Главная / Карниз

Способы умягчения воды химия. Умягчение воды – важный процесс. Ионообменный способ умягчения воды

Бытует распространенное мнение, что воду из глубинных водоносных слоев можно употреблять в пищу без предварительной подготовки. Действительно, вода из них гораздо чище, чем из верховодки, однако, и в ней есть примеси, наличие которых может негативно отразиться на здоровье человека и работе оборудования. Чтобы подробно разобраться в вопросе, обратимся к специалистам отдела систем водоочистки компании БИИКС .

Вода - это прекрасный растворитель. Находясь в постоянном контакте с горными породами, она насыщается веществами, из которых эти породы состоят. Со временем накапливается огромное количество соединений. Состав воды зависит от типа породы, в которой проходит водоносный слой. Для Москвы и Подмосковья характерно высокое содержание карбонатных солей жесткости и соединений железа.

Длительное употребление в пищу воды повышенной жесткости приводит к отложениям конкрементов в почках (камней), при контакте кожа и волосы становятся сухими. Во время нагрева соединения выпадают в осадок, образуя твердый, плохо удаляемый налет. Приходят в негодность ТЭНы, засоряются трубы и шланги, повышается скорость износа подвижных частей оборудования.

Превышение жесткости может быть определено:

визуально : образование налета на сантехнике и нагревательных элементах (в чайнике, на ТЭНах стиральных и посудомоечных машин, бойлеров);
на вкус : в сравнении с бутилированной водой известной жесткости;
по пенообразованию : в жесткой воде образуется меньше пены и расход моющих средств выше;
в лаборатории .

Умягчение воды - это снижение концентрации солей жесткости и приведение этих показателей к рекомендованным значениям.

Нормы жесткости воды

В зависимости от концентрации солей жесткости, воду делят на:

мягкую - содержание солей не более 2 мг-экв/л;
нормальную - содержание солей в пределах 2 - 4 мг-экв/л;
жесткую - содержание солей в пределах 4 - 6 мг-экв/л;
высокой жесткости - содержание солей выше 6 мг-экв/л.

Российским стандартом, регламентирующим качество питьевой воды, установлено предельное значение концентрации солей жесткости на уровне 7,0 мг-экв/л. В то время, как ВОЗ устанавливает этот показатель на уровне 2,5 мг-экв/л, а в ЕЭС принят норматив 2,9 мг-экв/л. Таким образом, в качестве питьевой водопроводной воды в России допустима подача очень жесткой воды, с двукратным превышением рекомендаций ВОЗ.

Способы умягчения воды

Термический

Другими словами - кипячение. При повышении температуры, растворимый гидрокарбонат кальция (наиболее распространенное соединение, вызывающее жесткость) распадается на нерастворимый карбонат кальция и углекислый газ. Нерастворимая часть выпадает в осадок, газ улетучивается. Частично при кипячении уменьшается концентрация и сульфата кальция. Термический способ самый доступный в бытовых условиях, но не самый удобный и имеет низкую производительность. Кроме того, он не подходит для соединений магния.

Мембранный

Для умягчения воды таким способом используются молекулярные мембраны, которые пропускают только частицы воды, удаляя большую часть примесей (до 98%) . Так действуют фильтры обратного осмоса.

Не нужно пить загрязненную воду ради некоторых якобы полезных солей, которые в ней тоже содержатся. Намного лучше питать свой организм теми же самыми веществами, но находящимися в обычных продуктах. Собственно, человечество всю свою жизнь и берет их именно в хлебе, молоке, мясе, рыбе, овощах и фруктах. Например, в стакане молока одного лишь кальция в сотни раз больше, чем в стакане водопроводной. В некоторых случаях, для подготовки питьевой воды таким способом устанавливается минерализатор.

Химический (реагентный)

Суть способа - превратить растворимые соединения в нерастворимые. Для этого используются различные реактивы в зависимости от преобладания в воде солей того или иного типа. Для солей карбонатного типа используется известь, соединения натрия, сода и синтетические соединения, например, тринатрийфосфат. В итоге вода умягчается, но из-за присутствия реагентов в пищу употреблять ее нельзя.

Магнитный

На воду воздействуют путем наведения постоянного магнитного поля. Прохождение через магнитное поле меняет структуру солей жесткости. Молекулы перестают соединяться при нагревании и не образуют осадок, а также разрыхляют слой уже имеющейся накипи, которая растворяется в воде. Такой метод не снижает концентрацию солей, а препятствует их отложению в виде осадка. Для бытовых целей такая вода подходит хорошо: трубы, насосное оборудование и нагревательные элементы прослужат дольше. Эффективно умягчать воду можно с помощью магнитов можно только в небольших объемах и скорости потока не выше 0,5 м/с. С помощью магнитного умягчителя также снижается содержание железа.

Электромагнитный

Является усовершенствованной версией магнитного с той разницей, что избыток солей не только теряет способность выпадать в виде осадка, но и удаляется через отстойник в канализацию.

Ионообменный

Суть метода заключается в замещении ионов кальция и магния на ионы натрия, соединения которого растворимы и не оказывают негативного влияния на здоровье и оборудование.

Современные системы очистки питьевой воды нередко сочетают несколько способов, которые зависят от анализа воды из скважины. Определить, какой тип умягчителя нужен в вашей ситуации, помогут специалисты по водоочистке. Для артезианских скважин на территории Подмосковья, где преобладают карбонаты, рекомендуется установка умягчителей воды ионообменного типа.

Конструктивно устройство представляет собой пластиковый баллон, внутрь которого в виде гранул засыпается полимерная ионообменная смола, способная отдавать ионы натрия и поглощать ионы кальция и магния. Вода, поступающая в баллон, медленно проходит сквозь смолу на которой происходит реакция замещения. Когда концентрация ионов натрия в смоле падает, необходимо произвести процесс промывки и регенерации. С баллоном для этих целей соединен солевой бачок, откуда поступает раствор хлорида натрия. Процесс контролируется автоматическим блоком управления. Во время промывки подача умягченной воды прекращается, поэтому регенерация программируется на ночное время. Если разбор воды происходит непрерывно, то рекомендуется устанавливать два баллона и запускать регенерацию поочередно. Периодически, в среднем через 3-4 года, смолу необходимо менять, так как количество циклов её восстановления ограничено. Производительность системы зависит от объема загрузки в баллоне.

Статья подготовлена при участии специалистов отдела систем водоочистки сайта

Разбирать проблемы излишней жесткости современной воды невозможно без детального изучения многообразия способов умягчения воды . Обилие фильтров на полках магазинов и рынков заставляет задуматься над тем, что выбор прибора для квартиры не так прост. И чтобы выбрать нужный вариант умягчителя нужно ознакомиться хотя бы с разными видами способов умягчения воды. Не зная основ, невозможно разбираться в теме.

Хотя о накипи у нас знают достаточно много, до сих пор существует слишком много предубеждений в отношении фильтрующих приборов, а также мифов о бесполезности , по крайне мере для бытовых условий. Излишняя жесткость воды приводит к большому количеству нежелательных явлений. Цена образования накипи и плохой растворимости жестковатой некачественной водой любых моющих средств слишком дорога, чтобы сегодня пренебрегать вопросами умягчения воды.

У нас почему-то считается, что излишняя жесткость в воде это миф, и что использование фильтров, это выкачка денег из доверчивых граждан. При этом все прекрасно видели и знают, что такое накипь и насколько трудно бороться с ней, как непросто ее удалять, постоянно из месяца в месяц. Если у вас есть сомнения в степени жесткости вашей воды, вы всегда можете провести химический анализ воды. Он всегда поможет вам не только определить, на сколько вода у вас чистая, и пригодная в пищу. На основе ее результатов вы сможете составить правильную, то есть грамотную .

О том, что вы пользуетесь некачественной водой, вы узнаете по многим признаком, столь нам всем хорошо знакомым. Излишняя жесткость проявит себя даже при варке. Такая вода заставляет мясо становится более жестким. Овощи при варке в такой воде разваливаются. И извечная кромка осадка солей жесткости. Если у вас уже есть такие чайники или кастрюли с извечной твердой кромкой внутри на поверхностях, то сто процентов жесткость в вашей воде давно превысила допустимые пределы. О наличии подобной воды в квартире вы узнаете не только по известковому налету внутри чайника, оставит свой след вода и даже при мытье посуды в посудомоечной машине. Казалось бы, бокалы и тарелки после мытья в такой машинке должны выходить скрипящими и идеально чистыми, но не в случае с жестковатой водой. Об использовании подобной воды можно будет узнать по предательским белым разводам на бокалах, по едва заметному белому налету на тарелках.

Сказывается жесткость и на качестве приготовленных блюд, и чая с кофе. У настоящего натурального кофе, заваренного на хорошей воде совсем другой вкус, и если вы настоящий кофеман, то вопрос создания системы очистки от жесткости вас ни разу не смутит. Стоит только попробовать хороший кофе на правильной воде.

О присутствии в воде излишков солей кальция с магнием скажет и плохо выстиранная одежда. Образование накипи – это далеко не все к чему приводит работа с подобной водой. Есть у нее еще такая особенность – как плохая растворимость, что порошка, что мыла с моющим средством для посуды. Работая с жестковатой водой, сэкономить никак не удастся. Вот эта особенность приводит к быстрому износу тканей, они начинают трещать и рваться буквально на глазах. И стоит установить перед стиральной машинкой один электромагнитный умягчитель воды АкваЩИт и проблема с повышенной жесткостью воды будет решена. Но многие считают, что прибор на магнитах не может чистить воду. Пока они же на собственном примере не убеждаются, как рационально и экономно работают способы умягчения воды.

И еще один момент - использование некачественной воды для личного употребления, в конце концов, негативно отразиться на нашем здоровье. Нельзя безнаказанно пить такую воду. И ваш организм вам ответит различными хроническими заболеваниями, ранним старением кожи и выпадением волос. Только не все люди могут сразу идентифицировать причину таких болезней в жесткости воды.

Способы умягчения воды подразумевают применение специальных приборов. Их задача устранить из воды излишек двух карбонатных солей. Но есть и более примитивные способы. Их почти не используют сегодня, но когда-то до изобретения , их применяли наши предки в стремлении хоть как-то оградить себя от пагубного влияния кальция и магния.

Таким самым простым способом умягчения воды является применение простого кусочка кремния. Все, что вам нужно для получения мягкой воды, это купить кусочек кремния размером где-то 5х5 см и положить его в бутыль (3-литровый) с водопроводной водой. Через недели вы сможете пить «заряженную» воду и она будет не плесневелая, а мягкая и вкусная, еще и с лекарственными свойствами. Таково влияние кремния на соли кальция и магния. Очень часто в древности облицовывали колодец кремнием, чтобы получить хорошую воду.

На сегодня использование такого кремниевого способа умягчения воды имеет право на жизнь, но очистить с его помощью большое количество воды вряд ли удастся. Поэтому только лечебное, лекарственное применение такого способа.

Для промышленности использование примитивных способов умягчения воды невозможно. В этой ситуации даже применение тщательно продуманной, сделанной на основе химического анализа воды, системы подготовки воды не является полной защитой от образования накипи. Так в теплоэнергетике, все равно придется проводить очистку от известкового налета. И разница состоит в том, что после работы , налет образуется слабенький, а нарастает медленнее и что немаловажно достаточно легко устраняется. Вам даже не придется покупать под него специальные средства. Достаточно обычной промывки водой.

Образование накипи не хуже плохой растворимости в воде вредит бытовым приборам и оборудованию. Проблема еще в том, что если накипь не убирать своевременно, то она начинает нарастать еще быстрее, и еще увереннее. И в след за ней, начинает потихоньку развивать свою деятельность коррозия. Эти два явления неразрывно связаны между собой.

Мало того, что накипь, это не эстетично, некрасиво, мало полезно, но еще и вместе с образованием накипи возрастает угроза потерять технику и дорогостоящее оборудование. Проблемы с накипью особенно в промышленности – это всегда очень большие расходы. Способы умягчения воды. как реагентные, так и безреагентные не могли проявиться просто так. Должны были быть веские причины для их создания. Вот такой причиной и является накипь.

В котельных, особенно паровых, – это целая история. Для того, чтобы паровая котельная работала, качество пара должно быть очень высоким и за время очистки, что вода, что пар проходят огромное количество инстанций, что помогает в дальнейшем паровым электростанциям прослужить гораздо дольше, чем при работе с неочищенной водой.

К чему же приводит плохая вода? Ее разогревают. Соли жесткости в процессе нагрева образуют малорастворимый осадок, то есть накипь, которая при нагреве оседает именно на нагреваемую поверхность. Образованный слой, хоть и образовался в процессе нагрева, но сам по себе тепло не поглощает,и не передает. И мы помним, отложился он как раз на нагревательной поверхности. Со временем плотность слоя накипи достигает таких пределов, что тепло абсолютно перестает передаваться в воду.

За этот отрезок времени расход топлива растет просто невообразимо. Ведь прибор или оборудование пытается работать. А их работа – это греть воду. И чтобы это сделать, нужно попытаться так нагреть накипь, чтобы она хотя бы 10 процентов переданного ей тепла отдала в воду. Для этого приходится расходовать очень много топлива. Это занимает много времени и поверхности при этом терпят бешенные перегрузки. Естественно вечно это продолжаться не может. Металлы, как будь то попадают в мартеновскую печь, если они покрыты слоем накипи.

Вот и получается, что бытовой прибор может отключиться, чтобы не перегореть, а котел на твердом топливе этого сделать не может. Его только может разорвать от подобного эффекта. Здесь и человеческие жертвы возможны. Поэтому к тому, нужно относиться очень правильно и внимательно. Упускать очистки от накипи особенно в промышленности категорически нельзя.

Любая очистка от накипи промышленного оборудования подразумевает под собой обязательную остановку системы. Это простои, это снова недопоставленная вовремя продукция, это расходы. Сделать очистку от накипи при работающем оборудовании не представляется возможным. Только остановка и очистка. И чаще всего разборная очистка, т.к. оборудование, что в котельных, что в металлургии сложное. Добраться до самых отдаленных мест сразу не получится. Вот и считайте, так ли уж дешево удаление. Бригады по монтажу оборудования, бригады по чистке поверхностей, время на простои, оплата за чистящие средства. На удалении накипи сэкономить точно не получится.

И как бы вы не старались, бесследно провести какую либо противонакипную очистку точно не удастся. Всегда будут царапины, механическая очистка снимает не только защитное покрытие, она заденет и основной слой. Ну а любая испорченная поверхность – любимое место отложения накипи. Вот и получается, что устраняя одну накипь, мы стимулируем быстрое образование других слоев. Так, что невыгодно постоянно удалять накипь, совсем не выгодно.

Теперь, что касается способов умягчения жесткой воды. Хоть и может показаться на первый взгляд, что приборов для умягчения много, и, тем не менее, способов умягчения жесткой воды не так уж много, хотя выбор какой-никакой есть. Способы можно смело поделить на химические и физические. Химическая очистка воды подразумевает использование разнообразных реагентов, в процессе работы которых соли жесткости становятся малорастворимыми, выпадают в осадок и легко выводятся из систем, где используют воду. Давайте подробнее узнаем про эти способы умягчения жесткой воды. Их виды и преимущества.

Физические способы умягчения воды

Группа же физических способов умягчения воды работает без применения каких-либо химикатов. Эта группа идеальна для очистки водопроводной воды, то есть той воды, которая в том числе идет для личного использования – пить и есть. Там вода должна быть мягкой по умолчанию.

Мембранные способы умягчения воды

Еще можно выделить группу мембранных способов умягчения воды . Сюда входят очень популярный в промышленности обратный осмос. Это метод тонкой очистки с помощью давления. Внутри такого прибора располагается тонкая мембрана, выполненная из дорогостоящих материалов. Вся поверхность такой мембраны испещрена отверстиями. Диаметр таких дырочек не превышает размера молекулы воды. Такая полупроницаемая поверхность дает возможность устранить из воды практически любые примеси, которые имеют размер более молекулы воды.

С таким прибором вы легко сможете получить воду идеальную для той же фармакологии или для производства питьевой воды. Дистиллят получают с помощью нанофильтрации. Это еще один вид обратного осмоса, только низконапорного.

Главный козырь этого способа умягчения воды – высочайшая степень очистки, возможность получить воду с заданными признаками, только сменив мембрану. Но есть у обратного осмоса, как и у других мембранных способов очистки воды, свои минусы. Когда прибор работает, очень много воды находится внутри прибора. Так происходит по нескольким причинам. Во-первых, скорость просачивания через мембрану далеко не такая высокая, плюс прибор включает в себя не один фильтр. В установку могут входить обратный осмос, механический фильтр и кондиционер. Последний в обязательном порядке ставят на установках для производства питьевой воды. Такой способ умягчения воды очень хорошо устраняет любые примеси вплоть до бактерий с вирусами, что для питьевой воды немаловажно. Потом без кондиционирования такая вода становится непригодной для личного использования. Ну и потом использование обратного осмоса значительно ограничивает стоимость установки. Далеко не все в быту пока могут дозволить себе, использовать такую установку.

Химический способ умягчения воды

Химический способ умягчения воды как мы уже говорили, подразумевает использование химических веществ. Сюда относят и натрий хлор, и фосфаты. Для такого умягчения чаще всего используют дозаторы, которые монтируют на трубу водопровода. Такие способы плохи тем, что химикаты могут образовывать другие примеси в воде и получается все тот же осадок. Только он еще и очень плохо устраняется. При этом к химическому способу умягчения воды относится и химическое восстановление фильтрующих частей приборов. Поэтому самым известной такого способа является ионный обмен. Здесь картридж восстанавливают с помощью очень соленого раствора. После восстановления картридж сможет снова работать.

Ионообменный способ умягчения воды

Ионный обмен , как способ умягчения воды один из самых простых. Каких-то особых конструкций он не требует. Основа, как понятно из названия ионный обмен. Работает внутри такого прибора гелеобразная смола. В ней содержится большое количество натрия, который очень быстро при контакте с жестковатой водой сменяется на кристаллы солей кальция и магния. Вот и получается простой и быстрый процесс очистки, без каких либо усилий. Спустя определенный период времени, весь натрий из картриджа вымывается.

В промышленности картридж восстанавливают, промывая раствором, а вот в быту просто меняют, т.к. питьевая вода не терпит реагентов. Скорость очистки отличная, только вот расходы на картриджи или их восстановление довольно большие. Да и в быту фильтр-кувшин в состоянии от силы очистить вам пару тройку литров. Для полной защиты от накипи и жесткости придется в обязательном порядке использовать еще один фильтр.

Безреагентный способ умягчения воды

Ярким представителем безреагентного способа умягчения воды является магнитное силовое воздействие. Основу таких приборов составляют мощные магниты. Обязательно постоянные. Такой прибор еще только монтируешь, а магнитное поле уже работает. При этом прибор легко установить, легко снять. Обслуживания он не требует, не нужны ему картриджи и очистки. Он работает. Магнитное силовое поле, таким образом, пронизывает воду, что находящиеся в ней соли жесткости теряют прежнюю форму. Теперь это острые иголочки. Они натирают поверхности со старой накипью, очень качественно при этом ее удаляя. Но магнитное воздействие очень придирчиво к воде. Ему нужна вода комнатной температуры, текущая в одном направлении и с определенной скоростью. Убрать все минусы магнитного способа умягчения воды получилось только путем добавления электрического тока. Так и изобрели электромагнитную установку.

Ознакомившись со всеми способами умягчения воды , нужно сделать вывод, что сегодня отказаться от умягчения означает рисковать здоровьем своей семьи и полное отсутствие дальновидности. Поэтому все больше народу, сегодня выбирает именно такой путь .

Как смягчить жесткую воду. Способы, советы, вред и польза, разные методы, особенности и допустимые показатели.

Все мы слышали о вреде жесткой воды – не только для кухонной техники и отопительного оборудования, но и для человеческого организма. Однако мало кто знает, что ее жесткость бывает разной по «происхождению», и к тому же не является абсолютным злом. Поэтому сегодня мы рассмотрим, как можно сделать наиболее эффективным смягчение воды для питья и бытовых нужд, чтобы получить от нее максимум пользы.

Особенности жесткой воды

Вода становится жесткой от растворенных солей – соединений кальция и/или магния (катионы последнего встречаются гораздо реже). Есть и другие элементы, присутствие которых может отразиться на конечных показателях жесткости, например, марганец, стронций, барий. Но их влияние настолько незначительно, что его просто не принимают во внимание.

Общий же показатель жесткости принято разделять в соответствии с составом солей:

Карбонатная или временная жесткость – определяет содержание в воде гидрокарбонатов Ca и Mg при уровне рН, превышающем 8,3 единицы. С ней можно легко справиться длительным кипячением – через час соли просто распадутся под действием высокой температуры и выпадут в осадок.
Некарбонатная жесткость носит название постоянной, поскольку от нее так просто не избавиться. Ее определяет содержание стабильных солей различных кислот, которые не распадаются и должны удаляться другими способами, например, обратным осмосом.

В сумме эти два показателя как раз и дают общую жесткость, хотя по отдельности вычислять их сложно и дорого. Обычно для определения фактической величины содержания солей используют специальные реагенты или полоски-индикаторы.

Но о том, что в вашей системе жесткая вода, можно узнать и без лабораторных исследований. В процессе использования она доставляет немало проблем, которые просто невозможно не замечать:

Белые следы на постиранных вещах;
Слабое пенообразование моющих средств, и как следствие – их неэффективность;
Накипь на стенках чайника (а представьте, что происходит с ТЭНами бойлеров, стиральных и посудомоечных машин);
Постоянно появляющийся налет на смесителе и мойке.

Человеческому организму жесткая вода тоже наносит немалый вред. Ощущение сухости кожи после контакта с такой средой – не что иное как смывание защитной липидной пленки с ее поверхности. А употребление этой воды внутрь без предварительного умягчения способно спровоцировать мочекаменную болезнь.

Но это не значит, что смягчение воды должно быть тотальным, даже если она применяется для питья и приготовления пищи. Совершенно лишенная солей жидкость приводит к дефициту ионов кальция и магния в организме, что негативно отражается на работе сердечно-сосудистой системы. Вред и польза жесткости питьевой воды – один из медицинских парадоксов. Но разрешается он просто – соблюдением меры.

С точки зрения врачей, употребление слишком жесткой, как и излишне мягкой воды, недопустимо. Здесь нужно придерживаться золотой середины.

«Переумягченная» вода способна нанести вред и стальным трубам водопроводных и отопительных систем – из-за нее они в большей мере подвергаются коррозионному износу и служат меньше, чем трубопроводы, транспортирующие жесткие среды.

Народные способы умягчения

С проблемами жесткой воды сталкивались и наши бабушки, а о вреде ее употребления они как минимум догадывались. Поэтому простых и доступных способов умягчения в копилке народной мудрости хватает. Приведем самые популярные из них.

Кипячение (причем не в электрочайнике, а на плите, поскольку добиться нужного эффекта распада солей жесткости можно лишь при длительном нагреве). После этого жидкости нужно дать сутки отстояться, и только потом осторожно ее слить, не взмучивая осадок на дне.

Вымораживание – более щадящий способ, который позволит хотя бы частично сохранить в воде полезные вещества и не испортить вкус. Прозрачную емкость с водой нужно отправить в морозильную камеру и следить за ее замерзанием. Как только 75-80% общего объема превратится в лед, посудину достают и сливают жидкий остаток – в нем сконцентрированы соли, которые и дают высокую жесткость.

Отстаивание. Вам потребуется просто налить воду в любую емкость и убрать подальше от солнечных лучей на 3-6 дней. После этого нужно осторожно слить верхние слои, не потревожив осадок. Для питья такая вода не подойдет, но для использования в быту – вполне.

Добавление кремния или шунгита – минералов, буквально впитывающих в себя соли жесткости. Наши прадеды обкладывали кремниевой пластушкой колодцы для смягчения хранящейся в них воды. Нам же доступен более простой способ: нужно лишь опустить стерильные камни кремния или шунгита в емкость с питьевой водой. Природные абсорбенты впитают в себя соли и через 2-3 дня, хотя многие рекомендуют увеличивать этот срок до недели.

Омыление – один из способов подготовки воды для стирки. Нужно будет натереть 15-20 г хозяйственного или туалетного мыла и развести его в 0,5 л воды до полного растворения и появления пены. Этого количества хватит на ведро жидкости, после чего нужно все отстоять хотя бы ночь – мыло вступит в реакцию с солями и отправит их в осадок. Утром раствор аккуратно переливают в другую емкость и добавляют в него борную кислоту (2-3 ст. л).

Современные методы

Для нас, современных людей, есть и более простые способы, как смягчить жесткую воду. Для этого достаточно купить и врезать в систему подачи фильтры умягчения с ионообменными смолами. Они представляют собой сдвоенные резервуары и работают по такому принципу:

Жесткая вода попадает в отсек со смолой, которая «извлекает» из нее ионы кальция, магния и других щелочноземельных элементов.
Обедненная жидкость перетекает во второй резервуар с обычной поваренной солью, где обогащается ионами натрия – куда более полезными для организма.
Остатки с «вредными» элементами удаляются вместе со стоками.

На выходе получаем безопасную и вкусную умягченную воду нормализованной жесткости. Ее можно использовать как для бытовых нужд, так и для питья или приготовления пищи.

В разных странах действуют свои нормы жесткости. У нас максимальные показатели для питьевой воды установлены на уровне 7 мг-экв/л, для технической – не более 9 мг-экв/л.

Эффект умягчения получают и после прогонки воды через систему обратного осмоса. Она действует совершенно иначе: продавливает жидкость сквозь специальную мембрану с очень мелкими порами (размером 0,0001 микрона) и задерживает примеси на молекулярном уровне. Таким образом, вода освобождается не только от солей, но и от бактерий и прочих посторонних элементов, превращаясь практически в дистиллят.

Увы, постоянное употребление ее в пищу приносит больше вреда, чем пользы. Поэтому после очистки и умягчения такую воду желательно пропускать через систему минерализаторов, которые обогатят ее безопасными веществами и восстановят оптимальную жесткость. Впрочем, для бытовых нужд она вполне пригодна.

Также для защиты техники от жесткой воды, используют различные добавки:

Пищевую, кальцинированную соду;
Лимонную кислоту;
Уксус;
Любой смягчитель воды на основе полифосфатов (Calgon, Эонит, Sodasan и пр.).

Основные методы умягчения воды

Теоретические основы умягчения воды, классификация методов

Термический метод умягчения воды

Реагентные методы умягчения воды

Технологические схемы и конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды

Термохимический метод умягчения воды

Умягчение воды диализом

Магнитная обработка воды

Литература

Теоретические основы умягчения воды, классификация методов

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

Показатель	термический	реагентный	ионообменный
Характеристика процесса	Воду нагревают до температуры выше 100°С, при этом удаляется карбонатная и некарбонатная жесткости (в виде карбоната кальция, гидрокси-. да магния и гипса)	В воду добавляют известь, устраняющую карбонатную и магниевую жесткость, а также соду, устраняющую некарбонат - иую жесткость	Умягчаемая вода пропускается через катионито - вые фильтры	Исходная вода фильтруется через полупроницаемую мембрану
Назначение метода	Устранение карбонатной жесткости из воды, употребляемой для питания котлов низкого н среднего давления	Неглубокое умягчение при одновременном осветлении воды от взвешенных веществ	Глубокое умягчение воды, содержащей незначительное количество взвешенных веществ	Глубокое умягчение воды
Расход воды на собственные нужды		Не более 10%	До 30% и более пропорционально жесткости исходной воды
Условия эффективного применения: мутность исходной воды, мг/л			Не более 8
Жесткость воды, мг-экв/л	Карбонатная жесткость с преобладанием Са (НС03) 2, некарбонатная жесткость в виде гипса		Не выше 15
Остаточная жесткость воды, мг-экв/л	Карбонатная жесткость до 0,035, CaS 04 до 0,70		0,03.0,05 прн одноступенчатом и до 0,01 при двухступенчатом ка - тионировании	0,01 и ниже
Температура воды,°С			До 30 (глауконит), до 60 (сульфоугли)

Термический метод умягчения 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) → MgC 0 3 + С0 2 + Н 2 0,

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

MgC 0 3 +H 2 0 → Mg (0H ) 2 +C 0 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

Реагентные методы умягчения воды

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 (P 0 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. FeS 0 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 (FeS 0 4 или FeCl 3 в пересчете на безводные продукты), мг/л; е к - эквивалентная масса активного вещества коагулянта, мг/мг-экв (для FeS 0 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 C 0 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.

Жесткость воды определяется присутствием в ее составе определенного количества примеси растворимых солей магния и кальция.

Жесткость воды определяется количеством примеси солей кальция и магния.

Одним из главных критериев, по которым определяется качество воды, является уровень ее жесткости. Жесткость можно корректировать, используя различные методы умягчения воды.

Виды жесткости воды

Существует несколько основных видов жесткости:

Общая жесткость. Общую жесткость можно определить, просуммировав количество присутствующих в воде ионов кальция и магния. Эта сумма включает в себя общую и постоянную жесткость.
Карбонатная жесткость. Определяется по количеству карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Этот вид жесткости называется временным по той причине, что нейтрализовать этот эффект можно, просто прокипятив воду.
Некарбонатная жесткость. Считается постоянной жесткостью и кипячение воды на нее никак не влияет. Возникает она из-за присутствия в воде солей сильных кислот кальция и магния.

Умягчение воды

Естественно, что практически каждый человек задумывается над таким вопросом, как качество воды, которую он пьет.

Вода, которая поставляется в жилые дома через водопровод, проходит определенные уровни фильтрации, но зачастую их недостаточно для того, чтобы обеспечить питьевой воде необходимый уровень мягкости.

Для умягчения воды можно использовать кусок кремния.

Поэтому большинство людей предпочитают использовать дополнительные фильтры, видов которых на сегодняшний день существует очень большое количество, использующие другие методы умягчения воды.

Первым сигналом того, что вода, которую вы пьете и из которой готовите еду для семьи, жесткая, является наличие накипи в чайнике и кастрюлях, где вода кипятится.

Признаками излишней жесткости воды может стать не только накипь. При варке в такой воде овощи разваливаются, а мясо становится более жестким. На тарелках и бокалах после мытья остаются белые разводы.

Употребление излишне жесткой воды может стать причиной возникновения проблем со здоровьем.

На данный момент существуют самые разнообразные методы умягчения воды.

Умягчение воды осуществляется с помощью использования определенных приборов, задача которых очищать воду от тяжелых карбонатных солей двух видов.

Самым простым и известным издревле способом умягчения воды является помещение в емкость с жидкостью, которая будет употребляться в пищу и для питья, небольшого кусочка кремния. Размер такого кусочка должен составлять приблизительно 5 на 5 см. Его хватит для того, чтобы очистить трехлитровую банку воды за один раз. Отстаивать воду с кремнием нужно около недели.

Именно столько времени нужно этому минералу, чтобы зарядить и смягчить воду, нейтрализовав соли магния и калия.

Подходит такой способ только для бытового использования.

Основные методы умягчения воды

Умягчать воду можно разными способами. На данный момент существуют такие основные способы умягчения воды:

Физический способ. При использовании такого способа умягчения жесткости исключено использование химикатов любого вида. Этот способ очистки идеально подходит для умягчения воды, которая используется в быту – для приготовления пищи и питья.

Мембранный способ. Мембранных способов существует несколько основных методов.

Один из самых популярных подвидов мембранной очистки – обратный осмос или электродиализ. Суть этого метода заключается в том, что с помощью давления воду обессоливают. Такая вода становится пригодной для питья.

В приборе для такой очистки расположена мембрана, которая представляет собой выполненный из дорогостоящих материалов перфорированный слой в фильтре. Перфорация, то есть нанесение сквозных отверстий, выполнена с учетом размера молекулы воды. Это дает возможность задержать на поверхности мембраны любые примеси, которые превышают размер молекулы воды.

Фильтрация с помощью обратного осмоса настолько качественная, что такая вода может быть использована не только для питья, но и в различных сферах производства, к примеру, в фармакологии.

Второй способ мембранной очистки – нанофильтрация.

Нанофильтрация проводится под низким давлением. Основным преимуществом этого метода является то, что воду можно получить именно такой степени очистки и мягкости, которая необходима для тех или иных целей. А получить различные результаты очистки можно с помощью замены мембраны в фильтрующем приборе.

К основным минусам этого способа относится то, что большая часть воды, проходящей очистку, находится длительное время в приборе.

Происходит такая ситуация по той причине, что вода просачивается сквозь мембрану с небольшой скоростью. К тому же фильтров в таком приборе больше, чем один, соответственно и на прохождение каждого из них будет потрачено определенное количество времени.

В одном приборе могут быть совмещены и установлены обратный осмос, механический фильтр, а также кондиционер.

Этот метод идеально подходит для осуществления очистки воды не просто от примесей всех видов, но и различного рода бактерий. Питьевая вода в обязательном порядке должна быть очищена от бактерий.

Именно поэтому кондиционер обычно устанавливают на тех приборах, задача которых – производство воды для питья.

Однако использование такой установки в домашних условиях на данный момент является труднодоступным методом очистки.

Химический способ. Для химического метода очистки используются соответственно химические вещества. В их число входят и натрий хлор, и фосфаты.

При таком способе очистки в водопроводную трубу монтируются специальные дозаторы.

Но химический метод может быть опасен тем, что вещества, используемые для очистки, могут способствовать образованию дополнительных примесей, что в результате станет причиной нового осадка.

Ионнообменный способ. Ионный обмен является одним из самых технологически простых способов очистки и умягчения воды.

Его простота заключается в том, что для осуществления этого процесса не нужно возводить каких-либо сложных конструкций.

Работает этот метод на основе ионного обмена.

Основным элементом таких очистительных приборов является гелеобразная смола. В смоле содержится огромное количество натрия. Натрий, контактируя с жесткой водой, разменивается на кристаллы кальция и магния.

Таким образом происходит невероятно простая и быстрая очистка воды и ее умягчения.

Но бытовой картридж со смолой необходимо время от времени заменять, так как натрий имеет свойство вымываться из него.

А картриджи, используемые в промышленности, можно восстановить, используя специальный раствор. Этим раствором картридж промывают, а химические реагенты возобновляют уровень натрия.

При таком методе вода очищается очень быстро и качественно. Но назвать его недорогим или даже доступным нельзя. Ведь на картриджи нужны немалые расходы, а также на их восстановление.

Бытовые кувшины – фильтры, основанные на таком методе, обладают низкой производительностью: всего несколько литров.

Чтобы обеспечить питьевой воде достаточный уровень очистки и умягчения, необходимо дополнительно использовать еще один или несколько фильтров, основанных на других способах.

Безреагентный способ. Для того чтобы понять, что такое безреагентный способ умягчения воды, стоит рассмотреть один из самых распространенных методов – магнитное силовое воздействие.

В основе приборов такого метода очистки лежит использование постоянных магнитов усиленной мощности.

Такая установка не требует особых усилий при монтировке, а также последующего демонтажа.

Еще он невероятно легок в обслуживании и не требует никаких особенных сменных аксессуаров в виде картриджей или каких-то дополнительных очисток.

Процесс очистки происходит вследствие того, что магнитное силовое поле проходит сквозь воду особенным образом. При этом тяжелые соли, которые делают воду жесткой, изменяют свою формулу, приобретая форму иголок. Такая их форма делает возможным процесс натирания поверхностей, пораженных застарелой накипью, в результате полностью ее устраняя.

Вода, которая будет очищаться таким способом, должна быть комнатной температуры, ее течение должно быть не переменным, а постоянным, как и скорость ее движения.

Чтобы нейтрализовать минусы этого способа, к магнитному полю был добавлен электрический ток. В результате была изобретена установка, комбинирующая оба типа воздействия – электромагнитная.

Отличие бытовых умягчителей от промышленных

Самым распространенным способом является ионообменный способ умягчения.

Основным отличием промышленных приборов для очистки и умягчения воды от бытовых является то, что они имеют различную емкость баков, а дополнительно используют различные классы ионообменной смолы.

Так как все приборы нуждаются в периоде для восстановления, то и объем воды, которая может пройти через них, будет строго определенным.

В случае когда объем воды небольшой, тогда можно использовать и бытовые приборы.

Когда же речь идет о больших объемах воды, тогда имеет смысл установить дуплексные умягчители.

Представляют собой такой прибор два баллона, управление которыми осуществляется с помощью одного смежного клапана.

Называется такой прибор прибором непрерывного действия по той причине, что когда вода умягчается в одном баллоне, смола другого баллона имеет время на восстановление.

Класс ионообменной смолы тоже играет огромную роль. В бытовых умягчителях используется смола только пищевого класса, а в промышленности можно использовать разные классы смолы.