постоянную жесткость можно устранить добавлением
Основные способы умягчения жесткой воды
Какую воду используем для приготовления бражки/затора
Вода- это наше всё. Тема неоднократно обсуждалась, но как-то оторванно от практического применения.
ДЛя начала рассмотрю технологию умягчения именно для приготовления зерновых заторов.
Прошу активно привносить свои знания. Копипаст не приветствуется.
Итак, жесткостью принято называть совокупность свойств воды, обусловленных содержанием в воде катионов кальция (Са) и магния (Mg).На самом деле, все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды, просто влияние катионов стронция (Sr), железа (Fe) или марганца (Mn) ничтожно по сравнению с влиянием катионов кальция и магния, а растворимость солей трехвалентного железа и алюминия (Al) мала при уровне кислотности природной воды.
Некарбонатная жесткость (постоянная) – обусловлена наличием солей кальция, магния и таких кислот как соляная, серная, азотная. При повышении температуры этот вид жесткости не устраняется, так как эти соли не выпадают в осадок.
О действительной жесткости воды можно узнать в лаборатории городских водопроводных сооружений или сделать такой анализ самому.
Для этой цели пригоден «Набор для определения жесткости воды в пресноводных аквариумах», продаваемый в отделах аквариумистики.
Снижение жесткости воды называется умягчением. Способов умягчения воды довольно много и они всегда ставят целью снижение в воде концентрации катионов кальция и магния.
Временную (карбонатную) жёсткость устраняют либо кипячением воды, либо реагентным способом: добавлением в нее гашёной извести. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением соды (иногда используют ортофосфат натрия). Во всех случаях кальций и магний выделяются из воды в виде нерастворимого осадка, вода становится мягкой. При использовании реагентов не надо забывать, что в умягченной воде увеличивается содержание ионов натрия
Постоянную жесткость можно устранить добавлением
§ 68. Жесткость воды и способы ее устранения
Вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями.
При кипячении жесткой воды бикарбонаты разлагаются, образуя нерастворимые карбонаты, например:
Карбонаты осаждаются, и жесткость воды уменьшается. Жесткость, вызываемая содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния, называется карбонатной или временной. Жесткость, обусловленная присутствием прочих солей кальция и магния и сохраняющаяся после кипячения воды, называется некарбонатной или постоянной.
Широко известно, что в жесткой воде мыло плохо мылится. Изучим это явление на опыте, взяв в качестве искусственной жесткой воды, например, раствор гипса. Нальем в бюретку разбавленный раствор мыла и будем приливать его понемногу, порция за порцией, к жесткой воде, сильно встряхивая после каждого приливания стакан с жесткой водой. Первые порции мыла будут затрачиваться на образование хлопьевидного осадка, и пены при встряхивании получаться не будет. Только после того, как прекратится образование осадка, появится пена.
Для хозяйственно-бытовых нужд требуется вода С незначительной жесткостью. При кипячении жесткой воды образуется накипь. В жесткой воде плохо развариваются мясо, овощи, крупа. При стирке тканей жесткой водой образующиеся нерастворимые соединения осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна.
При питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла (рис. 57).
Рис. 57. Разрез трубы водяного отопления. Просвет почти забит накипью
Для понижения жесткости воды применяют различные методы. Перед направлением в паровой котел воду предварительно нагревают, чем устраняют временную жесткость. Для питания котлов высокого давления в настоящее время часто применяют перегнанную (дистиллированную) воду. Для понижения жесткости воды используют химические методы, приводящие к переводу ионов кальция и магния в состав нерастворимых солей, обычно в карбонаты.
Карбонатную жесткость устраняют добавлением известкового молока:
Некарбонатная жесткость устраняется добавкой соды:
Реагентное умягчение-обезжелезивание воды
Устранение жесткости воды
Существует несколько методов устранения жесткости воды, на практике наиболее часто применяется реагентное умягчение. В результате химической реакции между добавленными реагентами и присутствующими в воде ионами жесткости (Ca²⁺ и Mg²⁺) образуются нерастворимые соединения (осадки), которые легко удалить из раствора механическим способом. Для уменьшения общей жесткости воды применяют:
Процессы водоподготовки и умягчения воды реагентными методами и декарбонизацией известью ведутся в установках-осветлителях. В осветлителях создаются условия взвешенного осадка, а образование твердого осадка происходит по всему свободному объему раствора. Например, рост кристаллов CaCO₃ происходит из исходных частиц размером 0,01 мм.
Для того чтобы взвешенные в растворе карбонат кальция и карбонат магния быстрее выпали в осадок, дополнительно используют коагулянты — чаще всего это сульфат железа FeSO₄. Иногда применяют флокулянты (хлопьеобразователи).
Воду с высокой карбонатной жесткостью оптимально нейтрализовать известью совместно с сульфатом железа, в том случае, если не требуется дополнительно удалять ионы некарбонатной жесткости. Существенно снизить некарбонатную жесткость сможет добавление в воду щелочи NaOH с образованием соды (NaHCO₃).
Применение щелочи должно быть рассчитано исходя из соотношения
Едкий натр (NaOH) нельзя применять в осветлителях совместно с коагулянтами, так как он ухудшает показатели осаждения взвешенных частиц.
Дозы для реагентного умягчение воды известью и гидроксидом натрия вычисляют из соотношения
Описанные методы реагентного умягчения воды находят применение для обработки природных вод из поверхностных водоемов. Положительные стороны метода декарбонизации состоят в том, что из воды дополнительно удаляются взвешенные вещества, органические примеси, железистые и кремниевые соединения.
Как правило, железо в природных водах представлено в виде комплексов, коллоидных систем и тонкодисперсных взвешенных частиц. В результате реакций декарбонизации образуются осадки солей железа и магния, а также карбонат кальция. Влажный осадок направляется на дальнейшую обработку — обезвоживание, складирование и утилизацию.
Один из методов удаления солей кальция из природных подземных вод заключается в реагентной обработке известью и едким натром в вихревом реакторе. В условиях гетерогенной системы кристаллизация осадка карбоната кальция происходит на поверхности загрузки, где быстрее образуются зародыши кристаллов. С точки зрения физики процесса образование кристаллов на поверхности энергетически более выгодно, чем кристаллизация по всему объему раствора.
В тех случаях, когда раствор насыщен карбонатом кальция, для оценки его водородного показателя применяют величину рНs. Этот показатель меняется в зависимости от:
Конструкционные особенности вихревых реакторов — небольшая занимая площадь при значительной высоте сооружения. Вихревые реакторы могут эксплуатироваться под давлением, поэтому умягчать воду можно без промежуточных резервуаров и дополнительных насосов. Система может работать даже при низкой температуре обрабатываемой воды. Осадок, получаемый в процессе реагентного устранения жесткости воды, представляет собой круглые гранулы размером 1–2 мм и влажностью 20–25%.
chemistry11b
Just another WordPress.com site
Методы устранения жёсткости воды
1) Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:
и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.
С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3 неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.
2) Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:
Са 2+ +2НСО – 3 + Са 2+ + 2ОН – = 2СаСО3↓+ 2Н2О
При одновременном добавление извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жёсткости (известково-содовый способ). Карбонатная жёсткость при этом устраняется известью (см. выше), а некарбонатная – содой:
3) Вообще, с постоянной жёсткостью бороться труднее. Кипячение воды в данном случае не приводит к снижению её жёсткости.
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.
4) 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.
Также, чтобы избавиться от постоянной жёсткости, можно, например, к воде добавить соду:
6) 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, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия. Катиониты – синтетические ионообменные смолы и алюмосиликаты.
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.
Катиониты обычно регенерируют – выдерживают в растворе NaCl, при участии которого происходит обратный процесс:
CaR + 2Na + = Na2R+ Ca 2+
Регенерированный катионит снова может быть использован для умягчения новых порций жесткой воды.
7) С последствием жёсткости воды – накипью, с точки зрения химии, можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный “скелет”, то и эти соединения не удержатся на поверхности.
8) Эффективным способом борьбы с высокой жёсткостью считается применение автоматических фильтров-умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде “жёсткие” соли заменяются на “мягкие”, которые не образуют твердых отложений.
Как снизить жесткость воды?
Смягчить воду — значит удалить из нее соли жесткости (ионы кальция и магния) или значительно снизить их концентрацию. Делается это затем, чтобы защитить технику от поломки, избавиться от накипи в чайнике или других вредных последствий жесткости.
Способ борьбы с жесткостью выбирается, исходя из целей. Каких неприятностей мы хотим избежать и для чего мы будем использовать мягкую воду:
Смягчить воду — значит удалить из нее соли жесткости (ионы кальция и магния) или значительно снизить их концентрацию. Делается это затем, чтобы защитить технику от поломки, избавиться от накипи в чайнике или других вредных последствий жесткости.
Способ борьбы с жесткостью выбирается, исходя из целей. Каких неприятностей мы хотим избежать и для чего мы будем использовать мягкую воду:
Бытовые способы смягчения воды
Все так называемые «простые бытовые способы смягчения» не убирают из воды соли жесткости, а лишь незначительно снижают их концентрацию. Отстаивание воды и кидание в нее кусочков кремния — формально работают, но так медленно и так неэффективно, что можно умереть от жажды, пока экспериментируешь.
Доступные бытовые способы смягчить воду, которые имеют право на жизнь:
Все так называемые «простые бытовые способы смягчения» не убирают из воды соли жесткости, а лишь незначительно снижают их концентрацию. Отстаивание воды и кидание в нее кусочков кремния — формально работают, но так медленно и так неэффективно, что можно умереть от жажды, пока экспериментируешь.
Доступные бытовые способы смягчить воду, которые имеют право на жизнь:
Умягчение воды с помощью фильтров и специальных систем
Не подходят для борьбы с жесткостью. Впрочем, существуют проточные фильтры с пометкой «Умягчающий» или маркером «H» в названии модели. В таком фильтре установлен дополнительный картридж с ионообменной смолой внутри, которая заменяет ионы солей кальция и магния на ионы натрия, которые не формируют известковый налет.
Проточные умягчающие фильтры подходят только для воды низкой и средней жесткости (до 4-х мг-экв/литр). При этом умягчающий картридж требуется регулярно регенерировать раствором поваренной соли и периодически менять. В очень жесткой воде восстанавливать модуль придется чуть ли не каждую неделю, и после умягчения вода может горчить. Это происходит из-за того, что фильтр отдает много натрия в воду с высокой концентрацией солей жесткости.