Жёсткость природных вод

Вода является важнейшим универсальным растворителем. Состав природных вод определяется многими факторами, но, прежде всего, составом горных пород и почв. Воды, фильтрующиеся через известняковые горные породы, содержат значительные количества растворимых солей магния и кальция, т.е. являются жёсткими.

Основной составляющей известняков является карбонат кальция, доломитов ─ двойная соль MgCO₃· CaCO₃. Природные воды растворяют из воздуха углекислый газ, в результате чего образуется угольная кислота:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃.

При избыточном сверх равновесного количестве углекислого газа средняя нерастворимая соль (CaCO₃) переходит в кислую растворимую (Са(НСО₃)₂):

CaCO₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂ (рис. 3.5).

Рис. 3.5 ─ Схема появления солей жёсткости в природных водах

Различают жёсткость временную, постоянную и общую. Временная жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов, постоянная – всеми остальными растворимыми солями кальция и магния, остающимися в воде после её кипячения. Общая жёсткость равна сумме временной и постоянной.

Жёсткость воды измеряется числом ммоль эквивалентов ионов Са²⁺ и Mg²⁺, содержащихся в одном литре воды, поэтому единицы её измерения – ммоль/л. Мягкие воды имеют общую жёсткость до 3 ммоль/л, воды средней жёсткости – до 6 ммоль/л, жёсткие – до 10 ммоль/л и очень жёсткие – более 10 ммоль/л. Использование жёстких вод недопустимо во многих технологических процессах, в частности, воды с повышенным содержанием ионов кальция и магния вызывают неконтролируемые процессы при изготовлении бетона, жёсткость питьевой воды не должна превышать 7 ммоль/л.

Сущность умягчения воды состоит в удалении из неё тем или иным способом солей, обусловливающих жёсткость. Cоли временной жёсткости устраняют нагреванием воды до 95 ⁰С, добавлением извести Са(ОН)₂, при этом в осадок выпадают малорастворимые соединения СаСО₃ или Mg(OH)₂:

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

или: Mg(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ → Mg(OH)₂ ↓ + СаСО₃ + H₂O + CO₂.

Соли постоянной жёсткости осаждают реагентами – содой (Na₂CO₃), известью, фосфатом натрия, а также другими методами в зависимости от потребностей производства.