І теоритична частина

Тема 1. Пом'якшення води

1.1. Основи процесів і класифікація методів пом’якшення води

Пом’якшення води – це процес видалення з води катіонів жорсткості, тобто Са²⁺ і Mg²⁺. Пом’якшення води проводиться в основному при її підготовці для технічних цілей.

Відповідно до вимог ГОСТ 2874-82 [5] жорсткість води, призначеної для господарсько-побутових цілей, не повинна перевищувати 7 мг-екв/дм³. За узгодженням з органами санітарно-епідеміологічної служби ця норма може бути збільшена до 10 мг-екв/дм³.

Загальна жорсткість води – це сума карбонатної (тимчасової) і некарбонатної (постійної) жорсткості. Карбонатна жорсткість обумовлена присутністю у воді в основному гідрокарбонатів Са²⁺ і Mg²⁺. Некарбонатна жорсткість обумовлена присутністю кальцієвих і магнієвих солей сірчаної, соляної і азотної кислот.

Для пом’якшення води застосовують наступні методи:

• термічні – нагрівання води, її дистиляція або виморожування;

• реагентні – Са²⁺ і Mg²⁺, що знаходяться у воді, зв'язуються різними реагентами в практично нерозчинні сполуки;

• іонного обміну – фільтрування пом'якшуваної води через спеціальні матеріали, що обмінюють вхідні в їх склад іони Na⁺, H⁺ на іони Са²⁺ або Mg²⁺, що містяться у воді;

• комбіновані – різні поєднання перерахованих методів.

Вибір того або іншого методу зниження жорсткості визначається якістю вихідної води, необхідною глибиною пом’якшення і техніко-економічними міркуваннями.

Відповідно до вимог [1] при пом'якшенні підземних вод слід застосовувати іонообмінні методи; при пом'якшенні поверхневих вод, коли одночасно потрібне і освітлення води, − вапняний або вапняно-содовий метод, а при необхідності глибокого пом’якшення води − подальше катіонування.

1.2. Термічний метод пом’якшення води

Термічне пом’якшення води застосовують при використанні карбонатних вод, які надходять для живлення котлів низького тиску, а також під час використання реагентних способів пом’якшення. Цей спосіб ґрунтується на зміщенні карбонатної рівноваги після нагрівання води у бік утворення карбонату кальцію:

Са(НСО₃)₂ ↔ CaCO₃↓ + СО₂↑ + H₂O.

Кип’ятінням можна повністю видалити оксид вуглецю (IV) і тим самим набагато знизити карбонатну кальцієву жорсткість. Проте повністю усунути вказану жорсткість не вдається, оскільки карбонат кальцію, хоч і трохи (13 мг/дм³ при 18°С), але все таки розчиняється у воді.

За наявності у воді гідрокарбонату магнію процес його осадження відбувається таким чином: спочатку утворюється порівняно добре розчинний (110 мг/дм³ при 18°С) карбонат магнію:

Mg(НСО₃)₂ ↔ MgCО₃ + СО₂↑ + Н₂О.

Ця сіль при тривалому кип’ятінні гідролізує, внаслідок чого випадає осад малорозчинного (8,4 мг/дм³) гідроксиду магнію:

MgCО₃ + Н₂О ↔ Mg(ОН)₂↓ + СО₂↑.

Таким чином, при кип’ятінні води жорсткість, обумовлена наявністю гідрокарбонатів кальцію і магнію, значно знижується.

Кип’ятінням частково усувається жорсткість, обумовлена наявністю сульфату кальцію, розчинність якого падає до 0,65 г/дм³ при температурі 100°С.