19. Задачи и упражнения

Методика решения задач по теме "Жесткость воды и методы её умягчения" основана на понятии жесткости, знании единиц измерения жесткости, методов умягчения воды и некоторых общих формул.

Единой международной единицы измерения жесткости не существует. Различные страны условно принимают свои единицы. В нашей стране жесткость выражают в мг-эквивалентах ионов Са²⁺ и Mg²⁺ (либо соответствующих солей кальция и магния), содержащихся в I л воды; I мг-эквивалент жесткости соответствует 20,04 мг Са²⁺ в I л воды или 12,16 мг Mg²⁺ в I л воды. В других странах жесткость воды измеряют градусами жесткости:

немецкие градусы I° = I г СаО в 100 л воды

французские I° = I г СаСО₃ в 100 л воды

английские I° = I г СаСО₃ в 70 л воды

Например, один немецкий градус жесткости соответствует содержанию

I г СаО в 100 л воды. Содержание других металлов пересчитывается на количество эквивалентов СаО. Для пересчета жесткости, выраженной в мг-экв/л в градусы жесткости других стран можно воспользоваться следующими соотношениями (ориентировочно):

I мг-экв /л = 2,8° (немец.) = 5° (франц.) = 3,5° англ.) = 50° (американ.).

Если известны массы ионов или соответствующих им солей, то жесткость считается по формуле

где m₁, m_2, m₃ – массы ионов металлов (или их солей) в воде, мг;

Э₁, Э₂, Э₃ – эквивалентные массы ионов металлов (или их солей), мг/экв;

V – объём воды, л.

Временную жесткость воды можно определить по объёму кислоты, пошедшей на её титрование. В соответствии с законом эквивалентов количество эквивалентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаково. Следовательно:

,

где – объём кислоты, пошедшей на титрование, мл;

–объём пробы воды, взятой для титрования, мл;

–нормальная концентрация кислоты, экв./л;

Отсюда:

(мэкв/л).

Аналогично можно рассчитать общую жесткость воды (Ж_общ.) по объёму трилона Б, пошедшего на титрование:

(мэкв/л).

Эквивалент трилона Б равен г

Для устранения жесткости на практике часто используется известково-содовый метод. Добавление к воде Ca(OH)₂ устраняет карбонатную жесткость (Ж_К), а добавление (Na₂CO₃) – некарбонатную жесткость (Ж_НК).

; ;

.

Иногда при умягчении воды известково-содовым методом дозы извести и соды, вводимые в воду, определяются пробным умягчением. Для ориентировочных расчетов можно использовать следующие формулы:

где и– содержание извести и соды, мг/л;

–карбонатная жесткость, мэкв/л;

–магниевая жесткость, мэкв/л;

–содержание диоксида углерода, мэкв/л;

–некарбонатная жесткость, мэкв/л;

0,5 – избыток реактива, мэкв/л;

28 – масса мг-эквивалента оксида кальция, мг;

53 – масса мг-эквивалента соды, мг.

Широкое применение для умягчения воды нашли ионообменные смолы. В этом случае расчеты обычно связаны с определением обменной емкости (ε) ионитов. Обменной емкостью катионита называют максимальное количество ионов (в мэкв/г и мэкв/л), поглощаемое I г катионита обменным путем. Рассчитывают ε из соотношений:

(мэкв/г),

где V – объём воды, пропущенной через катионит, л;

m – масса катионита, г;

(мэкв/л),

где Ж – жесткость воды, мэкв/л;

V – объём воды, пропущенной через катионит, л;

V₁ – объём катионита, см³.