К записи Умягчение воды. Методы и фильтры. Реферат: Основные методы умягчения воды Какой метод не используется при умягчении воды

Бытует распространенное мнение, что воду из глубинных водоносных слоев можно употреблять в пищу без предварительной подготовки. Действительно, вода из них гораздо чище, чем из верховодки, однако, и в ней есть примеси, наличие которых может негативно отразиться на здоровье человека и работе оборудования. Чтобы подробно разобраться в вопросе, обратимся к специалистам отдела систем водоочистки компании БИИКС .

Вода - это прекрасный растворитель. Находясь в постоянном контакте с горными породами, она насыщается веществами, из которых эти породы состоят. Со временем накапливается огромное количество соединений. Состав воды зависит от типа породы, в которой проходит водоносный слой. Для Москвы и Подмосковья характерно высокое содержание карбонатных солей жесткости и соединений железа.

Длительное употребление в пищу воды повышенной жесткости приводит к отложениям конкрементов в почках (камней), при контакте кожа и волосы становятся сухими. Во время нагрева соединения выпадают в осадок, образуя твердый, плохо удаляемый налет. Приходят в негодность ТЭНы, засоряются трубы и шланги, повышается скорость износа подвижных частей оборудования.

Превышение жесткости может быть определено:

• визуально : образование налета на сантехнике и нагревательных элементах (в чайнике, на ТЭНах стиральных и посудомоечных машин, бойлеров);
• на вкус : в сравнении с бутилированной водой известной жесткости;
• по пенообразованию : в жесткой воде образуется меньше пены и расход моющих средств выше;
• в лаборатории .

Умягчение воды - это снижение концентрации солей жесткости и приведение этих показателей к рекомендованным значениям.

Нормы жесткости воды

В зависимости от концентрации солей жесткости, воду делят на:

• мягкую - содержание солей не более 2 мг-экв/л;
• нормальную - содержание солей в пределах 2 - 4 мг-экв/л;
• жесткую - содержание солей в пределах 4 - 6 мг-экв/л;
• высокой жесткости - содержание солей выше 6 мг-экв/л.

Российским стандартом, регламентирующим качество питьевой воды, установлено предельное значение концентрации солей жесткости на уровне 7,0 мг-экв/л. В то время, как ВОЗ устанавливает этот показатель на уровне 2,5 мг-экв/л, а в ЕЭС принят норматив 2,9 мг-экв/л. Таким образом, в качестве питьевой водопроводной воды в России допустима подача очень жесткой воды, с двукратным превышением рекомендаций ВОЗ.

Способы умягчения воды

Термический

Другими словами - кипячение. При повышении температуры, растворимый гидрокарбонат кальция (наиболее распространенное соединение, вызывающее жесткость) распадается на нерастворимый карбонат кальция и углекислый газ. Нерастворимая часть выпадает в осадок, газ улетучивается. Частично при кипячении уменьшается концентрация и сульфата кальция. Термический способ самый доступный в бытовых условиях, но не самый удобный и имеет низкую производительность. Кроме того, он не подходит для соединений магния.

Мембранный

Для умягчения воды таким способом используются молекулярные мембраны, которые пропускают только частицы воды, удаляя большую часть примесей (до 98%) . Так действуют фильтры обратного осмоса.

Не нужно пить загрязненную воду ради некоторых якобы полезных солей, которые в ней тоже содержатся. Намного лучше питать свой организм теми же самыми веществами, но находящимися в обычных продуктах. Собственно, человечество всю свою жизнь и берет их именно в хлебе, молоке, мясе, рыбе, овощах и фруктах. Например, в стакане молока одного лишь кальция в сотни раз больше, чем в стакане водопроводной. В некоторых случаях, для подготовки питьевой воды таким способом устанавливается минерализатор.

Химический (реагентный)

Суть способа - превратить растворимые соединения в нерастворимые. Для этого используются различные реактивы в зависимости от преобладания в воде солей того или иного типа. Для солей карбонатного типа используется известь, соединения натрия, сода и синтетические соединения, например, тринатрийфосфат. В итоге вода умягчается, но из-за присутствия реагентов в пищу употреблять ее нельзя.

Магнитный

На воду воздействуют путем наведения постоянного магнитного поля. Прохождение через магнитное поле меняет структуру солей жесткости. Молекулы перестают соединяться при нагревании и не образуют осадок, а также разрыхляют слой уже имеющейся накипи, которая растворяется в воде. Такой метод не снижает концентрацию солей, а препятствует их отложению в виде осадка. Для бытовых целей такая вода подходит хорошо: трубы, насосное оборудование и нагревательные элементы прослужат дольше. Эффективно умягчать воду можно с помощью магнитов можно только в небольших объемах и скорости потока не выше 0,5 м/с. С помощью магнитного умягчителя также снижается содержание железа.

Электромагнитный

Является усовершенствованной версией магнитного с той разницей, что избыток солей не только теряет способность выпадать в виде осадка, но и удаляется через отстойник в канализацию.

Ионообменный

Суть метода заключается в замещении ионов кальция и магния на ионы натрия, соединения которого растворимы и не оказывают негативного влияния на здоровье и оборудование.

Современные системы очистки питьевой воды нередко сочетают несколько способов, которые зависят от анализа воды из скважины. Определить, какой тип умягчителя нужен в вашей ситуации, помогут специалисты по водоочистке. Для артезианских скважин на территории Подмосковья, где преобладают карбонаты, рекомендуется установка умягчителей воды ионообменного типа.

Конструктивно устройство представляет собой пластиковый баллон, внутрь которого в виде гранул засыпается полимерная ионообменная смола, способная отдавать ионы натрия и поглощать ионы кальция и магния. Вода, поступающая в баллон, медленно проходит сквозь смолу на которой происходит реакция замещения. Когда концентрация ионов натрия в смоле падает, необходимо произвести процесс промывки и регенерации. С баллоном для этих целей соединен солевой бачок, откуда поступает раствор хлорида натрия. Процесс контролируется автоматическим блоком управления. Во время промывки подача умягченной воды прекращается, поэтому регенерация программируется на ночное время. Если разбор воды происходит непрерывно, то рекомендуется устанавливать два баллона и запускать регенерацию поочередно. Периодически, в среднем через 3-4 года, смолу необходимо менять, так как количество циклов её восстановления ограничено. Производительность системы зависит от объема загрузки в баллоне.

Статья подготовлена при участии специалистов отдела систем водоочистки сайта

Как известно, вода является одним из наиболее важных веществ для обеспечения жизнедеятельности нашего организма. Ведь каждый человек понимает, что без жидкости ему точно долго не протянуть. Именно поэтому, в большинстве домов оборудован водопровод, а в деревнях практикуется применение специальных колодезей. Однако качество воды, которую мы получаем из централизованных сетей либо непосредственно из воды, частенько оставляет желать лучшего. Она часто является жесткой, имея слишком высокий уровень минерализации. Чрезмерная жесткость воды способна отрицательно сказываться на нашем организме, а также на работе многих бытовых устройств в нашем доме. Но как справиться с этой проблемой своими силами?

Чаще всего жесткость воды определяется наличием в ее составе солей кальция и магния. Для того чтобы определить уровень данного показателя именно в вашей воде, стоит сдать специальные анализы, однако сделать косвенные выводы о наличии такой проблемы можно основываясь на количестве накипи внутри чайника, бойлера, а также на кипятильнике. Рассмотрим наиболее распространенные и эффективные методы, способы умягчения жесткой воды дома.

Кипячение

Данный метод носит также название термического, и он является наиболее простым и в то же время распространенным. При кипячении воды происходит распад кидрокарбоната кальция, который чаще всего вызывает ее повышенную жесткость. Это вещество распадается на углекислый газ, а также на осадок из карбоната кальция. Такой метод смягчения помогает существенно понизить содержание жестких солей в воде. Кроме того такой подход помогает решить проблему жесткости и в том случае, если ее причина кроется в сульфате кальция. Однако стоит учитывать, что кипячение не способно полностью решить проблему. Также при температурном воздействии возникает осадок и его придется удалять. Кроме того такая методика не подходит для обработки большого объема воды.

Реагентные методики

Такой способ смягчения воды подразумевает использование специальных веществ, позволяющих связывать ионы кальция и магния, превращая их в нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. В качестве таких реагентов может использоваться известь, а также кальцинированная сода, едкий натр, некоторые синтетические реагенты либо пищевая сода.

Известь подходит для обработки воды, которая имеет в своем составе много карбонатных соединений, а также незначительную некарбонатную жесткость. При данной методике смягчения к воде вместе с данным веществом добавляют также реагенты-коагулянты.

Если жесткость воды не сильно высока, то известь можно скомбинировать с содой, а если в воде присутствует много натрия, то лучше отдать предпочтение сочетанию соды и натрия.

Что касается различных синтетических реагентов, то они обычно предназначаются для предохранения стиральных либо посудомоечных машин от накипи, вызванной жесткой водой.

Однако все описанные реагентные методики имеют множество недостатков. Так они приводят к появлению твердых отходов и чаще всего требуют особенно точной дозировки. Кроме того воду, прошедшую такую обработку нельзя пить либо применять для приготовления пищи, за исключением разве что обработки пищевой содой.

Чаще всего реагенты для смягчения требуют специально выделенного места для хранения.

Фильтры

Для смягчения воды в домашних условиях можно использовать самые разные фильтры. Они могут отличаться по методу своего действия. Так высокой популярностью пользуются сейчас мембранные системы. Они подразумевают как бы продавливание жесткой воды при помощи избыточного давления сквозь специальные полупроницаемые мембраны. Сквозь такое средство проходят лишь молекулы воды, но она задерживает всевозможные минеральные и органические примеси. Соответственно, на выход из такого фильтра идет практически дистиллированная вода. Соответственно вы получаете максимально мягкую жидкость, которая очищается от большей части возможных видов загрязнения. Однако, если вы планируете ее пить, вам придется осуществлять дополнительную минерализацию.

Есть и другие фильтры, которые содержат в себе активированный уголь и другие очищающие элементы. Они предназначены специально для обработки воды, предназначенной для питья, и активно используются в домашних условиях. Такие конструкции обычно устанавливаются в кувшины и меняются раз в один-два месяца, обеспечивая своего владельца чистой и смягченной водой.

Небольшие объемы воды

Для того чтобы смягчить воду можно также заморозить ее. Такая обработка приведет к выведению избытка солей из жидкости. После того, как большая часть воды замерзнет, стоит просто слить остаток, в котором и будут сконцентрированы вредные избыточные элементы. Полученный лед можно разморозить и использовать для умывания, а также для полива растений.

Для того чтобы легко смягчить воду в домашних условиях нужно растворить в одном литре воды десять грамм торфа либо три грамма золы. Также можно применять талую либо дождевую воду, однако такая рекомендация подойдет лишь тем, кто проживает за городом.

Рассмотрев основные возможные способы смягчения воды, можно сделать вывод, что лучше всего использовать для этих целей специальные фильтры для питьевой воды. С их помощью можно обработать достаточное количество жидкости, предназначенной для питья и для приготовления пищи.

Практически все знают, что вода, используемая нами в процессе жизнедеятельности, характеризуется так называемой «жесткостью». Под этим понятием подразумевают степень ее насыщения катионами магния и кальция. Умягчение воды позволяет значительно улучшить ее качество.

В «жесткой» воде долго развариваются продукты, практически не «мылятся» некоторые моющие средства, порошок и мыло, а на водопроводных трубах и в чайниках образуется характерный налет (накипь), состоящий из минеральных отложений. Помимо этого, такая вода может вызывать отложение солей в человеческом организме или у домашних животных.

Умягчение воды осуществляют для очистки от присутствующих в ней солей жесткости. Любая водопроводная вода, помимо очистки от примесей и бактерий, проходит процедуру удаления солей магния и кальция. Умягчение воды может осуществляться различными методами. Выбор того или другого из них определяют в основном по виду и величине а также в соответствии с технико-экономической целесообразностью.

Оно может происходить термическим (основан на подогреве воды), реагентным (основан на связывании ионов магния и кальция определенными реагентами с последующей фильтрацией нерастворимых соединений) или комбинированным методом (сочетает в себе несколько способов обработки воды). Очень широко распространен и способ ионного обмена, при котором происходит фильтрация воды через определенные специальные материалы. При таком способе обработки происходит обмен ионов водорода и натрия, входящих в состав этих фильтров, на ионы магния и кальция. Для фильтрации воды используют различные материалы. Некоторые из них имеют естественное происхождение, но чаще всего используются разные синтетические смолы. Среди ультрасовременных методов умягчения воды следует особо выделить нанофильтрацию.

Подаваемая централизованными водопроводами, не должна иметь жесткость больше 7 мг-экв/куб.дм. Только по согласованию с санэпидемслужбой допускается подача воды с жесткостью до 10 мг-экв/куб.дм.

Умягчение воды в коттедже может производиться с помощью реагентного метода, при котором в качестве реагентов используются сода и известь. Известкование проводится тогда, когда необходимо произвести снижение щелочности и Сода с известью умягчает воду, в которой магний и кальций содержатся вместе с анионами сильных кислот. Но не стоит забывать о том, что такая обработка имеет свои неблагоприятные последствия. Умягчение воды в домашних условиях содово-известковым методом приводит к пресыщению жидкости и повышению ее рН.

Среди самых простых методов следует отметить в течение часа с последующим ее отстаиванием для выпадения осадка, смягчение различными щелочами (поташ, пищевая сода, нашатырный спирт), умягчение миндальными отрубями, полученными в результате измельчения семян сладкого миндаля. Воду, предназначенную для бытовых нужд, можно смягчить обычным рассолом или Для профессиональной обработки воды в домашних условиях используются специальные умягчители, напоминающие своим внешним видом баллон или урну, которые можно с легкостью разместить на кухне.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический Институт

Реферат

Методы осветления и умягчения воды.

Использование ингибитора ИОМС.

Руководитель ________________ Яковенко А.А

Студент ТЭ 06 - 03 ________________ Минаева Д.С

Красноярск 2009

Методы осветление воды.

Под осветлением воды понимают выделение из нее взвешенных веществ при непрерывном движении воды через специальные сооружения (отстойники, осветлители) с малыми скоростями. При малых скоростях движения воды содержащиеся в ней взвешенные вещества, удельный вес которых больше удельного веса воды, под действием силы тяжести осаждаются, образуя в отстойнике осадок.

Технологические схемы обработки воды определяются в каждом конкретном случае в зависимости от предъявляемых требований и включают следующие этапы работы:

технологические исследования и предварительные лабораторные испытания применяемых реагентов;

подбор и расчет оборудования для дозирования и смешивания реагентов;

выбор оборудования для тонкослойного осветления и уплотнения взвеси;

выбор и расчет скорых фильтров с зернистой загрузкой, как напорного, так и открытого типа;

выбор технологии и оборудования для обезвоживания шлама с последующей утилизацией;

выбор оборудования по обеззараживанию путем дозирования раствора хлорреагента (гипохлорит натрия) и контролю качества обработанной воды.

В зависимости от направления движения воды отстойники разделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Горизонтальный отстойник (рис. 1) представляет собой резервуар прямоугольного сечения, продольная (более длинная) ось которого направлена по движению воды. Осветляемая вода по трубе 1 направляется в распределительный желоб 2, имеющий ряд отверстий, служащих для более равномерного распределения потока воды по сечению отстойника. Скорость движения воды в этих отверстиях не должна превышать 0,4 м/сек. Осветленная вода поступает в другой желоб 3 и из него по трубе 4 отводится на фильтры. Осевшие частицы (шлам) скапливаются на дне, которое должно иметь уклон, обратный движению воды.

Время отстаивания для горизонтальных отстойников принимают обычно для коагулированной смеси не более 4 ч. Горизонтальные отстойники для осветления больших количеств воды могут разделяться по высоте на несколько параллельно включенных отделений (этажей). Преимущества этажных отстойников (предложение проф. П. И. Пискунова) - малая площадь застройки и меньший расход бетона. Такой отстойник построен на одной из крупнейших очистных станций Советского Союза.

Рис. 1. Схема горизонтального отстойника: 1 - лоток; 2 - приемная камера; 3 - приемный желоб; 4 - на фильтр; 5 - для удаления осадка

Рис. 2. Схема вертикального отстойника 1 - центральная труба; 2-лоток; 3- отводящая труба; 4 - трубопровод для удаления осадка

Вертикальные отстойники (рис. 2) представляют собой круглый в плане, иногда квадратный, резервуар с коническим днищем и центральной трубой, в которую подается осветляемая вода из камеры хлопье образования.

По выходе из центральной трубы в отстойник вода движется вверх с малой скоростью и сливается уже осветленной через борт концентрически расположенного желоба, откуда отводится на фильтр. Выпадающий на дно отстойника осадок периодически удаляется.

Скорость протекания воды в центральной трубе принимается от 30 до 75 мм/сек. Время отстаивания воды в отстойнике Т = 2 ч. Скорость восходящего движения воды составляет 0,5-0,6 мм/сек.

Диаметр отстойника не должен превышать 12 м, а отношение диаметра к высоте отстойника обычно принимают не более 1,5.

Радиальные отстойники представляют собой круглые резервуары с малоконическим дном. Вода поступает в центральную трубу и из нее направляется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника. Отстойники имеют небольшую глубину, осадок удаляют механизированным способом без нарушения работы отстойника. Радиальные отстойники сооружают диаметром от 10 л* и более при глубине от 1,5-2,5 ж (у стенки отстойника) до З-5 м (в центре).

Выбор типа отстойника зависит от суточной производительности станции, общей ее компоновки, рельефа местности, характера грунтов и т. д. Вертикальные отстойники рекомендуется применять при суточной производительности до 3000 м3. Горизонтальные Отстойники применяют при производительности станции более 30 000 м3/сут как в случае коагулирования воды, так и без него.

Радиальные отстойники целесообразны при больших расходах воды (более 40 000 м3/сут). Преимуществом этих отстойников по сравнению с прямоугольными горизонтальными является механизированное удаление осадка без прекращения работы отстойника. Их применяют при большой мутности речной воды (с коагулированием и без него) в основном для осветления производственной воды.

Осветлители со взвешенным осадком. Процесс осветления протекает значительно интенсивнее, если осветляемая вода после коагулирования пропускается через массу ранее образованного осадка, поддерживаемого во взвешенном состоянии током

Рис. 3. Осветлители: а - первоначальной конструкции; б - коридорного типа: 1 - распределительные трубы; 2 - желоба с затопленными отверстиями; 3 - рабочая часть осветлителя; 4- защитная зона; 5 - лоток отвода; 6 - труба для подсоса осадка; 7 - осадкоприемные окна; 8-уплотнитель осадка; 9 - трубы для сброса осадка) 10 - труба для отвода осветленной воды

Такие осветлители дают более высокий эффект осветления воды, чем в обычных отстойниках, что объясняется более быстрым укрупнением и задержанием взвеси при прохождении коагулированной воды через взвешенный осадок.

Применение осветлителя со взвешенным остатком дает возможность по сравнению с обычным отстойником снизить расход коагулянта, уменьшить размеры сооружений и получить более высокий эффект осветления воды.

Осветлитель первоначальной конструкции представляет собой цилиндрический резервуар с шламоуплотнителем в центральной его части (рис. 3, а). Здесь вода с реагентом поступает в воздухоотделитель, затем проходит вниз в дырчатые распределительные трубы 1, а далее- в отверстия дырчатого дна 2.

Вода, проходя через слой взвешенного осадка 3, выходит в зону осветления 4 и переливается в отводные желоба. В шламонакопитель 5 поступает излишек взвешенного осадка, откуда его периодически удаляют в канализацию.

Осветлитель коридорного типа (см. рис. 3, б) представляет собой прямоугольный резервуар. Коагулированная вода поступает в осветлитель по трубе 1 и через дырчатые трубы 2 распределяется в нижней (рабочей) части 3 осветлителя. Скорость движения воды в рабочей части должна быть такой, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. Этот слой способствует задержанию взвешенных частиц. Степень осветления воды при этом значительно выше, чем в обычном отстойнике.

Над рабочей частью находится защитная зона 4, где взвешенного слоя нет. Осветленная вода отводится лотком 5 и трубами 10 для последующей обработки. Избыточное количество осадка посредством отсоса в трубу 6 отводится через окна 7 в осадкоуплотнитель 8, где осадок уплотняется и периодически сбрасывается в канализацию по трубам 9.

Восходящую скорость потока в рабочей части осветлителя принимают равной 1-1,2 мм/сек.

Методы умягчения воды.

Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение ее, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг.экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7-1,0 мг.экв/л. Умягчение воды для хозяйственно-питьевых целей также целесообразно, особенно в случае, если она превышает 7 мг.экв/л.

Применяют следующие основные методы умягчения воды:

1) реагентный метод.- путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;

2) катионитовый метод, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы (натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенных в воде солей. В результате обмена Задерживаются ионы кальция и магния и образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;

3) термический метод, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.

Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть - с помощью катионного обмена.

Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаС0 3 и Mg(OH) 2 , выпадающих в осадок.

Оба реагента - соду Na 2 C0 3 и известь Са(ОН) 2 -вводят в умягчаемую воду одновременно или поочередно.

Соли карбонатной, временной жесткости удаляют известью, не карбонатной, постоянной жесткости - содой. Химические реакции при удалении карбонатной жесткости протекают следующим образом:

Са (НС0 3) 2 + Са (ОН) 2 = 2 СаС0 3 + 2Н 2 0.

При этом карбонат кальция СаС03 выпадает в осадок. При удалении бикарбоната магния Mg(HC0 3) 2 реакция идет так:

Mg (НСОа)2 + 2Са (ОН) 2 = Mg (ОН) 2 + 2СаС0 3 + 2Н 2 0.

Гидрат окиси магния Mg(OH) 2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na 2 C0 3 . Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:

Na 2 C0 8 + CaS0 4 = CaCO 8 +Na 2 S0 4 ;

Na 2 CO 3 + CaCl 2 = CaC0 3 + 2NaCl.

В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок.

Для глубокого умягчения применяют такие вспомогательные мероприятия, как подогревание обрабатываемой воды примерно до 90, при этом остаточная жесткость может быть доведена до 0,2- 0,4 мг.экв/л.

Без подогрева обработка воды проводится большими избыточными дозами извести с последующим удалением этих избытков путем продувки воды углекислотой. Последний процесс называется рекарбонизацией.

На рис. 4 представлена схема реагентной водоумягчительной установки, в состав которой входят устройство для приготовления и дозирования растворов реагентов, смесители, камеры реакции, осветлители, фильтры.

Для умягчения равномерно подаваемой воды, поступающей непрерывно, применяют те же дозаторы растворов соды и извести, что и при коагулировании. Если же расход умягчаемой воды имеет колебания, применяют так называемые пропорциональные дозаторы.

Рис. 4. Схема реагентного умягчения воды:1 -камера реакций (вихревой реактор); 2 - осветлитель; 3 - кварцевый фильтр; 4 -смеситель; 5, 6 и 7 - дозаторы растворов реагентов; 8, 9 и 10 - баки для растворения коагулянтов и соды для приготовления известкового молока; 11 - бак; 12 - насос; 13 - воздухоотделитель.

Содово-известковый способ пригоден для умягчения воды с любым соотношением карбонатной и некарбонатной жесткости.

Недостатки содово-известкового способа умягчения заключаются в следующем: 1) вода не умягчается полностью; 2) установки для умягчения громоздки; 3) необходима тщательная дозировка соды и извести, чего трудно достичь из-за непостоянства состава умягчаемой воды и реагентов.

Катионитовый способ умягчения основан на способности веществ, называемых катеонитами, обменивать содержащиеся в них катионы натрия Na+ или водорода Н+ на катионы кальция или магния, растворенных в воде. В соответствии с этим различают натрий-катионитовый и водород-натрий: катионитовый методы умягчения воды.

При помощи катионитов вода умягчается на установке, состоящей из нескольких металлических напорных резервуаров, загруженных катионитом (рис. 5).

Необработанная вода поступает в фильтр по трубам А, Б и В; выпуск умягченной воды происходит по трубе Г При работе фильтра задвижки 2 и 5 открыты, а остальные {1, 3, 4 и 6) закрыты. Перед регенерацией фильтр промывают.

Для промывки фильтра вода из бака Д подается по трубе Е и проходит по дренам снизу вверх. Продолжительность промывки 20-30 мин, интенсивность 4-6 л/сек на 1 м2. Промывная вода с фильтров отводится по трубам В, Б, Ж, причем задвижки 4 и 3 открыты, а остальные закрыты.

Регенерирующий раствор катионита при регенерации подается по трубе В, проходит фильтр сверху вниз и сбрасывается по трубе. В этом случае задвижки 1 и 6 открыты, остальные (2-5) закрыты; продолжительность регенерации около 30-60 мин, а отмывки от регенерирующего раствора 40-60 мин.

Рис. 5. Схема катионитовой водоумягчительной установки

Преимущества катионитового способа заключаются в следующем: 1) вода умягчается почти полностью; 2) дозировать нужно только раствор поваренной соли или серной кислоты; 3) фильтры изготовляют заводским способом. К числу недостатков этого способа следует отнести необходимость предварительного осветления воды, так как коллоидные и органические вещества обволакивают зерна катионитов и уменьшают их обменную способность.

Реагенты, применяемые при обработке воды, вводят, в воду в следующих местах:

а) хлор (при предварительном хлорировании) - во всасывающие трубопроводы насосной станции первого подъема или в водоводы, подающие воду на станцию очистки;

б) коагулянт - в трубопровод перед смесителем или в смеситель;

в) известь для подщелачивания при коагулировании - одновременно с коагулянтом;

г) активированный уголь для удаления запахов и привкусов в воде до 5 мг/л - перед фильтрами. При больших дозах уголь следует вводить на насосный станции первого подъема или одновременно с коагулянтом в смеситель водоочистной станции, но не ранее чем через 10 мин после введения хлора;

д) хлор и аммиак для обеззараживания воды вводят до очистных сооружений и в фильтрованную воду. При наличии в воде фенолов аммиак следует вводить как при предварительном, так и при окончательном хлорировании.

Раствор коагулянта приготовляют в растворных баках; откуда его надлежит выпускать или перекачивать в расходные баки. Для подачи в воду заданного количества раствора коагулянта следует предусматривать установку дозаторов.

При использовании автоматических дозаторов, основанных на принципе изменения электропроводности воды в зависимости от примесей, известь для подщелачивания следует вводить после отбора коагулированной воды, идущей к дозатору.

К специальным видам очистки и обработки воды относятся: опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.

Механизм действия ингибиторов ИОМС.

При нагреве воды в процессе работы системы отопления происходит термический распад присутствующих в ней гидрокарбонат-ионов с образованием карбонат-ионов. Карбонат-ионы, взаимодействуя с присутствующими в избытке ионами кальция, образуют зародыши кристаллов карбоната кальция. На поверхности зародышей осаждаются все новые карбонат-ионы и ионы кальция, вследствие чего образуются кристаллы карбоната кальция, в котором часто присутствует карбонат магния в виде твердого раствора замещения. Осаждаясь на стенках теплотехнического оборудования, эти кристаллы срастаются, образуя накипь (рис. 6, а).

Основным компонентом, обеспечивающим противонакипную активность всех рассматриваемых ингибиторов, являются органофосфонаты - соли органических фосфоновых кислот. При введении органофосфонатов в воду, содержащую ионы кальция, магния и других металлов они образуют весьма прочные химические соединения - комплексы. (Во многие современные ингибиторы органофосфонаты входят уже в виде комплексов с переходными металлами, главным образом с цинком.) Так как в одном литре природной или технической воды содержится 1020–1021 ионов кальция и магния, а органофосфонаты вводят в количестве всего лишь 1018–1019 молекул на литр воды, все молекулы органофосфонатов образуют комплексы с ионами металлов, а комплексоны как таковые в воде не присутствуют. Комплексы органофосфонатов адсорбируются (осаждаются) на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуя дальнейшей кристаллизации карбоната кальция. Поэтому при введении в воду 1–10 г/м3 органофосфонатов накипь не образуется даже при нагревании очень жесткой воды (рис. 6, б).

Комплексы органофосфонатов способны адсорбироваться не только на поверхности зародышей кристаллов, но и на металлических поверхностях. Образующаяся тонкая пленка затрудняет доступ кислорода к поверхности металла, вследствие чего скорость коррозии металла снижается. Однако наиболее эффективную защиту металла от коррозии обеспечивают ингибиторы на основе комплексов органических фосфоновых кислот с цинком и некоторыми другими металлами, которые были разработаны и внедрены в практику профессором Ю.И. Кузнецовым. В приповерхностном слое металла эти соединения способны распадаться с образованием нерастворимых соединений гидроксида цинка, а также комплексов сложной структуры, в которых участвует много атомов цинка и железа. В результате этого образуется тонкая, плотная, прочно сцепленная с металлом пленка, защищающая металл от коррозии. Степень защиты металла от коррозии при использовании таких ингибиторов может достигать 98%.

Современные препараты на основе органофосфонатов не только ингибируют солеотложения и коррозию, но и постепенно разрушают застарелые отложения накипи и продуктов коррозии. Это объясняется образованием в порах накипи поверхностных адсорбционных слоев органофосфонатов, структура и свойства (например, коэффициент температурного расширения) которых отличаются от структуры кристаллов накипи. Возникающие при эксплуатации системы отопления колебания и градиенты температуры приводят к расклиниванию кристаллических сростков накипи. В результате накипь разрушается, превращаясь в тонкую взвесь, легко удаляемую из системы. Поэтому при введении препаратов, содержащих органофосфонаты, в системы отопления с большим количеством застарелых отложений накипи и продуктов коррозии, необходимо регулярно спускать отстой из фильтров и грязевиков, установленных в нижних точках системы. Спуск отстоя следует производить, в зависимости от количества отложений, 1–2 раза в сутки, из расчета подпитки системы чистой, обработанной ингибитором, водой в количестве 0,25–1% водного объема системы в час. Необходимо отметить, что при повышении концентрации ингибитора свыше 10–20 г/м3 накипь разрушается с образованием весьма грубых взвесей, способных забить узкие места системы отопления. Поэтому передозировка ингибитора в этом случае грозит засорением системы. Наиболее эффективная и безопасная очистка систем отопления от застарелых отложений накипи и продуктов коррозии достигается при использовании препаратов, содержащих поверхностно-активные вещества, например, композиции «ККФ».

а) б)

Рис. 6. Разрез внутриквартального 89 мм трубопровода горячего водоснабжения:

а - по истечении двух лет работы на воде жeсткостью 8–12 мг-экв/дм3;

б - через шесть месяцев после начала обработки воды ингибитором ИОМС-1.

Из рекламы мы знаем, что слишком жесткая вода ведет к появлению накипи и быстрому выходу из строя стиральных машин. Производители не врут. Излишняя жесткость вредит не только бытовой технике, но и здоровью: делает волосы тонкими и ломкими, ускоряет старение кожи, способствует развитию заболеваний почек и мочеполовой системы, создает дополнительную нагрузку на сосуды. В зависимости от ситуации смягчить воду можно разными методами, в этой статье мы сделаем обзор самых доступных в домашних условиях средств.

Теория. Жесткость воды – это параметр, характеризующий концентрацию солей кальция и магния в составе. Измеряется в единицах моль/м3 (моль на кубический метр) или градусах жесткости (принято в России) – мг-экв/л (миллиграммы эквивалента на литр). Чем выше этот показатель, тем хуже.

Согласно исследованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) нормальная жесткость воды составляет 1-2°Ж (мг-экв/л). В России допустимой нормой считается показатель до 7°Ж.

По величине жесткости вода делится на:

• мягкую (0-2°Ж) – в природе встречается в болотистой местности с торфяниками, также в эту группу попадает незагрязненный другими веществами растаявший снег. Интересно, что смыть мыло мягкой водой очень сложно.
• среднюю (2,1-7°Ж) – распространена наиболее часто;
• жесткую (7-10°Ж) – вредна и опасна для здоровья;
• сверхжесткую (больше 10°Ж) – в природных условиях встречается в озерах карстовых пещер, пить такую воду невозможно.

В зависимости от содержащихся веществ жесткость воды бывает:

• постоянной – вызвана наличием в воде хлоридов, фосфатов, силикатов, сульфатов и нитратов магния, кальция, которые не распадаются при кипячении, в основном эти вещества удаляются только фильтрами;
• временной – встречается в большинстве случаев, обусловлена гидрокарбонатами магния и кальция, которые при нагреве распадаются, образуя отложения накипи на трубах и нагревательных устройствах, что приводит к повышенным затратам электроэнергии и поломке.

Как определить жесткость воды

Самый простой вариант – посмотреть на специальную карту жесткости воды своего региона. Также можно использовать кондуктометр (TDS-метр) – специальное устройство, измеряющее электропроводимость воды, в народе называется «солемер». Чем выше показатель на экране, тем жестче вода, поскольку содержит много солей. Точное соотношение можно посчитать по таблицам.

Признаки повышенной жесткости воды:

• мыло и стиральный порошок дают очень мало пены;
• стойкая накипь в чайнике после нескольких кипячений;
• после мытья посуды появляются разводы;
• вода имеет слегка горьковатый привкус (чувствуют не все люди);
• после отстаивания на стенках емкостей с водой появляется белый налет.

Калькулятор пересчета единиц жесткости воды

°Ж (Россия) °DH (Германия) °Clark (Великобритания) °F (Франция) ppm (США)

Методы смягчить воду

1. Кипячение. Самый простой доступный способ избавиться от временной жесткости без использования химических веществ и сложных устройств. При высокой температуре гидрокарбонаты и сульфат кальция распадаются, выпадая осадком на дне посуды и нагревательных элементах. Смягченная вода подходит для любых целей: питья, стирки, мытья и пр.

Доведите воду до кипения, оставьте на 2-3 минуты, затем охладите до нужной температуры.

Недостатки:

• частично снижается только временная жесткость воды;
• ограниченность – обеспечить все бытовые нужды кипяченой водой очень сложно;
• спустя некоторое время из-за слоя накипи нагревательные системы и емкости приходится менять или чистить;
• при кипячении из воды улетучиваются полезные вещества;
• нагревание требует значительных затрат энергии.

2. Отстаивание. После 1-2 суток в защищённом от прямых солнечных лучей месте смягчает воду из колодцев и скважин, предназначенную для полива цветов и комнатных растений. Может использоваться для очистки питьевой воды, но только если начальная жесткость лишь слегка выше нормы.

3. Вымораживание. Эффективный метод, не изменяющий структуру воды, вследствие чего все полезные вещества остаются в составе. Поставьте воду в морозилку, когда на стенках емкости появится лед, слейте жидкость по центру.

Растопленный лед используйте как питьевую воду или для полива вазонов.

Недостаток: подготовить этим методом большие объемы воды сложно.

4. Пищевая и кальцинированная сода. Благодаря химическим свойствам сода смягчает воду и снижает кислотность.

Добавьте 2 чайные ложки пищевой или 1 чайную ложку кальцинированной соды на 10 литров воды, хорошо перемешайте и дождитесь появления осадка на дне. Во время приготовления еды всыпьте 1 чайную ложку пищевой соды на 3 литра воды, чтобы крупы и овощи лучше разваривались.

Недостатки:

• смягченная содой вода не может использоваться как питьевая (кроме отваривания);
• сложность в постоянной обработке большого объёма воды.

5. Уксус и лимонная кислота. Частично снижают жесткость, но значительно повышают кислотность, вследствие чего эти средства не рекомендуются для питьевой воды. Зачастую их используют в косметических целях.

Чтобы смягчить воду для мытья волос, добавьте 1 столовую ложку уксуса (1 чайную ложку лимонной кислоты или сок одного лимона) на 2 литра воды, перемешайте. Перед использованием дайте настояться 4-5 минут.

6. Каменная (поваренная) соль. Она же хлористый натрий, который растворяет содержащиеся в воде соли кальция и магния, препятствуя появлению накипи на нагревательных устройствах. Из-за изменений химического состава и вкуса этот метод не рекомендуется для питья.

В основном соль смягчает воду, предназначенную для посудомоечных машин. Для удобства использования производители поставляют соль в виде гранул и таблеток, но в большинстве случаев по составу предлагаемое вещество ничем не отличается от поваренной соли.

7. Химические средства. В первую очередь это раскрученные марки Calgon, Finish и другие, которые продаются в виде порошка или таблеток. Применяются согласно инструкции. Продаются в магазинах бытовой химии.

Недостаток: смягчают воду только для стирки.

8. Фильтры. Универсальные системы, предназначенные для быстрого смягчения большого количества жесткой воды и удаления вредных примесей. Могут действовать автономно или подключаться к водопроводу. Отличаются конструкцией и принципом действия.

Виды систем понижения жесткости воды:

• Фильтр-кувшин – рассчитан на объем 1-3 литра, подходит для очистки питьевой воды, приготовления чая или кофе. Действует с помощью специального картриджа. В зависимости от интенсивности использования и начально жесткости воды служит до 2-х месяцев, потом требует замены фильтрующего картриджа.
• Ионообменные системы – фильтруют и смягчают воду любой жесткости с помощью специальных ионообменных смол и солевого раствора (вещества находятся в разных резервуарах). Эти фильтры отличаются высокой производительностью и относительной простотой обслуживания. Недостатки: не подходят для питьевой воды, требуют периодической замены реагентов и подключения к канализации.
• Магнитные и электромагнитные смягчители – устанавливаются на магистралях или на трубах водопроводов в виде накладок. Под воздействием магнитного или электромагнитного поля соли жесткости теряют способность откладываться в виде накипи и стекают в специальные отстойники. Недостаток: не подходят для очистки питьевой воды.