Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ХИМИЯ
Посмотреть оригинал

Способы умягчения воды

Для улучшения качества воды проводят специальные мероприятия для уменьшения ее жесткости (умягчение воды).

Термоумягчение. Метод основан на кипячении воды, поскольку при нагревании растворимые гидрокарбонаты переходят в плохо растворимые карбонаты и выпадают в осадок (накинь):

Гидрокарбонаты магния образуют при кипячении гидроксокарбонаты:

Поэтому в составе накипи появляются гидроксокарбонаты магния Mg2(0H)2C03.

Химическая обработка воды (реагентный способ). В качестве химических реагентов для умягчения воды используются реагенты, которые в результате химического взаимодействия с растворенными солями кальция и магния дают плохо растворимые осадки. Такими реагентами являются гашеная известь Са(ОН)2, негашеная известь СаО, сода Na2C03, фосфаты натрия (например, Na3P04) и др.

Использование дешевой извести требует точного расчета, для того чтобы внести в воду такое количество Са(ОН)2, которое соответствует протеканию реакции перехода кислой соли в среднюю:

и не приведет к увеличению концентрации ионов Са2+ при передозировке реагента.

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3P04, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

Ионообменный метод. Наиболее совершенным способом умягчения воды является ее обработка с помощью ионообменных сорбентов (ионообменных смол, ионитов). Ионообменные сорбенты представляют собой гранулированные структуры, содержащие нерастворимый в воде молекулярный каркас (органический или неорганический полимер П), к которому химически «прикреплены» активные функциональные группы. Эти группы способны диссоциировать на ионы, один из которых остается связанным с каркасом, а другой переходит в раствор. Система находится в динамическом равновесии, а потому может «обменивать» первоначально имевшийся ион на другой, содержащийся в растворе.

Когда подвижным является катион, сорбент называется катионитом (активная функциональная группа П—S03—Н). В случае подвижного аниона — анионитом (активная функциональная группа П—N(CH3)—ОН).

При пропускании жесткой воды через колонку, наполненную катионитом, происходит обмен ионов Ме+ (Na+, К ) и Ме2+ (Са2+, Mg2"), содержащихся в обрабатываемой воде, на катионы водорода Н+ катионита:

При этом равновесие реакции смещено вправо, поскольку в исходном состоянии катионит насыщен катионами водорода. После достижения равновесия колонку отключают от потока и промывают небольшим количеством раствора кислоты. Равновесие смещается влево, и катионит восстанавливается в своей активной форме.

Если прошедшую через катионообменную колонку воду пропустить через анионообменную колонку, то она очистится и от анионов кислот, превратившись в очень чистую — деионированную — воду:

Такая вода используется в особо ответственных случаях (полупроводниковое производство, атомная промышленность и др.). Жесткость воды снижается при одноступенчатом катионировании до 0,05—ОД °Ж, при двухступенчатом — до 0,01°Ж.

Важнейшая количественная характеристика ионита — адсорбционная (обменная) емкость', количество миллимоль-эквивалентов ионов, которые может связать 1 г ионита.

Основными недостатками этого способа является относительно высокая стоимость ионитов и необходимость специального оборудования (колонки, арматура, насосы).

Обратный осмос. Это процесс, в котором под действием давления растворитель (при водоочистке — вода) проходит через полупроницаемую мембрану (как правило, полиамидную, пропускающую воду, но задерживающую ионы растворенных в ней солей) из более концентрированного в менее концентрированный раствор, т.е. в обратном для осмоса направлении (явление осмоса будет подробно рассмотрено в подпараграфе 14.2.3). Вместе с солями жесткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9%. Этот метод нашел наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды, а также в опреснительных установках. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость иметь давление подаваемой на обратноосмотическую мембрану воды не менее чем 2 атм для питьевой и 24 атм для морской соленой.

Электродиализ. Метод основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит в аппарате, заполненном большим количеством специальных мембран.

В аппарате используются два вида мембран: проницаемые для катионов — катионитовые (катионообменные) мембраны и проницаемые для анионов — анионитовые (анионообменные) мембраны. Они заключены

Схема электродиализа соленой воды между двумя электродами

Рис. 7.1. Схема электродиализа соленой воды между двумя электродами. При достаточно высоком внешнем электрическом потенциале электрический ток переносит катионы из исходного раствора в поток концентрата через катионообменную мембрану, находящуюся со стороны катода. Анионы движутся в противоположном направлении и переносятся в поток концентрата через анионообменную мембрану. В то же время катионы в потоке концентрата задерживаются анионообменной мембраной со стороны катода, а анионы — катионообменной мембраной с противоположной стороны[1] [2].

Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жесткости. Например, таким образом можно опреснять соленую воду (рис. 7.1).

Полностью очистить воду от солей жесткости можно дистилляцией.

  • [1] Горячий Н. В. Электромсмбранныс процессы : учеб, пособие. М. : РХТУ им. Д. И. Мен
  • [2] делеева, 2007.1ШЬ: http://www.membrane.msk.ru/books/7id_b“ 14&1с1_Ьр=418
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы