Реагентные методы умягчения воды

Снижение содержания ионов Са²⁺ и Mg ²⁺ (умягчение) может достигаться применением ряда методов (реагентных, ионообменных, термических).

Реагентные методы основаны на переводе ионов Са²⁺ и Mg ²⁺ в труднорастворимые соединения (карбонаты, фосфаты). Полного извлечения Са²⁺ и Mg ²⁺ не происходит, так как остается какое – то количество их в воде. Концентрация их зависит от П.Р. образующихся соединений.

1. Известкование воды – это перевод заметно растворимых гидрокарбонатов кальция и магния в труднорастворимые соединения.

Са(НСО₃)₂ +Са(ОН)₂ →2СаСО₃ ↓ +Н₂О

2Mg(НСО₃)₂ + 3Са(ОН)₂→ (MgОН)₂ СО₃ ↓ +3СаСО₃ +4Н₂О

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

MgSO₄ + Са(ОН)₂ →Mg(ОН)₂↓ +Са SO₄

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓+ Н₂О

Таким образом, при известковании воды снижаются: карбонатная жесткость (щелочность); концентрация свободной углекислоты; общее солесодержание.

Известкование воды ведется при двух режимах:

- если не предусматривается снижение магниевой жесткости, то обработка ведется при рН = 9,5;

- для выделения ионов магния и соединений кремниевой кислоты известкование ведут при рН = 10,9.

Первый режим чаще применяют при обработке природных вод, так как в них Са²⁺ > Mg ²⁺ .

При соотношении Са²⁺ > НСО₃^- из воды выделяется СаСО₃.

Если Са²⁺ < НСО₃^- , то из воды удаляется Mg в форме Mg (ОН)₂. Для более полного умягчения воды используют следующие приемы:

а) повышение температуры;

б) создание небольшого избытка извести;

В) перемешивание.

На формирование осадка отрицательно влияют органические вещества, особенно ПАВ, так как они препятствуют росту кристаллов СаСО₃.

При окисляемости исходной воды 75 – 100мг 0₂/л кристаллизация почти отсутствует.

Эффективность известкования воды определяется выбором оптимальной дозы извести.

Д_{и =} 28[Ж_к +0,5] ,

где Д_и – доза извести товарного продукта в расчете на СаО (мг/л);

28 – эквивалент СаО;

Ж_к – карб. жесткость мг – экв./л;

[CO₂] - содержание свободной углекислоты (мг/л);

22 – эквивалент угольной кислоты;

0,5 – избыток извести мг-экв/л;

С_п – содержание оксида кальция в товарном продукте, %.

По этой формуле рассчитывают дозу извести, если не требуется снижения магниевой жесткости.

Контроль известкования проводится по величине рН.

Наиболее полное осаждение СаСО₃ проходит при величине рН, соответствующей соотношению насыщения воды карбонатом кальция (рН_S).

,

где рК₂, - отрицательные логарифмы константы диссоциации Н₂СО₃ по второй ступени и .

[Ca²⁺] - содержание кальция мг/л;

Щ – щелочность воды мг –экв/л;

I – ионная сила раствора.

Умягчение ведут при рН на 0,3 -0,5 больше, чем рН_S.

2. Известково – содовый метод умягчения воды.

Сущность метода: обработка воды двумя реагентами: известью и содой (Na₂CO₃). При этом снижается как карбонатная, так и некарбонатная жесткость.

Наряду с реакциями, протекающими при известковании воды идут процессы.

СaSO₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓+Na₂SO₄

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓+2NaCl

MgCl₂ + Na₂CO₃ = MgCO₃+2NaCl

MgCO₃+Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂↓+ CaCO₃↓

MgSO₄ + Ca(OH)₂= MgOH₂↓+ CaSO₄↓

MgCl₂ +Ca(OH)₂= Mg(OH)₂↓+ CaCl

Свободная щелочность после этого метода должна быть 0,3– 0,5 мг–экв/л.

Доза извести рассчитывается:

,

[Mg²⁺] – концентрация Mg, мг/л.

12,16 – эквивалент Mg.

Доза соды рассчитывается:

,

Ж_НК – жесткость некарбонатная, мг-экв/л;

1- избыток соды, мг-экв/л;

С_с – содержание безводного Na₂CO₃ в товарном продукте %;

53 - эквивалент безводного карбоната натрия.

3. Термохимический метод.

Для повышения эффективности умягчения воды обработка реагентами сочетается с подогревом ее до 95 -99 ⁰С.

Нагревание вызывает термический распад гидрокарбонатов.

Са(НСО₃)₂=СаСО₃↓+СО₂ +Н₂О

Mg(НСО₃)₂=MgCO₃+СО₂ + Н₂О

MgCO₃+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂↓ + СаСО₃↓.

Преимущества: образование крупных, быстроосаждающихся хлопьев. Доза извести может быть уменьшена. Степень умягчения воды составляет 0,2 -0,3 мг-экв/л.

Иногда, вместо извести для умягчения воды применяется гидроксид натрия.

4. Фосфатный метод умягчения воды.

В качестве реагентов используют: фосфат натрия Na₃PO₄·12H₂O или гидрофосфат натрия Na₂HPO₄.

CaCl₂ +Na₃PO₄ →Ca₃(PO₄)₂+NaCl

MgSO₄+Na₃PO₄→Mg₃(PO₄)₂+Na₂SO₄

Обычно степень фосфатного умягчения составляет 0,02 -0,04 мг-экв/л. Фосфатное умягчение дает хорошие результаты при высокой температуре и применяется для подготовки воды для паровых котлов.

Для умягчения воды при температуре используется гексаметафосфат натрия

Na₂[Na₄(PO₃)₆]

2CaSO₄ + Na₂[Na₄(PO₃)₆] → Na₂ [Ca₂(PO₃)₆]+2 Na₂SO₄

2MgCl₂ + Na₂[Na₄(PO₃)₆] → Na₂ [Mg₂(PO₃)₆]+ 4 NaCl

Фосфатные реагенты составляют основу антинакипинов.

В последние годы все большее значение принимают методы ионного обмена.