Жёсткость воды и методы её устранения Понятие

Жёсткость воды и методы её устранения

Понятие Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Катионы Анионы Кальций (Са 2+) Гидрокарбонат (HCO 3 -) Магний (Mg 2+) Сульфат (SO 42 -) Стронций (Sr 2+) Хлорид (Cl-) Железо (Fe 2+) Нитрат (NO 3 -) Марганец (Mn 2+) Силикат (Si. O 32 -) Чем выше концентрация указанных двухзарядовых катионов Mg 2+ и Са 2+ в воде, тем вода жёстче.

Виды жёсткостей воды Различают временную и постоянную жёсткость воды. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию. Временная жёсткость воды обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов, (Ca(HCO 3)2; Mg(HCO 3)2). При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната и жёсткость воды снижается. Ca(HCO 3)2 = Са. СО 3↓ + CO 2↑ + H 2 O Mg(HCO 3)2 = Мg 2(ОН)2 СО 3↓ + 3 СО 2↑ + Н 2 О, Остальная часть жёсткости, сохранившаяся после кипячения воды, называется постоянной жёсткостью. Она обусловлена присутствием в ней сульфатов, хлоридов и других растворимых соединений кальция и магния. Также различают и общую жёсткость воды. Она определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет временной и постоянной жёсткости.

Классификация воду по жёсткости Жёсткость воды измеряется в миллиграммах эквивалент на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20, 04 миллиграмм Ca 2+ или 12, 16 миллиграмм Mg 2+ (атомная масса делённая на валентность). Мягкая Средней жёсткости Жёсткая Очень жёсткая Миллиграмм на литр, мг/л <17, 1 мг/л 60 -120 мг/л Миллиграмм эквивалент на литр, мг-экв/л <0, 35 мг-экв/л 1, 2 -2, 4 мг-экв/л 120 -0180 мг/л >180 мг/л 2, 4 -3, 6 мг-экв/л >3, 6 мг-экв/л

Значение жёсткости воды Жёсткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях, чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. При заваривании чая или кофе в жёсткая воде может выпадать бурый осадок, теряется вкусовые качества чая. В жёсткой воде с трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи невкусны. При использовании жёсткой воды в стирке часть мыла реагирует с катионами с образованием жирных кислот 2 С 17 Н 35 СОО 1− + Са 2+ = (С 17 Н 35 СОО)2 Са↓ 2 С 17 Н 35 СОО 1− + Мg 2+ = (С 17 Н 35 СОО)2 Mg↓ Использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии

Методы устранения жёсткости Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны. Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99, 9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости. Термический способ. Основан на нагреве воды, устраняет только временную жёсткость. Находит применение в быту. В промышленности применяется на ТЭЦ. Ca(HCO 3)2 = Са. СО 3↓ + CO 2↑ + H 2 O Mg(HCO 3)2 = Мg 2(ОН)2 СО 3↓ + 3 СО 2↑ + Н 2 О

Методы устранения жёсткости Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду соды. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и выпадают в осадок. Са 2+ + СО 32 - = Са. СО 3↓ Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na 3 PO 4: 3 Ca(HCO 3)2 + 2 Na 3 PO 4 → Ca 3(PO 4)2↓+ 6 Na. HCO 3 3 Mg. SO 4 + 2 Na 3 PO 4 → Mg 3(PO 4)2↓ + 3 Na 2 SO 4 Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому достигается лучшее умягчение воды. Определенное умягчение воды происходит и в бытовых фильтрах для питьевой воды. Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки. Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости. Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. Полностью очистить воду можно методом перегонки (дистилляцией)