Жесткость воды и способы ее устранения

Опреснение воды — удаление из воды растворённых в ней солей с целью сделать её пригодной для питья или для выполнения определённых технических задач.

Для питьевого водоснабжения пригодна вода с содержанием растворимых солей не более 1 г/л. Поэтому практической задачей при опреснении воды (главным образом, морской) является уменьшение её избыточной солёности. Достигается это различными способами:

·                     испарение (дистилляция), в том числе:

- обычная дистилляция,

- многостадийная флеш-дистилляция,

- дистилляция под низким давлением (вакуумная дистилляция),

- термокомпрессионная дистилляция,

·                     замораживание (вымораживание), в том числе посредством газовых гидратов,

·                     ионный обмен,

·                     электродиализ,

·                     обратный осмос,

·                     прямой осмос,

·                     гидродинамическое разделение (сепарация).

В стадии исследований:

·                     электрохимический способ, в котором специальная микросхема разделяет поток солёной воды на два потока с повышенным и пониженным содержанием солей, соответственно.

Опреснение воды для промышленных и бытовых нужд осуществляется на опреснительных установках. 

Жесткость воды - это уровень её минерализации – наличия в ней тех или иных растворенных минеральных веществ, чаще всего солей кальция и магния. Чтобы определить уровень жёсткости воды из вашей скважины или колодца, лучше всего, сделать анализ на соли жёсткости в специализированной лаборатории. Косвенно судить о её жесткости можно судить по количеству накипи на нагревательных элементах водонагревательных устройств: чайника, бойлера, кипятильника и др.

Согласно классификации мягкая вода должна иметь жесткость не более 1,5-3 мг-экв/л, умеренно жесткая - 3-6 мг-экв/л, жесткая - 6-9 мг-экв/л и очень жесткая - более 9 мг-экв/л.

Для питья пригодна вода с жесткостью не более 7 мг-экв/л.. Если жесткость превышает этот уровень то  пить её  не желательно, а для того чтобы она стала пригодной для питья необходимо снизить её жесткость, то есть умягчить.

Для водонагревателей, стиральной машины и других сантехнических устройств, чем мягче вода, тем лучше – меньше накипи и отложений солей.

Для умягчения (смягчения) воды существуют различные методы, которые используются самостоятельно (кипячение, использование реагентов) или применяются в фильтрах для умягчения воды:

·                     термический;

·                     с помощью реагентов;

·                     ионообменный;

·                     мембранный;

·                     магнитный;

·                     электромагнитный;

·                     комбинированный.

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. А для того, чтобы определиться, какой из методов будет оптимальным вариантом, конкретно в вашем случае, рассмотрим их более подробно.

Термический метод - кипячение

Термический метод умягчения воды или кипячение - один из наиболее простых и распространенных способов снижения её жесткости. При кипячении жесткой воды гидрокарбонат кальция, который чаще всего является причиной повышенной жесткости, под действием температуры, распадается, образуя углекислый газ и осадок из карбоната кальция. С помощью этого способа умягчения можно значительно снизить содержание в воде солей жесткости.

Таким методом умягчения (кипячением) можно также уменьшить частично и жесткость, вызванную сульфатом кальция СаSO_4., так как его способность растворяться в воде снижается до 0,65 г/л при температуре кипения - 100°C.

Недостатком его можно считать то, что устранить полностью кипячением жесткость воды не удастся, в связи с тем, что СаСО₃ хотя и частично (13 мг/л при температуре 13°С), но, всё же, может растворяться. К тому же, при кипячении образуется осадок, который будет необходимо удалять. Да и умягчать большой объем воды таким методом затруднительно.

Использование различных реагентов

Реагентные методы умягчения воды - применение для снижения её жесткости веществ, способных связывать имеющиеся в жесткой воде ионы Са⁺² и Mg⁺² и превращать их в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок. В качестве таких веществ (реагентов) для умягчения воды, в зависимости от её состава, может применяться известь, кальцинированная сода, едкий натр, синтетические реагенты или даже обычная пищевая сода:

1. Умягчение с помощью извести. Такой способ наиболее целесообразно применять для умягчения воды с высоким содержанием карбонатных соединений и небольшой некарбонатной жесткостью. При этом методе смягчения в воду вместе с известью добавляют ещё и реагенты-коагулянты.
2. Известково-содовый метод (известь+сода). Этот способ применяют только при относительно неглубоком умягчении - до 1,4-1,8 мг-экв/л.
3. Содо-натриевый метод. Этот метод применяют при умягчении жесткой воды, в которой карбонатная жесткость ненамного преобладает над некарбонатной.
4. Синтетические реагенты- умягчители и средства  для жесткой воды. Кроме этого, в настоящее время существуют и разные синтетические реагенты для умягчения жесткой воды (например - Calgon или другие), которые часто используются для стиральных или посудомоечных машин.

При использовании методов снижения жесткости воды с помощью реагентов, она умягчается и, к тому же, освобождается от мутных взвесей.

Недостатки реагентных методов смягчения:

• - наличие твердых отходов (первые три способа);
• - при добавлении реагентов требуется их точное дозирование;
• - в большинстве случаев, воду смягченную реагентами, нельзя пить, или использовать для приготовления пищи (пищевая сода один из немногих реагентов, после которого воду можно употреблять в пищу, но этот реагент снижает жескость только частично);
• - необходимость специального места для безопасного хранения реагентов.

Ионообменный метод

Метод ионного обмена, который используют для смягчения жесткой воды основан на том, что вода фильтруется через специальные материалы, в которых происходит обмен ионов, входящих в их состав (чаще всего – натрия), на ионы жесткости (чаще всего - кальция или магния). В качестве ионообменных материалов используют специальные мелкозернистые смолы, которые не подвергаются залипанию оксидом железа (AMBERLITE SR 1L, AMBERJET 1200 Na или др.).

В процессе ионного обмена, при умягчении воды, запас необходимых ионов в таких смолах постоянно снижается и для восстановления их способности к ионному обмену проводят их регенерацию или замену.

Регенерация осуществляется пропуском специального регенерационного раствора (чаще всего – поваренной соли) через слой отработанной и взрыхленной смолы. При этом она опять насыщается ионами натрия а ионы жесткости выводятся в канализацию.

Фильтры, работа которых, основана на ионообменном методе могут быть трех типов:

• в виде корпуса с колбой, с засыпкой и периодической заменой в них ионообменных кристаллов - наиболее простой эконом-вариант;
• со сменными картриджами для умягчения воды, требующими их периодической замены;
• регенеративными - фильтры более сложной конструкции, в которых осуществляется периодическое восстановление ионообменных свойств смолы – её регенерация.

Преимуществом метода ионного обмена можно считать возможность обеспечить достаточно большую производительность и высокий уровень умягчения.

Недостатки ионообменного метода умягчения:

• вода, жесткость которой снижена таким способом, не пригодна для питья или приготовления пищи;
• фильтры без функции регенерации требуют периодической замены расходных материалов (кристаллов или картриджей);
• относительно высокая стоимость фильтров для умягчения с функцией регенерации.

Мембранный метод 

Этот метод умягчения основан на «продавливании» жесткой воды, с помощью избыточного давления 3-4 атм, через полупроницаемую мембрану. Такая мембрана пропускает только молекулы воды, а все соли, любые минеральные и органические примеси задерживает. В результате на выходе получается практически дистиллированная вода.

На этом методе очистки основано действие фильтров, так называемого, обратного осмоса, а также и некоторых настольных фильтров, например фильтра «Ручеек».

Достоинством такого метода можно считать то, что вода смягчается максимально и при этом очищается, практически от всех видов загрязнения.

Недостатками мембранного метода умягчения можно считать:

• - необходимость избыточного давления (3-4 атм) в системе водоснабжения для продавливания воды через мембрану;
• - вода полностью очищается от всех минеральных солей и чтобы употреблять её для питья необходимо производить дополнительную минерализацию, то есть уже искусственно повышать её жесткость;
• - относительно высокая стоимость умягчения (сами фильтры и расходные материалы - мембраны).

Магнитный

Этот метод умягчения жесткой воды основан на воздействии на неё магнитным полем постоянных магнитов.

Такое магнитное поле изменяет физические свойства протекающей через него жесткой воды. Силикаты, соли магния и кальция, в результате магнитного воздействия, теряют способность откладываться в виде твердый отложений или накипи на стенках и нагревательных элементах и удаляются потоком жидкости в виде шлака и накапливаются в специальных отстойниках, откуда удаляются.

Кроме того, после магнитной обработки вода сама разрыхляет и удаляет ранее отложившуюся накипь. Оптимальная скорость потока жидкости, при таком методе её умягчения, 0,5-4,0 м/с.

Электромагнитный

Это сравнительно новый метод умягчения, основанный на воздействии на жесткую воду электромагнитными волнами определенной частоты, которые генерирует специальный прибор на основе микропроцессора. В результате электромагнитного воздействия ионы кальция и магния теряют способность образовывать осадок и накипь и, находясь во взвешенном состоянии, удаляются из системы вместе с водой в канализацию. Этот метод позволяет не только предотвращать появление накипи и осадка в системах водоснабжения или отопления дома, но и удалять наслоения солей жесткости, образованные раньше.

Комбинированный метод

При комбинированном методе в одной системе используются совместно фильтры для умягчения воды, действие которых основано на двух или нескольких из вышеописанных методов снижения её жесткости. При этом подбор методов зависит от конкретных условий - уровня жесткости и минеральный состав солей, являющихся её причиной. Так, например, в системе водоснабжения дома может использоваться на входе магнитный или ионообменный фильтр, а для питьевых нужд - обратный осмос с минерализатором.

Скачано с www.znanio.ru