Методы смягчения воды
Способы и методы водоочистки:
1. Термические.
В результате обычного кипячения растворенный бикарбонат кальция превращается в нерастворимый карбонат и выпадает в осадок:
Сa(HCO3)2 = CaCO3 ↓ + H2O + CO2
Осадок образуется различной степени плотности (в зависимости от состава других растворенных соединений) и легко отфильтровывается или остается коркой на нагревательном элементе.
К термическим относится и дистилляция — процесс охлаждения и конденсации водяного пара. Область применения у термических методов весьма и весьма узкая - только для совсем небольших объемов воды, так как требуют значительного количества электроэнергии.
2. Реагентные.
В тех случаях, когда жесткость изрядно превышает допустимые нормы, на городских водозаборах применяется одновременная обработка гашеной известью Са(OH)2 и кальцинированной содой Na2CO3. Известь осаждает карбонаты, сода осаждает другие соли кальция и магния:
Сa(HCO3)2+ Ca(OH)2 = CaCO3 ↓ +2 H2O
CaSO4 + Na2CO3= CaCO3 ↓+ Na2SO4
Образовавшиеся осадки удаляются фильтрацией. Этот способ довольно эффективен, но требует довольно громоздкого оборудования и совершенно не подходит для использования в домашних условиях.
Эффективным средством для умягчения технической воды служит полифосфат натрия Na5P3O10. В этом случае связывание ионов Ca2+ и Mg2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:
P3O105- + Ca2+ = [Ca(P3O10)]3- P3O105- + Mg2+ = [Mg(P3O10)]3-
Таким образом, сильно затрудняется образование осадка кальцита, а выпадающий имеет рыхлую структуру и не оседает плотным «котельным камнем».
К реагентным методам умягчения питьевой воды можно отнести и метод ионного обмена - обратимой химической реакции, при которой происходит обмен ионами между высокомолекулярным синтетическим соединением с трехмерной гелевой или макропористой структурой и раствором, содержащим ионы Ca2+и Mg2+. Ионообменное оборудование может обеспечивать нужды как отдельной квартиры так и загородного дома. Это могут быть автоматические устройства, длительно работающие без участия человека или сменные фильтроэлементы, устанавливающиеся в колбы многоступенчатых систем. Подробнее о методе ионного обмена — в отдельной статье.
3. Безреагентные.
Эта группа включает в себя фильтрацию через полиамидную тонкопленочную полупроницаемую композитную мембрану (обратный осмос) и воздействие на поток воды магнитными полями.
Противонакипный эффект магнитной обработки зависит от состава растворённых и нерастворённых примесей, напряженности магнитных полей, скорости движения воды, продолжительности ее пребывания в магнитном поле и от других факторов. Результатом воздействия магнитных полей является уменьшение степени гидратации ионов Ca2+и Mg2+, что способствует выпадению в осадок их соединений. Основными преимуществами магнитной обработки являются простота, дешевизна, безопасность и почти полное отсутствие эксплуатационных расходов. Однако, обусловленность столь многими факторами приводит к нестабильности результата и, как следствие, к не слишком широкому применению данного метода, особенно в быту.
Метод обратного осмоса, напротив, находит всё большее применение как в быту, так и на предприятиях. Он позволяет избавить воду не только от солей жесткости, но и от подавляющего большинства всех остальных примесей, обеспечивая глубокую её очистку. Бытовые обратноосмотическе системы — это, по существу, минизаводы, производящие питьевую воду на отдельно взятой кухне под полным контролем её хозяина. Подробнее о методе обратного осмоса - в отдельной статье.