Реагентные методы

Связаны с удалением ионов кальция и магния в результате образования малорастворимых соединений под действием химических реагентов. Кальций при этом удаляется в виде карбоната, а магний в виде гидроксида. Выделяются следующие разновидности реагентных методов:

1. Метод известкования – обработка воды гидроксидом кальция – Са(ОН)₂. В результате протекают следующие реакции:

Ca(HCO₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2CaCO₃¯ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + 2Са(ОН)₂ = Mg(OH)₂¯ + 2CaCO₃¯ + 2H₂O

При этом также происходит удаление растворенного СО₂:

СО₂ + Са(ОН)₂ = CaCO₃¯ + H₂O

Метод известкования применим только для воды с очень большой карбонатной жесткостью. При известковании в воду дополнительно вводятся ионы кальция, поэтому применение избытка Са(ОН)₂ недопустимо. Количество вводимой извести должно соответствовать предварительно определенному содержанию гидрокарбонатов кальция и магния. Методом известкования также не не удаляется постоянная (некарбонатная) жесткость.

2. Содово–известковый метод – обработка воды смесью Са(ОН)₂ и Na₂CO₃. Применяется для одновременного удаления карбонатной и некарбонатной жесткости. Карбонатная жесткость удаляется известью, как показано выше, а некарбонатная удаляется содой:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯ + Na₂SO₄

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯+ NaCl

Образующийся по аналогичным реакциям карбонат магния реагирует с известью:

MgCO₃+ Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ ¯+ CaCO₃¯

Количество остающейся жесткости составляет всего 0,3 ммоль-экв/л. Еще лучшие результаты дает сочетание содово-известкового и термического методов. Такой метод применяют для умягчения воды, используемой в котлах низкого давления (до 15 атм).

Методы ионного обмена.

Применяют для умягчения воды или ее полного обессоливания. Твердые материалы, способные к ионному обмену с окружающей средой, получили название ионитов. Сюда относятся различные вещества природного и синтетического происхождения. В настоящее время наибольшее значение приобрели различные ионообменные смолы, вырабатываемые на основе синтетических полимеров. Иониты представляют собой твердые электролиты, у которых один поливалентный ион является нерастворимым, а ионы противоположного знака способны к обмену на ионы, находящиеся в окружающем растворе. В зависимости от того, какие ионы в этих смолах обмениваются - катионы или анионы,- различают

катиониты – (Х = Н⁺ или Na⁺)

аниониты – (Y = OH^–)

поливалентный обменивающиеся

нерастворимый ион ионы

По виду обмениваемых ионов катиониты подразделяются на Na-катиониты (используются для умягчения воды) и Н-катиониты (используются при обессоливании). Основной характеристикой ионитов является величина обменной емкости - количество ммоль-экв/л ионов, поглощенных определенным объемом набухшего ионита.

Сущность работы Na-катионита состоит в том, что при пропускании воды через колонну, заполненную катионитом (зерна 0,2-3 мм), протекают реакции, в ходе которых удаляется и временная и постоянная жесткости:

+ Ca(HCO₃)₂ = + nNaHCO₃

+ Mg(HCO₃)₂= +nNaHCO₃

+ CaCl₂ = + nNaCl

Для регенерации катионита, т.е. восстановления его работоспособности, через ту же колонну пропускают 5-10% раствор NaCl, что приводит к образованию хорошо растворимых хлоридов кальция и магния и удалению их их катионита:

+ nNaCl = + CaCl₂

+ nNaCl = + MgCl₂

Н–катиониты работают по аналогичным реакциям с образованием соответствующих кислот (H₂CO₃, HCl, H₂SO₄). Для удаления образовавшейся кислоты необходимо пропустить раствор через анионит:

+ H₂SO₄ = + mH₂O

Пропуская воду последовательно через Н-катионит и анионит, можно полностью удалить из нее все содержащиеся электролиты.

Регенерацию анионита осуществляют пропусканием раствора едкого натра:

+ mNaOH = + Na₂SO₄

Кроме перечисленных методов в практике водоподготовки начинают использовать магнитные, ультразвуковые, электрохимические методы. Воду специального технологического назначения очищают от соединений железа, марганца, кремния, растворенного воздуха и др. Вода для питьевых нужд очищается от взвесей коагуляцией и обеззараживанию при помощи хлора, хлорной извести или озонированием.

Пример 6.1. К 200 л воды с Ж⁰_в = 2,8 ммоль-экв/л добавили 150 л воды с Ж⁰_п = 3 ммоль-экв/л. Определите Ж_к, Ж_п, Ж_о после смешения?

Решение.

1. n_эк(врем.) = Ж⁰_в•V₁/1000 = 2,8•200/1000 = 0,56 моль-экв.

2. n_эк(пост.) = Ж⁰_п•V₂/1000 = 3•150/1000 = 0,45 моль-экв

3. После смешения V(р–ра) = V₁ + V₂ = 150 + 200 = 350 л.

4. Ж_в = 1000 • n_эк(врем.)/V(р–ра) = 1000•0,56/350 =

= 1,6 ммоль-экв.

5. Ж_п = 1000 • n_эк(пост.)/V(р–ра) = 1000•0,45/350 =

= 1,3 ммоль-экв.

6. Ж_о = Ж_в + Ж_п = 1,6 + 1,3 = 2,9 ммоль-экв.

Пример 6.2. Ж_п = 6 ммоль-экв/л обусловлена содержанием CaCl₂. Сколько г К₂CO₃ требуется для полного умягчения 100 л воды?

Решение.

Расчет количества реагента (К₂CO₃), требующегося для удаления ионов жесткости осуществляют на основе закона эквивалентов:

= = n_ЭК (К₂CO₃). Отсюда

m (К₂CO₃) = 40,8 г.

.