3.1.1. Умягчение

В зависимости от свойств воды источника водоснабжения или от требований, предъявляемых потребителями к качеству воды, может потребоваться ее специальная обработка – умяг­чение, обезжелезивание, стабилизация, обессоливание и т. п.

Общеизвестно, что процес­сы образования накипи и инкрустаций связаны с на­личием в природной воде, в том числе и в пресной, больших коли­честв растворенных солей кальция и магния. Эти элементы, несомнен­но, важны для человека, для разви­тия флоры и фауны, но доставляют массу проблем при проектировании и эксплуатации котельного и теплообменного оборудования.

Всем хорошо знакомы накипь и осадки в нагревательных устройст­вах, в трубопроводах, в стиральных и посудомоечных машинах, извест­ковые отложения на сантехничес­ком оборудовании, керамической плитке, а также сухость волос и ко­жи при мытье водой с высоким со­держанием кальция и магния.

Природные воды весьма разнооб­разны по химическому составу. Главными примесями речных вод, содержащих от 500 до 600 мг/л раство­ренных солей, являются ионы каль­ция, магния, натрия, бикарбонатов, сульфатов и хлоридов. Маломине­рализованные речные воды содер­жат преимущественно ионы каль­ция и магния.

Солесодержание подземных вод зависит от условий залегания подземного горизонта и меняется от 100 мг/л до нескольких грам­мов. В пресных водах артезианских скважин преобладают ионы Са²⁺ и НСО₃^-. Эти ионы присутствуют во всех минерализованных водах.

Ис­точник их появления – природные залежи известняков, гипса и доло­митов. В маломинерализованных водах больше всего содержится ио­нов Са²⁺. Суммарная концентрация катионов кальция и магния, выра­женная в миллиграмм-эквивалентах на литр, и составляет же­сткость воды.

Общую жесткость воды опреде­ляют также как сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (по­стоянной) жесткости. Карбонатная жесткость обусловлена присутстви­ем солей гидрокарбонатов кальция и магния и устраняется при кипяче­нии воды.

При ее нагревании гид­рокарбонаты распадаются с образо­ванием нестойкой угольной кисло­ты и нерастворимых осадков карбо­ната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная жесткость связана с присутствием в воде кальция и маг­ния в виде солей серной, соляной и азотной кислот. Эта жесткость при кипячении не устраняется.

В соответст­вии с СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» жесткость воды не должна пре­вышать 7 мг-экв/л. Умягчение воды, предназначенной для хозяйственно-питье­вых целей, обычно не производят.

Однако оно необходимо для некоторых технологических процессов на промышленных предприятиях. Так, для отдельных производств текстильной, химической и пищевой отраслей промышленности требуется вода с жесткостью не более 1 мг-экв/л. Ряд производств предъявляет более же­сткие требования к технологичес­кой воде, вплоть до глубокого умяг­чения (0,01-0,05 мг-экв/л и ниже).

В справочнике по водоподготовке котельных установок (автор О.В. Лившиц) приведены ориентиро­вочные требования по общей жест­кости питательной воды для котлов различных типов:

• жаротрубные (5-15 атм) – 0,35 мг-экв/л;

• водотрубные (15-25 атм) – 0,15 мг-экв/л;

• высокого давления (50-100 атм) – 0,035 мг-экв/л;

• барабанные (100-185 атм) – 0,005 мг-экв/л.

Питательная вода для котлов среднего и высокого давления должна иметь жесткость не более 0,3 мг-экв/л.

Различают методы реагентного и катионитового умягчения воды, а также комбинированные методы.

Из методов реагентного умягчения наиболее распространен известково-содовый, при котором в воду до­бавляют известь для снятия временной (карбонатной) жест­кости и кальцинированную соду для удаления постоянной (некарбонатной) жесткости.

При введении в воду указанных реагентов образуются нерастворимые соединения, выпадающие в осадок, или соединения, сохраняющиеся в воде, но не обла­дающие свойствами солей жесткости.

После умягчения воду осветляют в отстойниках или освет­лителях. Иногда для ускорения процесса осветления произво­дят коагулирование воды железным купоросом.

Метод катионитового умягчения основыва­ется на способности катионитов обменивать катионы натрия или водорода на катионы солей жесткости, содержащихся в воде. Умягчающую способность катионитов называют обмен­ной способностью или емкостью поглощения.

В результате обменной реакции катионы солей жесткости переходят в состав катионита, а катионы натрия переходят в воду, образуя натриевые соли. Такое умягчение называют Na⁺-катионированием. При Н⁺-катиони-ровании в обменную ре­акцию с катионами магния и кальция вступают катионы водо­рода.

При работе установки катионит расходует катионы Na⁺ и Н⁺ и теряет способность умягчать воду. В связи с этим необхо­дима периодическая регенерация катионитового фильтра.

Для восстановления катионов натрия через фильтр пропускают раствор поваренной соли, а для восстановления катионов водо­рода - раствор серной кислоты.

В результате Nа⁺-катионирования снижается жесткость воды, анионный состав воды и щелочность не изменяются, а солесодержание даже несколько увеличивается.

При Н⁺-катионировании жесткость, щелочность, солесодержание воды снижаются, но увеличивается содержание в воде свободного диоксида углерода. При анионировании в качестве обменных ионов чаще всего используют анионы ОН^-.

Для полного химического обессоливания обрабатываемую воду пропускают последовательно через Н⁺-катионитные и анионитные фильтры.

Применяя Н⁺- и Na⁺-катионирование, умягченную воду не нужно ни подщелачивать, ни подкислять.