Жесткость воды

 
 

Реферат на тему: 
 
 
 

     Студент: Тулубенский Е.В.

     Группа: МТ 10-42

     Преподаватель:  Погромская Н.Н. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание. 

1. Введение.
2. Понятие жёсткости воды.
3. Признаки жёсткой воды.
4. Методы устранения жёсткости воды.
5. Дополнительные материалы.
6. Заключение.
7. Список используемой литературы и ресурсов.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Введение.

     Проблема жесткости воды является актуальной в очень многих отраслях. С этим явлением мы встречаемся как в быту, так и в промышленности.

     У каждого из нас стоит дома фильтр для воды. Все мы не раз избавлялись от накипи в чайнике. А уж если у кого дома стоит акваириум, то он точно знает, насколько важны приборы для очистки воды и уменьшения её жесткости.

     Какие же проблемы вызывает жесткая вода?

     - обуславливает появление отложений на нагревательных элементах, что уменьшает теплопроводность воды, и ,как следствие, увеличивает энергопотребление оборудования, что в конечном итоге выводит его из строя.

     -уменьшает площадь рабочего сечения труб, что ведет к повышению гидравлического сопротивления.

      -образует белый налет на сантехнике.

     -увеличивает изнашиваемость всех клапанов, терморегуляторов, изоляционного слоя, фильтров и т.д. Из-за накипи датчики и измерительные приборы могут давать неверные показания. 

     -увеличивает сумму счетов за электроэнергию, так как слой накипи толщиной 1мм повышает расход электроэнергии на 10%!

       [www.bwt.ru]

     В своем реферате я собираюсь рассмотреть вышеперечисленные проблемы, связанные с жесткостью воды, и их решения.  
 
 
 

     2. Понятие жесткости воды.

                                   [Погромская Н.Н. Раздаточный материал (на 5 листах) 2-й семестр 2003-2004 у.г.]

      Жёсткость воды —  совокупность химических и физических свойств  воды, связанных с  содержанием в  ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным  образом, кальция  и магния.

     Виды  жесткости и единицы  измерения. 
 

                   -Карбонатная (временная)  

                   -Некарбонатная (постоянная) 

                  -Общая 

     Единицы измерения жесткости по ГОСТ6055-86: 1ммоль/л; 1моль/л<³ эквивалентов ионов Са²⁺ или Мg²⁺ (см. А.Горбунов, А.Гуров, ТООХ, М., 2001г., стр.404). 

     Карбонатная жесткость (временная, устранимая) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и железа.

     В природных процессах  исключительно важную роль играет равновесие: 

СаСO₃ *МgСОз _(Т) + СO_2(Г) + H₂О_(Ж)  →  Сa(HСO₃)_2(р) +Мg(HС0₃)_2(р) 

при контакте твердых  карбонатных пород (известняки, доломиты, магнезиты) с водой и окисью углерода атмосферы  происходит образование  гидрокарбонатов. 

     Равновесие  реакции: СаСО_3(Т) + СО_2(Г) + Н₂O_(Ж) → Са(HСО₃)_2(р)   (1) 

сильно  смещено влево. Наличие свободной углекислоты в воде:  

СО₂ + H₂O  →  H₂С0₃  →  H⁺ + HСO₃^-, 

  увеличение парциального  давления СО₂, понижение температуры смещает равновесие (1) вправо, что приводит к образованию гидрокарбонатов кальция, магния, железа в природной воде и обеспечивает карбонатную жесткость воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Устраняется временная жесткость:

     а) кипячением, т.е. равновесие (1) при повышении температуры смещается влево и соли в виде карбонатов выпадают в осадок (накипь);

     б) известкованием - добавлением  негашеной и гашеной  извести.

Са(НСО₃) ₂ +СаО  →  2СаСО₃ ↓ + Н₂О 

     Са(НСО₃)₂ + Са(ОH)₂   →  2СаСO₃ ↓ + 2Н₂О 

При обработке воды известью устраняется только временная жесткость.  

     Некарбонатная жесткость (постоянная) - обусловливается, прежде всего, наличием в воде сульфатов, а также хлоридов, нитратов кальция, магния, железа и удаляется химическими средствами:  

      а) добавлением рассчитанного  количества соды (Na₂СО₃)  

СаSО₄ + Na₂СО₃ = СаСО₃ ↓ + Nа₂SО₄ 

     б) добавлением фосфатов натрия 

                      ЗСа(HCO)₂ +2Na₃РО₄  → Са₃(РO₄)₂ ↓ + 6NaHСO₃ 

                             ЗСаСl₂ + 2Na₃РО₄ → Са₃(РО₄)₂ ↓ + 6NaС1 

     Использование фосфатов натрия предпочтительнее, т.к. фосфаты кальция, магния и железа менее растворимы, чем соответствующие им карбонаты и гидроксиды. 

ПР _Mg3(PO4)2 = 3,9*10 ^-26               ПР_Mg(OH)2 = 6.8*10 ^-12                ПР _MgCO3 = 7,9*10 ^-6 

ПР_{Са3(РO4)г} = 1,0*10 ^-25                     ПР_СаСОз = 4,4*10 ^-9 

ПР_Мg2(OH)2Cl ≈ 10 ^-11                                   ПР_FePO4 =1,1*10 ^-26 

ПР_Fе(ОН)2 = 7,9*10 ^-16                         ПР_FeCO3 = 2,9*10 ^-11

     Для одновременного устранения карбонатной и некарбонатной жесткости, т.е. общей жесткости в промышленности применяют:

      1) известково-содовый  метод термохимического умягчения, обработка воды смесью СаО и Na₂СО₃ при нагревании;

     2) ионообменный метод, основанный на способности ионообменных смол, цеолитов, алюмосиликатов, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде, при пропускании очищаемой воды через колонку ионита (катионита, анионита). Количественной характеристикой ионитов является обменная емкость, выражаемая в ммоль эквивалентов иона на один грамм или литр ионита

[ммоль/г]; [моль/л]. 

     Общая жесткость -  сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости, т.е. сумма концентраций ионов Са²⁺ , Мg²⁺, Fe²⁺.

 
 
 
 
 
 
 

      3. Признаки жёсткой  воды. 

     А каким же способом определить жесткая  ли вода в вашем  доме или нет?

Для этого не обязательно  иметь под рукой  химическую лабораторию. Достаточно знать  характерные признаки жёсткой воды в  быту: 

      - Волосы после мытья  становятся жёсткими, а кожа высыхает  и шелушится. 

      - Одежда после стирки  теряет форму,  ткань становится  более грубой. 

 - На водонагревательных  приборах образуется  накипь. 

     - На ванной, раковине, других поверхностях  остаётся плёнка  после того, как  туда попадает  вода. 

     - Средства для мытья  посуды расходуются  очень быстро (так  как жёсткость  воды снижает их  эффективность). 

     -  Жёсткая питьевая вода горьковата на вкус. (Так же она оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л). 
 
 
 
 
 
 

4. Методы устранения жёсткости воды.

                                                                          [http://www.arista.com.ua/inform/33/1354/]

     Очень важно уменьшить жесткость воды! Ведь она вызывает множество проблем.

     В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающих поверхностей, отложению солей на сантехнике и выводу ее из строя, снижению срока службы и поломке бытовых приборов.

  В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадения солей при хранении, образование подтеков на поверхностях и т.п. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1-0,2 мг-экв/л.

  В технической промышленности случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы.

Процессы устранения солей кальция и магния из воды называются умягчением.

  Удаление солей жесткости или умягчение воды может производится тремя методами:

        Реагентным умягчением;

  Многие соли жесткости имеют низкую растворимость. При введении в раствор некоторых реагентов увеличивается концентрация анионов, которые образуют малорастворимые соли с ионами жесткости Сa2+ и Mg2+. Такой процесс называют реагентным умягчением.

  Процессы осаждения осуществляются в отстойниках и осветлителях.

  Реагентные методы умягчения в подготовке питьевой воды не используются. После них вода имеет сильнощелочную реакцию.Реагентные методы умягчения воды широко применяются в энергетике и промышленности как первая ступень очистки до механических фильтров. При совместной работе они позволяют умягчить воду, удалить взвешенные вещества, включая коллоиды, и частично очистить ее от органических веществ.

  Поскольку осаждение образовавшихся в процессе умягчения воды хлопьев происходит очень медленно, производительность оборудования низка и оно имеет большие габариты. В результате образуются отходы в виде трудно утилизируемых шламов. Процесс данного метода умягчения воды требует тщательного контроля, причем в основном ручного, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности и т.п.

  Новые технологические решения (тонкослойное отстаивание, контактная коагуляция, ввод флокулянтов) позволяют достигнуть тех же показателей умягчения воды при меньшем расходе реагента, габаритах установок и их полной автоматизации.

        Ионно-обменный;

  Наиболее просто снижение жесткости до практически любых значений обеспечивается ионным обменом. Производительность данного метода умягчения практически не ограничена.

  Умягчение воды может производиться методами Na-катионирования, H-Na-катионирования (параллельное или последовательное) или Н-катионирование с голодной регенерацией на сильно- или слабокислотном катионите.