Умягчение воды и методы умягчения – Методы умягчения воды

alexxlab
13.02.2020
Комментарии: 0

Содержание

Способы умягчения жесткой воды

Знать степень жесткости используемой воды обязательно. От показателя жесткости питьевой воды зависит множество аспектов нашей жизни: сколько использовать стирального порошка, нужны ли меры по умягчению жесткой воды, сколько проживут аквариумные рыбки в воде, нужно ли введение полифосфатов в обратном осмосе и т.д.

Существует множество способов определения жесткости:

по количеству образованной пены моющего средства;
по району;
по количеству накипи на нагревательных элементах;
по вкусовым свойствам воды;
с помощью реагентов и специальных приборов

Что такое жесткость?

В воде присутствуют основные катионы: кальций, магний, марганец, железо, стронций. Последние три катиона мало влияют на жесткость воды. Существуют еще трехвалентный катион алюминия и железа, которые при определенном рН образуют известняковый налет.

Жесткость может быть разного вида:

общая жесткость – общее содержание ионов магния и кальция;

карбонатная жесткость – содержание гидрокарбонатов и карбонатов при рН большем 8,3. Их легко удалить через кипячение: во время нагревания распадаются на угольную кислоту и осадка;
некарбонатная жесткость – соли кальция и магния сильных кислот; нельзя удалить с помощью кипячения.

Существует несколько единиц жесткости воды: моль/м³, мг-экв/л, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO₃.

Жесткая вода

Почему вода имеет жесткость? Ионы щелочноземельных металлов есть во всех минерализованных водах. Они берутся из залежей доломитов, гипса и известняка. Источники воды могут иметь жесткость в различных диапазонах. Существует несколько систем жесткости. За границей к ней подходят более «жестко». К примеру у нас вода считается мягкой при жесткости 0-4 мг-экв/л, а в США – 0-1,5 мг-экв/л; очень жесткая вода в России – свыше 12 мг-эк/л, а в США – свыше 6 мг-экв/л.

Жесткость маломинерализованных вод на 80% обусловлена ионами кальция. С ростом минерализации доля ионов кальция резко снижается, а ионов магния – увеличивается.

Чаще всего поверхностные воды обладают меньшей жесткостью, чем подземные. Так же жесткость зависит от сезона: во время таяния снегов она снижается.

Жесткость питьевой воды изменяет ее вкус. Порог чувствительности для иона кальция – от 2 до 6 мг-экв/л, зависит от анионов. Вода становиться горьковатой и плохо влияет на процесс пищеварения. ВОЗ не дает каких-либо рекомендаций по жесткости воды, так как нет точных доказательств ее влияния на организм человека.

Ограничение жесткости необходимо для нагревательных приборов. Например, в котлах – до 0,1 мг-экв/л. Мягкая вода имеет низкую щелочность и вызывает коррозию водопроводных коммуникаций. Коммунальные службы используют специальную обработку, что бы найти компромисс между налетом и коррозией.

Умягчение жесткой воды

Существует три группы способов умягчения воды:

физический;
химический;
экстрасенсорный.

Реагентные способы умягчения воды

Ионный обмен

Химические способы основаны на ионном обмене. Фильтрующей массой является ионообменная смола. Она представляет собой длинные молекулы, которые собрали в шарики желтого цвета. Из шариков выступают маленькие отростки с ионами натрия.

Во время фильтрации вода пропитывает всю смолу, а ее соли становятся на место натрия. Сам натрий уноситься водой. Из-за разницы зарядов ионов вымывается в 2 раза больше солей, чем оседает. С течением времени соли все заменяются и смола перестает работать. Период работы у каждой смолы свой.

Ионообменная смола может быть в картриджах или насыпаться в длинный болон — колонна. Картриджи имеют небольшой размер и используются только для снижения жесткости питьевой воды. Идеально подходит для умягчения воды в домашних условиях. Ионообменная колонна используется для умягчение воды в квартире или небольшом производстве. Кроме большой стоимости колонна должна периодически загружаться восстановленной фильтрующей массой.

Если в смоле картриджа не осталось ионов натрия, то его просто заменяют на новый, а старый – выбрасывают. При использовании ионообменной колоны смолу восстанавливают в специальном баке с рассолом. Для этого растворяют таблетированию соль. Солевой раствор регенерирует способность смолы к обмену ионами.

Обратной стороной является дополнительная способность воды удалять железо. Оно забивает смолу и приводит ее в полную непригодность. Следует вовремя делать анализ воды!

Использование других химических реагентов

Существует ряд менее популярных, но эффективных способов умягчения воды:

кальцинированная сода или известь;
полифосфаты;
антискаланты – соединения против образования накипи.

Умягчение известью и содой

Умягчение воды содой

Метод умягчения воды с использованием извести называется известкованием. Используют гашенную известь. Содержание карбонатов снижается.

Смесь соды и извести наиболее эффективно. Для наглядности умягчения воды в домашних условиях можно добавить кальцинированную соду в воду для стирки. На ведро берут 1-2 чайные ложки. Хорошо размешивают и ожидают выпадения осадка. Подобным методом пользовались женщины в Древней Греции, используя печную золу.

Вода после извести и соды не пригодна для пищевых целей!

Умягчение полифосфатами

Полифосфаты способны связывать соли жесткости. Они представляют собой крупные белые кристаллы. Вода проходит через фильтр и растворяет полифосфаты, связывая соли.

Недостатком является опасность полифосфатов для живых организмов, в том числе и человека. Они являются удобрением: после попадания в водоем наблюдается активный рост водорослей.

Полифосфаты так же непригодны для умягчения питьевой воды!

Физический метод умягчения воды

Фильтр для умягчение воды

Физические способы борются с последствиями высокой жесткости – накипью. Это безреагентная очистка воды. При ее использовании не происходит снижение концентрации соли, а просто предотвращается вред для труб и нагревательных элементов. Вода становиться мягкой или для большего понимания – умягченной.

Выделяют следующие физические способы:

использование магнитного поля;
с помощью электрического поля;
ультразвуковая обработка;
термический способ;
использование малоточечных токовых импульсов.

Магнитное поле

Безреагентное умягчение воды с помощью магнитного поля имеет множество нюансов. Эффективность достигается только при соблюдении определенных правил:

определенная скорость потока воды;
подобранная напряженность поля;
определенный ионный и молекулярный состав воды;
температура входящей и выходящей воды;
время обработки;
атмосферное давление;

давление воды и т.д.

Изменение какого-либо параметра требует полной перенастройки всей системы. Реакция должна быть незамедлительной. Несмотря на сложность контроля параметров, магнитное умягчение воды используют в котельных.

Но для умягчения воды в домашних условиях с помощью магнитного поля почти невозможно. При появлении желания приобрести магнитик на трубопровод, подумайте, как вы подберете и будите обеспечивать необходимые параметры.

Использование ультразвука

Ультразвук приводит к кавитации – образованию газовых пузырьков. Повышается вероятность встречи ионов магния и кальция. Появляются центры кристаллизации не на поверхности труб, а в толще воды.

При умягчении горячей воды ультразвуком кристаллы не достигают размера, необходимого для осаждения – накипь не образуется на теплообменных поверхностях.

Дополнительно возникают высокочастотные колебания, которые препятствуют образования налета: отталкивают кристаллы от поверхности.

Изгибные колебания пагубны для образованного слоя накипи. Она начинает откалываться кусочками, которые могут засорить каналы. Перед использованием ультразвука необходимо очистить поверхности от накипи.

Электромагнитные импульсы

Безреагентные умягчители воды на основе электромагнитных импульсов меняют способ кристаллизации солей. Создаются динамические электрические импульсы с разными характеристиками. Они идут по проводу-обмотке на трубе. Кристаллы обретают форму длинных полочек, которым трудно закрепиться на поверхности теплообмена.

В процессе обработки выделяется углекислота, которая борется с уже имеющимся известковым налетом и образует защитную пленку на металлических поверхностях.

Термоумягчение

Кто-то слышит про этот метод первый раз. Но на самом деле им пользуется каждый с детства. Это привычное для нас кипячение воды.

Все замечали, что после кипячения воды образуется осадок из солей жесткости. Кофе или чай делают из более мягкой воды, чем водопроводная.

А сколько нужно кипятить? Все просто: с ростом температуры и ее воздействием соли жесткости менее растворимые и больше выпадают в осадок. В процессе нагревания выделяется углекислый газ. Чем быстрее он улетучивается, тем больше образуется известняковый налет. Плотно закрытая крышка препятствует выведению углекислого газа, а в открытой емкости быстро испаряется жидкость.

При использовании термоумягчения следует оставлять крышку в емкости слегка открытой. Так же следует обеспечить максимальную площадь осаждения солей для ускорения умягчения питьевой воды.

При жесткости до 4 мг-экв/л термическое умягчение не нужно: соли будут оседать медленнее, чем испаряется вода. В оставшейся воде будет повышенная концентрация многих примесей.

vse-o-vode.ru

Умягчение воды

Методы до-котловой обработки воды с целью ее умягчения

Умягчение воды.

Умягчение воды — процесс, направленный на удаление из нее катионов кальция и магния, т.е. снижение ее жесткости.

По требованию САНПиН жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мг–экв/л, а к воде, участвующей в процессах теплообмена выставляют требования глубокого ее умягчения, т.е. до 0,05…0,01 мг–экв/л. Жесткость воды, используемой для подпитки барабанных котлов ТЭЦ, не должна превышать 0,005 мг–экв/л, или 5 мкг–экв/л.

Снижение совокупной концентрации катионов Mg(II), Ca(II) и анионов, с которыми они при определенных условиях могут образовывать не стенках труб и аппаратов плотные нерастворимые отложения, проходит на системах водоочистки и водоподготовки различными методами, чей выбор определяется качеством исходной воды, требованию к ее очистке и технико–экономическими соображениями.

Метод ионного обмена.

В основе данного метода лежит способность некоторых материалов (катионитов и анионитов) поглощать из воды ионы (катионы и анионы) в обмен на эквивалентное количество ионов (катионов и анионов).

Процесс катионирования — тот процесс, при котором происходит обмен катионами. В водоподготовке при умягчении — катионами катионита на ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ из воды.

Процесс анионирования — соответственно анионами, в основном при обессоливании и глубоком обессоливании.

Промышленные катиониты или т.н. ионнообменные смолы — это высокомолекулярные полимеры, макропористой или гелевой структуры и имеющие в своем составе функциональные группы, способные к ионному обмену.

Катионит, попадая в воду, начинает набухать. Происходит гидратация функциональных групп, освобождается небольшая доля энергии и возникают движущие силы, обусловленные разницей концентраций между внутренней набухшей частью зерна и окружающим его объемом воды.

Концентрация мобильных противоионов функциональных групп в зерновом пространстве имеет 1,5 – 6 г–экв/л. Стремясь к установлению равновесия, противоионы функциональных групп покидают частицы смолы, переходя в объем воды.

Схематично реакцию катионного обмена натрий-катионитового фильтра можно представить так:
2Na[R] + Ca²⁺ → RCa + 2Na⁺
2Na[R] + Mg²⁺ → RMg + 2Na⁺,
где [R] – нерастворимая матрица полимера.

Прекращение миграции и процесса набухания смолы наступает в момент достижения условия минимального запаса энергии в системе. При этом внутри частицы смолы остаются аккумулированные противоионы с малым радиусом, вступившие в ассоциации с функциональными группами.

Чем больше динамическая активность ионов и их заряд, тем выше их энергия вхождения в катионит:
Na⁺4⁺+ 2+ 2+ 3+ 3+
При условии одинаковых зарядов у ионов, энергия вхождения будет зависеть от их гидратации.
Для иона же водорода энергия вхождения в 17 раз выше, чем у натрия и в 4 раза, чем у кальция.

Как видно, селективность по катиону железа III выше, чем по катионам магния и кальция. Для исключения попадания на катионнообменную смолу большого количества железа, что приведет к снижению эффективности ее работы, необходимо предварительно обезжелезивать воду на установках обезжелезивания.

Важным параметром кинетики процесса ионного обмена является его скорость. На поверхности частицы, омываемой водой, образуется неподвижный слой водяной пленки. Катионам кальция и магния, для попадания внутрь зерна смолы, необходимо преодолеть этот слой. С увеличением скорости проходящей жидкости толщина неподвижной водяной пленки становится тоньше и ее преодоление для катионов из раствора становится легче.

Также на скорость диффузии катионов влияет температура воды — с ее ростом она увеличивается.

Большая скорость ионного обмена, ее повышение при увеличении температуры и скорости протока жидкости говорят о том, что при фильтровании через катиониты допустимы высокие скорости прохождения воды через фильтр.

Важная характеристика катионита — его удельная обменная емкость. Под этим понятием подразумевается то количество эквивалентных ионов жесткости, которое может обменять 1 м3 катионита. Выражается обменная емкость катионита в г–экв/м3 или г–экв/л.

Средняя обменная емкость катионитов, используемых в процессах водоподготовки, варьируется от 1,5 – 2,5 г–экв/л, что означает, что данные катиониты могут задержать на 1 литр набухшей смолы от 1,5 до 2,5 грамм–эквивалентов катионов.

Различают полную и рабочую обменную емкость катионитов.

Полная обменная емкость — это все то возможное количество грамм-эквивалентов катионов, которое может быть уловлено 1 м3 катионита до окончательного исчерпания своего ресурса, т.е. до того момента, пока жесткость воды на выходе не будет равна жесткости воды на входе.

Рабочая обменная емкость катионного фильтра выражает то количество грамм–эквивалентов катионов, которое может задержать 1м³ катионита до момента их проскока, т.е. до того момента, когда жесткость воды на выходе начнет расти.

Аналогично полная и обменная емкость поглощения являются обменными емкостями катионитового фильтра, указывающие, какое количество катионов может задержать данный фильтр.

Как правило, указываемая производителем обменная емкость данного катионита относится к катиониту уже в набухшем состоянии, т.е. к катиониту, находящемся в рабочем виде.

Рассмотрим работу катионитового фильтра.

В процессе фильтрования воды через неистощенный катионитовый фильтр различают три рабочих зоны катионита.

Вода, проходя сверху вниз, умягчается до некоторой глубины. Этот слой смолы, участвующий в умягчении воды, называют работающим слоем или зоной умягчения.

Далее умягченная вода проходит сквозь слой свежего катионита.

Постепенно верхние слои истощаются, и границы зон умягчения и свежего катионита опускаются ниже. Через какое-то время часть работающего катионита истощается. По факту в работающем катионитовом фильтре мы наблюдаем три зоны: истощенной, работающей и зоны свежего катионита.

Полное умягчение воды будет проходить до того момента, пока нижняя граница работающего слоя не совместиться с нижним слоем смолы. В этот момент начнется «проскок» ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, что приведет к увеличению остаточной жесткости воды, которая начнет расти, пока не станет равной жесткости исходной, что будет свидетельствовать о полном истощении фильтра.

Рабочая обменная емкость фильтра E_p, г–экв/л, выражается следующим уравнением:
Е_р=Q*Ж_и или Е_р = е_р*V_к,
где Q — количество умягченной воды;
Ж_и — жесткость исходной воды;
е_р — рабочая обменная емкость загруженного катионита;
V_к — объем катионита в фильтре, находящегося в набухшем состоянии (т.е. в рабочем).
V_к = а_ф*h_к, где
а_ф – площадь фильтра, м²;
h_к – высота слоя катионита, м.

Преобразовав вышеприведенные выражения, получим формулу рабочей обменной емкости катионита: е_p = Q*Ж_и/a_ф*h_к.

Зная скорость потока воды v_к через катионитовый фильтр, можно определить количество воды, которое может быть умягчено:
Q = v_к*а_ф*Т_к = е_ра_*ф*h_*к/Ж_и,
откуда определим время работы Т_к:
Т_к = е_р*h_к/v_к*Ж_и.

Время работы катионитового фильтра является межрегенерационным циклом фильтра. По истечении этого времени или по проходе через фильтр того количества воды, которое может быть умягчено, фильтр подвергается регенерации соляной, серной кислотой или раствором поваренной соли.

В зависимости от качества воды и заданной степени ее очистки применяют натрий-катионирование, водород-катионирование, анионирование и совместную работу фильтров данного типа.

Пример схем работы промышленных или бытовых фильтров умягчения.

Магнитная обработка воды.

Использование магнитной обработки воды целесообразно в случае высокой кальциево-карбонатной жесткости.

В процессе прохождения воды сквозь магнитное поле в ней образуются центры кристаллизации, которые укрупняются и выпадают в неприкипающий шлам, удаляемый при продувке. Т.е. выделение осадка идет не на стенках поверхности нагрева, а в объеме воды.

Влияние на противонакипный эффект оказывают такие факторы, как качественный и количественный состав воды, скорость движения жидкости сквозь магнитные силовые линии, напряженность магнитного поля и время пребывания в нем воды.

Условиями для осуществления успешной магнитной обработки воды должно являться высокое содержание карбоната и сульфата кальция, а концентрация свободного оксида углерода IV должна быть меньше равновесной. Так же увеличивают противонакипный эффект содержащиеся в воде примеси оксидов железа и прочих.

Аппараты магнитной обработки воды работают как на основе постоянных магнитов, так и на основе электромагнитов. Недостатком аппаратов с постоянными магнитами является то, что время от времени их приходится чистить от ферромагнитных примесей. Электромагниты чистят от оксидов железа, отключив их от сети.

Скорость воды в магнитном поле при ее обработке не должна превышать 1м/с. Для увеличения объема обрабатываемой воды на единицу времени применяют аппараты с послойной магнитной обработкой.

Метод магнитной обработки нашел применение на тепловых сетях горячего водоснабжения, на ТЭЦ, в теплообменных аппаратах.

Выбор данного метода при решении задачи умягчения воды должен главным образом основываться на его эффективности при очистке воды данного качества – использоваться как основной, последующей ступени или в качестве дополнительного.

Обратный осмос.

В данное время наиболее широкое распространение в водоподготовке получил метод обратного осмоса.

Суть метода состоит в том, что под высоким давлением, — от 10 до 25 атмосфер, — вода подается на мембраны. Мембраны, являясь селективным материалом по отношению к проходящим сквозь нее примесям, пропускают молекулы воды и не пропускают растворенные в воде ионы.

Таким образом, на выходе после установки обратного осмоса мы получаем два потока — первый поток чистой воды, прошедшей сквозь мембрану, так называемый пермеат, и второй поток — воды с примесями, не прошедшей сквозь мембрану, называемый концентратом.

Пермеат направляется потребителю и составляет от 50 до 80 % от объема подаваемой воды. Его количество зависит от свойств мембраны и ее состояния, качества исходной воды и желаемого результата очистки. Чаще всего это около 70%.

Концентрат, соответственно, от 50 до 20%.

При увеличении нагрузки на мембрану, т.е. увеличения процентного соотношения между пропускаемой водой и водой с примесями, селективность мембраны снижается и достигает минимума при отсутствии концентрата, т.е. тогда, когда вся вода, подающаяся на установку обратного осмоса, проходит сквозь мембрану.

Мембраны обратного осмоса изготовляются из композитного полимерного материала особой структуры, позволяющего при высоких давлениях пропускать воду и не пропускать растворенные в ней ионы и прочие примеси. При увеличении нагрузки на мембрану срок ее службы сокращается, а при достижении критических параметров, при которых попускаемая жидкость с примесями проходит сквозь мембрану полностью, она разрушается. Средний срок службы мембраны — 5 лет.

Поверхность мембран со временем может обрастать микроорганизмами, покрываться слоем труднорастворимых соединений. Для чистки обратноосмотических мембран применяют растворы кислот и щелочей с добавлением биоцидов.

При промывки обратного осмоса нельзя забывать, что полупроницаемая мембрана — это не фильтр. Промывка должна проводиться исключительно по ходу движения жидкости. Обратный ток раствора воды приведет к выходу мембраны из строя.

Реагентные методы обработки воды.

Реагентные методы обработки воды служат в основном для неглубокого умягчения воды путем добавления реагентов и перевода солей жесткости в малорастворимые соединения с последующим их осаждением.

В качестве реагентов используется известь, сода, едкий натр и пр. В настоящий момент мало где применяются, но для общего понимания процессов перевода в малорастворимые соединения кальция и магния и дальнейшее их осаждение, рассмотрим их.

Снижение накипи известкованием.

Метод применим к воде с высокой карбонатной и малой некарбонатной жесткостью.

При добавлении известкового молока pH воды повышается, что приводит к переходу растворенного диоксида углерода и гидрокарбонатного иона в карбонатный ион:
СО₂ + ОН^– = СО₃^2- + Н₂О,
НСО^3- + ОН^– = СО₃^2- + Н₂О.

При насыщении воды карбонатными ионами кальций выпадает в осадок:
Са²⁺ + СО₃^2- = СаСО₃↓.

Также с увеличением рН в осадок выпадает и магний: Мg²⁺ + OH^– = Mg(OH)₂↓.

В случае, если превышение карбонатной жесткости незначительно, то вместе с известью дозируют соду, чье присутствие снижает некарбонатную жесткость:
CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl,
CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + Na₂SO₄.

Для более полного осаждения катионов магния и кальция рекомендуется подогревать воду до температуры 30 – 40 градусов. С ее повышением растворимость CaCO₃ и Mg(OH)₂ падает. Это дает возможность снижать жесткость воды 1 мг–экв/л и менее.

Содово-натриевый метод умягчения воды.

Добавление соды необходимо в том случае, если некарбонатная жесткость больше чем карбонатная. При равенстве этих параметров добавление соды может и не понадобиться совсем.

Гидрокарбонаты кальция и магния в реакции со щелочью образуют малорастворимые соединения кальция и магния, соду, воду и углекислый газ:
Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH = CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O,
Mg(HCO₃)₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑.

Образовавшийся в результате реакции гидрокарбоната магния с щелочью углекислый газ снова реагирует с щелочью с образованием соды и воды:
CO₂ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O.

Некарбонатная жесткость.
Сульфат и хлорид кальция реагирует с образовавшейся в реакциях карбонатной жесткости и щелочи содой и добавленной содой с образованием неприкипающего в щелочных условиях карбоната кальция:
CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl,
CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + Na₂SO₄

Сульфат и хлорид магния реагируют со щелочью, образуя выпадающий в осадок гидроксид магния:
MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄ ,
MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaCl .

Ввиду того, что в реакциях гидрокарбоната с щелочью образуется сода, которая в дальнейшем реагирует с некарбонатной жесткостью, ее количество необходимо коррелировать в соотношении карбонатной и некарбонатной жесткости: при их равенстве соду можно не добавлять, при условии Ж_к > Ж_нк образуется избыток соды, при обратном соотношении Ж_кнк – недостаток, и соду необходимо добавлять.

Комбинированные методы.

Сочетание различных методов обработки воды с целью снижения ее жесткости дает в иной раз довольно высокую результативность. Обусловлено это, как правило, высокими требованиями к качеству воды и пара.

Примером может быть сочетание обратного осмоса с натрий-катионированием. Основная жесткость воды снижается на фильтрах-катионитах, на обратном осмосе идет ее обессоливание.

В другом случаем в качестве дополнительной ступени очистки может служить магнитная обработка воды – установку располагают после системы умягчения на трубопроводе циркуляции горячего водоснабжения.

Статью подготовил:
Руководитель ПТО
OOO “CАТ”
Макаров Василий А.
8-905-282-32-19

Нужна консультация? Свяжитесь с нами!
Телефон: +7 905 282 32-19
Email: [email protected]

satspb.net

умягчения воды основные методы понижения жесткости

Контролировать степень жесткости воды, которую вы употребляете в пищевых, технических целях нужно обязательно. Она определяет целый ряд моментов – сколько применять стирального порошка, нужно ли использовать умягчители, пр.

Виды, нормы жесткости воды. Что такое жесткость?

Определять жесткость воды можно разными способами:

по району;
с учетом количества пены;
по накипи на нагревательных приборах, внутренних деталях бытовой техники;
по вкусу;
с применением специального оборудования и реагентов.

В воде присутствуют соли металлов в виде катионов. Стронций, железо, марганец на показатели жесткости влияния практически не оказывают, а железо и алюминий образуют налет.

Жесткость воды бывает разных типов:

общая – это содержание ионов кальция и магния;
карбонатная – содержание гидрокарбонатов, карбонатов при кислотно-щелочном уровне более 8.3, удаляются путем кипячения;
некарбонатная – соли кальция, магния сильных кислот, в ходе кипячения структуры не разрушаются.
Для измерения показателя жесткости используются такие величины как моль/м3, мг-экв/л, dH, d⁰, f⁰, ppm CaCO3.

Умягчение воды: что это и для чего нужно

Ионы щелочноземельных металлов присутствуют во всех типах минерализованных вод, берутся они из залежей известняка, гипса, доломитов. При этом жесткость может находиться в широких диапазонах, для России показатель 12 мг-эк/л считается очень жесткой водой. У поверхностных вод жесткость ниже, чем у подземных, при таянии снегов она обычно падает.

Высокая жесткость оказывает негативное воздействие на вкусовые характеристики, появляется горечь. Кроме того, что вода получается не вкусной, страдают процессы пищеварения. Вредны соли металлов для бытовой техники, приборов отопления. Коммунальные службы для защиты труб применяют специальные составы, которые снижают риски появления коррозии.

Жесткость воды и способы её уменьшения. Очистка и умягчение воды. Теоретические основы умягчения воды, классификация методов

Основные способы, применяемые для умягчения:

физический;
химический;
экстрасенсорный.

Основные реагентные методы умягчения воды

Рассмотрим химические или реагентные способы, применяемые для умягчения:

Ионный обмен – в данном случае в качестве основного фильтрационного компонента используется ионообменная смола длинномолекулярной структуры. Вода пропитывает смолу, соли замещают натрий, а сам натрий уносит вода. Из-за разницы в зарядах ионов вымоется вдвое больше солей, чем осядет. Потом соли заменятся целиком, смола работать перестанет.
Содой – в данном случае нужно применять гашенную известь. Неплохой домашний способ, соду используют в том числе во время стирки из расчета до 2 чайных ложек на ведро.
Полифосфатами – они связывают соли жесткости, имеют вид крупных белых кристаллов. Вода, проходя через фильтры, растворяет их и связывает соли. Главный минус способа – небезопасность химического вещества для здоровья, в пищевых целях оно вообще не используется.

Физико-химические методы умягчения воды: физические способы

Физические способы очистки решают главную проблему – накипь. Реагенты не используются, концентрации солей остаются неизменными, но негативное влияние на трубы снижается в разы. Основные способы физической очистки:

Магнитный – предполагает воздействие магнитными полями. Важно правильно выставить напряженность полей, определить скорость водного потока, его состав, температурные показатели, выбрать оптимальное время для обработки. В домашних условиях не применяется.
Ультразвуковой – вызывает образование пузырьков газа, способствует появлению кристаллизационных центров.
Электромагнитный – действует по принципу кристаллизации частиц соли. Создаются мощные электрические импульсы, которые могут иметь те или иные характеристики. Эти импульсы следуют по обмоточному проводу трубы.
Термический – или обычное кипячение. Нерастворимые соли жесткости при этом выпадают в виде осадка. При кипячении крышка должна быть немного приоткрыта – так процесс получится максимально эффективным.

Мембранный электродиализ

Отдельная категория методов очистки. В нее входят:

Обратный осмос либо электродиализ – вода обессоливается и становится пригодной для употребления в пищевых целях. Очень качественный, но дорогостоящий, требующий применения сложного оборудования метод.
Нанофильтрация – проводится под низким давлением. Вода получается мягкой и чистой, тоже требуется специальное сложное оборудование.

Отличие бытовых умягчителей от промышленных

Главный вариант бытового умягчителя – это кувшин-фильтр, который имеет далекие от совершенных параметры. Чтобы повысить показатели очитки, нужно использовать еще несколько других фильтрационных установок. Промышленные системы более эффективные, но они сложные и дорогие, для домашнего применения не подходят. Другие различия – емкость баков, классы ионообменной смолы.

global-aqua.ru

Как сделать воду мягкой? Жесткая вода и способы ее умягчения

Даже вода из экологически чистых водоисточников обладает определенной жесткостью. Это обусловлено минеральным составом горных пород, между которыми залегает водоносный горизонт, погодно-климатическими условиями – например, таяние снега, дождливые или, наоборот, засушливые дни. Определенный уровень жесткости свидетельствует о наличии минеральных веществ, но излишне жесткая вода требует ее умягчения.

Чем опасна жесткая вода

Присутствие солей жесткости изменяет вкус воды и приготовленных из нее напитков и первых блюд. Но это не главный ее недостаток. Постоянное использование жесткой воды пагубно влияет на кожу, волосы и ногти, вызывая их пересыхание, а значит, снижая устойчивость к другим неблагоприятным факторам окружающей среды и ухудшая внешний вид.

Подобно накипи на стенках чайника на поверхности тела и волос образуется плотная нерастворимая пленка, которая препятствует доступу кислорода и питательных веществ, разрушает естественную защитную оболочку кожного покрова. В результате кожа быстрее стареет, ногти становятся ломкими, а волосы истончаются и выпадают.

Страдают и внутренние органы «контактирующие» с жесткой водой: желудок, кишечник и мочевыводящая система. На их слизистой оболочке также образуется «накипь», которая отрицательно влияет на процессы переваривания и всасывания пищевых веществ, а в почках и мочевом пузыре могут образовываться камни.

Жесткая вода и ее умягчение

Применяя жесткую воду без ее умягчения возможен ряд технических и экономических проблем:

Образование накипи на поверхностях нагревательных приборов, стиральной и посудомоечной машины, чайника, утюга и других бытовых приборов, что в дальнейшем приводит к их поломке.
Выход из строя трубопровода и оборудования горячего водоснабжения и отопления вследствие образования известкового налета на внутренних поверхностях.
Повышение энергопотребления (а на производстве горячей воды, пара – усиленный расход топлива) в результате снижения теплопроводности нагревательных элементов и увеличение времени подогрева.
Возникает необходимость в дополнительном техобслуживании объектов теплоснабжения – регулярная чистка оборудования, а в случае его износа – преждевременная замена.

Как сделать воду мягкой

Вода характеризуется несколькими видами жесткости: постоянной и устранимой. И, если гидрокарбонатная (временная) жесткость исчезает при длительном кипячении, образуя накипь, то постоянная жесткость требует применения специальных технических способов умягчения. При выборе оптимальной схемы обработки следует учитывать и то факт, что излишне мягкая вода также неблагоприятно воздействует на организм человека, как и жесткая.

Ознакомившись с перечнем установок-умягчителей, следует обратиться к нашим специалистам, которые правильно рассчитают схему водоочистки и подберут оптимальный способ умягчения воды. Среди них выделяют:

Термическое умягчение воды, ключевым моментом которого является кристаллизация солей жесткости, в последующем выпадающих в осадок. Так, достигая температуры около 200°С вода из очень жесткой, обусловленной карбонатными солями кальция, становится мягкой. Недостатком этого метода является образование накипи и сохранение постоянной жесткости практически в неизмененном виде.
Химическое умягчение воды – образование нерастворимых в воде соединений в результате обработки водной среды известью или содой. У такого способа сделать воду мягкой есть несколько недостатков: трудоемкий процесс, протекающий в несколько стадий и требующий дополнительных затрат на реагенты, необходимость их правильной дозировки.
Электромагнитная обработка воды, основанная на структурной перестройке водной среды с последующей кристаллизацией электрически заряженных частичек. Речь идет о феномене магнитогидродинамического резонанса.
Электродиализ жесткой воды – это использование электрического тока для «разделения» отрицательных (анионы) и положительных (катионы) ионов, которые будут двигаться соответственно к аноду и катоду, где они разряжаются. Электродиализные установки не только делают воду мягкой, но и деминерализуют ее.
Ионнообменный метод умягчения – осуществляется благодаря использованию ионитов, имеющих положительные (катионит) или отрицательны (анионит) заряд. В результате контакта с водой, насыщенной минеральными веществами, происходит обмен одноименно заряженных ионов воды и ионита в эквивалентном количестве. В зависимости от типа солей жесткости различают анионо- и катионообменные смолы, а также смешанные способы ионного обмена.
Обратный осмос. Главная его цель – опреснение водной среды. При этом параллельно происходит умягчение воды. Данные способ относится к технологиям ультратонкой очистки, позволяющим устранять не только химические, но и биологические примеси.
Комбинированные способы умягчения воды, использующие комплекс методов водоподготовки.

Выбирая тот или иной способ умягчения воды, следует учитывать исходные показатели ее качества, требуемый уровень «чистоты» и цель водопользования.

Автор: Жанна Мелешкина, к. мед. н., доцент кафедры гигиены и социальной медицины
Дата публикации: 02 Августа 2016 года

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

www.ruswater.com

системы и фильтры, устройство, технологии и принцип умягчения воды в коттедже

Жесткая вода может стать причиной проблем с ЖКТ, почками и суставами, а еще — испорченной бытовой техники и частых сбоев в инженерных сетях водоснабжения и водоотведения.

Умягчители воды. Варианты и цены.

Правильно подобранная система очистки может сделать пригодной для питья и бытового использования воду любого качества, даже очень грязную.

Посмотреть варианты и цены…

Ультрафиолетовый стерилизатор — основной инструмент для борьбы с бактериями и вирусами в воде.

Перейти в каталог…

Установка системы водоочистки для коттеджей — верное решение, так как вода из скважин и колодцев может содержать много вредных примесей, от солей жесткости до бактерий и тяжелых металлов.

Сколько стоит система фильтрации воды?

Качество воды — это один из факторов, напрямую влияющих на здоровье человека. Из воды мы получаем до 25% необходимых минеральных веществ. Причем усваиваются они значительно быстрее, чем те, что содержатся в продуктах питания. Если процент естественных компонентов значительно отличается от нормы, организм реагирует немедленно и очень негативно. В нашем обзоре мы расскажем о проблеме избытка солей жесткости и предложим варианты ее решения в частном доме.

О жесткой воде в настоящее время говорят много. При этом далеко не все знают, что именно она становится причиной проблем с ЖКТ, почками и суставами, а еще — испорченной бытовой техники и частых сбоев в инженерных сетях водоснабжения и водоотведения. Рассмотрим подробнее, чем опасна повышенная жесткость и какие существуют методы умягчения воды.

Почему от оборудования для умягчения воды нельзя отказываться

Жесткостью воды называют совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней солей щелочноземельных металлов — в первую очередь кальция и магния. Требования к жесткости воды питьевого назначения в нашей стране установлены в ГОСТах и санитарно-эпидемиологических правилах и нормах (например СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода, гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения»). В ЕС эту задачу решает Директива Совета Европы 98/83/ЕС «О качестве воды, предназначенной для употребления людьми», в США — нормы Агентства по охране окружающей среды (US EPA), на международном уровне — рекомендации ВОЗ.

Официальной единицей измерения жесткости является градус, равный 1 мг-экв/л (ГОСТ 31865-2012). Согласно российским нормативам жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л. В зависимости от градуса жесткости, выделяют:

очень мягкую воду — менее 1,5 мг-экв/л;
мягкую воду — от 1,5 до 4 мг-экв/л;
воду средней жесткости — от 4 до 8 мг-экв/л;
жесткую воду — от 8 до 12 мг-экв/л;
очень жесткую воду — более 12 мг-экв/л.

Данная градация относится к воде питьевого и хозяйственно-бытового назначения. При этом правила эксплуатации многих систем водо- и теплоснабжения (паровые, водогрейные котлы и т.д.) устанавливают значительно более жесткие ограничения: почти вдвое ниже значений СанПиНа.

Отметим также, что, по нормам ВОЗ, оптимальная концентрация солей кальция и магния должна составлять 1–2 мг-экв/л.

Столь строгим требованиям есть объяснение. Жесткая вода имеет ощутимый неприятный горьковатый привкус. Постоянное употребление ее в пищу расстраивает работу ЖКТ и уменьшает моторику желудка. Соли накапливаются в организме и провоцируют болезни суставов, образование камней в почках и желчном пузыре. Они остаются в виде налета на волосах и коже, а также в узлах сантехники, белье, элементах стиральной машины, чайниках. В энергетике такая вода способна вывести из строя трубопроводы и теплообменное оборудование. Даже небольшое отложение солей на узлах и деталях оборудования резко снижает коэффициент теплопередачи и повышает расход топлива. Поэтому во всех случаях, когда показатель жесткости выходит за допустимую отметку, воду рекомендовано умягчать.

Важно!
В глубине земных недр вода имеет высокую жесткость всегда. Исключений из этого правила не бывает. Поэтому если в водопроводную систему частного дома вода поступает непосредственно из скважины или колодца, умягчение воды обязательно.

Есть несколько признаков, которые указывают на повышенную жесткость воды:

После стирки белье твердеет, а на поверхности видны белые разводы.
Моющие средства плохо пенятся, рекомендованного производителем количества средства не достаточно.
На стенках чайника образуется накипь.
После гигиенических процедур возникает ощущение сухости и стянутости кожи.
На кранах образуется налет.

Очевидно, что использование умягченной воды поможет избежать описанных выше проблем со здоровьем и значительно продлить срок службы бытовой техники. Для коттеджей и загородных домов оптимальным является использование автоматических установок непрерывного умягчения воды. Для правильного подбора системы необходим предварительный химический анализ воды из источника водоснабжения.

Технологии и принципы умягчения воды: какой метод подойдет для загородного дома

Умягчение воды возможно разными методами: химическими, физическими, механическими или их комбинацией. Химическая очистка предполагает использование реагентов, физическая происходит под воздействием природных сил (магнетизма, например), механическая предполагает создание физических барьеров. Применение той или иной методики зависит от цели использования воды, а также уровня жесткости, источника водоснабжения, размеров домостроения и т.д. Остановимся подробнее на наиболее популярных способах умягчения воды.

Реагентный способ. Предусматривает добавление специальных реагентов — коагулянтов. Они связывают магний и кальций в нерастворимые соединения, которые постепенно оседают на дне и стенках фильтра. В качестве реагентов используют известь, гидроксид натрия, фосфонаты, кальцинированную соду. Таким методом пользуются для умягчения технической воды, например, в котельных. Для питьевой воды и воды бытового назначения реагентный способ не подходит.

Полифосфатный метод. Этот простой и доступный метод умягчения технической воды в загородном доме, в общем-то, является разновидностью реагентного. Технология основана на реакции солей жесткости с полифосфатом натрия, в результате которой образуется нерастворимая пленка из полифосфатов кальция и магния, тогда как очищаемая вода насыщается ионами натрия.

Ионный обмен. Одна из наиболее доступных и эффективных технологий: воду пропускают через фильтр для умягчения с засыпкой из ионообменной смолы. При прохождении через последнюю ионы кальция и магния из воды посредством реакций ионного обмена переходят в смолу, вода же обогащается безобидными для техники и человека ионами натрия.

Плюсом этой технологии является то, что ионообменная смола способна к регенерации, то есть восстановлению. Для этого ее необходимо промыть раствором обычной поваренной соли (NaCl). Большинство подобных устройств для умягчения воды оснащено мультипроцессорным управлением. Режим регенерации включается автоматически по мере необходимости.

Кстати
При обработке воды методом ионного обмена выпадения осадка не происходит, поэтому дополнительные фильтры не требуются.

Фильтры этого типа отлично справляются с умягчением воды как для питьевого, так и для бытового и технического назначения.

Обратный осмос. Эта технология умягчения воды предполагает использование мембраны из ацетилцеллюлозы или ароматического полиамида. Такая мембрана обеспечивает практически 100-процентную деминерализацию и, естественно, снижает жесткость. К потребителю отправляется вода, практически доведенная до дистиллята.

В числе преимуществ метода — малые габариты установки и ее небольшая энергозатратность. К недостаткам можно отнести дороговизну самого фильтра и существенные расходы на периодическую замену мембраны. Использование системы обратного осмоса в обязательном порядке требует установки предфильтра грубой очистки и постфильтра искусственной минерализации. Последний обогащает воду солями магния (не менее 20 мг/л), кальция (от 40 мг/л), калия, фтора и другими химическими элементами до уровня 100 мг/л. Минерализатор необходим по причине того, что обратноосмотические системы очищают воду до состояния химически чистого соединения. Длительное употребление дистиллированной воды способствует вымыванию из организма нужных микро- и макроэлементов.

Магнитный и электромагнитный методы реализованы в небольших устройствах, устанавливаемых непосредственно в трубопроводе. При прохождении потока воды через такие фильтры, соли кальция и магния под действием магнитного поля переходят в нерастворимую форму. Образовавшийся осадок с потоком воды выводится из системы водопровода. Такие системы применяют для защиты от накипи котлов, колонок, водонагревателей, стиральных и посудомоечных машин в частных домах и коттеджах.

Очевидно, что системы избавления воды от излишней жесткости сильно различаются в технологическом плане, а также с позиций эксплуатации, эффективности действия и стоимости. В связи с этим во многих загородных домах используют комбинированные методы. Например, для технического водоснабжения применяют магнитный фильтр, для питьевых нужд — обратноосмотический с минерализатором. Однако последний вариант — удовольствие не из дешевых. Оптимизировать затраты поможет установка ионообменного фильтра. Он универсален, имеет высокую производительность, а умягченная вода одинаково хорошо подходит как для употребления в пищу, так и для работы бытовой техники.

Устройство фильтров для умягчения воды: решения для систем водоподготовки в коттеджах

Выбрав оптимальную технологию, важно не ошибиться с подбором конструктивного решения.

Компактный фильтр-умягчитель для воды. Его закрепляют на трубе, через которую вода попадает в стиральную машину, котел или другое устройство. Внутри может быть засыпан частично растворимый реагент, например полифосфат натрия, или создано магнитное поле. Такой фильтр удобен, однако рассчитан исключительно на умягчение воды хозяйственно-бытового назначения и обслуживание только одного прибора.

Другое решение — это магистральный фильтр для умягчения воды. Его монтируют на трубу, через которую поступает вода во всю систему сразу. С одной стороны, это решение решает все проблемы умягчения воды разом, с другой — такой фильтр работает не быстро и стоит дорого.

Фильтры-умягчители картриджного типа. Обычно они оборудованы прозрачной колбой, в которую устанавливают сменный картридж с ионообменной смолой. Стандартный фильтр в 10 дюймов рассчитан на объем в 4 тысячи литров, или на полгода непрерывной работы. Затем картридж придется заменить. Ресурс достаточно низкий без возможности восстановления.

«Кабинетные» фильтры. Это небольшие установки, рассчитанные на квартиры и офисы. В таких системах реализована ионообменная технология. «Кабинетный» фильтр расходует сорбент примерно на 50% экономнее в сравнении с другими типами умягчителей. Вода после обработки пригодна для питья и работы бытовой техники. Единственный нюанс — это малый объем, с которым способен справиться фильтр. Для большого дома такой фильтр не подойдет. А вот для коттеджа с шестью жильцами это решение может стать оптимальным. Можно, например, рассмотреть вариант покупки недорогого умягчителя WaterBoх от компании «Экволс» (Россия) с производительностью 2,5 м3 в час и автоматической регенерацией фильтра по времени. Небольшие габариты системы позволят вписать ее в стандартный сантехнический шкаф, что весьма актуально для дома со скромной площадью.

Ионообменные колонны с солевыми баками. Это вертикальные установки, представляющие собой резервуары с ионообменной смолой внутри. Через них проходит вода, подлежащая умягчению. В системе предусмотрена емкость для соли, которая участвует в процессе регенерации. При достижении критического предела система изменяет режим фильтрации на регенерацию и направляет соляной раствор через резервуар. Освобожденные ионы кальция и магния отправляются в сток. Более дорогостоящие системы оснащены двумя контурами фильтрации. Пока на одном протекает регенерация, другой может работать в полную силу, решая задачу умягчения.

Данные установки являются наиболее оптимальными для частных домов, дач, коттеджей.

Ионообменные колонны имеют существенные отличия в конструкции, размерах, производительности, уровне автоматизации и т.д. Для того чтобы обеспечить умягчение воды в частном доме, где проживает среднестатистическая семья, достаточно фильтра производительностью до 1,5 кубометров в час. Срок эксплуатации наполнителя без необходимости замены может достигать 10-ти лет. Умягченная вода пригодна для питья, бытового и технического использования. Она благоприятно влияет на состояние кожи и волос, на деятельность ЖКТ. Меньше времени уходит на стирку, снижается расход бытовой химии. Увеличивается срок службы приборов, которые непосредственно контактируют с водой. С учетом того, что большинство из них — дорогостоящие, затраты на приобретение системы умягчения могут оказаться вполне оправданными.

www.kp.ru

Умягчение воды – процесс, в результате которого из воды удаляются соли жесткости. Умягчение сегодня может осуществляться с использованием ряда способов. Это может быть:

Умягчение с реагентами
Умягчение ионным обменом
Умягчение нанофильтрацией

Каждый из способов не универсален и может быть применён в тех или иных случаях. Как правило, для умягчения используется система фильтров, каждый из которых направлен на удаление примесей того или иного типа (крупных взвесей и т.д.).

В нашем ассортименте представлен широкий спектр оборудования для осуществления такой процедуры, как умягчение. Всё оборудование прошло тестирование и имеет высокое качество. Вы можете использовать его длительный период времени. В выборе, установке и планировании систем Вы всегда сможете воспользоваться помощью специалистов.

Процесс удаления из воды солей жесткости называют умягчением.

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.

Процессы извлечения из воды солей Са²⁺ и Mg²⁺ в водоподготовке называют умягчением. Относительно селективное удаление солей жесткости может производиться 3 методами:

реагентным умягчением;
ионным обменом;
нанофильтрацией.

Кроме того, для защиты нагревательных элементов водонагревательного оборудования применяют магнитные преобразователи воды, которые на химический состав воды не влияют и не снижают ее жесткость. Они лишь предотвращают отложение солей жесткости на нагревательные элементы оборудования.

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 Са²⁺и Mg²⁺. Такой процесс называют реагентным умягчением.

Различают умягчение известкованием и содо-известкованием.

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

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ + 2Н₂О;

Mg(HCО₃)₂ + 2Са(ОН)₂ = Mg(OH)₂ + 2CaCО₃ + 2Н₂О.

Данный способ используют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости, 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.

При содо-известковании в раствор добавляют гашеную известь Са(ОН)₂ и соду Na₂C0₃ до рН около 10. В результате протекают реакции:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ + Na₂CО₃ = 2CaCО₃i+ 2NaOH + H₂CО₃;

Mg(HCО₃)₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaHCО₃.

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

При содо-известковании за счет избытка ионов НСО₃^– достигается большая полнота извлечения 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 – 91-99%. 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. Для уменьшения объема шлама используются дополнительные зоны и камеры шламоуплотнения. Увеличение степени осветления достигается введением дополнительных секций тонкослойного отстаивания.

Реагентные методы 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 ее от органических веществ.

Поскольку осаждение образовавшихся хлопьев происходит очень медленно, производительность оборудования низкая 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 и т. п.

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

Ионный обмен в умягчении воды.

В соответствии с современными воззрениями, для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальной является жесткость на уровне 1,5 мг-экв/л.

Практически для всех пищевых производств требуется мягкая вода. Для водочного производства установлена предельная жесткость 0,2 мг-экв/л, для производства соков – 0,7 мг-экв/л. для питания паровых котлов – 0,05 мг-экв/л и менее. Многие производители стараются использовать воду еще более высокого качества.

Наиболее просто снижение жесткости до практически любых значений обеспечивается ионным обменом. Производительность метода практически не ограничена.

Умягчение воды может производиться методами:

Na-катионирования.
H–Na-катионирования (параллельное или последовательное)
Н-катионирования с голодной регенерацией на сильно- или слабокислотном катионите.

Как отмечалось выше, в соответствии с уравнением реакции, умягчение воды производится путем ее контактирования с сильнокислотным катионитом в Na-форме, в результате чего из воды извлекаются катионы Са²⁺ и Mg²⁺ и замещаются ионом Na⁺. Солесодержание воды при этом практически не меняется, поскольку катионы Са²⁺, имеющие вес 1 мг-экв равный 20, замещаются катионом Na⁺ с весом 1 мг-экв, равным 23. Поскольку анионный состав не меняется, раствор остается практически нейтральным. Щелочность воды и рН может увеличиться на 0,1-0,2 единицы, в зависимости от содержания солей жесткости.

Интересным решением вопроса умягчения со снижением щелочности воды является Na-Cl-ионирование. Оно основано на применении для очистки воды катионита в Na-форме и анионита в С1-форме. Регенерация обоих ионитов производится одним и тем же раствором NaCI. В этом процессе протекают следующие суммарные реакции:

на катионите:

2R-Na + Ca(Mg)(HCO₃)₂ <-> R₂-Ca(Mg) + 2NaHCO3 (1)

2R-Na + Ca(Mg)SО₄ <-> R₂-Ca(Mg) + Na₂S0₄ (2)

2R-Na + Ca(Mg)(NО₃)₂ <->R₂-Ca(Mg) + 2NaNО₃ (3)

на анионите:

R-Cl + NaHCО₃<-> R-НСОз + NaCl: (4)

2R-C1 + Na₂SО₄<-> R₂-SO₄ + 2NaCl; (5)

R-Cl + NaNО₃<-> R-NO₃ + NaCI. (6)

В результате реакций (1-3) с сильнокислотным катионитом обрабатываемая вода умягчается до заданного уровня, и в ней остаются только соли натрия. При их контактировании с сильноосновным анионитом в С1-форме происходит замена бикарбонатных, сульфатных и нитратных анионов на С1 (реакции 4-6). При сорбции бикарбонатного иона уменьшается щелочность воды, которая минимальна в начале цикла, а затем постепенно увеличивается. Время работы анионитного фильтра определяется повышением щелочности до заданного предела.

Метод Na-Cl-ионирования применяют при соотношении концентраций анионов в исходной воде НСО₃^–/ SО₄^2- + NО₃^– > 1 при суммарном содержании сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/л.

Поскольку регенерация катионита и анионита производится последовательно одним и тем же раствором соли, необходимо исключить образование осадка карбонатов кальция в слое катионита. Для этого регенерат после анионита подкисляют, разрушая бикарбонат-ионы. Также трудно сбалансировать объемы ионитов, чтобы они насыщались одновременно. При близких значениях жесткости и щелочности в исходной воде и вдвое-втрое большей емкости катионита, чем анионита, объем последнего должен быть в 2-3 раза больше.

Другими путями являются умягчение воды методами H-Na-катионирования (параллельным или последовательным), Н-катионирования с нейтрализацией, Н-катионирования с голодной регенерацией на сильно- или на слабокислотном катионите.

Эти способы позволяют свести щелочность к минимуму, а также уменьшить солесодержание воды. Их недостатком является потребность в больших количествах кислоты и специальном кислотостойком оборудовании. Для удаления образовавшейся углекислоты в буферных баках желательно установить распылительные головки или эжекторы-декарбонизаторы.

Н-катионирование воды позволяет полностью удалить жесткость и щелочность, а также снизить солесодержание. При контакте с катионитом в Н-форме из воды извлекаются все катионы, которые замещаются ионом водорода, рН раствора становится равным 2,5-4,0, в зависимости от исходного солесодержания. Во время очистки в воду выделяются катионы водорода, которые реагируют с бикарбонат-ионами по реакции:

HCО₃^– + Н⁺ -> Н₂О + СО₂ (7)

Кислотность воды велика, все бикарбонаты полностью переходят в растворенный углекислый газ, который отдувается в декарбонизаторе – ДКБ. Вода после декарбонизатора содержит только анионы сильных кислот и имеет кислую реакцию. Для ее нейтрализации в воду дозируют раствор щелочи. В результате очищенная вода имеет минимальную щелочность и жесткость, а содержание катионов соответствует первоначальному содержанию анионов сильных кислот. Снижение солесодержания соответствует исходной щелочности.

При необходимости поддерживать щелочность на определенном уровне при минимальной жесткости применяют параллельное или последовательное H-Na-катионирование (рис. 3.3, г, Э). Оба этих режима обеспечивают и некоторое снижение солесодержания воды.

При параллельном H-Na-катионирование часть раствора очищается Н-катионированием на сильнокислотном катионите, а другая часть умягчается Na-катионированием на таком же ионите. В воде, прошедшей через катионит в Н-форме, удаляются все катионы и вместо них в воду поступает катион водорода, рН раствора становится равным 2,5-4,0 в зависимости от солесодержания. Бикарбонаты полностью разрушаются и присутствуют в виде растворенной углекислоты. В воде, прошедшей через катионит в Na-форме, катионы солей жесткости заменены на натрий, рН не меняется. Обработанные растворы смешиваются в расчетных соотношениях и подаются на декарбонизатор, где удаляют углекислоту. Очищенная вода может иметь остаточную щелочность Щ_ост менее 0,35 мг-экв/л.

Параллельное H-Na-катионирование используется тогда, когда необходимо иметь остаточную щелочность Щ_ост менее 0,35 мг-экв/л; в исходной воде карбонатная жесткость составляет более 50%, а сумма концентраций солей сильных кислот – менее 5-7 мг-экв/л.

Последовательное H-Na-катионирование заключается в пропускании части питающего раствора через катионит в Н-форме, смешении подкисленного раствора с исходным, декарбонизации и умягчении всего потока на катионите в Na-форме. При подкислении воды при Н-катионировании частично разрушается бикарбонат-ион, и связанная с ним жесткость становится некарбонатной. Щелочность перед Na-катионированием поддерживается на уровне 0,7-1,0 мг-экв/л. Поскольку степень извлечения жесткости на Н-катионировании особого значения не имеет, регенерация кислотой может осуществляться без избытка. Такой способ умягчения используется для сильноминерализованных вод с солесодержанием более 1 г/л, когда карбонатная жесткость менее 50% от общей, а щелочность 0,7-1,0 устраивает потребителя.

Магнитное проеобразование воды:

В последние десятилетия, как в России, так и за рубежом, для борьбы с образованием накипи и отложений на внутренней поверхности труб и теп- лообменного оборудования применяют магнитную обработку воды. Ее широко используют в конденсаторах паровых турбин, парогенераторах низкого давления и малой производительности, тепловых сетях и системах горячего водоснабжения, в различных теплообменных аппаратах. Эффект, последствия обработки воды в магнитном поле известны давно. Еще в XIII в. были отмечены лечебные свойства «омагниченной» воды. Но только в ХХ в. началось использование магнитов в технике водоподготовки.

Первый патент на аппарат магнитной обработки воды был выдан в 1946 г. бельгийскому инженеру Т. Вермейрену, еще за 10 лет до этого обнаружившего, что при нагреве воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на поверхности теплообмена накипь не образуется.

Магнитная обработка воды в аппаратах с постоянными магнитами и электромагнитами применяется уже несколько десятилетий. Замечено, что при воздействии магнитного поля на солевые кристаллы последние меняют свою структуру: кристаллы становятся гораздо мельче, и кристаллы кальцита приобретают орагонитную форму. В целом кристаллы карбоната кальция вместо обычной накипи образуют рыхлую массу, легко вымываемую из трубопровода. Кроме того, образовавшаяся большая поверхность множества мелких кристаллов «конкурирует» за отложения с нагретой поверхностью. Более 70% частиц имеют размер менее 0,5 мкм.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен, но имеется ряд гипотез.

Современные воззрения объясняют механизм воздействия магнитного поля на воду и ее примеси поляризационными эффектами и деформацией ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются, образуя кристаллическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоидные примеси воды, другой – изменение структуры воды. При наложении магнитного поля в массе воды формируются центры кристаллизации, вследствие чего выделение нерастворимых солей жесткости происходит не на теплопередающей поверхности (нагрева или охлаждения), а в объеме воды. Таким образом, вместо твердой накипи в воде появляется мигрирующий тонкодисперсный шлам, легко удаляемый с поверхности теплообменников и трубопроводов. В аппаратах магнитной обработки вода должна двигаться перпендикулярно магнитным силовым линиям.

www.terrawater.ru

Способы умягчения воды: выбор лучшего варианта

Высокий уровень жесткости провоцирует образование накипи, ухудшает эффективность моющих средств. В таких неблагоприятных условиях возрастает риск повреждения функциональных компонентов отопительного оборудования, иной техники. Увеличиваются эксплуатационные расходы, затраты на выполнение санитарно-гигиенических правил.

Современные производители предлагают разные способы умягчения воды и соответствующие комплекты оборудования. Выбрать оптимальный вариант будет не сложно после ознакомления с данной публикацией. Здесь есть полезные данные, которые помогут недорого и быстро реализовать проект.

Основные определения

Общий уровень жесткости определяется, как сумма постоянной и временной компоненты. Как правило, первая часть имеет небольшое практическое значение, поэтому ее можно исключить из обзора. Вторая определяется концентрацией катионов магния и кальция. Эти химические вещества при нагреве преобразуются в нерастворимый осадок – накипь.

Именно они засоряют технические протоки, что сопровождается ухудшением производительности котлов. Такие образования отличаются пористостью, низкой теплопроводностью. При накоплении на поверхности ТЭНа этот слой блокирует нормальный отвод тепла. Если не применить эффективный способ умягчения жесткой воды, бойлер, стиральная машина или другая техника с нагревательным элементом будет выведена из строя из-за накипи.

На практике решают вопросы уменьшения уровня жесткости, либо полное устранение вредных явлений. Второй вариант лучше! Он предполагает надежную защиту дорогих изделий, эффективную профилактику с предотвращением аварийных ситуаций.

Способ 1: Нагрев

Принцип действия этих способов умягчения воды понятен из общего определения. Каждый человек знает, что при кипячении (нагреве) на стенках чайника активно формируется слой накипи. После завершения процедуры жесткость будет снижена.

Теоретическая простота способа является единственным преимуществом. Детальное изучение вопроса позволяет выявить следующие недостатки:

длительность процесса;
небольшое количество жидкости, которое можно обработать в бытовых условиях;
значительные затраты на электроэнергию, газ, другие виды топлива.

Следует не забывать, что на финишном этапе приходится удалять прочную накипь. Это – трудоемкие рабочие операции, которые способны испортить рабочую емкость.

Способ 2: Обработка электромагнитным полем

Из приведенных описаний можно сделать промежуточный вывод. Для удаления вредных соединений с применением химических средств, ионным обменом, кипячением и мембранной фильтрацией приходится решать сложные инженерные задачи. Об этом будет написано ниже. Соответствующим образом увеличиваются затраты. Полифосфатные соединения действуют эффективнее. Они стоят недорого, но надежно блокируют негативный процесс. Метод можно признать идеальным, если бы не загрязнение жидкости.

В технологии электромагнитной обработки нет перечисленных недостатков. Воздействие сильным полем изменяет форму частиц накипи. Созданные игольчатые выступы не позволяют им соединятся в крупные фракции. Этим блокируется процесс образования накипи.

Чтобы получить поле оптимальной мощности и конфигурации применяют высокочастотный генератор электромагнитных колебаний. Он работает по специальному алгоритму, который не вызывает эффект «привыкания». Снижение положительного воздействия наблюдается при работе с постоянными магнитами.

В ходе изучения актуальных предложений рынка следует обратить внимание на современные качественные модели устройств электромагнитной обработки воды:

Магнитные умягчители воды выполняют свои функции с минимальным потреблением электроэнергии (5-20 Вт/час).
Катушку создают из нескольких витков провода. Прибор включают в сеть. Дополнительная настройка не нужна.
Дальность действия достигает 2 км, чего достаточно для защиты объекта в целом.
Долговечность устройств превышает 20 лет.

В любом случае надо выбирать производителя, который обладает солидным опытом в профильной области деятельности!

Химические способы умягчения воды

Хорошо известная профильным специалистам методика – добавление в раствор гашеной извести. Химические реакции связывают молекулы кальция и магния с последующим образованием нерастворимого осадка. По мере накопления на дне рабочего резервуара его удаляют. Мелкие взвешенные частицы задерживают через фосфатный способ. Аналогичную технологию применяют для снижения некарбонатной составляющей с помощью соды.

Главным недостатком этого и других способов данной категории является загрязнение жидкости химикатами. Чтобы такая обработка была безопасной, приходится точно соблюдать оптимальные дозировки, тщательно контролировать все важные этапы. Качественное воспроизведение технологии в домашних условиях не представляется возможным без чрезмерных трудностей и затрат. Ее используют на муниципальных и коллективных станциях водоподготовки профессиональной категории.

Впрочем, одна «химическая» методика стала популярной именно в быту. Исследователи обнаружили, что полифосфатные соединения образуют оболочки вокруг мельчайших нерастворимых фракций. Они препятствуют объединению в крупные частицы, присоединению к стенкам труб и внешним поверхностям нагревательных приборов.

Этим полезным свойством пользуются производители фосфатных стиральных порошков. Также применяют специализированные проточные емкости, в которые помещают полифосфатные соли. Устройства монтируют на входном патрубке перед котлами и стиральными машинами. Способ не подходит для приготовления питьевой воды.

Фильтрация

Нужный эффект можно получить, если уменьшить размеры ячеек до величины молекул. Такие микроскопические протоки создают в мембранах обратного осмоса. Они способны пропускать только чистую воду. Загрязненная жидкость скапливается перед преградой, удаляется в дренаж.

Задача решена? Не следует делать поспешные выводы. Методика фильтрации действительно хороша, но только для обработки 180-220 литров/сутки. Такова производительность серийных фильтров для умягчения воды бытовых с разумной стоимостью. Этого количества не хватит для однократного приема душа, удовлетворения других бытовых потребностей.

Чтобы увеличить производительность несколько мембран устанавливают параллельно. Для функционирования комплекта приходится поднимать давление специальной насосной станцией. Подобное оборудование для фильтрации воды стоит дорого, занимает много места.

Умягчение воды ионообменным способом

Снижают первичные и эксплуатационные расходы с помощью техники этой категории. Применяют особую засыпку, которая задерживает ионы кальция и магния. Одновременно происходит заполнение жидкости безвредными соединениями натрия.

Преимущества ионообменного умягчения воды приведены в следующем списке:

Кроме солоноватого привкуса не меняются в худшую сторону исходные характеристики воды.
После обработки определенного количества жидкости полезные функции засыпки восстанавливают промывкой и регенерацией.
Эти процедуры выполняются неоднократно в автоматическом режиме, без тщательного контроля и вмешательства со стороны пользователя.
При соблюдении правил эксплуатации засыпка из смол сохраняет работоспособность более шести лет.

Необходимо подчеркнуть доступность регенерационной смеси. Это – недорогой раствор обычной поваренной соли (хорошей очистки).

Как и ранее, приведем нюансы, которые заслуживают упоминания для полноценного анализа умягчения воды ионообменным способом:

Ионообменный способ умягчения воды прерывает снабжение объекта при регенерации (длительность более часа). Чтобы устранить такой недостаток устанавливают параллельно две функциональные емкости.
Комплект с высокой производительностью для семьи из 2-3 человек занимает несколько кв. метров площади.
Работа ионообменного фильтра издает сильный шум в процессе промывки, поэтому нужна эффективная звуковая изоляция помещения.
Каждое существенное изменение уровня жесткости необходимо корректировать ручной настройкой.
Хорошо оснащенный набор с блоком автоматики и несколькими рабочими баками стоит дорого.

Ультразвуковое воздействие

Обработку колебаниями соответствующего диапазона частот применяют для снижения уровня жесткости. Одновременно разрушается слой старой накипи, что пригодится для очистки труб без агрессивных химических соединений.

Этот фосфатный способ умягчения воды редко используют в домашних условиях, в котельных и промышленности. При малой мощности генератора положительный эффект будут минимальный. Если увеличить амплитуду сигналов, повреждаются паяные соединения, декоративные и защитные покрытия. Вряд ли имеет смысл устранять одну проблему и вместе с этим создавать другие неприятности. Также надо отметить появление раздражающих звуков, которые образуются из-за ультразвукового воздействия сложением нескольких паразитных гармоник.

Ультразвук с профессиональными предосторожностями применяют для очистки и защиты промышленного оборудования. Крупные элементы этих конструкций и резьбовые соединения обладают лучшей устойчивостью к сильным вибрационным воздействиям.

Какие способы умягчения воды подходят для разных объектов недвижимости?

Оптимальную методику выбирают с учетом реальных условий будущей эксплуатации. Опытные специалисты советуют создавать общий проект с механическими и другими фильтрами для точного согласования всех функциональных компонентов.

В городской квартире можно рассчитывать на поддержание приемлемого качества жесткой воды. Соответствующие обязательства указаны в договоре со снабжающей организацией. Однако в домашних условиях не исключены аварии на магистральных трассах, броски давления. Для защиты от этих негативных воздействий на входе устанавливают фосфатный или механический фильтр с регулятором напора и контрольными манометрами. Надо подчеркнуть преимущества электромагнитного преобразователя с учетом особенностей объектов данной категории:

компактность;
небольшой вес;
отсутствие шумов;
симпатичный внешний вид.

Для автономного загородного водоснабжения расчетливые собственники предпочитают пользоваться артезианской скважиной. Такой источник обеспечивает высокую степень очистки природной фильтрацией. Но на большой глубине увеличивается концентрация примесей, вымытых из горных пород. Среди них – соединения солей в достаточно большой концентрации.

В частном доме проще найти свободное место для технологического оборудования. Здесь можно устанавливать комплекты для умягчения воды ионообменным способом. В помещение проводят необходимые инженерные сети. Надо не забывать о хорошей изоляции. Необходимо поддерживать установленный производителем температурный режим. Следует удалить хлорные и другие химические соединения, способные повредить действующую засыпку.

ruvoda.com