Большая часть источников водоснабжения открытых и закрытых характеризуется значительным содержанием солей и гидрокарбонатных соединений. Эти растворимые примеси определяют показатель жесткость воды. Жесткость воды и ее устранение - достаточно сложная задача, которая решается кустарными методами или с помощью профессионального оборудования. Важно обеспечить качественную водоподготовку в быту и на производстве.

В промышленности для устранения жесткости воды в больших объемах применяются специальные системы, связывающие и удаляющие катионы кальция и магния. Высокая насыщенность гидрокарбонатами и солями щелочноземельных металлов приводит к крайне негативным последствиям. Это способствует появлению отложений на внутренних поверхностях нагревательных приборов и в теплообменниках технологического оборудования, наносит вред здоровью.

Жесткость воды: основные понятия и определения

Растворимые химические соединения входят в состав геологических пластов. Последние составляют дно океанов, морей, озер и рек, а также водоносные слои. Гидрокарбонаты и соли магния и калия определяют совокупность свойств и параметров, обозначаемых как жесткость воды, и обуславливают методы ее устранения.

Ученые обратили внимание на состояние тканей, которые высыхали после стирки и в некоторых случаях были мягкими, а в других - нет. Объясняется это довольно просто: растворимость гидрокарбонатов при повышении температуры снижается. Кальциевые и магниевые соединения начинают накапливаться между волокнами, что уменьшает их возможности изгибаться. Позже поняли, что без устранения жесткости воды обеспечить мягкость материала крайне сложно.

С развитием теплоэнергетики и широким распространением паровых машин стало ясно, что образование накипи приводит к ухудшению их характеристик и повышению расхода. Стали разрабатываться методы устранения жесткости природной воды, позволяющие уменьшить вредное влияние на состояние техники. Способы умягчения постоянно совершенствуются и развиваются.

Происхождение и причины образования жесткости воды

Содержание солей и гидрокарбонатов, а также их соотношение для каждого источника водоснабжения очень индивидуально. Многолетние исследования позволили получить ответ на вопрос, чем обусловлена жесткость воды, и как ее устранить? Основной причиной повышения этого показателя является то, что оксид водорода является превосходным растворителем. Это приводит к насыщению жидкости химическими соединениями в результате:

1. Выветривания горных пород, прежде всего, известняка, через который влага просачивается в подземные водоносные слои.
2. Контакта воды с доломитами и гипс содержащими минералами.
3. Химических и микробиологических процессов, в процессе которых происходят реакции углекислого газа с образованием растворимых химических соединений.

Разобравшись с естественными причинами жесткости воды и способами ее устранения, следует выделить и техногенные факторы. В последние годы происходит особенно сильное загрязнение водоемов промышленными и коммунальными стоками, насыщенными катионами кальция, магния, бора и других элементов. Тем самым показатели качества источников водоснабжения в части содержания солей существенно ухудшаются.

Классификация жесткости воды

Содержание соединений щелочноземельных металлов и других химических элементов в разных водоемах и водоносных слоях значительно различаются. Соответственно и жесткость воды и способы ее устранения в каждом конкретном случае подбираются исходя из ее параметров и гидрохимического состава. Они в значительной мере и определяют физические и иные свойства жидкости. Согласно принятой классификации жесткость воды бывает:

1. Общей, определяемой как суммарное содержание катионов кальция и магния.
2. Временной (карбонатной), связанной с присутствием в составе жидкости гидрокарбонатов упомянутых веществ.
3. Постоянной (некарбонатной), определяемой наличием растворимых солей соляной, азотной, фосфорной, серной и других кислот.

Что касается временной жесткости воды и как ее можно устранить, то эта проблема решается довольно просто. При нагревании и кипячении растворенные в ней гидрокарбонаты разлагаются с образованием Mg(OH)2 и CaCO3, которые выпадают в осадок и виде кристаллов или создают пленку на поверхности жидкости. В процессе реакции выделяется некоторое количество углекислого газа.

Для устранения постоянной жесткости воды применяются более сложные методы деминерализации. В зависимости от состава солей производится химическая обработка различными реагентами, обеспечивающими снижение данного показателя. Для умягчения воды также используются инновационные методы - ионообменные и мембранные.

Нормы жесткости воды

В Российской Федерации, как и в других развитых странах, показатели качества воды регламентируются специальными нормативно-правовыми актами. К основным документам, устанавливающим параметры жесткости воды, относят следующие:

• ГОСТ 31954-2012. Данный стандарт определяет ПДК и методы исследований жидкости: комплексонометрический и атомная спектрометрия. Последний способ является арбитражным и используется в спорных случаях.
• СанПиН 2.1.4.1075-01. Документ устанавливает суммарный показатель содержания катионов кальция и магния в воды, которые не должен превышать 7,0 мг-экв/л. В отдельных случаях этот параметр может быть повышен до 10 мг-экв/л по решению главного санитарного врача с учетом возможностей конкретных систем водоподготовки.

В названных нормативных документах приводятся порядок проведения исследований проб с целью определения вида жесткости воды и наиболее эффективного способа ее устранения. Упомянутые методы испытаний используются в аттестованных лабораториях на всей территории страны, а получаемые результаты признаются надзорными органами.

Общая жесткость воды (Жо) вычисляется по специальному уравнению, как сумма показателей некарбонатной (Жнк) и карбонатной жесткости (Жк):

Ж_О=[Ca²⁺]+[Mg²⁺]=Ж_К+Ж_НК

Для проведения расчетов по данной формуле необходимы данные о молярной массе катионов магния и кальция, а также анионов сернистой кислоты. Результаты, получаемые при помощи приведенного уравнения жесткости воды, могут быть использованы для подбора наиболее эффективного методы умягчения. При этом устанавливается соотношение показателей постоянной и временной жесткости.

Методы определения показателей жесткости воды

Исследования проб воды производятся в аттестованных лабораториях в соответствии с требованиями ГОСТ 31954-2012. Согласно данному стандарту общая жесткость воды, ее виды и способы устранения определяются с применением комплексонометрического метода, который предусматривает выполнение следующих действий:

1. В целях повышения точности исследуемая проба делится пополам.
2. В колбу вливается 100 мл воды и в нее вводится 5 мл раствора буферного и от 0,06 до 0,10 г индикаторной смеси. Полученная смесь титруется трилоном Б.
3. При исследованиях второй пробы трилон Б добавляется в раствор двумя частями: при этом первая должна быть на 0,5 мл меньше, чем при работе с первой пробой. Остаток реагента вводится через некоторое время при интенсивном перемешивании.

Для определения жесткости воды и ее способов устранения применяется специальная формула:

Ж = M•K•Vтp/Vnp,

где М и К - коэффициенты перерасчета и поправочный; Vтp и Vnp - объем трилона Б и исследуемой воды из первой и второй части пробы. Результаты исследований складываются и делятся на два, полученное среднеарифметическое значение и является искомым показателем жесткости воды. Лаборатория оформляет заключение с указанием общего содержания солей и гидрокарбонатов кальция и магния в пробах, предоставленных заказчиком.

Бытовые способы устранения повышенной жесткости воды

Большинство источников водоснабжения в нашей стране не отвечают требования нормативных документов по содержанию соединений кальция и магния. В некоторых случаях даже не требуется применение лабораторных методов определения жесткости воды для того чтобы понять что она непригодна для питья и приготовления пиши. При длительном использовании такой воды возможны функциональные нарушения здоровья, также она может провоцировать патологические процессы в организме.

В домашних условиях применяются следующие способы устранения жесткости воды:

• кипячение;
• химическая обработка.

При нагревании происходит распад гидрокарбонатов кальция и магния с образованием твердой накипи на стенках емкости и выделением углекислого газа. Данный способ умягчения воды является полностью безопасным, поскольку дополнительно уничтожает находящиеся в ней микроорганизмы. Вместе с тем кипячение позволяет уменьшить только временную (карбонатную) жесткость до приемлемых величин.

Для устранения постоянной жесткости воды используется доступная химия: известь и пищевая сода. При использовании смеси из этих реагентов содержание фосфатов, нитратов, сульфатов и других солей снижается до требуемых показателей в 1,4-1,8 мг-экв/дм³. Главный недостаток данного метода - невозможность использования полученной воды для питья и приготовления пищи.

Профессиональное умягчение воды

Современные технологии водоподготовки отличаются высокой эффективностью и позволяют добиться нужных параметров качества при сравнительно невысоких затратах. Существуют специальные фильтры для устранения жесткости воды:

• установки умягчения;
• комбинированные ионообменные фильтры;
• установки обратного осмоса.

Подбор той или иной системы для снижения показателей жесткости воды осуществляется по результатам анализов, показывающих ее гидрохимический состав. Необходимый состав оборудования определяется исходя из технических требований заказчика и с учетов реальных характеристик устройств.

Фильтры умягчения воды

Основным методом устранения жесткости воды в настоящее время является натрий-катионирование, используемое в бытовых и промышленных установках. Жидкость прокачивается через колонны со специальной засыпкой из полимерных гранул, насыщенных поваренной солью. При контакте с жидкостью происходит замещение катионов кальция и магния катионами натрия.

В результате таких реакций жесткость воды уменьшается до нормативных значений, что делает возможным ее использование для хозяйственно-бытовых целей. Непосредственно перед подачей воды в фильтр умягчения она проходит через ступень предфильтрации, где из нее удаляются механические примеси и осуществляется обезжелезивание.

По мере снижения содержания катионов натрия вследствие реакций замещения, проводится регенерация наполнителя ионообменной колонны. Данный метод для устранения общей жесткости воды выгоден еще и потому что восстановление свойств засыпки происходит в полном объеме. Она используется многократно, что существенно сокращает эксплуатационные расходы.

Многокомпонентные ионообменные смолы

Применение специальных засыпок позволяет сократить число ступеней очистки, что особенно важно для компактных установок. При использовании многокомпонентных смол реализуются те же ионообменные методы устранения жесткости воды с реакциями замещения катионов магния, кальция, марганца и железа. Такие засыпки помимо прочего обеспечивают нейтрализацию многих разновидностей органических примесей.

В таких фильтрах происходит эффективное устранение некарбонатной жесткости воды. Многокомпонентные ионообменные смолы серии "Экомикс" и "Экотар" имеют превосходные технические характеристики, однако, они стоят существенно дороже засыпок для стандартных фильтров умягчения. Соответственно затраты на приобретение и эксплуатацию упомянутых составов будут достаточно высокими.

Обратный осмос

Мембранные технологии позволяют достичь высочайшего уровня деминерализации жидкости. Обратноосмотические фильтры устраняют жесткость воды. Содержание кислотных солей и гидрокарбонатных соединений уменьшается до 24 мг/л с исходных 316 мг/л. Данные системы широко применяются на предприятиях разных отраслей, а также в коммунальной сфере для опреснения морских и озерных вод.

Вместе с тем промышленные методы устранения жесткости воды с использованием полупроницаемых мембран предполагают высокие затраты, особенно на начальной стадии. Приобретение, монтаж и обслуживание оборудования обойдется существенно дороже, чем использование фильтра умягчения. Применение такой сложной установки оправданно лишь на высокотехнологичных производствах: микроэлектроника, фармацевтика и другие.

У нас вы можете приобрести промышленные фильтры для устранения жесткости воды

Широкое использование современных методов устранения жесткости воды позволит минимизировать негативное воздействие на здоровье человека, бытовую технику и промышленное оборудование. Компания Diasel Enginereeng предлагает услуги по проектированию, изготовлению, монтажу и запуску фильтроустановки для умягчения воды с последующим техническим и гарантийным обслуживанием. Мы располагаем качественными комплектующими для создания эффективных систем водоподготовки, а наши специалисты имеют огромный опыт их разработки и выполнения всех видом работ. Получить консультацию и заказать систему вы можете по телефону 8-499-391-39-59 или электронной почте info@diasel.ru.