Методы устранения жёсткости воды

Реагентные  методы 

     Они заключаются в введении в воду определённых соединений (реагентов) с  целью осаждения катионов кальция  и магния в виде нерастворимых солей. При этом процесс образования осадка (например, CaCO₃) происходит в две фазы: образование CaCO₃ и рост кристаллов CaCO₃. Мелкодисперсный осадок плохо осаждается, поэтому для удаления его из воды требуется укрупнение частиц. Иногда медленный процесс кристаллизации ускоряют нагреванием.

     1.Содово-известковый метод. Применяется для устранения как временной, так и постоянной жёсткости. В первом случае используется гашёная известь Ca(OH)₂, а во втором - сода Na₂CO₃: 

     Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ → 2СаСО₃↓ + 2Н₂О

     Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca(HCO₃)₂

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄

MgSO₄ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + Na₂SO₄ 

      2.Натронный метод. Заключается в введении в воду едкого натра NaOH, связывающего катионы кальция и магния по следующим уравнениям: 

Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH → CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O

Mg(HCO₃₎₂ + 4NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2Na₂CO₃+2H₂O 

Образующаяся  сода реагирует с солями, обуславливающими некарбонатную жёсткость воды: 

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + Na₂SO₄ 

      3.Умягчение бариевыми солями. Этот метод аналогичен содово-известковому, но имеет перед ним определённые преимущества. В данном методе происходит не замена одной соли другой, а их полное удаление из воды в связи с образованием не одной, а двух нерастворимых солей. К недостаткам этого метода относится высокая стоимость бариевых солей и медленное течение реакций с карбонатом бария. Реакции, протекающие при умягчении бариевыми солями, можно представить следующими уравнениями: 

CaSO₄ + Ba(OH)₂ → Ca(OH)₂ + BaSO₄↓

MgSO₄ + Ba(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + BaSO₄↓

Са(НСО₃)₂ + Ba(OH)₂ → CaCO₃↓ +BaCO₃↓ + 2H₂O

Mg(HCO₃₎₂ + 2 Ba(OH)₂ → 2 BaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O

BaCO₃↓ + CaSO₄ → BaSO₄↓ + CaCO₃↓

Ca(OH)₂ + Са(НСО₃)₂ → 2CaCO₃↓ +2H₂O 

      4.Фосфатный метод. Этот метод применяется для доумягчения, когда бóльшая часть жёсткости уже устранена. В качестве реагента используется Na₃PO₄, который образует труднорастворимые соли с кальцием и магнием: 

3CaSO₄ + 2 Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 3Na₂SO₄ 

Метод обмена ионов 

     В настоящее время для очистки  воды широко применяют иониты - неплавкие и нерастворимые (или малорастворимые) вещества, которые ограниченно набухают в воде и содержат в своей структуре функциональные группы кислотного и основного характера, способные обмениваться на ионы веществ, растворимых в воде. Различают иониты естественного и искусственного происхождения. Примером первых могут быть глаукониты и гумусовые угли, а примером вторых - сульфированные угли и синтетические ионообменные смолы. В зависимости от функциональных групп они могут обмениваться катионами (катиониты) или анионами (аниониты). Большинство катионитов представляют собой высокомолекулярные кислоты, содержащие функциональные группы  -SH, -COOH,  -SiOOH и др. Аниониты являются соединениями, содержащими большое число основных групп (-NH₂, -NH₃OH и т.д.)

     При ионитной очистке воды используются также катиониты в натриевой форме. В таких катионитах ионы натрия обмениваются на ионы кальция и магния, содержащиеся в воде. Процессы, происходящие при этом можно описать следующими уравнениями (R - различные функциональные группы): 

     Са(НСО₃)₂ + 2NaR → CaR₂ + 2NaHCO₃

     Mg(HCO₃₎₂ + 2NaR → MgR₂ + 2NaHCO₃

     CaSO₄ + 2NaR ® CaR₂ + Na₂SO₄

     MgCl₂ + 2NaR ® MgR₂ + 2NaCl 

     Последовательно пропуская воду через ионообменник, заполненный катионитом, и ионообменник, заполненный анионитом, можно полностью устранить жёсткость воды.  

     Термические методы 

     Основным  среди них является кипячение, устраняющее  преимущественно карбонатную жёсткость. При нагревании воды до кипения происходит превращение гидрокарбонатов в  карбонаты: 

     Са(НСО₃)₂ « CaCO₃ + CO₂ + H₂O

     Mg(HCO₃₎₂ « MgCO₃ + CO_2­ + H₂O 

     Эти обратимые процессы можно почти  целиком сместить вправо за счёт кипячения воды, так как при высоких температурах растворимость углекислого газа понижается. Однако полностью устранить карбонатную жёсткость нельзя, так как CaCO₃ хотя и незначительно, но растворим в воде. Что касается MgCO₃, то при длительном кипячении он гидролизуется с образованием малорастворимого гидроксида магния: 

     MgCO₃ + H₂O « Mg(OH)₂↓ + CO₂­

VI. Список использованной литературы 

1. Возная  Н.Ф. Химия воды и микробиология. - М.: Высшая школа, 1967. - С. 187-205.
2. Пилипенко А.Т., Починок В.Я. и др. Справочник по элементарной химии. - Киев: Наукова думка, 1985. - С.165-168.
3. Ершов Ю.А., Кононов А.М. и др. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для мед. спец. Вузов. - М.: Высшая школа, 1993. - С. 115-123.