Методы умягчения воды Умягчение воды – это процесс удаления из воды солей жесткости. Жесткость воды – одна из качественных характеристик воды, которое обуславливается наличием в воде солей двух щелочноземельных металлов кальция и магния. Жесткость имеет значение для оценки качества любой используемой воды, технической, питьевой и воды, используемой для нужд промышленных предприятий с заданными характеристиками. Наибольшее влияние на уровень жесткости воды оказывает количество катионов кальция, несколько в меньшей степени – магния. 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 воды. 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 мгэкв/л. Для умягчения воды существуют различные методы, которые используются самостоятельно или применяются в фильтрах для умягчения воды: Термический метод; Реагентный метод; Мембранный метод; Магнитный метод; Ионообменный метод; Каждый из них позволяет в той или иной степени подготовить воду для использования её для технических нужд или как питьевую. И в зависимости от того, какой исходной жесткостью обладает вода и до какой степени и в каком количестве ее необходимо умягчить, для каких целей она будет использоваться, можно применять тот или иной метод. Термический метод основан на нагревании воды до температуры выше точки кипения, её дистилляцией или вымораживанием с целью устранения карбоната кальция и карбоната магния. Вследствие применения указанного метода остаточная жёсткость воды составляет не более 1,4 мгэкв/л. Поэтому термический метод применяется для технических нужд, в частности при использовании вод, идущих на питание котлов низкого давления, а также в сочетании с реагентными методами. Реагентный метод умягчения воды. Многие соли жесткости имеют низкую растворимость. При введении в раствор некоторых реагентов увеличивается концентрация анионов, которые образуют малорастворимые соли с ионами жесткости Ca2+ и Mg2+. При реагентном умягчении воды содовоизвестковым методом остаточная жесткость воды обычно снижается до 0,5 0,7 мг экв/л применение фосфатного доумягчения позволяет уменьшить жесткость до 0,02 - 0,03 мг экв/л. Для производственных водопроводов в целях борьбы с коррозией стальных и чугунных труб рекомендуется применять гексаметафосфат или ортофосфат натрия в количестве 15 - 25 мг/л в расчете на товарный продукт. Целесообразно также при вводе в эксплуатацию новых участков трубопроводов предусматривать возможность заполнения их на 2— 3 сут раствором этих реагентов с концентрацией 200—250 мг/л. При использовании мембран с определенным размером пор обеспечивается их селективность к многозарядным и крупным ионам. Одновалентные ионы (катионы и анионы) в основном не задерживаются мембраной. Реально при селективности по MgSO4 на уровне 98–99% селективность по NaCl для различных нанофильтрационных мембран составляет 20–70%. При пропускании воды через такую нанофильтрационную мембрану удаляются все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы, катионы тяжелых металлов и часть органических загрязнений. Происходит достаточно глубокая очистка от солей жесткости – в 10–50 раз. Концентрация солей натрия уменьшается незначительно. В результате вода умягчается и частично обессоливается. Магнитная обработка воды — распространена для борьбы с образованием накипи. Сущность метода состоит в том, что при пересечение водой магнитных силовых линий образователи накипи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки (шлам) удаляют при продувке. Наибольшее практическое применение получил ионообменный метод умягчения воды. Сущность ионообменного метода заключается в способности ионообменных материалов (ионитов) поглощать из воды положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита. В зависимости от состава существуют минеральные и органические катиониты, которые, в свою очередь, разделяются на вещества естественного и искусственного происхождения. В технологии подготовки воды широко применяют органические катиониты искусственного происхождения, так называемые ионообменные смолы. Качество ионообменных смол характеризуется их физическими свойствами, химической и термической стойкостью, рабочей ёмкостью и др.В установках умягчения воды использует ионообменные смолы, основанные на применении катионита в Na-форме и анионита в Cl-форме, т.е. использует метод натрий — хлор-ионирования. Указанный метод состоит из следующих стадий: натрий-катионирования и хлор-катионирования. На стадии натрий-катионирования происходит замещение ионов кальция и магния, придающих воде жёсткость, на ионы натрия. В результате обрабатываемая вода умягчается, а кальций и магний образуют нерастворимый полимер. При пропуске натрий-катионированной воды через хлор-аноион протекают реакции обмена анионов, содержащихся в Na- катионированной воде, на ионы хлора и щёлочность обрабатываемой воды снижается. Для восстановления свойств ионообменной смолы (регенерации) используется раствор поваренной соли. Таким образом, достигается глубокое умягчение воды (до 0,06 … 0,1 мг-экв/л). При применении метода натрий — хлор-ионирования расходуется только один реагент — поваренная соль, не требуется антикоррозийной защиты оборудования, трубопроводов и специальной арматуры, уменьшается количество оборудования, упрощается контроль работы и эксплуатации водоумягчительной установки. В результате повышается надёжность и уменьшается стоимость установки для умягчения воды. Система теплового отопления и водоснабжения, как известно, использует в своей работе воду постоянно. Даже когда консервируют отопительную систему на лето, потом все равно к работе с водой возвращаются, и некий остаток воды в системе все равно есть. И если эта вода некачественная, в ней больше, чем нужно солей кальция и магния, то проблем с накипью и плохой передачей тепла точно не избежать. Хотя все системы подготовки очень похожи и работают на схожих принципах, но для водоподготовки для водогрейных котлов и в отопительных системах есть свои особенности. Особенно это касается умягчения котловой воды. Котельные, как известно, могут быть разными. Это может быть водогрейный или паровой котел. И если с водогрейным все более или менее понятно, то для нормальной работы парового котла нужно учесть те самые особенности. Качество пара крайне важно для котла, из него требуется удалить не только соли жесткости. Для создания подходящего пара придется устранить даже растворенные газы. Качественная водоподготовка котловой воды включает в себя такие стадии обработки воды: умягчение котловой воды, обессоливание, дегазация, то есть устранение растворенных газов, обезжелезивание, дозировка реагентов для корректировки химического состава теплоносителя. Все это работа трудная и требующая высокой степени внимательности. Пока на предприятии нет установленной и просчитанной системы очистки и умягчения воды, то все измерения придется делать людям и в ручную. Методы обезжелезивания. Содержание в воде железа в растворенной форме и в виде осадка плохо сказывается на её вкусовых и технологических качествах. Кроме того это негативно влияет на здоровье. Обезжелезивание является одной из основных задач очистки воды, недооценивать её важность не стоит. В настоящий момент можно выделить следующие методы очистки воды от железа: 1. Механический. Представляет собой препятствие, отсеивающее все частицы определенного размера. Не действует на растворенные вещества, но, тем не менее, должен стоять вначале любой системы водоочистки, снижая на неё нагрузку и предотвращая механические повреждения. 2. Отстаивание. Классический метод обезжелезивания, которым пользуются издавна и который дает весьма неплохие показатели – но идеальным его назвать нельзя. Кроме этого он требует емкость для отстаивания и время на это уходит немало. Для проточной воды это не подойдет, а использование большого бака трудно назвать удобным. 3. Реагентный. В различных вариациях наиболее распространен в промышленности и быту. Позволяет быстро обрабатывать большой объем воды и сравнительно не дорог. Способ основан на ускорении процесса окисления железа с помощью химически активных веществ: от воздуха до гипохлорита. Окисляясь, металл выпадает в осадок и без труда задерживается мелкими фильтрами механической очистки. 4. Каталитический. С его основе лежит явление каталитического окисления при прохождении сквозь фильтрующий слой (который может быть по себе простым и недорогим материалом, на который наносится особое покрытие). Преимущество такого метода обезжелезивания воды заключается в возможности восстановления окислительных свойств наполнителя с помощью химической обработки. 5. Ионообменный. Высокотехнологичный метод очистки, предполагающий замену ионов железа, находящихся в воде на нейтральные по своему эффекту ионы других элементов. В промышленной водоподготовке такой метод применяется достаточно давно, но на бытовой уровень он вышел буквально несколько десятилетий назад. Его эффективность очень высока, но требуется соблюдения ряда условий, а наполнитель недешев (правда, доступна его периодическая регенерация, восстанавливающая изначальные свойства). 6. отверстия Обратный осмос. Поток воды проходит через особую мембрану, которой настолько малы, что не пропускают молекулы загрязняющих веществ. Предпочтительны благодаря борьбе с большинством примесей и получением очень высокой степени очистки на выходе. Такой метод так же сравнительно недавно вышел на домашний уровень и является в настоящий момент наиболее перспективным.
