Методы устранения жесткости воды.

1.Термический метод. Связан с нагревом воды, снижает только временную (карбонатную) жесткость. В промышленности его используют лишь при наличии дешевых источников тепла (на ТЭЦ, например).

Основан на смещении углекислотного равновесия при нагревании воды в сторону образования карбоната кальция:

Са(НСО₃)₂СаСО₃↓ + СО₂↑+ Н₂О

Мg(НСО₃)₂МgСО₃↓ + СО₂↑+ Н₂О

Растворимость газов падает при повышении температуры, при кипячении воды из нее устраняется углекислый газ.

2. Реагентные методы.Основаны на обработке воды реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединенияСаСО₃, Са(ОH)₂, Мg(ОH)₂, Са₃(PО₄)₂.

В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария, ортофосфат натрия. Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости. Кальцинированную соду применяют, если карбонатная жесткость немного больше некарбонатной. Фосфатирование применяют для доумягчения воды до значений 0,02-0,03 мг-экв/л.

3. Термохимический метод. Умягчение осуществляют с применением извести и соды или едкого натра и соды при температуре воды более 100° С (до 165° С). Термохимический метод умягчения применяется в основном при подготовке воды для питания котлов. Только в этом случае утилизируется почти все тепло, затраченное на подогрев воды.

4.Умягчение воды диализом (метод нанофильтрации) основан на разделении растворенных веществ с различными молекулярными массами под действием разных скоростей диффузии через полупроницаемую мембрану, разделяющую концентрированный и разбавленный растворы. Растворенные вещества (соли жесткости) диффундируют через мембрану в сторону разбавленного раствора, растворитель (вода) диффундирует в обратном направлении. Диализ осуществляется в мембранных аппаратах с нитро- и ацетатцеллюлозными пленочными мембранами. Достаточно дорогой способ умягчения воды, требует предварительной очистки воды. При диализе происходит удаление из воды всех солей, в том числе необходимых человеку микроэлементов.

5. Магнитный метод.Механизм воздействия магнитного поля на воду окончательно не выяснен. Существующие гипотезы объясняют влияние магнитного поля на деформацию ионов, их сближение и образование центров кристаллизации; воздействие на коллоидные примеси в воде; влияние на структуру воды. Сущность метода заключается в том, что при воздействии магнитного поля накипь образуется не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки легко удаляются. Метод эффективен при обработке кальциево-карбонатных вод.

6. Метод ионного обмена основан на обмене между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита. В качестве ионитов могут использоваться неорганические и органические материалы, способные к обмену ионов и практически нерастворимые в воде. К неорганическим природным ионитам относят цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, гидрослюды (глауконит). Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относят ионообменные смолы с развитой поверхностью. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами.

Иониты имеют плохо связанные с основной структурой материала подвижные, способные к обмену катионы (H⁺ илиNa⁺) или анионы (OH^–) и прочно связанные между собой высокомолекулярные ионыR. В процессе ионообменного умягчения воды происходит замена ионовH⁺,Na⁺ илиOH^– на ионы жесткости:

Мg²⁺ + 2HR →MgR² + 2H⁺;

Са²⁺ + 2NaR → CaR² + 2Na⁺;

HСO^3- + ROH →RHCO³ + OH^–.

Применяя совместное H –Na-катионирование, можно получить остаточную жесткость в пределах 0,05-0,005 мг∙экв/л.

7.Метод перегонки - испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.

8.Криогенный метод- вымораживание льда. Вода постепенно замораживается, когда остается примерно 10 % жидкости от первоначального количества, незамерзшая вода сливается, а лед оттаивается и превращается обратно в воду. Все соли, которые образуют жесткость, остаются в незамерзшей воде.

Методы замораживания и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды.