Способы умягчения воды химия. Способы умягчения воды: выбор лучшего варианта. Оптимальная жесткость воды, как определить жёсткость воды в домашних условиях

Основные методы умягчения воды

Термохимический метод умягчения воды

Умягчение воды диализом

Магнитная обработка воды

Литература

Под умягчением воды подразумевается процесс удаления из нее катионов жесткости, т.е. кальция и магния. В соответствии с ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Отдельные виды производств к технологической воде предъявляют требования глубокого ее умягчения, т.е. до 0,05.0,01 мг-экв/л. Обычно используемые водоисточники имеют жесткость, отвечающую нормам хозяйственно-питьевых вод, и в умягчении не нуждаются. Умягчение воды производят в основном при ее подготовке для технических целей. Так, жесткость воды для питания барабанных котлов не должна превышать 0,005 мг-экв/л. Умягчение воды осуществляют методами: термическим, основанным на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании; реагентными, при которых находящиеся в воде ионы Ca (II) и Mg (II) связывают различными реагентами в практически нерастворимые соединения; ионного обмена, основанного на фильтровании умягчаемой воды через специальные материалы, обменивающие входящие в их состав ионы Na (I) или Н (1) на ионы Са (II) и Mg (II), содержащиеся в воде диализа; комбинированным, представляющим собой различные сочетания перечисленных методов.

Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиПа при умягчении подземных вод следует применять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды, - известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды - последующее катионирование. Основные характеристики и условия применения методов умягчения воды приведены в табл. 20.1.

умягчение вода диализ термический

Для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд обычно умягчают лишь ее некоторую часть с последующим смешением с исходной водой, при этом количество умягчаемой воды Q y определяют по формуле

где Ж о. и. - общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; Ж 0. с. - общая жесткость воды, поступающей в сеть, мг-экв/л; Ж 0. у. - жесткость умягченной воды, мг-экв/л.

Методы умягчення воды

Термический метод умягчения воды целесообразно применять при использовании карбонатных вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами умягчения воды. Он основан на смещении углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования карбоната кальция, что описывается реакцией

Са (НС0 3) 2 - > СаСО 3 + С0 2 + Н 2 0.

Равновесие смещается за счет понижения растворимости оксида углерода (IV), вызываемого повышением температуры и давления. Кипячением можно полностью удалить оксид углерода (IV) и тем самым значительно снизить карбонатную кальциевую жесткость. Однако, полностью устранить указанную жесткость не удается, поскольку карбонат кальция хотя и незначительно (13 мг/л при температуре 18°С), но все же растворим в воде.

При наличии в воде гидрокарбоната магния процесс его осаждения происходит следующим образом: вначале образуется сравнительно хорошо растворимый (110 мг/л при температуре 18° С) карбонат магния

Mg (НСО 3) → MgC0 3 + С0 2 + Н 2 0,

который при продолжительном кипячении гидролизуется, в результате чего выпадает осадок малорастворимого (8,4 мг/л). гидроксида магния

MgC0 3 +H 2 0 → Mg (0H) 2 +C0 2 .

Следовательно, при кипячении воды жесткость, обусловливаемая гидрокарбонатами кальция и магния, снижается. При кипячении воды снижается также жесткость, определяемая сульфатом кальция, растворимость которого падает до 0,65 г/л.

На рис. 1 показан термоумягчитель конструкции Копьева, отличающийся относительной простотой устройства и надежностью работы. Предварительно подогретая в аппарате обрабатываемая вода поступает через эжектор на розетку пленочного подогревателя и разбрызгивается над вертикально размещенными трубами, и по ним стекает вниз навстречу горячему пару. Затем совместно с продувочной водой от котлов она по центрально подающей трубе через дырчатое днище поступает в осветлитель со взвешенным осадком.

Выделяющиеся при этом из воды углекислота и кислород вместе с избытком пара сбрасываются в атмосферу. Образующиеся в процессе нагревания воды соли кальция и магния задерживаются во взвешенном слое. Пройдя через взвешенный слой, умягченная вода поступает в сборник и отводится за пределы аппарата.

Время пребывания воды в термоумягчителе составляет 30.45 мин, скорость ее восходящего движения во взвешенном слое 7.10 м/ч, а в отверстиях ложного дна 0,1.0,25 м/с.

Рис. 1. Термоумягчитель конструкции Копьева.

15 - сброс дренажной воды; 12 - центральная подающая труба; 13 - ложные перфорированные днища; 11 - взвешенный слой; 14 - сброс шлама; 9 - сборник умягченной воды; 1, 10 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - продувка котлов; 3 - эжектор; 4 - выпар; 5 - пленочный подогреватель; 6 - сброс пара; 7 - кольцевой перфорированный трубопровод отвода воды к эжектору; 8 - наклонные сепарирующие перегородки

Умягчение воды реагентными методами основано на обработке ее реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения: Mg (OH) 2 , СаС0 3 , Са 3 (Р0 4) 2 , Mg 3 (P0 4) 2 и другие с последующим их отделением в осветлителях, тонкослойных отстойниках и осветлительных фильтрах. В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария и другие вещества.

Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарботаной жесткости, а также в случае, когда не требуется удалять из воды соли некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь, которую вводят в виде раствора или суспензии (молока) в предварительно подогретую обрабатываемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду ионами ОН - и Са 2+ , что приводит к связыванию растворенного в воде свободного оксида углерода (IV) с образованием карбонатных ионов и переходу гидрокарбонатных ионов в карбонатные:

С0 2 + 20Н - → СО 3 + Н 2 0,НСО 3 - + ОН - → СО 3 - + Н 2 О.

Повышение в обрабатываемой воде концентрации ионов С0 3 2 - и присутствие в ней ионов Са 2+ с учетом введенных с известью приводит к повышению произведения растворимости и осаждению малорастворимого карбоната кальция:

Са 2+ + С0 3 - → СаС0 3 .

При избытке извести в осадок выпадает и гидроксид магния

Mg 2+ + 20Н - → Mg (ОН) 2

Для ускорения удаления дисперсных и коллоидных примесей и снижения щелочности воды одновременно с известкованием применяют коагуляцию этих примесей сульфатом железа (II) т.е. FeS0 4 *7 Н 2 0. Остаточная жесткость умягченной воды при декарбонизации может быть получена на 0,4.0,8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости, а щелочность 0,8.1,2 мг-экв/л. Доза извести определяется соотношением концентрации в воде ионов кальция и карбонатной жесткости: а) при соотношении [Са 2+ ] /20<Ж к,

б) при соотношении [Са 2+ ] /20 > Ж к,

где [СО 2 ] - концентрация в воде свободного оксида углерода (IV), мг/л; [Са 2+ ] - концентрация ионов кальция, мг/л; Ж к - карбонатная жесткость воды, мг-экв/л; Д к - доза коагулянта (FeS0 4 или FeCl 3 в пересчете на безводные продукты), мг/л; е к - эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeS0 4 е к = 76, для FeCl 3 е к = 54); 0,5 и 0,3 - избыток извести для обеспечения большей полноты реакции, мг-экв/л.

Выражение Д к /е к берут со знаком минус, если коагулянт вводится раньше извести, и со знаком плюс, если совместно или после.

При отсутствии экспериментальных данных дозу коагулянта находят из выражения

Д к = 3 (С) 1/3 , (20.4)

где С - количество взвеси, образующейся при умягчении воды (в пересчете на сухое вещество), мг/л.

В свою очередь, С определяют, используя зависимость

Известково-содовый метод умягчения воды описывается следующими основными реакциями:

По этому методу остаточная жесткость может быть доведена до 0,5.1, а щелочность с 7 до 0,8.1,2 мг-экв/л.

Дозы извести Д и и соды Д с (в пересчете на Na 2 C0 3), мг/л, определяют по формулам

(20.7)

где - содержание в воде магния, мг/л; Ж н. к. - некарбонатная жесткость воды, мг-экв/л.

При известково-содовом методе умягчения воды образующиеся карбонат кальция и гидроксид магния могут пересыщать растворы и долго оставаться в коллоидно-дисперсном состоянии. Их переход в грубодисперсный шлам длителен, особенно при низких температурах и наличии в воде органических примесей, которые действуют как защитные коллоиды. При большом их количестве жесткость воды при реагентном умягчении воды может снижаться всего на 15.20%. В подобных случаях перед умягчением или в процессе его из воды удаляют органические примеси окислителями и коагулянтами. При известково-содовом методе часто процесс проводят в две стадии. Первоначально из воды удаляют органические примеси и значительную часть карбонатной жесткости, используя соли алюминия или железа с известью, проводя процесс при оптимальных условиях коагуляции. После этого вводят соду и остальную часть извести и доумягчают воду. При удалении органических примесей одновременно с умягчением воды в качестве коагулянтов применяют только соли железа, поскольку при высоком значении рН воды, необходимом для удаления магниевой жесткости, соли алюминия не образуют сорбционно-активного гидроксида. Дозу коагулянта при отсутствии экспериментальных данных рассчитывают по формуле (20.4). Количество взвеси определяют по формуле

где Ж о - общая жесткость воды, мг-экв/л.

Более глубокое умягчение воды может быть достигнуто ее подогревом, добавлением избытка реагента-осадителя и созданием контакта умягчаемой воды с ранее образовавшимися осадками. При подогреве воды уменьшается растворимость СаСО 3 и Mg (OH) 2 и более полно протекают реакции умягчения.

Из графика (рис. 2, а) видно, что остаточная жесткость, близкая к теоретически возможной, может быть получена только при значительном подогреве воды. Значительный эффект умягчения наблюдается при 35.40°С, дальнейший подогрев менее эффективен. Глубокое умягчение ведут при температуре выше 100° С. Большой избыток реагента-осадителя при декарбонизации добавлять не рекомендуется, так как возрастает остаточная жесткость из-за непрореагировавшей извести или при наличии в воде магниевой некарбонатной жесткости вследствие ее перехода в кальциевую жесткость:

MgS0 4 + Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + CaS0 4

Рис. 2. Влияние температуры (а) и дозы извести (б) на глубину умягчения воды известково-содовым и известковым методом

Са (0H) 2 + Na 2 C0 3 = CaC0 3 +2NaOH,

но избыток извести приводит к нерациональному перерасходованию соды, повышению стоимости умягчения воды и увеличению гидратной щелочности. Поэтому избыток соды принимают около 1 мг-экв/л. Жесткость воды в результате контакта с ранее выпавшим осадком понижается на 0,3.0,5 мг-экв/л п сравнению с процессом без контакта с осадком.

Контроль процесса умягчения воды следует осуществлять коррекцией рН умягченной воды. Когда это невозможно, его контролируют по значению гидратной щелочности, которую при декарбонизации поддерживают в пределах 0,1.0,2 мг-экв/л, при известково-содовом умягчении - 0,3.0,5 мг-экв/л.

При содово-натриевом методе умягчения воды ее обрабатывают содой и гидроксидом натрия:

Ввиду того, что сода образуется при реакции гидроксида натрия с гидрокарбонатом, необходимая для добавки в воду доза ее значительно уменьшается. При высокой концентрации гидрокарбонатов в воде и низкой некарбонатной жесткости избыток соды может оставаться в умягченной воде. Поэтому этот метод применяют лишь с учетом соотношения между карбонатной и некарбонатной жесткостью.

Содово-натриевый метод обычно применяют для умягчения воды, карбонатная жесткость которой немного больше некарбонатной. Если карбонатная жесткость приблизительно равна некарбонатной, соду можно совсем не добавлять, поскольку необходимое ее количество для умягчения такой воды образуется в результате взаимодействия гидрокарбонатов с едким натром. Доза кальцинированной соды увеличивается по мере повышения некарбонатной жесткости воды.

Содорегенеративный метод, основанный на возобновлении соды в процессе умягчения, применяют при подготовке воды, для питания паровых котлов низкого давления

Са (НС0 3) 2 + Na 2 C0 3 = СаС0 3 + 2NaHC0 3 .

Гидрокарбонат натрия, попадая в котел с умягченной водой, разлагается под влиянием высокой температуры

2NаHC0 3 = Na 2 C0 3 + Н 2 0 + С0 2 .

Образующаяся при этом сода вместе с избыточной, введенной вначале в водоумягчитель, тут же в котле гидролизует с образованием гидроксида натрия и оксида углерода (IV), который с продувочной водой поступает в водоумягчитель, где используется для удаления из умягчаемой воды гидрокарбонатов кальция и магния. Недостаток этого метода состоит в том, что образование значительного количества СО 2 в процессе умягчения вызывает коррозию металла и повышение сухого остатка в котловой воде.

Бариевый метод умягчения воды применяют в сочетании с другими методами. Вначале вводят барий содержащие реагенты в воду (Ва (ОН) 2 , ВаСО 3 , ВаА1 2 0 4) для устранения сульфатной жесткости, затем после осветления воды ее обрабатывают известью и содой для доумягчения. Химизм процесса описывается реакциями:

Из-за высокой стоимости реагентов бариевый метод применяют очень редко. Для подготовки питьевой воды из-за токсичности бариевых реагентов он непригоден. Образующийся сульфат бария осаждается очень медленно, поэтому необходимы отстойники или осветлители больших размеров. Для ввода ВаС03 следует использовать флокуляторы с механическими мешалками, поскольку ВаСО 3 образует тяжелую, быстро осаждающуюся суспензию.

Необходимые дозы бариевых солей, мг/л, можно найти, пользуясь выражениями: гидроксида бария (продукт 100% -ной активности) Д б =1,8 (SO 4 2-), алюмината бария Д б =128Ж 0 ; углекислого бария Д в = 2,07γ (S0 4 2-);

Углекислый барий применяют с известью. Путем воздействия углекислоты на карбонат бария получают бикарбонат бария, который и дозируют в умягчаемую воду. При этом дозу углекислоты, мг/л, определяют из выражения: Д уг. = 0,46 (SO 4 2-); где (S0 4 2-) - содержание сульфатов в умягчаемой воде, мг/л; γ=1,15.1,20 - коэффициент, учитывающий потери углекислого бария.

Оксалатный метод умягчения воды основан на применении оксалата натрия и на малой растворимости в воде образующегося оксалата кальция (6,8 мг/л при 18° С)

Метод отличается простотой технологического и аппаратурного оформления, однако, из-за высокой стоимости реагента его применяют для умягчения небольших количеств воды.

Фосфатирование применяют для доумягчения воды. После реагентного умягчения известково-содовым методом неизбежно наличие остаточной жесткости (около 2 мг-экв/л), которую фосфатным доумягчением можно снизить до 0,02-0,03 мг-экв/л. Такая глубокая доочистка позволяет в некоторых случаях не прибегать к катионитовому водоумягчению.

Фосфатированием достигается также большая стабильность воды, снижение ее коррозионного действия на металлические трубопроводы и предупреждаются отложения карбонатов на внутренней поверхности стенок труб.

В качестве фосфатных реагентов используют гексаметафос - фат, триполифосфат (ортофосфат) натрия и др.

Фосфатный метод умягчения воды при использовании три - натрийфосфата является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса умягчения воды тринатрийфосфатом описывается реакциями

Как видно из приведенных реакций, сущность метода заключается в образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.

Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105.150° С, достигая ее умягчения до 0,02.0,03 мг-экв/л. Из-за высокой стоимости тринатрийфосфата фосфатный метод обычно используется для доумягчения воды, предварительно умягченной известью и содой. Доза безводного тринатрийфосфата (Д ф; мг/л) для доумягчения может быть определена из выражения

Д Ф =54,67 (Ж ОСТ + 0,18),

где Ж ост - остаточная жесткость умягченной воды перед фосфатным доумягчением, мг-экв/л.

Образующиеся при фосфатном умягчении осадки Са 3 (Р0 4) 2 и Mg 3 (P0 4) 2 хорошо адсорбируют из умягченной воды органические коллоиды и кремниевую кислоту, что позволяет выявить целесообразность применения этого метода для подготовки питательной воды для котлов среднего и высокого давления (58,8.98,0 МПа).

Раствор для дозирования гексаметафосфата или ортофосфата натрия с концентрацией 0,5-3% приготовляют в баках, количество которых должно быть не менее двух. Внутренние поверхности стенок и дна баков должны быть покрыты коррозионноустойчивым материалом. Время приготовления 3% -ного раствора составляет 3 ч при обязательном перемешивании мешалочным или барботажным (с помощью сжатого воздуха) способом.

Технологические схемы и конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды

В технологии реагентного умягчения воды используют аппаратуру для приготовления и дозирования реагентов, смесители, тонкослойные отстойники или осветлители, фильтры и установки для стабилизационной обработки воды. Схема напорной водоумягчительной установки представлена на рис. 3

Рис. 3. Водоумягчительная установка с вихревым реактором.

1 - бункер с контактной массой; 2 - эжектор; 3, 8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 4 - вихревой реактор; 5 - ввод реагентов; 6 - скорый осветлительный фильтр; 9 - сброс контактной массы; 7 - резервуар умягченной воды

В этой установке отсутствует камера хлопьеобразования, поскольку хлопья осадка карбоната кальция формируются в контактной массе. При необходимости воду перед реакторами осветляют.

Оптимальным сооружением для умягчения воды известковым или известково-содовым методами является вихревой реактор (спирактор напорный или открытый) (рис. 20.4). Реактор предоставляет собой железобетонный или стальной корпус, суженный книзу (угол конусности 5.20°) и наполненный примерно до половины высоты контактной массой. Скорость движения воды в нижней узкой части вихревого реактора равна 0,8.1 м/с; скорость восходящего потока в верхней части на уровне водоотводящих устройств - 4.6 мм/с. В качестве контактной массы применяют песок или мраморную крошку с размером зерен 0,2.0,3 мм из расчета 10 кг на 1 м3 объема реактора. При винтовом восходящем потоке воды контактная масса взвешивается, песчинки сталкиваются друг с другом и на их поверхности интенсивно кристаллизируется СаСО 3 ; постепенно песчинки превращаются в шарики правильной формы. Гидравлическое сопротивление контактной массы составляет 0,3 м на 1 м высоты. Когда диаметр шариков увеличивается до 1,5.2 мм, крупную наиболее тяжелую контактную массу выпускают из нижней части реактора и догружают свежую. Вихревые реакторы не задерживают осадка гидроксида магния, поэтому их следует применять совместно с установленными за ними фильтрами только в тех случаях, когда количество образующегося осадка гидроксида магния соответствует грязеемкости фильтров.

При грязеемкости песчаных фильтров, равной 1.1,5 кг/м 3 , и фильтроцикле 8 ч допустимое количество гидроксида магния составляет 25.35 г/м 3 (содержание магния в исходной воде не должно превышать 10.15 г/м 3). Возможно применение вихревых реакторов и при большем содержании гидроксида магния, но при этом после них необходимо устанавливать осветлители для выделения гидроксида магния.

Расход свежей контактной массы, добавляемой с помощью эжектора, определяют по формуле G = 0,045QЖ, где G - количество добавляемой контактной массы, кг/сут; Ж - удаляемая в реакторе жесткость воды, мг-экв/л; Q - производительность установки, м 3 /ч.

Рис. 4. Вихревой реактор.

1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды: 5 - пробоотборники; 4 - контактная масса; 6 - сброс воздуха; 7 - люк для загрузки контактной массы; 3 - ввод реагентов; 2 - удаление отработавшей контактной массы

В технологических схемах реагентного умягчения воды с осветлителями вместо вихревых реакторов применяют вертикальные смесители (рис. 5). В осветлителях следует поддерживать постоянную температуру, не допуская колебаний более 1°С, в течение часа, поскольку возникают конвекционные токи, взмучивание осадка и его вынос.

Подобную технологию применяют для умягчения мутных вод, содержащих большое количество солей магния. В этом случае смесители загружают контактной массой. При использовании осветлителей конструкции Е.Ф. Кургаева, смесители и камеры хлопьеобразования не предусматривают, поскольку смешение реагентов с водой и формирование хлопьев осадка происходят в самих осветлителях.

Значительная высота при небольшом объеме осадкоуплотнителей позволяет применять их для умягчения воды без подогрева, а также при обескремнивании воды каустическим магнезитом. Распределение исходной воды соплами обусловливает ее вращательное движение в нижней части аппарата, что повышает устойчивость взвешенного слоя при колебаниях температуры и подачи воды. Смешанная с реагентами вода проходит горизонтальную и вертикальную смесительные перегородки и поступает в зону сорбционной сепарации и регулирования структуры осадка, что достигается изменением условий отбора осадка по высоте взвешенного слоя, создавая предпосылки для получения его оптимальной структуры, улучшающей эффект умягчения и осветления воды. Проектируют осветлители так же, как и для обычного осветления воды.

При расходах умягчаемой воды до 1000 м 3 /сут может быть применена водоочистная установка типа "Струя". Обрабатываемая вода с добавленными к ней реагентами поступает в тонкослойный отстойник, затем на фильтр.

В Институте горного дела Сибирского отделения РАН разработана безреагентная электрохимическая технология умягчения воды. Используя явление подщелачивания у анода и подкисления у катода при пропускании постоянного электрического тока через водную систему, можно представить реакцию разряда воды следующим уравнением:

2Н 2 0 + 2е 1 → 20Н - + Н 2,

где е 1 - знак, указывающий на способность солей жесткости диссоциировать на катионы Ca (II) и Mg (II).

В результате протекания этой реакции концентрация гидроксильных ионов возрастает, что вызывает связывание ионов Mg (II) и Ca (II) в нерастворимые соединения. Из анодной камеры диафрагменного (диафрагма из ткани типа бельтинг) электролизера эти ионы переходят в катодную за счет разности потенциалов между электродами и наличия электрического поля между ними.

На рис. 6 показана технологическая схема установки для умягчения воды электрохимическим способом.

Производственная установка была смонтирована в районной котельной, испытания которой длились около двух месяцев. Режим электрохимической обработки оказался устойчивым, осадка в катодных камерах не наблюдалось.

Напряжение на подводящих шинах составляло 16 В, суммарный ток 1600 А. Общая производительность установки - 5 м3/ч, скорость движения воды в анодных камерах 0,31 н-0,42 м/мин, в зазоре между диафрагмой и катодом 0,12-0,18 м/мин.

Рис. 5. Установка нзвестково-содового умягчения воды.1,8 - подача исходной и отвод умягченной воды; 2 - эжектор; 3 - бункер с контактной массой; 5 ввод реагентов; 6 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 7 - осветлительный скорый фильтр; 4 - вихревой реактор

Рис. 6. Схема установки электрохимического умягчения воды I - выпрямитель ВАКГ-3200-18; 2 - диафрагменный электролизер; 3, 4 - аналит и каталит; 5 - насос; 6 - рН-метр; 7 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 8 - осветлительный скорый фильтр; 9 - сброс в канализацию; 10, 11 - отвод умягченной и подача исходной воды; 12 - расходомер; 13 - вытяжной зонт

Установлено, что из воды с Ж о = 14,5-16,7 мг-экв/л получают анолит с жесткостью 1,1 - 1,5 мг-экв/л при рН = 2,5-3 и католит с жесткостью 0,6-1 мг-экв/л при рН=10,5-11. После смешения отфильтрованных анолита и католита показатели умягченной воды были следующими: общая жесткость Ж о составляла 0,8-1,2 мг-экв/л, рН = 8-8,5. Затраты электроэнергии составили 3,8 кВт*ч/м 3 .

Химическим, рентгеноструктурным, ИК-спектроскопическим и спектральным анализами установлено, что в осадке преимущественно содержатся CaC0 3 , Mg (OH) 2 и частично Fe 2 0 3 *Н 2

Вод - вынужденное и дорогостоящее мероприятие, представляющее собой довольно сложную задачу, связанную с большим разнообразием загрязняющих веществ и появлением в их составе новых соединений.Методы очистки вод можно разделить на 2 большие группы: деструктивные и регенеративные. В основе деструктивных методов лежат процессы разрушения загрязняющих веществ. Образующиеся продукты распада удаляются...

Производится через среднее и верхнее сборно-распределительное устройства за счет направления части отработанного регенерационного раствора или подачи исходной воды по контуру рециркуляции. 1. ВИДЫ ФИЛЬТРОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ Ионитные фильтры классифицируются в зависимости от принципа действия, а также от целей, преследуемых при прохождении воды через них. 1.1 Фильтры ФИПа, ...

Наш организм получает до 25 % минеральных веществ из воды. Таким образом, качество воды напрямую влияет на состояние нашего здоровья. Ведь через нее процесс усвоения продуктов, в том числе и вредных веществ, происходит очень быстро. И потому во избежание проблем следует проводить умягчение воды. В этой статье мы рассмотрим вопрос избыточного содержания солей жесткости в воде.

Из этой статьи вы узнаете:

Почему воду необходимо умягчать

Какие существуют методы умягчения воды

Какими фильтрами можно сделать воду мягче

Так ли хороша система обратного осмоса

Почему умягчение воды для дома – насущная проблема

Что такое жесткость воды? Под этим понятием подразумевается то, сколько в ней содержится солей щелочноземельных металлов. В России для определения жесткости питьевой воды имеются собственные критерии, которые устанавливаются ГОСТами и санитарно-эпидемиологическими правилами и нормами. Например, СанПиН 2.1.4.1974-01. В других странах действуют свои стандарты. К примеру, в Соединенных Штатах Америки – это нормы Агентства, осуществляющего охрану окружающей среды. В Евросоюзе – Директива Совета ЕС 98/83/ЕС.

Официально показатель жесткости воды измеряется в градусах, причем один градус равен 1 мг-экв/л, согласно ГОСТ 31865-2012. Допустимый порог не должен быть выше 7 мг-экв/л.

Жесткость воды классифицируется следующим образом:

менее 1,5 мг-экв/л – очень мягкая вода;

от 1,5 до 4 мг-экв/л – мягкая вода;

от 4 до 8 мг-экв/л – вода средней жесткости;

от 8 до 12 мг-экв/л – жесткая вода;

свыше 12 мг-экв/л – очень жесткая вода.

Это стандарты для питьевой воды, применяемой в хозяйственных и бытовых целях. Для оборудования, к примеру, паровых котлов предъявляются еще более строгие нормы. И это неудивительно, ведь котел должен работать исправно, а жесткая вода может привести к его поломке. И потому показатели по ограничению вдвое ниже тех значений, которые приводятся в СанПиН.

Чем же опасна эта вода? Ее употребление ведет к возникновению сбоев в работе желудочно-кишечного тракта и проблем, связанных с моторикой желудка. Соли постепенно накапливаются в организме, появляется боль в суставах, а в желчном пузыре и в почках образуются камни. Кроме того, эти вещества оседают на коже и волосах. Солевой налет остается и на оборудовании, тех же чайниках, стиральной машине, сантехнике... Для белья эта вода тоже вредна. Она выводит из строя трубопроводы. Что еще? Так как отложения солей на деталях и узлах оборудования ведут к падению коэффициента теплопередачи, то и расход топлива увеличивается. Таким образом, настоятельно рекомендуется умягчение воды для дома и производства, если она не отвечает стандартам.

Из скважин и колодцев вода поступает жесткой, так как в земных недрах она вся без исключения является такой, и в этом случае ее умягчение обязательно.

Как понять, что воду надо умягчать? На это указывает ряд признаков:

После стирки белье твердое, на нем наблюдаются белые разводы.

Моющего средства требуется больше, чем это рекомендуется производителем, и оно недостаточно хорошо пенится.

Стенки чайника покрываются накипью.

После проведения гигиенических процедур кожа кажется сухой и стянутой.

Краны покрываются налетом.

До того как проводить умягчение воды для дома, выясните состав воды, поступающей из вашего источника водоснабжения. Проведите химический анализ. Рекомендации: если вы живете в доме загородного типа (коттедж или частное жилье), то выбирайте автоматическую установку для непрерывного умягчения воды.

Таким образом, следует использовать умягченную воду для предотвращения проблем, которые связаны со здоровьем, и для продления срока службы бытового оборудования. Автоматические установки, которые непрерывно умягчают воду, наилучшим образом подходят для применения в коттеджах и домах загородного типа. Правильный подбор системы возможен только после определения состава воды, в связи с этим нельзя обойтись без ее химического анализа.

Каким образом возможно умягчение воды для дома

Существуют разные методы умягчения воды: химический, механический и физический. Так, химическая очистка проводится с помощью реагентов, механическая – это применение физических барьеров, а физическая подразумевает, что используются силы природы, к примеру, магнетизм. Эти способы комбинируются для достижения наилучшего результата.

Каковы цель и условия – такой выбирается и метод очистки. Определяется это уровнем жесткости воды, тем, насколько велико или мало домостроение. Далее рассмотрим распространенные методы умягчения воды для дома.

Химическая очистка. Используются особые реагенты, которые называют коагулянтами. В результате взаимодействия кальция и магния образуется нерастворимое соединение, оно постепенно оседает на стенках фильтра. В качестве реагентов применяются известь, гидроксид натрия, кальцинированная вода, фосфонаты. Этот способ подходит только для очистки технической воды, к примеру, в котельной.

Полифосфатная очистка. Этим простым и доступным реагентным методом очистки умягчается техническая вода. Соль жесткости и полифосфат натрия вступают в реакцию, после чего формируется нерастворимая пленка, состоящая из полифосфата кальция и магния, и вместе с тем происходит насыщение воды ионами натрия.

Ионообменное умягчение. Это доступная и результативная технология: вода проходит через фильтр для умягчения с засыпкой из ионообменной смолы. После прохождения через последнюю в результате реакции ионного обмена образуется смола из ионов кальция и магния воды, а также запускается процесс обогащения фильтруемой жидкости ионами натрия, которые безопасны для здоровья человека и оборудования.

К достоинствам данной технологии можно отнести то, что у ионообменной смолы имеется способность к регенерации, то есть она может восстанавливаться. Для этого достаточно осуществить промывку смолы, для чего используется обыкновенная поваренная соль. Многие устройства для умягчения воды оснащаются мультипроцессорным управлением, которое обеспечивает необходимое автоматическое включение режима регенерации.

Обработка воды этим методом не ведет к выпадению осадка, то есть не нужно приобретать дополнительные фильтры. Данный тип фильтров подходит для умягчения питьевой и технической воды.

Фильтрация по принципу обратного осмоса. При использовании этой технологии для умягчения воды применяется мембрана из ароматического полиамида или ацетилцеллюлозы. Мембрана такого типа почти полностью гарантирует деминерализацию, и, само собой, показатель жесткости снижается. В результате потребитель получает близкую к дистилляту воду.

Этот метод очистки имеет следующие преимущества: установка обладает малыми габаритами и низкой энергозатратностью. Недостаток же в том, что фильтры стоят дорого, мембрана иногда нуждается в замене, а на это тратится много средств.

Система обратного осмоса работает при том обязательном условии, что установлен предфильтр грубой очистки и постфильтр искусственной минерализации. С помощью последнего вода обогащается солями кальция (от 40 мг/л), магния (от 20 мг/л), фтора, калия, а также иными химическими элементами до показателя в 100 мг/л.

Использование минерализатора необходимо, так как обратноосмотическая система очищает воду настолько, что образуется химически чистое соединение. Если долго пить дистиллированную воду, то из организма вымываются нужные ему макро- и микроэлементы.

Магнитная фильтрация. Реализация магнитного и электромагнитного методов нашли свое применение в устройствах небольшого размера, которые устанавливаются на внутренних стенках трубопровода. Вода пропускается через фильтр этого типа, причем магнитное поле воздействует на соли магния и кальция, в результате чего они образуют нерастворимую форму. Выведение осадка из системы водопровода осуществляется благодаря потоку воды.

Подобная система фильтрации используется, если ваш враг – накипь, и необходимо защитить от нее котлы, колонки и водонагреватели, стиральные или посудомоечные машины, которые устанавливаются в домах, находящихся в частной собственности, и коттеджах.

Широко распространено использование жильцами загородных домов комбинированного метода. К примеру, магнитному фильтру находится применение при техническом водоснабжении, для удовлетворения питьевой нужды используется обратноосмотическая система (непременно нужен минерализатор). Применение последнего варианта подразумевает, что это недешевое удовольствие, поэтому для оптимизации расходов устанавливайте ионообменный фильтр. Он отличается универсальностью, высокой производительностью, а умягченную им воду одинаково успешно можно и употреблять в пищу, и задействовать в работе бытового оборудования.

Фильтры, которые гарантируют умягчение воды в доме

После определения оптимальной технологии покупателю важно не допустить ошибки, подбирая конструктивное решение.

Компактный фильтр. Закрепляется этот фильтр на трубе, через которую вода поступает в устройство, например, в стиральную машину или котел. Также возможно использование частично растворимого реагента – полифосфата натрия, засыпаемого внутрь, или применение искусственно создаваемого магнитного поля. Этот фильтр удобен, но предназначен для умягчения воды, которая после очистки имеет только хозяйственно-бытовое назначение или обслуживает лишь одну единицу оборудования.


Магистральный фильтр. Система получает воду из трубы, на которую и монтируется этот фильтр. Тем самым осуществляется моментальное решение всех возможных проблем, связанных с умягчением воды, но цена у фильтра высокая, а сам процесс его работы протекает достаточно медленно.

Картриджный фильтр. Обычно каждый фильтр этого типа оснащают прозрачной колбой с установкой в последнюю сменного картриджа с ионообменной смолой. Стандартного размера фильтр (десять дюймов) рассчитан на четыре тысячи литров или безостановочную работу сроком на полгода. После проводится замена картриджа. У этой системы довольно низкий ресурс работы и отсутствует возможность восстановления.

Фильтр кабинетного типа. Эти малогабаритные установки находят свое применение в офисах и квартирах. В системе такого типа реализуется технология ионного обмена. У данного фильтра расход сорбента на 50 % ниже, чем у умягчителей других типов, и, следовательно, он работает более экономно. Прошедшую обработку воду можно спокойно пить, функционированию бытовой техники вода не наносит абсолютно никакого вреда. У фильтра есть один нюанс: он справляется лишь с малыми объемами и не подходит для дома с большой площадью. Оптимальный вариант – это коттедж, в котором проживает пять-шесть жильцов.

Ионообменный фильтр. Устройство представляет собой колонны с солевыми баками. Каждая вертикальная установка – это резервуар с ионообменной смолой внутри. Проходящая через них вода подлежит умягчению. Предусматривается, что систему можно оснастить емкостью для соли, которая используется в процессе регенерации. После того как достигается критический предел, происходит изменение режима фильтрации на регенерацию и соляной раствор направляется через резервуар. У дорогостоящих систем имеются два контура фильтрации. Один контур задействован в процессе регенерации, в то время как второй функционирует на полную мощность.

Комплекты для умягчения воды в нашем каталоге

Среднестатистической семье, которая проживает в доме частного типа, подойдет фильтр для умягчения воды, производительность которого составляет до полутора кубометров в час. Без замен, возникающих по необходимости, наполнитель способен служить до десяти лет.

Умягчение воды обратным осмосом

С недавних пор фильтры обратного осмоса принято рассматривать в качестве оптимального решения, если необходимо очистить или провести умягчение воды для дома. Но это устройство обладает многочисленными недостатками, что наводит на мысль о нецелесообразности вложения средств в подобный умягчитель.

С помощью сетчатых фильтров нельзя устранить растворенные соли жесткости. Зато с этой задачей способен справиться фильтр мембранного типа.

Система обратного осмоса обладает низкой производительностью, что считается ее главным недостатком. Компенсируется это тем, что устанавливается несколько контуров, которые работают параллельно. У каждого из них имеется отдельная мембрана (набор необходимых фильтров), а также помпа, которая нагнетает повышенное давление для результативного функционирования этого узла.

Для установки данного типа фильтра нужно отыскать достаточно места, а также осуществить изоляцию этого помещения таким образом, чтобы шума не было слышно в остальных комнатах, и решить другие сопутствующие проблемы.

Но практика показывает, что этим мощным установкам очень редко находится применение в быту. Их функциональность шире, чем у простого умягчителя воды для дома частного типа, но вместе с тем у подобного оборудования слишком высокая цена, да и его дальнейший процесс эксплуатации далеко не самый дешевый. Монтаж этих систем осуществляется на производствах, где для глубокой очистки рабочих жидкостей требуется строго соблюдать технологический процесс.

Установка обратного осмоса обладает еще несколькими ограничениями, о которых следует знать тем, кто планирует приобрести эту систему:

Без обеспечения хорошей предварительной фильтрации от механических примесей происходит очень быстрое загрязнение картриджей. Риски особенно высоки, если используются старые городские инженерные сети или личную скважину пробурили «на песок» (небольшая глубина).

Каждая модель оборудования отвечает четким требованиям того, какой должен быть состав у воды на выходе, и нормы эти устанавливаются производителями данных систем.

Ко всему прочему, необходимо соблюдать диапазон поддерживаемой температуры и воды, который задается производителем. В большинстве случаев нужно будет установить ограничительные клапаны на входе, а также использовать насосы с автоматическим управлением включением и выключением.

Для качественного функционирования оборудования необходимо своевременно менять отдельные элементы:

• каждые 4–6 месяцев – предварительные фильтры механической очистки;

  каждые 3–4 месяца – фильтры с наполнителями из активированного угля (тоже предварительные);

  каждые 8–12 месяцев – постфильтры с наполнителями из активированного угля);

  каждые два или два с половиной года – мембрану обратного осмоса.

По химическому составу воду, очищенную по принципу обратного осмоса, приравнивают к дистиллированной жидкости. Принято считать, что она способна в некоторой степени навредить здоровью, так как если человек будет пить эту воду каждый день, он не будет получать необходимые его организму минералы. Кроме того, некоторые владельцы не любят употреблять настолько сильно очищенную воду.

По этой причине к установкам обратного осмоса иногда в качестве дополнения подключают специальные блоки – минерализаторы. С их помощью кальций и магний поступают в воду, то есть происходит насыщение жидкости этими элементами. Система может быть оснащена клапаном, который обеспечит включение в общий контур такого узла в тех случаях, когда подобная необходимость будет возникать.

Все, о чем писалось выше, приводит к необходимости обстоятельно рассмотреть целесообразность покупки фильтра обратного осмоса, чтобы с его помощью осуществлять умягчение воды для дома.

Компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

подключить систему фильтрации самостоятельно;

разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

подобрать сменные материалы;

устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

Виды жесткости. Способы умягчения воды

Катионы Ca 2+ обусловливают кальциевую жесткость, а катионы Mg 2+ - магниевую жесткость. Общая жесткость складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном удалении из нее катионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ . Существует три основных способа умягчения воды: термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании воды до 70-80 ° С или ее кипячении. При этом катионы Ca 2+ , Mg 2+ осаждаются в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость карбонатную и некарбонатную .

Карбонатной называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca (HCO 3 ) 2 и магния Mg (HCO 3 ) 2 . При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому карбонатную жесткость также называют временной .

При кипячении катионы кальция осаждаются в виде карбоната кальция :

Ca 2+ + 2HCO 3 2- = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2 ,

а катионы магния - в виде основного карбоната или в виде гидроксида магния (при рН>10.3):

2Mg 2+ + 2HCO 3 - + 2OH - = (MgOH) 2 CO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

гидроксид-ионы OH - образуются за счет взаимодействия ионов HCO 3 - с водой:

HCO 3 - + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной . Она определяется содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов, хлоридов, нитратов . При кипячении эти соли не удаляются, поэтому некарбонатную жесткость также называют постоянной .

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить добавлением гашеной извести

Ca 2+ + 2 HCO 3 - + Ca 2+ + 2 OH - = 2 CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

Mg 2+ + 2HCO 3 2- + 2Ca 2+ + 4OH - = Mg(OH) 2 ↓ + 2CaCO 3 ↓ + 2 H 2 O

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый способ ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная - содой:

Ca 2+ + CO 3 2-+ = CaCO 3 ↓;

Mg 2+ + CO 3 2-+ = MgCO 3

MgCO 3 + Ca 2+ + 2 OH - = Mg (OH ) 2 ↓ + CaCO 3 ↓

Эффективным средством для умягчения воды служит полифосфат натрия Na 5 P 3 O 10 . В этом случае связывание ионов Ca 2+ и Mg 2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:

P 3 O 10 5- + Ca 2+ = 3-

P 3 O 10 5- + Mg 2+ = 3-

3. Ионный обмен

Применяются и другие способы устранения жесткости воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов - катионитный способ . Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов .

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами , другие обменивают свои анионы и называются анионитами . Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты - алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙4 SiO 2 ∙ m H 2 O имеет пространственную решетку, образованную атомами Al , Si и O . Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы Na + . Последние, обладая определенной свободой перемещения, замещаются на ионы Ca 2+ и Mg 2+ при пропускании воды через слой зерен (гранул) цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы , получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты . Их состав условно можно выразить общей формулой Na 2 R , где Na + - весьма подвижный катион, а R 2- - частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na 2 R = 2Na + + CaR;

Mg 2+ + Na 2 R = 2 Na + + MgR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать - утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают концентрированный раствор NaCl (Na 2 SO 4 ) или HCl (H 2 SO 4 ). При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na + или H + .

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы, основанные на физических явлениях.

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.

Е.А. Нуднoва, И.Н. Аржaнова

Умягчение воды - это процесс удаления из воды солей жесткости.

Процессы извлечения из воды солей Ca 2+ и Mg 2+ в водоподготовке называют умягчением воды . Относительно селективное удаление солей жесткости из воды может производиться тремя методами:

• реагентным умягчением воды;
• ионным обменом;
• нанофильтрацией.

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам ВОЗ оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,0–2,0 мг-экв/л. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу ее из строя, а также оставляет налет на волосах и коже человека, создавая неприятное ощущение их «жесткости». При стирке, взаимодействуя с ПАВами мыла или стиральных порошков, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода.

В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадение солей при хранении. Это характерно для бутилированной питьевой воды, пива, соков, водки. Даже при мытье бутылок она оставляет несмываемые потеки. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1–0,2 мг-экв/л.

В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды с систему очень быстро выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы. Даже небольшой слой отложений солей на поверхности теплообменного оборудования приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи и увеличению расхода топлива. Трубопроводы зарастают настолько, что их производительность падает в несколько раз. Поэтому в тех процессах, где допустимо использование воды с некоторым содержанием солей, ее жесткость ограничивается еще меньшими значениями – 0,03–0,05 мг-экв/л.

Реагентное умягчение воды

Многие соли жесткости имеют низкую растворимость. При введении в раствор некоторых реагентов увеличивается концентрация анионов, которые образуют малорастворимые соли с ионами жесткости Ca 2+ и Mg 2+ . Такой процесс называют реагентным умягчением воды .

Различают умягчение воды известкованием и содо-известкованием.

При известковании в раствор добавляют гашеную известь Ca(OH) 2 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2 CaCO 3 + 2Н 2 O ;

Mg(HCO 3) 2 + 2 Ca(OH) 2 = Mg(OH) 2 + 2СaCO 3 + 2Н 2 O .

Данный способ используют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости воды, когда требуется одновременное снижение жесткости и щелочности. Остаточная жесткость на 0,4–0,8 мг-экв/л превышает некарбонатную жесткость. Обычно используется совместно с ионообменным умягчением воды.

При содо-известковании в воду добавляют гашеную известь Ca(OH) 2 и соду Na 2 CO 3 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 = 2 CaCO 3 + 2 NaOH + Н 2 СО 3 ;

Mg(HCO 3) 2 + 2NaOH = Mg(OH) 2 + 2NaHCO 3 .

Как следует из уравнений реакций, в процессе образования и осаждения осадка из воды извлекаются соли жесткости. Вместе с ними удаляются коллоидные и взвешенные частицы с ассоциированными на них загрязнениями. На хлопьях осадка частично сорбируются органические загрязнения воды.

При содо-известковании за счет избытка ионов HCO 3 достигается бoльшая полнота удаления из воды солей жесткости. Повышение температуры до 70–80 ° С позволяет довести остаточную жесткость до 0,35–1,0 мг-экв/л. Того же результата можно достигнуть увеличением доз реагентов.

Процессы осаждения осуществляются в отстойниках и осветлителях со взвешенным слоем осадка.

Отстойники малопроизводительны, и получаемая в них гидроксидная пульпа имеет высокую влажность – 97–99%. Поэтому они в настоящее время практически не применяются.

В практике используются различные варианты осветлителей со взвешенным слоем осадка. В них очищаемый раствор подается снизу и проходит через слой осадка. Это увеличивает коэффициент очистки воды. Для уменьшения объема шлама используются дополнительные зоны и камеры шламоуплотнения. Увеличение степени осветления достигается введением дополнительных секций тонкослойного отстаивания.

Реагентные методы умягчения в подготовке питьевой воды не используются. После них вода имеет сильнощелочную реакцию. Они широко применяются в энергетике и промышленности как первая ступень очистки до механических фильтров . При совместной работе они позволяют умягчить воду, удалить взвешенные вещества, включая коллоиды, и частично очистить воду от органических веществ.

Поскольку осаждение образовавшихся хлопьев происходит очень медленно, производительность оборудования низка и оно имеет большие габариты. В результате образуются отходы в виде трудно утилизируемых шламов. Процесс требует тщательного контроля, причем в основном ручного, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности воды и т. п.

Новые технологические решения (тонкослойное отстаивание, контактная коагуляция, ввод флокулянтов) позволяют достигнуть тех же показателей умягчения воды при меньших расходе реагентов, габаритах установок и их полной автоматизации.

Нанофильтрационное умягчение воды

При использовании мембран с определенным размером пор обеспечивается их селективность к многозарядным и крупным ионам. Одновалентные ионы (катионы и анионы) в основном не задерживаются мембраной. Реально при селективности по MgSO 4 на уровне 98–99% селективность по NaCl для различных нанофильтрационных мембран составляет 20–70%. При пропускании воды через такую нанофильтрационную мембрану удаляются все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы, катионы тяжелых металлов и часть органических загрязнений. Происходит достаточно глубокая очистка от солей жесткости – в 10–50 раз. Концентрация солей натрия уменьшается незначительно. В результате вода умягчается и частично обессоливается.

Для умягчения используются установки с тангенциальной фильтрацией и с рулонными элементами, которые аналогичны установкам обессоливания обратным осмосом . Па раметры такие установоки водоподготовки близки к установкам низконапорного осмоса. Рабочее давление находится в пределе 7–16 атм. Для малогабаритных бытовых фильтров очистки воды производятся мембраны, работающие даже при 3 атм.

Степень умягчения воды определяется характеристиками применяемых мембран и, поскольку селективность нанофильтрационных мембран к катионам Ca 2+ и Mg 2+ различна (см. табл. 3.3), зависит от состава воды. В любом случае, степень извлечения солей жесткости ниже, чем при обратном осмосе и тем более чем при ионообменном умягчении.

Умягчение воды мембраной типа NF -70 (Filmtec)

Эффективность очистки раствора по различным компонентам показана в следующей таблице.

Кондиционирование воды на мембране типа NF -70 (Filmtec)

Наибольшим достоинством нанофильтрации воды является снижение не только жесткости воды, но и щелочности, солесодержания, а также удаление механических, органических и биологических загрязнений воды при отсутствии необходимости использования реагентов и проблем с солевыми стоками при относительно простой схеме.

Промышленная установка для получения питьевой воды с производительностью 2800 м 3 в сутки состоит из 2 включенных параллельно установок производительностью 60 м 3 /ч. Каждая из них содержит 4 ступени из параллельно включенных 8, 4, 2 и 1 модуля, последовательно соединенных по концентрату. Предподготовка состоит из последовательных блоков микрофильтров с рейтингом 10 и 5 мкм. После установки нанофильтрации вода поступает в декарбонизатор для удаления избытка углекислоты и в узел коррекции рН.

В очищенной нанофильтрационной установкой воде отсутствуют бактерии и вирусы, микрозагрязнения и хлорорганика , уменьшены жесткость воды и содержание сульфатов, имеется возможность сокращения в воде дозы хлора. Установка, базирующаяся на традиционных технологиях очистки воды, для получения близкого эффекта должна включать несколько стадий очистки.

Недостатком нанофильтрации является меньшая возможная глубина умягчения воды, необходимость более тщательной предподготовки воды, чем при ионном обмене, и существенно большие потребление воды, электроэнергии и объем отходов. Правда, поскольку последние являются малосолевыми, их сброс существенно легче согласовать с экологическими органами.

Размеры и конструкция рулонных элементов и установок для нанофильтрации и обратного осмоса идентичны.

Электрохимический метод умягчения воды является относительно новым. Ранее он предлагался для переработки солевых отходов, включая регенераты установок умягчения, для их последующего повторного использования. В РХТУ им. Д. И. Менделеева разработана технология, включающая электрохимическую коррекцию рН очищаемой воды и электрофлотационное отделение твердой фазы. При прохождении воды через межэлектродное пространство происходят процессы электролиза, поляризации, электрофореза, окислительно-восстановительные реакции с деструкцией органических веществ и инактивацией биологических загрязнений воды. Продукты электролиза взаимодействуют друг с другом с образованием нерастворимых солей.

Принципиальная схема процесса электрохимическогог умягчения воды показана на рисунке. Вода поступает в отстойник 1 , где удаляются грубодисперсные вещества. Затем она подается в катодную камеру электрокорректора 2а . Поскольку между камерами 2а и 2б установлена анионообменная мембрана 4 , при наложении постоянного тока в катодной камере 2а рН поднимается до 10–11, а в анодной 2б опускается до 3–4. В катодной камере происходит образование частиц гидроксидов и карбонатов смешанного состава. Вода со взвесями поступает в камеры грубой 3а и тонкой 3б очистки электрофлотатора. В электрофлотаторе в результате электролиза воды происходит выделение водорода и кислорода, которые поднимаясь флотируют частицы взвесей, органики, эмульсии, образуя пенный слой – флотшлам, который удаляется специальным устройством. После осветления умягченная вода подается в анодную камеру электрокорректора 2б , где происходит ее нейтрализация до рН, близкого к исходной воде.

Схема работы электрокорректора:

1 – отстойник; 2а – катодная камера электрокорректора, 2б – анодная камера электрокорректора; 3а – камера грубой очистки электрофлотатора, 3б – камера тонкой очистки электрофлотатора; 4 – анионообменная мембрана

По данным авторов, качество умягчения воды достаточно высокое – жесткость ниже 0,1 мг-экв/л. Установка умягчения воды производительностью 5 м 3 /ч занимает площадь 10 м 2 и потребляет 2–3 кВт-ч/м 3 электроэнергии.

Наряду с умягчением происходит очистка воды от органических и биологических загрязнений.

Жесткой называют воду, содержащую большое количество солей жесткости, а именно кальция и магния.

Чем плоха жесткая вода

Жесткая вода не подходит для многих технологических процессов. Она неприятна на вкус, в ней плохо стирать и мыться, так как для стирки требуется повышенный расход моющих средств, а при мытье на волосах и коже остается налет. Жесткая вода не подходит для нужд пищевой промышленности из-за горького привкуса и из-за того, что в процессе хранения продуктов соли выпадают в осадок. Да и качество продуктов страдает при использовании плохой питьевой воды.

Жесткая вода доставляет неприятности всем промышленным предприятиям, так как быстро забивает трубы водопроводов осадками и накипью.

Солевые отложения - бич нагревательного оборудования, которое безнадежно выходит из строя, а также требует существенного перерасхода топлива, так как эффективность теплообменных процессов резко падает, когда на поверхности теплообменников откладывается плохо проводящий тепло солевой слой.

Умягченная вода требуется в котельном оборудовании, в чайниках и стиральных машинах, в теплонасосах и теплоцентралях коммунальных служб. Для котлов высокого давления не подходит даже вода с небольшим количеством солей жесткости, поскольку выход из строя этих установок может привести к серьезной аварии. На практике оказывается гораздо дешевле провести комплекс мероприятий по удалению из воды солей жесткости, чем ремонтировать и заменять трубное, нагревательное и котельное оборудование.

Смягчение воды требуется и для получения сверхчистой воды для лабораторных и аналитических нужд, для фармацевтических и медицинских предприятий. Смягчение - первый этап очистки воды для этих целей.

Методы умягчения воды

Основными методами смягчения воды на сегодняшний день являются:

Смягчение с помощью ионообменных смол;
- использование мембран;
- реагентный (химический);
- магнитная обработка воды;
- термический;
- электрохимический;
- комбинирование нескольких методов в одной установке.

Смягчение воды с помощью ионообменных смол - наиболее популярный на данный момент способ для нужд коммунальных служб и пищевой промышленности. Принцип очистки основан на фильтрации воды через ионообменные смолы, проходя через которые ионы кальция и магния замещаются на ионы натрия и водорода. Регенерация смол осуществляется с помощью раствора поваренной соли - дешевого и доступного реактива. Сам процесс очистки легко автоматизируется. Ионообменный метод часто применяется в комбинированных установках для глубокой очистки воды.

Мембранный метод смягчения воды является наиболее технологичным, хотя и дорогим. Он позволяет не только смягчать воду, но и очищать от большинства химических, органических примесей, ионов тяжелых металлов, хлора и хлорорганических соединений, бактерий, взвесей. Принцип очистки - воду пропускают через специальные мембранные материалы с определенным размером пор.

Смягчение воды с помощью реагентов основано на добавлении в воду специальных реактивов, которые образуют с катионами кальция и магния нерастворимые или малорастворимые соединения. Чаще всего в промышленных масштабах используется гашеная известь и сода. Недостатками этого способа является высокая засоленность сточных вод, которые требуют дополнительной очистки; необходимость тщательного, чаще всего ручного контроля процесса и высокая щелочная реакция полученной воды. Химические методы не подходят для смягчения питьевой воды. Как правило, эти методы являются первой ступенью для комбинированной очистки воды.

Магнитный способ умягчения воды основан на переводе солей жесткости в модифицированное состояние, при котором они кристаллизируются не в плотный кальцит, а в неустойчивый арагонит, который не откладывается на поверхностях труб и теплообменников, а выводится с водой.

Термическое умягчение воды основано на том, что при повышении температуры жесткой воды свыше 120 °С соли кальция и магния выпадают в осадок. Очистить воду можно также вымораживанием и дистилляцией . В промышленности дистилляция применяется редко и только тогда, когда имеется доступ к дешевой энергии для нагревания, а вот в лабораториях дистилляторы часто используются для глубокой очистки воды.

Электрохимический метод смягчения воды основан на нескольких одновременно происходящих процессах, протекающих в момент прохода воды между электродами (электрофорез, электролиз, поляризация и др.), которые приводят к образованию нерастворимых солей магния и кальция.

Конкретный метод смягчения воды обычно определяется в зависимости от качества исходной воды, требуемого качества получаемой воды, необходимой производительности установки и допустимых финансовых затрат.

Мы можем предложить нашим покупателям, у которых есть потребность в умягчении воды, купить Аквадистиллятор PHS AQUA 10 , мембранные фильтры Владипор и