Умягчение воды. Виды жидкости.

Умягчение воды. Виды жидкости.

Умягчением воды называется процесс, приводящий к понижению жёсткости воды, т.е. снижению концентрации солей Ca и Mg.

Остановимся на некоторых сведениях по жёсткости воды.

Различают:

· общую жёсткость - Ж_общ;

· карбонатную жёсткость - Ж_к;

· некарбонатную жёсткость – Ж_нк.

 

Общая жёсткость  Ж_общ   воды характеризует содержание в воде катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, главным образом Ca²⁺ и Mg²⁺. Этот показатель определяется только для природных и питьевых вод.

Для характеристики сточных вод он значения не имеет. Определяется Ж_общ следующим образом:

 

Ж_общ = [ Ca ²⁺ ] + [ Mg ²⁺ ], мг-экв/л

                                           20,04 12,16

где [Ca, Mg] – концентрация в воде соответствующих катионов, в мг/л.

   20,04 и 12,16 – эквивалентные массы, соответственно Ca и Mg.

 

Количество Ca и Mg, эквивалентно содержанию гидрокарбонатов НСО_3, называется карбонатной жёсткостью Ж_к.            (Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂

Разность между общей и карбонатной жёсткостью называется некарбонатной жёсткостью Ж_нк:

Ж_нк = Ж_о – Ж_к, т.е. под постоянной или некарбонатной (Ж_нк) понимается суммарная концентрация Ca²⁺ и Mg²⁺, эквивалентную концентрации всех остальных анионов (в том числе некомпенсированных гидрокарбонатов).

Примером постоянной CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂ и т.д.

 

Результаты определения жёсткости выражают либо мг-экв/л, либо в градусах жёсткости:

· немецких (оН);

· французских (оФ);

· английских (оА);

· американских (ррm).

Соотношение между этими величинами:

 

1мг-экв/л = 2,804°Н = 5,005°Ф = 3,511°А = 50,045 ррm

Классификация природных вод по жёсткости приведена в виде таблицы.

Степень жёсткости природных вод

Характеристика воды	Жёсткость, мг-экв/л	Характеристика воды	Жёсткость, Мг-экв/л
Мягкая Среднежёсткая	<4 4-8	Жёсткая Очень жёсткая	8-12 >12

 

 

Использование жёсткой воды для хозпитьевых целей вызывает ряд неудобств: образуется накипь на стенках варочной посуды, медленно развариваются овощи, увеличивается расход мыла при стирке.

Поэтому согласно ГОСТу 2874-82 жёсткость питьевой воды должна быть не менее 7 мг-экв/л и лишь в особых случаях допускается до 14 мг-экв/л.

Для производственных целей использование жёсткой воды не допустимо: в оборотное водоснабжение, котлы, при производстве целлюлоза, волокна, в радиоэлектронной промышленности и т.д.

Существует несколько методов снижения жидкости. Выбор метода определяется главным образом необходимой глубиной умягчения и экономическими соображениями.

Для умягчения воды применяют следующие методы:

1. реагентные методы (кальций и магний связываются в труднорастворимые соединения);

2. метод ионного обмена;

3. термический метод, основанный на нагревании воды;

4. комбинированные методы, основанные на сочетаниях этих (п.п.1-3) методов.

 

 

Реагентные методы умягчения воды

Сущность реагентных методов заключается в связывании содержащихся в воде катионов жёсткости в малорастворимые соединения, выделяемые затем из воды осаждением и фильтрованием  СаСО₃, Mg(OH)₂).

Реагентное умягчение воды обычно производят при нормальных и повышенных температурах. В отдельных случаях умягчение воды сочетают с устранением других компонентов, например, железа, кремния, сульфатов и др.

 

 

ВЫБОР МЕТОДА УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ В КАЖДОМ КОНКРЕТНОМ СЛУЧАЕ ДОЛЖЕН БАЗИРОВАТЬСЯ НА ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОМ ЕГО СОПОСТАВЛЕНИИ С ДРУГИМИ ВОЗМОЖНЫМИ В ДАННОМ СЛУЧАЕ СПОСОБАМИ и ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ УМЯГЧЁННОЙ ВОДЫ.

 

Н₂СО₃ ^→_← Н⁺ + НСО^-₃

НСО^-₃  ^→_← Н⁺ +СО^2-₃

Н₂СО₃ + СО₂ ≈ СО₂

 

Декарбонизация воды (устранение карбонатной жёсткости воды известкованием)

 

                       2НСО^-₃ ^→_← СО^2-₃ + СО² + Н₂О                                 

 

1) (Начать с форм угольной кислоты)

Декарбонизация природной воды заключается в обработке воды известью Са(ОН)₂. При этом происходит в первую очередь связывание свободной СО₂ и образование бикарбонатных ионов и имеет место реакция:

 

                   2СО₂ + Са(ОН)₂ = Са(НСО₃)₂                                (1)

 

При дальнейшем добавлении извести бикарбонат кальция переходит в карбонат Са согласно следующей реакции:

 

         Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ ^→_← 2СаСО ₃ + 2Н₂О                       (2)

         ↓

Причём СаСО₃ обладает малой растворимостью и выпадает в осадок, который выделяется из воды. Т.о. происходит устранение кальциевой карбонатной жёсткости.

Если в воду ввести известь в большём количестве, чем требуется для распада Са(НСО₃)₂ по (2), то это приведёт к гидролизу магниевых солей и образованию малорастворимой Mg(OH)₂;

Mg(OH)₂ образуется обычно при рН > 10.2 – 10.3, те. При этом происходит освобождение воды и от катионов Mg.

 

Д_СоО = Э_СоО ∙ ∑ п _i = 56 ∙ (СО₂) + (НСО₃^-) + Д_к +1 ∙ 100,

                          2     22    61    е     С_СоО

 

мг ∙    мг/л     =   мг  ∙ мг∙экв = мг      (СО₂), (НСО₃) – мг/л

 мг ∙ экв мг/мг ∙ экв мг ∙ экв    л       л

 е-экв. масса коагулянта Fe ₂ (SO ₄)₃

Устранение магниевой карбонатной жёсткости:

 

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → MgCO₃ + CaCO ₃ + 2H₂O

                                          ↓

 

MgCO₃ + Ca(OH)₂ → Mg (OH) ₂ + CaCO ₃

                                 ↓           ↓

В случае наличия в воде бикарбоната Na:

 

2NaHCO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + Na2CO₃ + 2H₂O

 

При обработке воды известью происходит также перевод магниевых солей некарбонатной жёсткости в малорастворимую Mg(ОН)₂ с образованием эквивалентного количества кальциевых солей сильных кислот:

 

MgSO₄ + Ca(OH)₂ ^→_← Mg(OH)₂ + CaSO₄

 

MgCl₂ + Ca(OH)₂ ^→_← Mg(OH)₂ + CaCl₂

 

Из приведённых уравнений видно, что магниевая жёсткость устраняется, т.к. Mg(OH)₂ выпадает в осадок, однако величина общей жёсткости остаётся неизменной, т.к. при этом происходит лишь замена Mg – вой жёсткости на Са – ую, поэтому применяется известково – содовый метод.

 

 

Умягчение воды. Виды жидкости.

Умягчением воды называется процесс, приводящий к понижению жёсткости воды, т.е. снижению концентрации солей Ca и Mg.

Остановимся на некоторых сведениях по жёсткости воды.

Различают:

· общую жёсткость - Ж_общ;

· карбонатную жёсткость - Ж_к;

· некарбонатную жёсткость – Ж_нк.

 

Общая жёсткость  Ж_общ   воды характеризует содержание в воде катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, главным образом Ca²⁺ и Mg²⁺. Этот показатель определяется только для природных и питьевых вод.

Для характеристики сточных вод он значения не имеет. Определяется Ж_общ следующим образом:

 

Ж_общ = [ Ca ²⁺ ] + [ Mg ²⁺ ], мг-экв/л

                                           20,04 12,16

где [Ca, Mg] – концентрация в воде соответствующих катионов, в мг/л.

   20,04 и 12,16 – эквивалентные массы, соответственно Ca и Mg.

 

Количество Ca и Mg, эквивалентно содержанию гидрокарбонатов НСО_3, называется карбонатной жёсткостью Ж_к.            (Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂

Разность между общей и карбонатной жёсткостью называется некарбонатной жёсткостью Ж_нк:

Ж_нк = Ж_о – Ж_к, т.е. под постоянной или некарбонатной (Ж_нк) понимается суммарная концентрация Ca²⁺ и Mg²⁺, эквивалентную концентрации всех остальных анионов (в том числе некомпенсированных гидрокарбонатов).

Примером постоянной CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂ и т.д.

 

Результаты определения жёсткости выражают либо мг-экв/л, либо в градусах жёсткости:

· немецких (оН);

· французских (оФ);

· английских (оА);

· американских (ррm).

Соотношение между этими величинами:

 

1мг-экв/л = 2,804°Н = 5,005°Ф = 3,511°А = 50,045 ррm

Классификация природных вод по жёсткости приведена в виде таблицы.