Жесткость природных вод и ее устранение

Мерой содержания в природных водах солей является жесткость воды. Природная вода, содержащая большое количество растворённых солей кальция, магния и железа, называется жёсткой. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткости.

Общей жёсткостью называется суммарная концентрация ионов Ca²⁺, Mg²⁺ и Fe²⁺ в воде, выраженная в ммоль экв/л. Общая жёсткость воды равна сумме постоянной и временной жёсткости.

Постоянной жёсткостью называется часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Постоянную жёсткость воды называют также некарбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием сульфатов, хлоридов, силикатов кальция, магния и железа.

Временной жёсткостью называется часть общей жёсткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Она равна разности между общей и постоянной жёсткостью. Временную жёсткость также называют карбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния.

 

По величине жёсткости воду делят на 6 классов.

 

Классы	Жёсткость воды (ммоль экв/л)
1 (очень мягкая) 2 (мягкая) 3 (средней жёсткости) 4 (довольно жёсткая) 5 (жёсткая) 6 (очень жёсткая)	0 – 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 4,5 4,5 – 6,0 6,0 – 10,0 свыше 10,0

Жёсткая водаоказывает вредное действие на технологические процессы и вызывает неприятные явления при использовании её в быту.

Обработка воды, приводящая к снижению жесткости воды, называется умягчением воды.

Существующие способы умягчения можно разделить на 3 группы:

q реагентные (химические) методы умягчения воды. Химическая обработка воды основана на переводе растворимых солей кальция и магния в труднорастворимыее соли; В качестве реагентов–осадителей применяют известь, соду, едкий натр, фосфаты натрия и др. Чаще применяется сода в смеси с известью или едким натром;

q умягчение воды методом ионного обмена (пропускание воды через ионообменные смолы);

q термическое умягчение воды (кипячение).

 

Для устранения временной жёсткости воды применяют:

– термическое умягчение (кипячение):

– реагентное умягчение гашёной известью:

Известь нейтрализует углекислоту, которая является одной из причин коррозии металлов, осаждает железо и способствует коагуляции коллоидов, например, кремниевой кислоты.

 

Для устранения общей жёсткости методом осаждения используют:

– карбонат натрия (соду):

– фосфат натрия (тринатрийфосфат):

 

В последнее время для очистки воды стали широко применять иониты (ионообменные смолы). Метод ионного обмена – катионирование основан на фильтровании через слой катионита, при котором происходит замещение ионов Ca² и Mg²⁺, содержащихся в воде, на катионы Na⁺, K⁺ или NH⁺₄, содержащиеся в твёрдой фазе катионита. В качестве катионитов в основном применяют иониты КУ-I и КУ-2.

В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Ca²⁺ и Mg²⁺, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н⁺-катионит) и анионит, содержащий гидроксильные ионы (ОН^––анионит). В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется обессоливанием:

 

Обменная ёмкость катионита определяется из соотношения:

(ммоль экв/г),

где: V- объём воды, пропущенный через катионит, л;

m – масса катионита, г.

 

Общая жёсткость воды может быть рассчитана по формуле:

(ммоль экв/л)

где: m₁, m₂, m₃ – массы содержащихся в воде катионов кальция, магния (или соответствующих им солей), мг;

М_экв.1 , М_экв.2 , М_экв.3 – молярные массы эквивалентов металлов (или соответствующих им солей), г/моль экв;

V– объём воды, л.