Жесткость воды

Жесткость воды - если вода содержит значительные количества солей кальция и магния, то такую воду называют жесткой, а когда этих солей совсем нет, или они содержатся в незначительных количествах, то - мягкой.

Различают временную, или карбонатную, жесткость воды и постоянную. Временная жесткость обусловливается наличием кислых карбонатов ( гидрокарбонатов) кальция и магния: Ca (HCO 3) 2 и Mg (HCO 3) 2, а стала - наличием сульфатов и хлоридов кальция и магния : CaSO 4, MgSO 4, CaCl 2 и MgCl 2. Общая жесткость воды представляет собой сумму временной и постоянной жесткости.

Жесткая вода непригодна почти для всех отраслей производства. Так, например, жесткую воду нельзя употреблять для стирки белья, мытья шерсти и покраска тканей, так как в ней мыло теряет свою моющую способность. Это объясняется тем, что растворимый в воде стеарат натрия С 17 н 35 COONa, который составляет главную составную часть мыла, переходит в нерастворимый стеарат кальция (или магния), образуя так называемое кальциевое (или магниевое) мыло:

  • 17 н 35 COONa + CaSO 4 = Са (С 17 н 35 СОО) 2 ↓ + Na 2 SO 4

При этом мыльная пена образуется только после полного осаждения ионов кальция и магния, на непроизводительно расходуется много мыла. Кроме того, образуемый осадок кальциевого и магниевого мыла прочно оседает на волокнах тканей и загрязняет их, а при окраске образует пятна.

Жесткая вода непригодна и для целого ряда других производств: бумажного, кожаной, крахмального, спиртового т.д.. Она непригодна и для паросилового хозяйства, так как при кипячении воды образуется накипь, которая плохо проводит тепло, вследствие чего увеличивается расход топлива. Накипь вызывает интенсивное разрушение стенок котлов, что может привести к аварии.

Для пятница пищи жесткую воду тоже не принимают, потому что в ней плохо развариваются мясо и овощи. Для питья она тоже непригодна.


1. Единицы измерения

Для численного выражения жесткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендуемая единица СИ для измерения концентрации - моль на кубический метр (моль / м ?), но, на практике, для измерения твердости чаще используется миллимоль на литр (ммоль / л).

В разных странах используются различные внесистемные единицы - градусы жесткости.

Градус Обозначение Определение Величина
мг-экв / л ммоль / л
Немецкий ? dH (degrees of hardness),
? dGH (German (Deutsche) Hardness),
? dKH (для карбонатной жесткости)
1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды 0,3566 0,3566
Английский ? e 1 гран CaCO 3 на 1 английский галлон воды 0,2848 0,2848
Французский ? TH 1 часть CaCO 3 на 100.000 частей воды 0,1998 0,1998
Американский ppm 1 часть CaCO 3 на 1.000.000 частей воды 0,0200 0,0200

2. Способы устранения жесткости воды

Для снижения жесткости воды применяют различные способы. Среди них самым распространенным является так называемый содово-известковый способ. Суть его заключается в том, что к воде добавляют рассчитанное количество раствора гидроксида кальция Са (ОН) 2 (известковая вода) и соды Na 2 CO 3. Расчет количества растворов Са (ОН) 2 и Na 2 CO 3 проводят по следующим формулам:

V Са (ОН) 2 = (ТВ руб * V H 2 O) / (1000 * C Са (ОН) 2)
и
V Na 2 CO 3 = (ТВ некарб * V H 2 O) / (1000 * C Na 2 CO 3)
где C Са (ОН) 2 и C Na 2 CO 3 - концентрацией Са (ОН) 2 и Na 2 CO 3 соответственно в моль / дм 3, V - объемы воды и растворов реагентов в см 3; ТВ руб и ТВ некарб - карбонатная и некарбонатную твердости помьякшуванои воды в моль / дм 3.
Гидроксид кальция снижает карбонатную (временную) твердость:

  • Ca (НСО3) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О
  • Mg (НСО 3) 2 + Са (ОН) 2 = MgCO 3 ↓ + CaCO 3 ↓ +2 Н 2 О

Сода снижает постоянную жесткость воды:

  • СаСl 2 + Na 2 СО 3 = СаСО 3 ↓ +2 NaCl
  • MgSO 4 + Na 2 СО 3 = MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4

Образующиеся осадки карбонатов кальция и магния отфильтровывают. Карбонатную жесткость можно устранить также путем нагрева воды до кипения. При этом кислые карбонаты разлагаются с образованием нормальных карбонатов кальция и магния, которые выделяются в осадок :

  • Са (НСО 3) 2 = СаСО 3 ↓ + Н 2 О + СО 2
  • Mg (НСО 3) 2 = MgCO 3 ↓ + Н 2 О + СО 2

Поэтому карбонатную жесткость называют также временной.

Также действенным и экономически выгодным является использование ионитов (ионообменных смол) которые за счет замещения металла солей жесткости на натрий, при полном насыщении смолы, ее регенерируют. [1].


Источники

  • Деркач Ф. А. "Химия" Л. 1968

Примечания

  1. Принцип действия ионообменных смол - aqua-life.com.ua/news/gl7.html