней энергии и является малозатратным. Однако, спустя некоторое время, фильтровая засыпка насыщается кальцием и магнием и исчерпывает свой натриевый запас. Проводить смену смолы весьма накладно. Поэтому она подвергается неоднократной регенерации в течение своего длительного срока эксплуатации. Процесс регенерации обратен процессу умягчения воды методом ионного обмена. Во время регенерации смола отдает ионы кальция и магния, а ионы натрия забирает из рассола. Метод ионного обмена, который используют для смягчения жесткой воды основан на том, что вода фильтруется через специальные материалы, в которых происходит обмен ионов, входящих в их состав (чаще всего – натрия), на ионы жесткости (чаще всего - кальция или магния).
Фильтры, работа которых, основана на ионообменном методе могут быть трех типов:
в виде корпуса с колбой, с засыпкой и периодической заменой в них ионообменных кристаллов - наиболее простой эконом-вариант;
со сменными картриджами для умягчения воды, требующими их периодической замены;
регенеративными - фильтры более сложной конструкции, в которых осуществляется периодическое восстановление ионообменных свойств смолы – её регенерация.
Преимуществом метода ионного обмена можно считать возможность обеспечить достаточно большую производительность и высокий уровень умягчения.
Недостатки ионообменного метода умягчения:
вода, жесткость которой снижена таким способом, не пригодна для питья или приготовления пищи;
фильтры без функции регенерации требуют периодической замены расходных материалов (кристаллов или картриджей);
относительно высокая стоимость фильтров для умягчения с функцией регенерации.
Рисунок
4