Карбонат и некарбоксилат в воде

«Жесткая»
вода –
одна из самых распространенных
проблем, причем как в загородных
домах с автономным водоснабжением,
так и в городских квартирах
с централизованным водопроводом.
Степень жесткости зависит от наличия
в воде солей кальция и магния (соли
жесткости) и измеряется в миллиграмм
— эквиваленте на литр (мг-экв/л).
По американской классификации (для
питьевой воды) при содержании солей
жесткости менее 2 мг-экв/л вода
считается «мягкой», от 2 до 4
мг-экв/л — нормальной (повторяем, для
пищевых целей!), от 4 до 6 мг-экв/л
— жесткой, а свыше 6 мг-экв/л —
очень жесткой.

Для
многих применений жесткость воды
не играет существенной роли (например,
для тушения пожаров, полива огорода,
уборки улиц и тротуаров). Но в ряде
случаев жесткость может создать проблемы.
При принятии ванны, мытье посуды, стирке,
мытье машины жесткая вода гораздо менее
эффективна, чем мягкая. И вот почему:

• При
  использовании мягкой воды расходуется
  в 2 раза меньше моющих средств;
• Жесткая
  вода, взаимодействуя с мылом, образует
  «мыльные шлаки», которые не смываются
  водой и оставляют малосимпатичные
  разводы на посуде и поверхности
  сантехники;
  «Мыльные шлаки» также
  не смываются с поверхности
  человеческой кожи, забивая поры
  и покрывая каждый волос на теле,
  что может стать причиной появления
  сыпи, раздражения, зуда;
• При
  нагревании воды, содержащиеся в ней
  соли жесткости кристаллизуются, выпадая
  в виде накипи. Накипь является
  причиной 90% отказов водонагревательного
  оборудования. Поэтому к воде,
  подвергаемой нагреву в котлах,
  бойлерах и т.п., предъявляются
  на порядок более строгие требования
  по жесткости;
• Во
  многих промышленных процессах соли
  жесткости могут вступить в химическую
  реакцию, образовав нежелательные
  промежуточные продукты.

Жесткость
воды принято связывать с катионами
кальция (Са2+)
и в меньшей степени магния (Mg2+). В
действительности, все двухвалентные
катионы в той или иной степени влияют
на жесткость. Они взаимодействуют
с анионами, образуя соединения (соли
жесткости) способные выпадать в осадок.
Одновалентные катионы (например, натрий
Na+) таким свойством не обладают.

В
данной таблице приведены основные
катионы металлов, вызывающие жесткость,
и главные анионы, с которыми они
ассоциируются

На
практике стронций, железо и марганец
оказывают на жесткость столь небольшое
влияние, что ими, как правило, пренебрегают.
Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо
(Fe3+) также влияют на жесткость, но при
уровнях рН, встречающихся в природных
водах, их растворимость и, соответственно,
«вклад» в жесткость ничтожно малы.
Аналогично, не учитывается
и незначительное влияние бария
(Ва2+).

Общая
жесткость.
Определяется
суммарной концентрацией ионов кальция
и магния. Представляет собой сумму
карбонатной (временной) и некарбонатной
(постоянной) жесткости.

Некарбонатная
жесткость.
Обусловлена
присутствием кальциевых и магниевых
солей сильных кислот (серной, азотной,
соляной) и при кипячении не устраняется
(постоянная жесткость).

В
мировой практике используется несколько
единиц измерения жесткости, все они
определенным образом соотносятся друг
с другом. В России Госстандартом
в качестве единицы жесткости воды
установлен моль на кубический метр
(моль/м3).

Один
моль на кубический метр соответствует
массовой концентрации эквивалентов
ионов кальция (1/2 Ca2+) 20.04 г/м3 и ионов
магния (1/2Mg2+) 12.153 г/м3. Числовое значение
жесткости, выраженное в молях
на кубический метр равно числовому
значению жесткости, выраженному
в миллиграмм-эквивалентах на литр
(или кубический дециметр), т.е.
1моль/м3=1ммоль/л=1мг-экв/л=1мг-экв/дм3.

Кроме
этого в зарубежных странах широко
используются такие единицы жесткости,
как немецкий градус (do, dH), французский
градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение
этих единиц жесткости представлено
в следующей таблице:

Примечание:
Один
немецкий градус соответствует
10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в
воде.
Один французский градус
соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в
воде.
Один американский градус
соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в
воде.

Ионы
кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также
других щелочноземельных металлов,
обуславливающих жесткость, присутствуют
во всех минерализованных водах.
Их источником являются природные
залежи известняков, гипса и доломитов.
Ионы кальция и магния поступают
в воду в результате взаимодействия
растворенного диоксида углерода
с минералами и при других процессах
растворения и химического выветривания
горных пород. Источником этих ионов
могут служить также микробиологические
процессы, протекающие в почвах
на площади водосбора, в донных
отложениях, а также сточные воды
различных предприятий.

Жесткость
воды колеблется в широких пределах
и существует множество типов
классификаций воды по степени
ее жесткости.

Обычно
в маломинерализованных водах
преобладает (до 70%-80%) жесткость,
обусловленная ионами кальция (хотя
в отдельных редких случаях магниевая
жесткость может достигать 50—60%).
С увеличением степени минерализации
воды содержание ионов кальция (Са2+)
быстро падает и редко превышает
1 г/л. Содержание же ионов магния
(Mg2+) в высокоминерализованных водах
может достигать нескольких граммов,
а в соленых озерах — десятков
граммов на один литр воды

В
целом, жесткость поверхностных вод, как
правило, меньше жесткости вод подземных.
Жесткость поверхностных вод подвержена
заметным сезонным колебаниям, достигая
обычно наибольшего значения в конце
зимы и наименьшего в период
половодья, когда обильно разбавляется
мягкой дождевой и талой водой. Морская
и океанская вода имеют очень высокую
жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3)

С
точки зрения применения воды для питьевых
нужд, ее приемлемость по степени
жесткости может существенно варьироваться
в зависимости от местных условий.
Порог вкуса для иона кальция лежит
(в пересчете на мг-эквивалент)
в диапазоне 2—6 мг-экв/л, в зависимости
от соответствующего аниона, а порог
вкуса для магния и того ниже. В
некоторых случаях для потребителей
приемлема вода с жесткостью выше
10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает
органолептические свойства воды,
придавая ей горьковатый вкус и оказывая
отрицательное действие на органы
пищеварения

Всемирная
Организация Здравоохранения не предлагает
какой-либо рекомендуемой величины
жесткости по показаниям влияния
на здоровье. В материалах ВОЗ
говорится о том, что хотя ряд
исследований и выявил статистически
обратную зависимость между жесткостью
питьевой воды и сердечно-сосудистыми
заболеваниями, имеющиеся данные
не достаточны для вывода о причинном
характере этой связи. Аналогичным
образом, однозначно не доказано, что
мягкая вода оказывает отрицательный
эффект на баланс минеральных веществ
в организме человека

месте
с тем, в зависимости от рН и щелочности,
вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л
может вызвать в распределительной
системе отложение шлаков и накипи
(карбоната кальция), особенно при
нагревании. Именно поэтому нормами
Котлонадзора вводятся очень жесткие
требования к величине жесткости
воды, используемой для питания котлов
(0.05—0.1 мг-экв/л).

Кроме
того, при взаимодействии солей жесткости
с моющими веществами (мыло, стиральные
порошки, шампуни) происходит образование
«мыльных шлаков» в виде пены. Это
приводит не только к значительному
перерасходу моющих средств. Такая пена
после высыхания остается в виде
налета на сантехнике, белье, человеческой
коже, на волосах (неприятное чувство
«жестких» волос хорошо известное
многим). Главным отрицательным воздействием
этих шлаков на человека является
то, что они разрушают естественную
жировую пленку, которой всегда покрыта
нормальная кожа и забивают ее поры.
Признаком такого негативного воздействия
является характерный «скрип» чисто
вымытой кожи или волос. Оказывается,
что вызывающее у некоторых раздражение
чувство «мылкости» после пользования
мягкой водой является признаком того,
что защитная жировая пленка на коже
цела и невредима. Именно она
и скользит. В противном случае,
приходится тратиться на лосьоны,
умягчающие и увлажняющие кремы
и прочие хитрости для восстановления
той защиты кожи, которой нас и так
снабдила матушка Природа.

Вместе
с тем, необходимо упомянуть и о другой
стороне медали. Мягкая вода с жесткостью
менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную
емкость (щелочность) и может,
в зависимости от уровня рН и ряда
других факторов, оказывать повышенное
коррозионное воздействие на водопроводные
трубы. Поэтому, в ряде применений
(особенно в теплотехнике) иногда
приходится проводить специальную
обработку воды с целью достижения
оптимального соотношения между жесткостью
воды и ее коррозионной активностью.

Под
жесткостью воды понимают свойство,
обусловленное присутствием в воде
растворенных солей, в основном кальция
и магния. Жесткость воды подразделяется
па карбонатную (присутствие в ней
гидрокарбонатов магния и кальция) и
некарбонатную (наличие солей сильных
кислот – хлоридов или сульфатов кальция
и  магния). Сумма  карбонатной и
некарбонатной жесткости определяет
общую жесткость.

Карбонатную
жесткость называют временной, так как
при длительном кипячении подобной воды
гидрокарбонаты разлагаются с образованием
осадка карбоната кальция и выделением
углекислого газа:

Ca(HCO3)2
= СаСО3+СO2↑
+ Н2O

Mg(НСО3)2
= Mg(ОН)2↓
+ 2СO2↑

Жесткость
воды, обусловленная наличием сульфатов
магния и кальция, называется постоянной.
Она может быть устранена лишь химическим
путем:

В
настоящее время для устранения 
жесткости используют также ионообменные
смолы.

Способы устранения
жесткости воды

В
природной воде растворены соли кальция
и магния. Это гидрокарбонаты и сульфаты.
Покажем два способа осаждения
гидрокарбонатов для уменьшения жесткости
воды. Первый способ – кипячение. При
кипячении* растворимые гидрокарбонаты
переходят в нерастворимые карбонаты,
и жесткость воды уменьшается.

Сa(HCO3)2
= CaCO3
↓ + H2O
+ CO2↑

Второй
способ – добавление известковой воды.
При добавлении известковой воды
гидрокарбонаты переходят в карбонаты
и вода становится более мягкой.

Сa(HCO3)2+
Ca(OH)2
= CaCO3
↓ +2 H2O

Но
жесткость воды зависит еще и от сульфатов
кальция и магния. Сульфаты кальция и
магния можно удалить с помощью карбоната
натрия. При добавлении карбоната натрия
сульфаты переходят в нерастворимые
карбонаты кальция и магния.

CaSO4
+ Na2CO3=
CaCO3
↓+ Na2SO4

Умягчение воды

Устранение
из воды солей жесткости, т. е. умягчение
её, 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 7мг-экв/л. Применяют
следующие основные методы умягчения
воды:

• реагентный метод
  – путем введения реагентов, способствующих
  образованию малорастворимых соединений
  кальция и магния и выпадению их в осадок;
• катионовый метод,
  при котором умягчаемая вода фильтруется
  через вещества, обладающие способностью
  обменивать содержащиеся в них катионы
  (натрия или водорода) на катионы кальция
  и магния, растворенный в воде солей. А
  результате обмена задерживаются ионы
  кальция и магния и образуются натриевые
  соли, не придающие воде жесткость;
• 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 СаСО3 и
Mg(OH)2, выпадающих в осадок.
Оба реагента
– соду Na2CO3 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(НСО3)2
+ Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О

Гидрат
окиси магния Mg(OH)2 коагулирует и выпадает
в осадок. Для устранения некарбонатной
жесткости в умягчаемую воду вводят
Na2CO3. Химические реакции при удалении
некарбонатной жесткости следующие:

Na2CO3
+ CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4;

Na2CO3
+ СаС12 = СаСО3 + 2NaCl.

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

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

Теоретическая часть

Жесткость
воды обусловлена присутствием в ней
растворенных солей кальция и магния.
Различают
общую,
карбонатную
и некарбонатную жесткость.

Общей
жесткостью (Жо) называется
суммарная концентрация ионов Ca2+
и Mg2+
в воде, выраженная в моль/м3
или ммоль/дм3.
Общая
жесткость воды (ЖО)
равна сумме карбонатной и некарбонатной
жесткости.

Количественно
жесткость воды определяется суммой
молярных концентраций эквивалентов
ионов кальция и магния, содержащихся в
1 дм3
воды (ммоль/дм3,
мг – экв/дм3
).

Некарбонатная
жесткость воды (ЖНК)
обусловлена присутствием в воде сульфатов
и
хлоридов
солей кальция и магния:
СаSO4,
MgSO4,
СаС12,
MgС12.
Некарбонатная
жесткость –
часть общей жесткости, равная разности
между общей и карбонатной жесткостью:

Жнк
= Жо – Жк

По
величине жесткости природную воду делят
на: очень мягкую — до 1,5 ммоль/дм3;
мягкую — от 1,5 до 4 ммоль/дм3;
средней жесткости — от 4 до 8 ммоль/дм3;
жесткую — от 8 до 12 ммоль/дм3;
очень жесткую — свыше 12 ммоль/дм3.

В зависимости от конкретных требований
производства допускаемая жесткость
воды может быть различной. Жесткость
воды хозяйственно-питьевых водопроводов
не должна превышать 7
ммоль/дм3
(мг-экв/дм3).

Пример решения индивидуального задания

Условие
задания: Рассчитать
карбонатную, некарбонатную и общую
жесткость воды, если в 1м3
исследуемой воды содержится 80 г Ca2+;

55
г Mg2+;
415 г HCO3-.

m
(Са2+)
= 80 г
= 80 000 мг

m
(Mg2+)
= 55 г = 55 000 мг

m
(HCO3-)
= 415 г = 415 000 мг

V(Н2О)
= 1 м3
= 1000 дм3

Жо
-? Жк – ? Жнк – ?

Решение

1).
Жесткость общую рассчитывают по формуле:

m
(Са2+),
m (Mg2+)
– содержание ионов Са2+
и
Mg2+
в мг;

V(Н2О)
– объем воды, дм3;

Э
(Са2+),
Э (Mg2+)
– эквивалентная масса ионов Са2+
и
Mg2+,
которая равна:

2).
Рассчитываем жесткость карбонатную
(Жк) по формуле:

3).
Рассчитываем жесткость некарбонатную
(Жнк), как разность между жесткостью
общей и карбонатной:

Жнк
= Жо – Жк = 8,5 – 6,8 = 1,7 мг-экв/дм3

4).
Результаты расчетов приведены в табл.
4.6.

Показатели жесткости исследуемой воды

Жёсткость воды,
совокупность свойств, обусловленных
содержанием в воде ионов Са2+ и
Mg2+. Суммарная концентрация ионов
Ca2+ (кальциевая Ж. в.) и Mg2+
(магниевая Ж. в.) называется общей Ж. в.
Различают Ж. в. карбонатную и некарбонатную.
Карбонатная Ж. в. соответствует той
части ионов Ca2+ и Mg2+, которая
эквивалентна содержащимся в воде
гидрокарбонат-ионам

Общая жесткость воды Ж –
определяется как суммарное содержание
в воде солей кальция и магния, выражается
как сумма карбонатной и некарбонатной
жесткости: Ж = Жп + Жвр

Некарбонатная жесткость. Обусловлена
присутствием кальциевых и магниевых
солей сильных кислот (серной, азотной,
соляной) и при кипячении не устраняется
(постоянная жесткость).

Алканы. Получение, свойства, применение.

Алканы – это предельные углеводороды,
в молекулах которых все атомы связаны
одинарными связями. Формула – CnH2n+2

Получение 1. Алканы образуются при
действии металлического натрия на
моногалогенпроизводные – реакция
Вюрца:НзС-СН2-Вг + Вг-СН2-СH3 СНз-СН2-СН2-СНз
+ 2NaBrЕсли взяты разные галогенпроизводные,
то образуется смесь трех различных
алканов, так как вероятность встречи в
реакционном комплексе молекул одинаковых
или разных равна, а реакционная способность
их близка: 3C2H5I + 3CH3CH2CH2IС4Н10 + С5Н12 + С6Н14 +
6NaI

2. Алканы могут быть получены при
восстановлении алкенов или алкинов
водородом в присутствии катализаторов:

3. Самые разнообразные производные
алканов могут быть восстановлены
при высокой температуре иодистоводородной
кислотой:

4. Алканы могут быть получены при
сплавлении солей карбоновых кислот
со щелочью. Образующийся при этом алкан
содержит на один атом углерода меньше,
чем исходная карбоновая кислота:

Свойства
Температура
плавления и кипения увеличиваются с
молекулярной массой и длиной главной
углеродной цепи. При нормальных
условиях алканы с CH4
до C4H10
— газы; с C5H12
до C17H36
— жидкости. И после C18H38
— твёрдые тела.Температуры плавления
и кипения понижаются от менее разветвленных
к более разветвленным. Так например,
при нормальних условиях н-пентан
жидкость, а неопентан – газ.

Газообразные алканы (метан и пpопан-бутановая
смесь) используются в качестве ценного
топлива. Жидкие углеводоpоды составляют
значительную долю в моторных и ракетных
топливах и используются в качестве
растворителей. Вазелиновое масло (смесь
жидких углеводоpодов с числом атомов
углерода до 15) – пpозpачная жидкость без
запаха и вкуса, используется в медицине,
паpфюмеpии и косметике. Вазелин (смесь
жидких и твеpдых пpедельных углеводоpодов
с числом углеpодных атомов до 25) пpименяется
для пpиготовления мазей, используемых
в медицине. Паpафин (смесь твеpдых
углеводоpодов С19-С35) – белая
твеpдая масса без запаха и вкуса (tпл=
50-70°C) – пpименяется для изготовления
свечей, пpопитки спичек и упаковочной
бумаги, для тепловых пpоцедуp в медицине
и т.д.

Так что же такое жесткая вода? Жесткость означает, что вода содержит минеральные отложения, обычно кальций и магний, чем их больше, тем «жестче» вода.

Жесткость воды

• Что такое жесткость воды?
• Зачем измерять жесткость?
• В каких процессах необходимо контролировать уровень жесткости воды?

Что такое жесткость воды?

Жесткость воды – это мера способности воды реагировать с мылом. Жесткой воде требуется значительно большее количество мыла для образования пены. Жесткая вода часто вызывает заметные отложения осадка (например, нерастворимых металлов, мыла или солей) в контейнерах, включая трубопровод и сливы в раковинах и ваннах. Это вызвано не одним веществом, а множеством растворенных поливалентных ионов металлов, преимущественно катионами кальция и магния, хотя другие катионы (например, алюминий, барий, железо, марганец, стронций и цинк) также вносят свой вклад. Концентрация кальция и магния в природных водах обычно намного превышает концентрацию любого другого поливалентного катиона. Поэтому под жесткостью обычно понимают концентрацию ионов кальция и магния в воде. Жесткость обычно выражается в миллиграммах эквивалента карбоната кальция (CaCO3) на литр.

Согласно ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единицы жесткости», единица измерения жесткости – градус жесткости (ºЖ), величина которого соответствует 1 мг-экв./л.

Карбонатная и некарбонатная жесткость

Жесткость можно разделить на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость относится к бикарбонату кальция и магния. Иногда ее называют временной жесткостью, потому что ее можно устранить или снизить путем кипячения. При нагревании бикарбонаты выпадают в твердые карбонатные формы. Это основная причина образования накипи в водонагревателях и котлах.

Некарбонатная жесткость обусловлена в первую очередь нитратами, хлоридами и сульфатами кальция и магния. Некарбонатную жесткость иногда называют постоянной.

Взаимосвязь между щелочностью и жесткостью воды

Степень карбонатной жесткости по сравнению с некарбонатной можно определить путем измерения щелочности. Если щелочность равна или больше жесткости, вся жесткость карбонатная. Любая избыточная жесткость – это некарбонатная жесткость.

Иногда жесткость указывается в виде мг/л как CaCO3. Поскольку щелочность также указывается как CaCO3, результаты двух тестов можно сравнивать напрямую. Общая жесткость – это сумма всех карбонатных и некарбонатных солей кальция и магния, присутствующих в воде.

Почему необходимо контролировать жесткость?

Как правило, жесткая вода образует твердые отложения, состоящие в основном из солей кальция и магния, и может повредить оборудование, в то время как слишком мягкая вода может вызывать коррозию, и поэтому важно измерять и знать уровни жесткости технологической воды, чтобы поддерживать тонкий баланс между образованием накипи и коррозионной активностью.

Иногда определенные уровни жесткости могут быть приемлемы для некоторых применений, связанных с качеством воды, для других требуется нулевая жесткость, чтобы предотвратить образование накипи и повреждение оборудования. Поэтому для уменьшения уровня жесткости часто необходим процесс умягчения воды путем осаждения или ионным обменом. Чтобы оптимизировать эти процессы, важно контролировать уровни кальция и магния отдельно, а также значения общей жесткости.

В каких процессах необходимо контролировать уровень жесткости воды?

Питьевая вода: чрезмерная жесткость готовой воды, попадающей в распределительную систему, может вызвать образование накипи, а слишком мягкая вода может вызвать коррозию труб. Таким образом, выщелачивание свинца и меди может привести к нарушению стандарта качества для питьевой воды (предусматривает безопасные концентрации в 0,015 мг/л для свинца и 1.3 мг/л для меди).

Сточные воды: во время сбраживания осадка контролируйте жесткость воды для оптимизации эффективности очистки. Повышенный уровень жесткости воды влияет на биоразложение мыльных веществ и поглощение кислорода активным илом.

Вода в бассейне и спа: слишком жесткая вода может вызвать образование накипи и отложения карбоната кальция. Мягкая вода разъедает трубы и поверхности внутри бассейна, содержащие кальций (например, штукатурку для бассейнов) и другие минералы.

Энергетика: жесткость воды может вызвать образование накипи в водонагревателях и трубах котла. Поэтому очень важно контролировать и удалять все соли, особенно те, которые вызывают высокие уровни жесткости.

Химическая промышленность: контролируйте поступающую воду на предмет содержания минералов, чтобы правильно отрегулировать качество воды. Следите за производительностью систем умягчения воды, чтобы избежать образования накипи, и оценки нагрузки на системы обратного осмоса. Постоянный мониторинг котловой и охлаждающей воды (выходящей из конденсатора) помогает обнаруживать незначительные и колеблющиеся уровни жесткости, которые со временем могут вызвать образование накипи в трубопроводах, конденсаторах и осушителях.

Пищевая промышленность: мониторинг и корректировка общей жесткости для оптимизации питательной воды котлов и градирен. Это сводит к минимуму использование химикатов, предотвращает коррозию / образование накипи и защищает заводское оборудование.

Горнодобывающая промышленность: вода необходима для металлургической и горнодобывающей деятельности, но промышленность редко является единственным потребителем воды вблизи мест добычи и обработки. Осуществляя мониторинг и очистку исходной воды, горнодобывающие компании не только обеспечивают соблюдение собственных стандартов качества, но также могут способствовать поддержке экосистемы. Вода, используемая в горнодобывающей промышленности, связана с круговоротом воды во всем регионе, независимо от того, добывается ли она из подземных вод или осадков, океанов и озер или рек, посредством коммерческого или муниципального водоснабжения.

Целлюлозно-бумажная промышленность: отслеживайте общую жесткость подаваемой воды, чтобы предотвратить внутризаводскую коррозию и / или образование накипи, а также влияние высокой жесткости на качество конечной продукции.

Производство напитков: жесткость воды, используемой для приготовления напитков, может влиять на их органолептические свойства.

Компания АкваАналитикс® 💧 является официальными представителем Hach Lange на территории России и стран СНГ. Для получения консультации или подбора лабораторного / промышленного оборудования и реагентов для контроля уровня жесткости на вашем предприятии или в лаборатории, свяжитесь с нами удобным для вас способом.

Виды жесткости. Способы умягчения воды

обусловливают кальциевую жесткость, а катионы – магниевую жесткость. Общая жесткость
складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде
катионов

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо
уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном
удалении из нее катионов . Существует три основных способа умягчения воды:
термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании
воды до 70-80 С или ее кипячении. При этом катионы  осаждаются
в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость
карбонатную и некарбонатную.

называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция )2 и магния )2. При кипячении гидрокарбонаты
разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и
общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому
карбонатную жесткость также называют временной.

При кипячении катионы кальция осаждаются
в виде карбоната кальция:

Ca2+ + 2HCO32- = CaCO3↓
+ H2O + CO2,

2Mg2+ + 2HCO3- + 2OH-
= (MgOH)2CO3↓ + H2O + CO2

образуются за счет взаимодействия ионов

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после
кипячения воды, называется некарбонатной. Она определяется
содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов,
хлоридов, нитратов. При кипячении эти соли не удаляются, поэтому
некарбонатную жесткость также называют постоянной.

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой
различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить
добавлением гашеной извести

Mg2+ + 2HCO32- + 2Ca2+
+ 4OH- = Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2 H2O

При одновременном добавлении извести и соды
можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый
способ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а
некарбонатная – содой:

Эффективным средством для умягчения воды служит
полифосфат натрия . В этом
случае связывание ионов осуществляется за счет образования хорошо растворимых
в воде хелатных комплексных соединений:

Применяются и другие способы устранения жесткости
воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов
– катионитный способ. Имеются твердые вещества, которые содержат
в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды.
Они получили название ионитов.

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают
свои катионы на катионы среды и называются катионитами, другие
обменивают свои анионы и называются анионитами. Иониты не
растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты
– алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например,
алюмосиликат состава имеет пространственную решетку, образованную атомами .
Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы . Последние, обладая определенной свободой
перемещения, замещаются на ионы при пропускании воды через слой зерен (гранул)
цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы,
получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно
высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными
физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты.
Их состав условно можно выразить общей формулой – весьма
подвижный катион, а –
частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы
натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca2+ + Na2R = 2Na+ +
CaR;

Таким
образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при
этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия,
ионит перестает работать – утрачивает способность умягчать воду. Однако любой
ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают
концентрированный раствор ). При этом ионы выходят
в раствор, а катионит вновь насыщается ионами

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы,
основанные на физических явлениях.

основан на явлении направленного движения ионов
электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом,
ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и
отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

также использует явление направленного движения
ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества
ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему
магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит
уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более
крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц
растворенных веществ с образованием осадка.

Показатель – жесткость воды

Жесткость воды определяется содержанием в воде солей жесткости (кальция и магния). Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Различают карбонатную (временную) жесткость, некарбонатную (постоянную) жесткость и общую жесткость воды.

Карбонатная жесткость (устранимая), определяется наличием в воле двууглекислых солей кальция и магния – характеризуется содержанием в воде гидрокарбоната кальция, который при нагревании или кипячении воды разлагается на практически нерастворимый карбонат и углекислый газ. Поэтому её еще называют временной жесткостью.

Некарбонатная или постоянная жесткость – содержание некарбонатных солей кальция и магния – сульфаты, хлориды, нитраты. При нагревании или кипячении воды они остаются в растворе.

Общая жесткость – определяется как суммарное содержание в воде солей кальция и магния, выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости.
При оценке жесткости воды обычно воду характеризуют следующим образом:

Очень мягкая вода – до 1,5 мг-экв/л

Жесткость воды из слоёв известняка составляет обычно 6 мг-экв/л и выше.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.

Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме, и, в конечном итоге, к заболеванию суставов (артриты, полиартриты) и образованию камней в почках и желчных путях. Хотя очень мягкая вода не менее опасная, чем излишне жесткая. Самая активная – это мягкая вода. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций. У человека может развиться рахит, если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкие кости. Есть еще одно отрицательное свойство мягкой воды. Она, проходя через пищеварительный тракт, не только вымывает минеральные вещества, но и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии. Вода должна быть жесткостью 1,5-2 мг-экв/л. Использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей также нежелательно. Жесткая вода образует налет на сантехнических приборах и арматуре, образует накипные отложения в водонагревательных системах и приборах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника.

При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды значительно увеличивается расход моющих средств и мыла вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот, замедляется процесс приготовления пищи (мяса, овощей и др.), что нежелательно в пищевой промышленности. Во многих случаях использование жесткой воды для производственных целей (для питания паровых котлов, в текстильной бумажной промышленности, на предприятиях искусственного волокна и др.) не допускается, так как это связано с рядом нежелательных последствий.

В системах водоснабжения – жесткая вода приводит к быстрому износу водонагревательной технике (бойлеров, батарей центрального водоснабжения и др.). Соли жесткости (гидрокарбонаты Ca и Mg), отлагаясь на внутренних стенках труб, и образуя накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах, приводят к занижению проходного сечения, уменьшают теплоотдачу. Не допускается использовать воду с высокой карбонатной жесткостью в системах оборотного водоснабжения.

Возврат к списку