Види жорсткості. Способи пом'якшення води
Катіони Ca 2+ зумовлюють кальцієву жорсткість, а катіони Mg 2+ - магниевую жорсткість. Загальна жорсткість складається з кальцієвої і магнієвої, тобто з сумарною концентрації в воді катіонів Ca 2+ і Mg 2+.
Під пом'якшення води розуміють або усунення, або зменшення її жорсткості. Головним чином воно полягає в повному або частковому видаленні з неї катіонів Ca 2+. Mg 2+ і Fe 2+. Існує три основних способи пом'якшення води: термічна обробка, хімічна обробка, іонний обмін.
1. Термічна обробка
Суть методу полягає в попередньому нагріванні води до 70-80 ° С або її кип'ятінні. При цьому катіони Ca 2+. Mg 2+ осідають у вигляді малорозчинних сполук.
По відношенню до процесів пом'якшення води розрізняють жорсткість карбонатну і некарбонатную.
Карбонатної називають жорсткість, викликану присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію Ca (HCO 3) 2 і магнію Mg (HCO 3) 2. При кип'ятінні гідрокарбонати руйнуються, а що утворюються малорозчинні карбонати випадають в осад, і загальна жорсткість води зменшується на величину карбонатної жорсткості. Тому карбонатну жорсткість також називають тимчасовою.
При кип'ятінні катіони кальцію осідають у вигляді карбонату кальцію.
а катіони магнію - у вигляді основного карбонату або у вигляді гідроксиду магнію (при рН> 10.3):
гідроксид-іони OH - утворюються за рахунок взаємодії іонів HCO 3 - з водою:
2. Хімічна обробка.
Пом'якшення води також може бути досягнуто обробкою різними хімічними речовинами. Так, карбонатну жорсткість можна усунути додаванням гашеного вапна
Ca 2+ + 2 HCO 3 - + Ca 2+ + 2 OH - = 2 CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O
При одночасному додаванні вапна і соди можна позбутися від карбонатної і некарбонатних жорсткості (вапняно-содовий спосіб). Карбонатна жорсткість при цьому усувається вапном, а некарбонатная - содою:
MgCO 3 + Ca 2+ + 2 OH - = Mg (OH) 2 ↓ + CaCO 3 ↓
Ефективним засобом для пом'якшення води служить поліфосфат натрію Na 5 P 3 O 10. У цьому випадку зв'язування іонів Ca 2+ і Mg 2+ здійснюється за рахунок утворення добре розчинних у воді хелатних комплексних сполук:
Застосовуються й інші способи усунення жорсткості води, серед яких один з найбільш сучасних заснований на застосуванні катионитов - катіонітний спосіб. Є тверді речовини, які містять в своєму складі рухливі іони, здатні обмінюватися на іони зовнішнього середовища. Вони отримали назву іонітів.
Іоніти діляться на дві групи. Одні з них обмінюють свої катіони на катіони середовища і називаються катионитами. інші обмінюють свої аніони і називаються аніонітами. Іоніти не розчиняються в розчинах солей, кислот і лугів.
З неорганічних іонітів найбільше значення мають цеоліти - алюмосилікати складного складу, що мають кристалічну будову. Наприклад, алюмосиликат складу Na 2 O # 8729; Al 2 O 3 # 8729; 4 SiO 2 # 8729; m H 2 O має просторову решітку, утворену атомами Al. Si і O. Решітка пронизана порожнинами, в яких розміщуються молекули води і іони Na +. Останні, володіючи певною свободою переміщення, заміщуються на іони Ca 2+ і Mg 2+ при пропущенні води через шар зерен (гранул) цеоліту.
Більш досконалі іонообмінні смоли. одержувані на основі синтетичних полімерів. Вони мають одночасно високими експлуатаційно-технічними характеристиками і різноманітними фізико-хімічними властивостями.
Для усунення жорсткості води застосовують катіоніти. Їх склад умовно можна виразити загальною формулою Na 2 R. де Na + - дуже рухливий катіон, а R 2 - частка катионита, несуча негативний заряд.
Якщо пропускати воду через шари катіоніту, то іони натрію обмінюватимуться на іони кальцію і магнію:
Ca 2+ + Na2 R = 2Na + + CaR;
Mg 2+ + Na 2 R = 2 Na + + MgR
Таким чином, іони кальцію і магнію переходять з розчину в катіоніт, жорсткість при цьому усувається.
Коли процес іонного обміну доходить до рівноваги, ионит перестає працювати - втрачає здатність зм'якшувати воду. Однак будь-який ионит легко піддається регенерації. Для цього через катионит пропускають концентрований розчин NaCl (Na 2 SO 4) або HCl (H 2 SO 4). При цьому іони Ca 2+ і Mg 2+ виходять в розчин, а катионит знову насичується іонами Na + або H +.
4. Фізичні методи усунення жорсткості
Для пом'якшення води застосовуються також методи, засновані на фізичних явищах.
Метод електродіаліз заснований на явищі спрямованого руху іонів електроліту до електродів, підключеним до мережі постійного струму. Таким чином, іони металів, які обумовлюють жорсткість води, затримуються у електродів і відокремлюються від води, що виходить з апарату водоочищення.
Магнітно-іонізаційний метод також використовує явище спрямованого руху іонів, але вже під дією магнітного поля. Для збільшення в воді кількості іонів її попередньо опромінюють іонізуючим випромінюванням.
Магнітна обробка води полягає в пропущенні води через систему магнітних полів протилежної спрямованості. В результаті цього відбувається зменшення ступеня гідратації розчинених речовин і їх об'єднання в більш великі частки, які випадають в осад.
Ультразвукова обробка води також призводить до утворення більш великих часток розчинених речовин з утворенням осаду.