Главная

Умягчение воды — процесс удаления из неё катионов жёсткости — кальция и магния. Согласно государственному стандарту жёсткость воды, предназначенной для хозяйственно-бытовых целей, не должна превышать 7 ммоль/дм3. По согласованию с органами санитарного надзора эта норма может быть увеличена до 10 ммоль/дм3. В некоторых областях производства к технологическому качеству воды относятся более жесткие требования — 0,05...0,01 ммоль/дм3.

По обыкновению источника воды, которые используют для подготовки питьевой воды, отвечают нормам питьевой воды и потому умягчения её не проводят. Если содержимое солей жёсткости в естественной воде превышает нормативные требования, то кроме процессов обезжелезивания, обесцвечивания и обеззараживания проводят умягчение воды.

Для умягчения воды применяют такие способы: реагентный, термический, ионообменный, диализ, комбинированный. Реагентные способы основываются на удалении из воды ионов Са2+ и с помощью определенных реагентов, которые трансформируют их на практически нерастворимые соединения. При термическом способе умягчения воду нагревают, дистиллируют или вымораживают. Основой ионного обмена есть фильтрования умягчаемой воды сквозь специальные материалы-иониты, которые обменивают ионы Nа+ из ионита на ионы Са2+ и Mg2+ воды. Диализное умягчения основывается на разных скоростях диффузии солей жёсткости сквозь полупроникаемую мембранну. Комбинированные способы — это разные комбинации указанных выше способов. Выбор образа умягчения воды зависит от ее качества ( химического состава), необходимой глубины умягчения и технико-эколого-економических соображений. В предварительных выводах предполагают, что воду из поверхностных источников целесообразно умягчать реагентными способами, если одновременно проводить ее обезжелезивание и обесцвечивание. Для умягчения подземных вод целесообразно применять ионный обмен. Часто для удаления солей жёсткости, особенно для глубокого умягчения, комбинируют разные способы: часть ионов кальция и магния удаляют реагентними способами, а остаток их удаляют катионным обменом.

Термохимическое умягчение воды применяют в процессе подготовки воды для использования в паровых котлах. Его по обыкновению проводят за температуры свыше 100 °С с добавлением извести и соды и коагулянтов, а также фосфатов, иногда гидрооксиду натрия и соды. Окончательная общая жёсткость воды при этом составляет 0,23 ммоль/дм3.

Умягчение воды во время диализа происходит по счет разной скорости диффузии солей жёсткости сквозь полупроницаемую мембрану. Под действием градиента концентрации растворенные вещества с разной скоростью диффундируют сквозь мембрану в бок разбавленного раствора. Растворитель (вода) диффундирует в противоположном направлении, уменьшая скорость перенесения растворенных веществ. Диализ осуществляют в мембранных аппаратах с ацетат целю лозными пленочными мембранами. Остаточная жёсткость умягченной воды достигает 0,01 ммоль/дм3 и меньше.

Ионообменный способ умягчения воды основывается на способности ионитов поглощать из воды катионы жёсткости — Са2+ и Мg2+. Натрийкатионирование применяют для умягчения естественных вод с содержимым взвешенных веществ не больше чем 8 мг/дм3 и цветностью не более чем 30°. Жёсткость воды уменьшается при одноступенчатом натрийкатионировании до 0,05 — 0,1, а при двухступенчатом — до 0,001 ммоль/дм3.

Процесс натрийкатионирования происходит по таким реакциям обмена:


2Nа[К] + Са(НС03)2/Мg(НС03)2 <-> Са[К]2/Мg[К]2 + 2NaНС03;


2Nа [К] + СаCl2/МgCl2 <-> Са[К]2/Mg[К]2 + 2NaСІ;


2 Nа [К]+ СаS04/МgS04 <-> Са[K]2/Мg[К]2 + 2NaS04,


где [К] — нерастворимая матрица полимера.


Простейшую схему установки для натрийкатионирование воды изображены на рис. 15.3. Она имеет катионовый фильтр, солерастворитель для приготавливания регенерационного раствора повареной соли и бак для собирания воды после отмывания катионита, что применяют для повторного рыхления пласта катионита. Такая схема пригодная для умягчения воды с содержимым взвешенных веществ не больше чем 5-8 мг/дм3, цветностью до 30" и небольшой жёсткостью (артезианская вода или вода из сети хозяйственно-питьевого водоснабжения).

Процесс умягчения воды на катионитовый фильтрах включает технологические операции фильтрования воды сквозь пласта катионита к началу достижения заданной жёсткости в фильтрованной воде (скорость фильтрования составляет 10 — 25 м/ч); рыхление пласта катионита восходящим потоком умягченной воды, отработанного регенерата или промывных вод (интенсивность потока 3 — 4 дм3/(с • м 2)); спускание водной подушки для предотвращения разбавления регенерационного раствора; регенерация катионита фильтрованием раствора определенного состава (скорость фильтрования 3 — 5 м/ч); промывание катионита умягченной водой (скорость фильтрования 8-10 м/ч). Продолжительность регенерации по обыкновению близко 2 ч, причем на рыхление тратится 10- 15 мин, на фильтрование регенерационного раствора — 15 — 30, на промывание — 30-60 мин.


Регенерация натрий катионита осуществляется фильтрованием сквозь него 5 — 8 %-го водного раствора хлорида натрия. Если жёсткость умягченной воды до 0,2 ммоль/дм3, концентрация соли должна быть 5%. При жёсткости меньше чем 0,05 ммоль/дм3 предусматривают одноступенчатую регенерацию: сначала 5 %-м раствором NaCl в количестве 1,2 м3 раствора на 1 м3 катионита, потом 8 %-м раствором соли.

Процесс регенерации описывается такой схемой:

Са[К]2/Мg[К]2+2NaCl 2Na[К]+СаCl2/MgCl2.

Поваренную соль применяют для регенерации благодаря ее доступности, дешевизне, а также хорошей растворимости солей СаCl2 и MgCl2. Последние легко удаляются с регенерационным раствором и промывной водой. Одной из экологических проблем есть утилизация регенерационных растворов.