Методы устранения жесткости воды.

1.Термический метод.Связан с нагревом воды, снижает только временную (карбонатную) жесткость. В промышленности его используют лишь при наличии дешевых источников тепла (на ТЭЦ, например).

Основан на смещении углекислотного равновесия при нагревании воды в сторону образования карбоната кальция:

                                              Са(НСО₃)₂  t^o    СаСО₃↓ + СО₂↑+ Н₂О

                                              Мg(НСО₃)₂    ^to МgСО₃↓ + СО₂↑+ Н₂О

Растворимость газов падает при повышении температуры, при кипячении воды из нее устраняется углекислый газ.

2. Реагентныеметоды.Основаны на обработке воды реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения СаСО₃, Са(ОH)₂, Мg(ОH)₂, Са₃(PО₄)₂.

В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария, ортофосфат натрия. Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости. Кальцинированную соду применяют, если карбонатная жесткость немного больше некарбонатной. Фосфатирование применяют для доумягчения воды до значений 0,02-0,03 мг-экв/л.

3. Термохимический метод.Умягчение осуществляют с применением извести и соды или едкого натра и соды при температуре воды более 100°С (до 165°С). Термохимический метод умягчения применяется в основном при подготовке воды для питания котлов. Только в этом случае утилизируется почти все тепло, затраченное на подогрев воды.

4.Умягчение воды диализом (метод нанофильтрации)основан на разделении растворенных веществ с различными молекулярными массами под действием разных скоростей диффузии через полупроницаемую мембрану, разделяющую концентрированный и разбавленный растворы. Растворенные вещества (соли жесткости) диффундируют через мембрану в сторону разбавленного раствора, растворитель (вода) диффундирует в обратном направлении. Диализ осуществляется в мембранных аппаратах с нитро- и ацетатцеллюлозными пленочными мембранами. Достаточно дорогой способ умягчения воды, требует предварительной очистки воды. При диализе происходит удаление из воды всех солей, в том числе необходимых человеку микроэлементов.

5. Магнитный метод.Механизм воздействия магнитного поля на воду окончательно не выяснен. Существующие гипотезы объясняют влияние магнитного поля на деформацию ионов, их сближение и образование центров кристаллизации; воздействие на коллоидные примеси в воде; влияние на структуру воды. Сущность метода заключается в том, что при воздействии магнитного поля накипь образуется не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки легко удаляются. Метод эффективен при обработке кальциево-карбонатных вод.

6. Метод ионного обменаоснован на обмене между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита. В качестве ионитов могут использоваться неорганические и органические материалы, способные к обмену ионов и практически нерастворимые в воде. К неорганическим природным ионитам относят цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, гидрослюды (глауконит). Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относят ионообменные смолы с развитой поверхностью. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами.

Иониты имеют плохо связанные с основной структурой материала подвижные, способные к обмену катионы (H⁺ или Na⁺) или анионы (OH^–) и прочно связанные между собой высокомолекулярные ионы R. В процессе ионообменного умягчения воды происходит замена ионов H⁺, Na⁺ или OH^–на ионы жесткости:

Мg²⁺ + 2HR → MgR² + 2H⁺;

Са²⁺ + 2NaR → CaR² + 2Na⁺; HСO^3- + ROH → RHCO³ + OH^–.

Применяя совместное H – Na-катионирование, можно получить остаточную жесткость в пределах 0,05-0,005 мг-экв/л.

7.Метод перегонки- испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.

8.Криогенный метод- вымораживание льда. Вода постепенно замораживается, когда остается примерно 10 % жидкости от первоначального количества, незамерзшая вода сливается, а лед оттаивается и превращается обратно в воду. Все соли, которые образуют жесткость, остаются в незамерзшей воде.

Методы замораживания и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Приборы и реактивы:

ОПЫТ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

МЕТОДОМ ТИТРОВАНИЯ

Способ основан на реакции между соляной кислотой и гидрокарбонатами.

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl = CaCl₂ +2H₂O + 2CO₂ Аналогично уравнение для магния.

Титрование контролируется индикатором метиловым оранжевым. Методика проведения эксперимента следующая.

1.Поместить в три конические колбы по 50 мл исследуемой воды.

2.Добавить в каждую колбу по две-три капли индикатора метилового оранжевого.

3.Заполнить бюретку 0,1N раствором соляной кислоты (приблизительно 1/5 объема бюретки). Занести начальный уровень объема кислоты, зафиксированного по шкале с точностью до десятых долей миллилитра, в табл. 1.

4.По каплям добавлять в колбу децинормальный раствор соляной кислоты из бюретки, осторожно размешивая реагенты покачиванием колбы. Титрование прекратить, как только окраска жидкости в колбе перейдет в оранжевую.

5.Оценить изменение цвета раствора.

6.Занести в таблицу1 конечный уровень объема соляной кислоты в мл.

7.Повторить пункты 4-6 для оставшихся двух колб.

8.Вычислить объем кислоты, использованный на титрование каждой из трех проб воды.

9.Вычислить из полученных данных V_k среднее. Использовать это среднее значение для расчетов временной жесткости по формуле

                                                            Жвр  Vк CVк _в1000                   (1)

где Ж_вр - временная жесткость воды, мг-экв/л; V_к - объем кислоты, использованной на титрование одной пробы исследуемой водопроводной воды, средний из трех проб, мл; С_к - нормальная концентрация раствора кислоты (С_к =0,1моль-экв./л;);V_в- объем пробы воды, мл.

Результаты вычисления временной жесткости занести в табл. 2.