Таблица 26 Состав и свойства дождевой воды, собранной вблизи некоторых городов России

 

Город	Концентрация, мг/л			Общая жесткость °dGH	рН
	Ca2+	Mg2+	Na++K+
Москва	2,0	0,3	2,3	0,35	5,7
С-Петербург	0,9	0,2	1,7	0,17	5,3
Екатеринбург	1,3	0,3	2,3	0,25	5,6
Кисловодск	1,5	0,4	1,4	0,30	5,9
Казань	1,4	0,4	1,9	0,29	5,6

Простой способ снижения жесткости воды — кипячение. Но надо помнить, что кипячение снижает лишь карбонатную жесткость. При этом, чем дольше будет кипятиться вода, тем больше снизится карбонатная жесткость (dKH). Такая вода может иметь достаточно большую жесткость (за счет постоянной жесткости dNKH), но нейтральную или слабокислую реакцию, т. к. из нее удалены гидрокарбонаты, сообщающие воде щелочные свойства. Кипячение, однако, не решает проблемы существенного умягчения воды.

Эффективный способ умягчения воды — вымораживание. Вымораживание можно проводить в эмалированной или пластмассовой посуде в морозильнике соответствующего объема или зимой. После того как замерзла примерно половина воды, пробивают ледяную корку, сливают остатки жидкости (она стала содержать больше солей), а лед растапливают, получая достаточно мягкую воду. В зависимости от жесткости исходной воды, после вымораживания значение dGH в ней обычно составляет 1—3°.

Одним из лучших способов получения мягкой воды является дистилляция. В химических лабораториях используются электрические дистилляторы (например, ДЭ-4), имеющие высокую производительность.

Дистилляция основана на испарении воды с последующей конденсацией ее паров на холодном тело. На рис. 22 показана лабораторная установка для дистилляции (перегонки) воды, которую может собрать и аквариумист. В колбу с боковым отводом наливается вода и помещается несколько кусочков битого фарфора (для более равномерного кипения). Для лучшей очистки молено добавить по несколько капель растворов перманганата калия (до слаборозового цвета) и серной кислоты. Колба закрывается пробкой с термометром. Через водяной холодильник, где происходит конденсация паров, пропускается проточная холодная вода. Дистиллированная вода собирается в сборной емкости. Колба с исходной водой нагревается на газовой горелке или электроплитке. Аквариумист, использующий такие дистилляторы, может получать небольшие количества дистиллированной воды.

Значительно более производительным является метод обессоливания воды с применением ионообменных смол (ионитов). Этот метод может быть реализован аквариумистами в домашних условиях, поэтому расскажем о нем подробнее.

Иониты — вещества, которые содержат подвижные ионы (катионы или анионы), которые могут обмениваться с катионами или анионами электролита. Рассмотрим механизм работы катионита (он обменивает катионы). Его формулу можно представить в виде RH, где R — сложная органическая частица. При прохождении катионов металлов через катионит происходит реакция обмена, например, в случае ионов натрия

RH + Na⁺ → RNa + H⁺

Если через катионит пропустить смесь хлоридов (NaCl, KCl, CаCl₂, MgCl₂ и т. д.), то на выходе мы получим раствор HCl. После пропускания через катионит определенного количества растворов, его надо регенерировать: пропустить раствор кислоты. При этом он принимает исходную форму:

Аниониты (например, в ОН — форме ROH) аналогично обменивают анионы:

ROH + Cl⁻ → RCl + OH⁻

Регенерацию анионитов проводят раствором щелочи (NaOH, KOH) или соды, в которых имеются ионы ОН⁻, образовавшиеся в результате гидролиза. При регенерации анионит восстанавливает исходную форму:

RCl + OH⁻ → ROH + Cl⁻

Рис. 22. Установка для перегонки воды: 1 — колба с исходной водой, 2 — холодильник, 3 — аллонж, 4 — сосуд для сбора дистиллята.

Если через анионит пропускать смесь кислот, то на выходе мы будем получать воду, т. к.

H⁺ + OH⁻ →  H₂O

Таким образом, пропуская воду с растворенными солями последовательно через катионит и анионит, мы получим чистую воду. Для аквариумистов мы рекомендуем использовать катиониты КУ-2, КУ-23 и анионит АВ-17.

Прибор для опреснения воды — ионообменную колонку — можно изготовить из стеклянной или пластмассовой трубки диаметром 3—6 см и длиной 40—60 см. Понадобятся две тонкие трубки: для катионита и анионита. С помощью резиновых или пластмассовых трубочек и переходников собирается система, изображенная на рис. 23.

Иониты перед заполнением колонок должны быть подготовлены. Вначале их заливают на 10—12 часов для набухания.

Катионит помещают в колонку и пропускают черезнее 5%-ный раствор серной или соляной кислот из расчета 400 мл раствора на 100 г сухого катионита. Затем пропускают через катионит дистиллированную воду (объем в 2 раза больше, чем объем раствора кислоты).

Рис. 23. Схема установки для опреснения воды при помощи ионообменных смол:

Колонка с катионитом, 2 — колонка с анионитом, 3 — сосуд с опресненной водой.

Анионит после набухания помещают в другую колонку, пропускают 5%-ный раствор щелочи (гидроксид натрия NaOH или гидроксид калия KOH), из расчета 300 мл раствора NaOH (или 400 мл раствора КОН) на 100 г сухого анионита, и промывают дистиллированной водой (объем в 2—3 больше, чем объем щелочи). После этого систему собирают и готовят к работе.

Какое количество дистиллированной воды можно получить в такой системе без регенерации? Это определяется количеством ионитов и их обменной емкостью. Так, если на заполнение колонок затрачено по 100 г катионита КУ-2 (КУ-23) и анионита АВ-17 (в расчете на сухие иониты), то с помощью такой установки можно обессолить до 100 л воды с жесткостью около 10 ˚dGH. Если вода более мягкая, то объем получаемой без регенерации ионитов воды пропорционально возрастает, если жесткость больше — объем уменьшается.

После отработки колонки отключаются от установки, и проводится регенерация ионитов (те же операции, что и при подготовке к работе, но без набухания). В нерабочем состоянии колонки надо хранить заполненными дистиллированной водой.

Итак, мы рассмотрели основные методы получения обессоленной, или дистиллированной воды. В табл. 97 показано, в каких соотношениях надо брать жесткую дистиллированную воду, чтобы получить определенное значение dGH.

Таблица 27 Объем дистиллированной воды в мл, которую надо добавить к 1 л водопроводной для получения воды с заданной жесткостью

Жесткость водопроводной воды	Требуемая жесткость, ˚dGH
	1	4	6	8
6	2000	500
8	3000	1000	330
10	4000	1500	660	250
12	5000	2000	1000	500
14	6000	2500	1400	750
16	7000	3000	1800	1000