Жесткость воды. Методы умягчения

Природная вода содержит в растворенном или коллоидном состоянии различные неорганические и органические соединения.

В наибольшем количестве в воде содержится катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ и анионы CO₃^2-, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-. Другие катионы (Fe³⁺, Mn²⁺) и анионы (HSiO₃^-, SO₃^2-, S₂O₃^2-) встречаются значительно реже. В воде чаще всего растворены газы CO₂, O₂, N₂, H₂S, CH₄ и др.

Состав природных вод характеризуется некоторыми технологическими показателями, в том числе жёсткостью, реакцией среды, щелочностью, солесодержанием, окисляемостью.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Она выражается в моль/л:

Ж = ([Ca²⁺] + [Mg²⁺]).

Различают карбонатную и некарбонатную жёсткость. Карбонатной называют жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂, CaCO₃, MgCO₃ (растворимость CaCO₃ в воде 13 мг/л, MgCO₃ – 110 мг/л). Некарбонатная жёсткость представляет собой разность между общей и карбонатной жесткостью и обусловлена присутствием в воде солей сильных кислот CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄.

Временная жесткость устраняется кипячением воды в течение 1 ч. Она обусловлена гидрокарбонатами.

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + СО₂↑.

При нагревании ионы HCO₃^- переходят в ионы CO₃^2-. Образующийся карбонат кальция имеет малую растворимость (13 мг/л). Та часть карбонатной жесткости, которая остается после кипячения воды в течение часа, называется остаточной карбонатной жесткостью. Остаточная карбонатная жесткость с некарбонатной составляет постоянную жесткость т.е. можно сказать, что это разность между общей жесткостью и временной.

Общую жёсткость Ж_о и карбонатную Ж_к воды можно определить методом титрования. Для определения Ж_о производится комплексометрическое титрование пробы анализируемой воды раствором двузамещённой натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде (рН=8) в присутствии индикатора хром тёмно-синий. Фиксируется переход окраски воды из розовой в голубую. Карбонатная жёсткость определяется кислотно-основным титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого, фиксируется переход желтой окраски в оранжевую.

1 мг/моль соответствует содержанию в 1 л воды 20.04 мг кальция или 12,16 мг магния. (За рубежом применяют разные условные единицы жесткости, называемые градусами жесткости, 1 градус соответствует 0,357 ммоль/л катионов двухзарядных металлов).

Щёлочность воды выражается суммой концентраций ионов гидроксида и анионов слабых кислот HCO₃^-, CO₃^2-.

Солесодержание – общая (суммарная) концентрация солей в воде.

Окисляемость отражает содержание примесей, способных взаимодействовать с окислителями.

Водоподготовка – комплекс технологических процессов по очистке воды для приведения её качества в соответствие с требованиями потребителя. Если ионные примеси могут образовывать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примеси-окислители можно устранить восстановлением, а примеси-восстановители – окислением. Для удаления примесей широко используется адсорбция, причём незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле или других адсорбентах, а ионы – на ионообменных веществах.