Умягчение воды.
Умягчение воды производят методом осаждения и методом ионного обмена.
Первый способ заключается в том, что растворенные в воде накипеобразующие катионы в результате химического взаимодействия их с реагентами, вводимыми в воду, или вследствие термического их разложения образуют новые соединения, малорастворимые в воде и поэтому выделяющиеся из нее в твердом состоянии. Образующиеся при этом вещества удаляются из воды отстаиванием и фильтрованием. Достигается это известкованием или добавлением соды.
Но этим методом не удается получить достаточно глубокого умягчения воды, поэтому в последнее время большое распространение получили методы ионного обмена, из которых наиболее распространенными являются методы натрий-катионирования и водород-катионирования.
Вода в натрий-катионитовых установках умягчается фильтрованием через слой естественного натриевого минерала (катионита).
Кальциевые или магниевые соли, содержащиеся в воде, вступают в обменные реакции с указанным минералом, замещая в нем натрий и тем самым, умягчая воду. Вместо кальциевых и магниевых солей в обрабатываемой воде образуется эквивалентное количество легко растворимых натриевых солей.
Щелочность воды при натрий-катионировании не изменяется.
В качестве катионита используют сульфоуголь.
В процессе эксплуатации катионовая масса загрязняется и уплотняется. Для очистки ее промывают обратным потоком воды. Регенерация катионита осуществляется NaCl.
Вода после регенерации и промывки сбрасывается в дренаж, загрязняя окружающую среду. Это является серьезным недостатком данной системы очистки воды.
При водород-катионировании в качестве катионита применяют сульфоуголь. В этом методе катионит регенерируется 2%-ой серной кислотой. Обычно водород-катионирование не применяют в чистом виде, а сочетают с натрий-катионированием по трем возможным схемам: параллельного, совместного или последовательного водород- натрий-катионирования.
Применяются также такие методы ионного обмена как алюминий-натрий-катионирование и натрий-хлор-катионирование.
Современные способы очистки воды.
Электродиализ и обратный осмос
Электродиализ – ионообменный процесс, отличающийся тем, что ионный слой заменен ионитными мембранами, получаемыми полимеризацией смеси реагентов.
Для повышения механической прочности мембраны обычно формируют на упрочняющих сетках.
Принципиальная схема установки электродиализа
В анионитных мембранах – положительный заряд, в катионитных – отрицательный (под действием электрического поля ионы Na+ и Cl- устремляются к соответствующим электродам).
Положительно заряженные катионы, стремясь к катоду, встречают на своем пути отрицательно заряженные, т.е. катионопроницаемые мембраны, свободно проходят их. То же самое происходит с отрицательно заряженными анионами.
Но затем на их пути становятся мембраны одноименно заряженные, через которые они не могут пройти, вследствие отталкивания.
Таким образом, в камерах, из которых вышли ионы, вода обессоливается, а в камерах, в которые они зашли, вода превращается в рассол, вследствие накопления ионов солей из соседних камер.
Производительность электродиализных установок от 50 до 1000 м3 воды в сутки.
Обратный осмос
Принципиальная схема возникновения обратного осмоса
1 – камера растворителя,
2 – мембрана,
3 – камера раствора.
DH – разность высоты уровней воды и раствора.
Процесс осмоса заключается в самопроизвольном переходе растворителя (чистой воды) через специальную мембрану в камеру раствора.
Равновесное состояние перехода растворителя через мембрану наступает при определенном гидростатическом давлении, равном разности уровней в камере раствора и чистой воды. Это давление называется осмотическим давлением. Величина осмотического давления (МПа) зависит от концентрации солей в растворе и может быть рассчитана из выражения: Pосм = 0,082•С, где С – концентрация солей, г/л.
При создании Р > Pосм растворитель будет переходить из камеры раствора в камеру растворителя. Этот процесс называется обратным осмосом.
Основным элементом аппаратов обратного осмоса является мембрана (пористая, анизотропная, проницаемая для молекул воды и почти полностью непроницаемая для ионов растворенных веществ).