Вода. Методи пом’якшення води

Природна вода завжди містить розчинені в ній солі, які обумовлюють твердість води. Розрізняють тимчасову твердість води, яка обумовлена гідрокарбонатами кальцію і магнію (Са(НСО₃)₂, Mg(НСО₃)₂. Називається вона так тому, що при кип’ятінні її можна усунути, внаслідок розкладу гідрокарбонатів, які перетворюються в важко розчинені карбонати (СаСО₃, MgСО₃), які випадають в осад, утворюється накип.

Постійна твердість води обумовлюється хлоридами і сульфатами кальцію і магнію (СаCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄). Ця твердість води не усувається кип’ятінням і необхідно використовувати хімічні реактиви для її усунення.

Тимчасова і постійна твердість обумовлюють загальну твердість води, яка характеризується або вимірюється сумарною концентрацією іонів кальцію і магнію в міліграм-еквівалент на 1 кг води (мг-екв/кг). Міліграм-еквівалент – це кількість речовини, яка відповідає її відносній атомній масі. Так, 1 мг-екв/кг відповідає 0,02 мг Са і 0,012 мг магнію на 1 кг води. Для забезпечення довготривалої і безаварійної роботи сучасних судових паросилових установ необхідно застосовувати ряд заходів, пов’язаних із застосуванням різних хімічних реагентів. До них відносяться реагенти, які покращують якість котлових і поживних вод і регулюють внутрішньо-котлові фізико-хімічні процеси.

В зв’язку з тим, що Ca і Mg широко розповсюджені в природі, їх солі завжди містяться в природній воді. Із природних солей кальція тільки гіпс незначно розчинений в воді. Якщо вода містить карбон (IV) оксид, то карбонат кальція може переходити в розчин в вигляді гідрокарбонату кальція.

CaCO₃+CO₂+H₂O Ca(HCO₃)₂

Природна вода, яка містить значну кількість солей кальцію і магнію називається твердою водою навпаки м’яка вода містить мало солей кальцію і магнію, або зовсім їх не містить.

Розрізняють карбонатну (або тимчасову) твердість, яка називається солями гідрокарбонатами кальцію і магнію Ca(HCO₃)_2,Mg(HCO₃)₂ і не карбонатну (або постійну) твердість, яка визивається солями хлоридами і сульфатами кальцію і магнію (CaCl₂. MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄). Тимчасова і постійна твердість обумовлюють загальну твердість води. Карбонатна або тимчасова твердість називається так тому, що усувається при кип’ятінні.

Ca(HCO₃)₂CaCO₃+СО₂+Н₂О;

Mg(HCO₃)₂MgCO₃+СО₂+Н₂О

Випадає осад CaCO₃ і MgCO₃

Хлориди і сульфати кальцію і магнія не можна осаджати простим кип’ятінням. Для їх осадження застосовують хімічні або фізико-хімічні методи.

Підвищення концентрації розчину солей в котловій воді приводить до утворення накипу, в результаті чого гірше проводиться тепло, відбувається перегрів котла, що може призвести до вибуху. Під дією води, пара і пароводяної суміші металічна поверхня нагріву котла підлягає дії міжкристалітної корозії, такий метал зберігає форму і розміри, але при ударі руйнується. Своєчасно виявити цей вид корозії можна тільки за допомогою ультразвукових і магнітноскопічних дефектоскопів.

Вода широко використовується в техніці: в хімічних виробництвах як розчинник і реагент, для промиття різних речовин, для парових котлів. З розвитком техніки використання води значно росте і проблеми води для технічних потреб і життя людини в багатьох країнах світа залишається не вирішеною.

Значний вплив на властивості води надають розчинені в ній домішки. Так, вода морів і океанів непридатна для технічних потреб, для палива грунту, так як в ній міститься велика кількість солей. Артезіанська вода може містить різні домішки, але в значно меншій кількості. Ці домішки необхідні для життя людини, тварин і рослин, але не завжди придатна для застосування в техніці. Так, наявність в воді солей марганцю, навіть в невеликих дозах, робить її непридатною в виробництві волокна, так як марганець окислюється киснем повітря і випадає в вигляді диоксиду марганца, фарбуючи волокна в бурий колір. Для парових котлів особливо небезпечними є солі кальція і магнія, а також кремнієва кислота. Ці солі при високій температурі утворюють осад на стінках котла. Накип погано проводить тепло, тому відбувається перегрів котла, що може призвести до вибуху. Ці ж солі осаджуються на внутрішніх стінках труб в системах водяного охолодження, зменшують теплообмін і виводять систему з ладу. Твердість природної води залежить від джерела і від пори року. Під час весняних паводків твердість води поверхневих басейнів зменшується , а в зимовий період збільшується. Кількісно твердість характеризується сумарною концентрацією йонів кальцію і магнію, виражених в міліграм –еквівалентних на 1 кг. води

(мг-екв/кг). Прийнятий за одиницю твердості 1 мг-екв/кг відповідає вмісту 0,02 мг. кальція і 0,012 мг. магнія в 1 кг. води.

Вода з твердістю менше 4 мг-екв/л характеризується як м’яка, від 4 до 8 мг-екв/л як вода середньої твердості, а вище 12 мг екв/л – як тверда вода. Морська вода характеризується загальною твердістю 65 мг екв/л.

Твердість води можна усунути: фізичними, хімічними і фізико-хімічни ми методами. Фізичні методи – це кипятіння, дистиляція, перегонка води. При кипятінні усувається тимчасова твердість, так як гідрокарбонати кальція і магнія випадають в осад в вигляді нерозчинних солей карбонатів

Ca(HCO₃)₂CaCO₃+CO₂+H₂O

Mg (HCO₃)₂MgCO₃+CO₂+H₂O

Постійну твердість води можна усунути хімічними або фізико-хімічними методами.

До хімічних методів відноситься:

- вапняковий метод:

MgCl₂+Ca(OH)₂Mg(OH)₂+CaCl₂

- содовий метод:

CaSO₄+Na₂CO₃CaCO₃+Na₂SO₄

Для усунення тимчасової твердості методом осадження використовують вапняковий, натронний і содовий методи.

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂=2CaCO₃+2H₂O

Mg(HCO₃)₂+2Ca(OH)₂=2CaCO₃+Mg(OH)₂+2H₂O – вапняковий метод;

Ca(HCO₃)₂+2NaOH=2CaCO₃+Na₂CO₃ 2H₂O

Mg(HCO₃)₂+4NaOH=Mg(OH)₂+2Na₂CO₃+2H₂O– натронний метод

Ca(HCO₃)₂+ Na₂CO₃=CaCO₃+2NaHCO₃

Mg(HCO₃)₂+Na₂CO₃=MgCO₃+2NaHCO₃содовий метод

Для усунення постійної твердості використовують содовий і фосфатний методи.

СaSO₄+Na₂CO₃=CaCO₃+Na₂SO₄

MgSO₄+Na₂CO₃=MgCO₃+Na₂SO₄ – содовий метод;

3СaSO₄+2Na₃PO₄=Ca₃(PO₄)₂+3Na₂SO₄

3MgSO₄+2Na₃PO₄=Mg₃(PO₄)₂+3Na₂SO₄

Останнім часом для обессолювання води широко застосовують іоніти. Іонітами називаються неплавкі і нерозчинні (або малорозчинні) речовини, які набухають в воді і містять в своїй структурі функціональні групи кислотного і основного характеру. В розчинах іоніти здатні обмінюватися іонами. Найчастіше іоніти являють собою тверді високомолекулярні полі кислоти і полі основи або їх солі. В залежності від характеру функціональних груп, іоніти можуть обмінюватися катіонами або аніонами. Перші називаються катіоніти, другі – аніоніти. Тому при пропусканні розчину солі через катіоніт в Н – формі виділяються водневі іони і поглинаються іони метала, а при пропусканні розчину солі через аніоніт в ОН- формі поглинаються аніони і в розчин переходять гідроксильні групи.

В разі застосування іонічної очистки води користуються також катіонітами в натрієвій формі. При пропусканні води через такі катіони кальцій і магній обмінюються на натрій і вода від них звільняється. Застосовується також послідовне пропускання води через катіоніт в Н- формі (НКt), а потім через аніоніт в ОН-формі (AnOH). При проходженні води через катіоніт в Н-формі іони кальцію і магнію обмінюються на іони гідрогену і вода стає кислою.

CaSO₄+2HKt Ca(Kt)₂+H₂SO₄

Така вода непридатна для технічних цілей, так як вона буде визивати сильну корозію труб, тому далі цю воду пропускають через аніоніт

В ОН- формі

H₂SO₄+2AnOH (An)₂SO₄+2H₂O

Після цього вода стає обессоленою, практично нейтральна вода, яку широко застосовують в техніці. При іонічній обробці води видаляються не тільки солі кальція і магнія, але й всі останні солі, що робить воду ще більш придатною для різних цілей.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Хімічні властивості води.	\|	Традиційні методи водообробки і водоконтролю парових котлів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.