Что такое жесткость виды жесткости способы устранения жесткости

Жесткость воды, виды жёсткости, способы устранения

Вода считается жесткой при содержании в ней солей кальция, а также магния, превышающем 6 мг-экв/л. Как определить жесткость воды? Визуально – по быстро образующейся накипи на стенках чайника, тусклому налету на раковине даже при ее регулярной чистке; по плохо пенящемуся мылу при мытье рук. Воду с высоким содержанием солей указанных металлов можно распознать и на вкус; чай в ней заваривается дольше, увеличивается и время приготовления многих продуктов. Стоит отметить, что большинство тестов выявляют лишь общую жесткость воды, не учитывая жесткость постоянную и временную.

Обыкновенное кипячение способно устранить содержащийся в воде гидрокарбонат кальция, то есть временную жесткость. Однако так называемая «постоянная жесткость воды» останется. Смягчает водопроводную воду и добавление питьевой соды. В промышленности часто используются ионообменные фильтры, действующие по принципу катионирования. Для небольших объемов воды подходит и метод перегонки. В быту проблема эта решается при помощи фильтров разного класса.

Наличие примесей в воде затрудняет ее применение в быту и технике. Особенно вредными примесями являются растворимые соли кальция и магния (ионы Са 2+ и Мg 2+), которые оседают на стенках чайников, паровых котлов и труб, что значительно ухудшает их работу.

Для характеристики содержания в воде солей кальция и магния ввели величину, которая называется жесткость воды.

Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость воды, а их сумму называют общей жесткостью воды (Ж).

Временная жесткость обусловлена наличием в воде Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2, а постоянная – содержанием CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4.

По величине жесткости природную воду делят на:

1. Мягкую ж 240 мг/л (морская вода).

Для улучшения качества воды перед ее применением необходимо устранить жесткость воды, т.е. перевести растворимые соли Ca 2+ и Mg 2+ в нерастворимые.

Устранение временной жесткости:

2. Известкование (+ Са(ОН)2).

3. Добавление соды (Na2CO3) или поташа (К2СО3 – содержится в золе).

Устранение постоянной жесткости:

Источник

Что такое жесткость виды жесткости способы устранения жесткости

Виды жесткости. Способы умягчения воды

Катионы Ca 2+ обусловливают кальциевую жесткость, а катионы Mg 2+ — магниевую жесткость. Общая жесткость складывается из кальциевой и магниевой, т.е. из суммарной концентрации в воде катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Под умягчением воды понимают либо устранение, либо уменьшение ее жесткости. Главным образом оно заключается в полном или частичном удалении из нее катионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ . Существует три основных способа умягчения воды: термическая обработка, химическая обработка, ионный обмен.

1. Термическая обработка

Суть способа заключается в предварительном нагревании воды до 70-80 ° С или ее кипячении. При этом катионы Ca 2+ , Mg 2+ осаждаются в виде малорастворимых соединений.

По отношению к процессам умягчения воды различают жесткость карбонатную и некарбонатную.

Карбонатной называют жесткость, вызванную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Ca ( HCO ₃ )₂ и магния Mg ( HCO ₃ )₂. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок, и общая жесткость воды уменьшается на величину карбонатной жесткости. Поэтому карбонатную жесткость также называют временной.

При кипячении катионы кальция осаждаются в виде карбоната кальция:

а катионы магния – в виде основного карбоната или в виде гидроксида магния (при рН>10.3):

гидроксид-ионы OH — образуются за счет взаимодействия ионов HCO ₃ — с водой:

Остальная часть жесткости, сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной. Она определяется содержанием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот: сульфатов, хлоридов, нитратов. При кипячении эти соли не удаляются, поэтому некарбонатную жесткость также называют постоянной.

2. Химическая обработка.

Умягчение воды также может быть достигнуто обработкой различными химическими веществами. Так, карбонатную жесткость можно устранить добавлением гашеной извести

Ca 2+ + 2 HCO ₃ — + Ca 2+ + 2 OH — = 2 CaCO ₃ ↓ + 2 H ₂ O

Mg 2+ + 2HCO₃ 2- + 2Ca 2+ + 4OH — = Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2 H₂O

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жесткости (известково-содовый способ). Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная – содой:

MgCO ₃ + Ca 2+ + 2 OH — = Mg ( OH )₂↓ + CaCO ₃ ↓

Эффективным средством для умягчения воды служит полифосфат натрия Na ₅ P ₃ O ₁₀ . В этом случае связывание ионов Ca 2+ и Mg 2+ осуществляется за счет образования хорошо растворимых в воде хелатных комплексных соединений:

Применяются и другие способы устранения жесткости воды, среди которых один из наиболее современных основан на применении катионитов — катионитный способ. Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов.

Иониты делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами, другие обменивают свои анионы и называются анионитами. Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Из неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты – алюмосиликаты сложного состава, имеющие кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na ₂ O ∙ Al ₂ O ₃ ∙4 SiO ₂ ∙ m H ₂ O имеет пространственную решетку, образованную атомами Al , Si и O . Решетка пронизана полостями, в которых размещаются молекулы воды и ионы Na + . Последние, обладая определенной свободой перемещения, замещаются на ионы Ca 2+ и Mg 2+ при пропускании воды через слой зерен (гранул) цеолита.

Более совершенны ионообменные смолы, получаемые на основе синтетических полимеров. Они обладают одновременно высокими эксплуатационно-техническими характеристиками и разнообразными физико-химическими свойствами.

Для устранения жесткости воды применяют катиониты. Их состав условно можно выразить общей формулой Na ₂ R , где Na + — весьма подвижный катион, а R 2- — частица катионита, несущая отрицательный заряд.

Если пропускать воду через слои катионита, то ионы натрия будут обмениваться на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na₂R = 2Na + + CaR;

Mg 2+ + Na ₂ R = 2 Na + + MgR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, жесткость при этом устраняется.

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать – утрачивает способность умягчать воду. Однако любой ионит легко подвергается регенерации. Для этого через катионит пропускают концентрированный раствор NaCl ( Na ₂ SO ₄ ) или HCl ( H ₂ SO ₄ ). При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na + или H + .

4. Физические методы устранения жесткости

Для умягчения воды применяются также методы, основанные на физических явлениях.

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.

Источник

Виды жесткости и методы ее устранения

Различают временную (карбонатную), постоянную, кальциевую, магниевую и общую жёсткость воды.

Жесткость воды, обусловленную присутствием в ней гидрокарбонатов магния и кальция, называют карбонатной или временной. Например, гидрокарбоната кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂.

Временную жесткость воды устраняют кипячением, добавлением известковой воды Са(ОН)₂, гидроксида натрия NaOH или соды Na₂CO₃:

Во всех этих случаях ионы кальция выводятся из раствора в виде нерастворимого карбоната СаСО₃.

Жесткость воды, обусловленная присутствием в ней сульфатов и хлоридов кальция и магния, называют постоянной.

Ее устраняют добавлением соды Na₂CO₃ или фосфата натрия Na₃PO₄:

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в не замершей воде.

Читайте также:  Милые способы держаться за руки

Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью – перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.

Но такие методы, как замораживание и перегонка, пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность имеет дело с тоннами. Поэтому для устранения жёсткости в данном случае принимается современный метод устранения – катионный. Этот способ основан на применении специальных реагентов – катионитов – это твердые вещества, нерастворимые в воде, в их состав входят подвижные катионы, которые могут обмениваться на катионы внешней среды. Катиониты загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия. Катиониты – синтетические ионообменные смолы и алюмосиликаты. Их состав условно можно выразить общей формулой Na₂R.

Схематически эти процессы можно выразить уравнением:

Ca 2+ + Na₂R = 2Na + + CaR

Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, а ионы натрия – из катионита в раствор, жёсткость при этом устраняется.

Кальциевая жесткость воды обусловлена присутствием в воде солей кальция, а магниевая – солей магния.

Суммарную кальциевую и магниевую жесткость воды называют общей.

Жёсткость воды измеряется в миллиграммах эквивалент на литр (мг-экв/л). Обычно, жёсткой вода считается с жёсткостью 1 мг-эвк/л и более.

Источник

Жесткость воды — единицы измерения и способы умягчения

Жесткость воды – это количество растворимых и нерастворимых солей, в основном кальция и магния, присутствующих в природной воде. Чем их больше, тем выше жесткость. Из-за переизбытка солей образуются шлаки в системе водоснабжения, быстро выходят из строя приборы, сантехника, гидрооборудование.

Для точного определения жесткости воды, (количество растворенных солей жесткости, концентрации железа, серы, магния, кальция и тд.) делаются лабораторные исследования (например в СЭС) методом химического анализа или с применением специальных приборов. В домашних условиях жесткость воды определяется с помощью тест-полосок или тестеров.

Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж — градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.

Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.

О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.

Жёсткая и мягкая вода — в чём разница

На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.

В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют «мягкой». Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:

Мягкая — это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.

В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.

Средняя — встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.

Жёсткая — к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.

Рассмотрим разновидности жёсткости

Этот показатель принято разделять на следующие категории.

• Постоянная — является неизменным показателем, который зависит от содержания сульфатов и хлоридов.
• Временная — обусловлена содержанием бикарбонатов кальция и магния. Название этот вид жёсткости получил за способность практически полностью нейтрализоваться в результате кипячения.
• Жёсткость общая — получается в результате сложения показателей постоянной и временной.

Читайте также:  Определение беременности до задержки народными способами

Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.

Единицы измерения жёсткости

Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:

• Моль/м3 (моль на кубический метр) — применялся в России до 2014 г.
• °Ж (градус жёсткости) – данная единица измерения используется в России с 2014 г.
• dH (немецкий градус) — единица измерения используется в странах Европы.
• fo (французский градус) — также применяется в европейский странах.
• ppm CaCO3 (американский градус) — единица измерения используется в североамериканских штатах.

Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.

С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.

Причины появления жёсткости воды

При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы. После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний. Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.

При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.

Методы устранения жёсткости

Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:

• Кипячение — полностью устраняет временную жёсткость. Данный процесс сопровождается обильным выпадением осадка на дне и стенках резервуара, где происходит кипячение.
• Химическим путём — уменьшить количество солей можно с помощью гашённой извести. Если к извести будет добавлена сода, то можно избавиться и от постоянной жёсткости
• Заморозка — данный метод позволяет легко справиться с постоянной жёсткостью. Чтобы смягчить воду достаточно заморозить её до такого состояния, когда будет не более 10% воды, а 90% льда. Затем незамерзшая жидкость сливается, а вода в твёрдом состоянии растапливается и используется по назначению.
• Перегонка — все соли являются нелетучими веществами, поэтому достаточно воду сначала превратить в пар с помощью нагрева, а затем конденсировать.
• Электромагнитный способ — для смягчения жидкости используется электромагнитное поле. Данный способ уменьшения солей в воде применяется наиболее часто в котельных установках.
• Катионный обмен — высокоэффективный способ очистки воды от избыточного количество солей. Очищение происходит при пропускании воды через слой катионита.

Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.

Как влияет жёсткость на качество воды

Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.

В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека. Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости. Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки «обрастает» отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.

Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.

Источник