Умягчение воды

Вода с жесткостью, превышающей 6 мг-экв/л, подвергается умягчению. Умягчение производится для изменения солевого состава воды или для ее обессоливания. Прогрессивным способом водоумягчения является ионообменный. Основой этого способа являются реакции ионного обмена между солями воды и ионитами. Иониты - нерастворимые в воде гели органического и неорганического происхождения, предварительно насыщенные ионами, способными к обмену. В зависимости от иона, вступающего в обменные реакции, иониты подразделяются на катиониты и аниониты. В катионитах обменивающимся ионом является катион, в анионитах - анион.

Для водоумягчения используют катиониты, в которых обменивающимся ионом является ион натрия Na+ или ион водорода Н+. При фильтрации жесткой воды через катиониты катионы кальция Са²+ и магния Mg²+ солей жесткости воды обмениваются на ионы натрия или водорода и вода умягчается.

При Ыа⁺-катионитовом умягчении солевой состав воды изменяется согласно такой реакции:

2* 35

где R- сложный комплексный аннон катионита.

Из приведенного уравнения видно, что при Ма+-катиониро-вании все соли кальция и магния превращаются в легкорастворимые соли натрия. Бикарбонаты кальция и магния соответственно превращаются в бикарбонаты натрия, вследствие чего возрастает щелочность воды.

При Н+-катионитовом умягчении воды реакция ионного обмена представляется следующим уравнением:

При Н-катионировании соли карбонатной жесткости разрушаются: вместо солей некарбонатной жесткости образуются кислоты и соответственно повышается кислотность воды.

Реакции катионирования гетерогенны, обратимы и подчиняются закону действия масс.

В период зарождения ионообменного способа умягчения воды в качестве катионитов использовался природный ферро-алюмосиликат-глауконит KMg(FeAl)₃Si₆0i83H₂0 или искусственный цеолит-пермутит. В настоящее время созданы высокоэффективные искусственные иониты - сульфоуголь и синтетические ионообменные смолы.

Сульфоуголь - продукт обработки дробленых коксующихся каменных углей концентрированной серной кислотой при высокой температуре с последующей промывкой и сушкой. При этом образуются нерастворимые сульфокислоты и сложные карбо-новые кислоты. Способность сульфоугля к катионному обмену обусловливает водород групп - S0₃H+ и - СООН+.

Синтетические катионитовые смолы являются высокополимерными органическими веществами типа пластмасс. По своей химической природе это поливалентные кислоты. Они обладают большой реакционной способностью благодаря развитой поверхности и тем активным группам, которые в них вводятся в процессе синтеза. Активность к обмену катионитов проявляют группы - S0₃H+, - СООН+ и - ОН+.

Качество ионитов определяется ионообменной способностью, химической и термической стойкостью, механической прочностью, степенью набухания, постоянством гранулометрического состава, отсутствием растворимых примесей.

Основной характеристикой умягчающих свойств ионитов является обменная емкость (емкость поглощения), которая выражается числом грамм-эквивалентов катионов, поглощаемых 1 м³ катионита. Например, при обменной емкости катионита 178,0 г-экв/м³ 1 м³ его может умягчить 100 м³ воды с начальной жесткостью 2,14 мг-экв/л до остаточной жесткости 0,36 мг-экв/л; таким образом, при этом 1 м³ катионита поглощает 214 - 36 =

= 178 г-экв солей, что в пересчете на СаО составит 178-28 = = 4984 г (около 5 кг) солей жесткости.

Различают полную и рабочую обменную емкость. Полная обменная емкость соответствует максимально возможному насыщению катионита солями жесткости; рабочая обменная емкость соответствует практически целесообразному насыщению катионита, при котором достигается наиболее высокая степень умягчения воды; при более высоком насыщении катионита солями жесткости степень умягчения воды резко снижается. Обычно катиониты характеризуют рабочей обменной емкостью, равной 75-85% полной емкости.