Жесткость воды - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Вопрос 28. Кальций, магний и их соединения. Жесткость воды. 1 68.87kb.
«Жесткость воды и способы ее устранения» 1 56.01kb.
Урок тема: Жесткость воды 1 55.69kb.
Путешествие по вселенной воды 1 19.73kb.
Анализ чувствительности гравитационной антенны, использующей устойчивую... 1 8.84kb.
Образовательная задача: закрепить знания о свойствах воды. Развивающая... 1 49.45kb.
Решения олимпиада по физике 2007 9 класс Задача 1 1 122.8kb.
Гидросфера. Мировой океан. Гидросфера 1 79.77kb.
Загадка происхождения воды или первые два дня творения 1 371.03kb.
Низкоамперный электролиз воды 1 95.24kb.
2011 – 2012 уч год Круговорот воды: вода в атмосфере 1 126.18kb.
Исследовательская работа по экологии: «Влияние жесткости воды на... 1 150.46kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Жесткость воды - страница №1/1

Жесткость воды

Жесткость воды - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно катионов Са2+ (кальциевая жесткость воды) и Mg2+ (магниевая жесткость воды). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.



Катионы

Анионы

Кальций (Ca2+)

Гидрокарбонат (HCO3-)

Магний (Mg2+)

Сульфат (SO42-)

Стронций (Sr2+)

Хлорид (Cl-)

Железо (Fe2+)

Нитрат (NO3-)

Марганец (Mn2+)

Силикат (SiO32-)

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

Виды жесткости.

Различают следующие виды жесткости.



Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).


Единицы измерения.

В России жесткость воды выражают в ммоль экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов Са2+ и Mg2+, к-рая эквивалентна содержащимся в воде анионам НСО3, некарбонатная - анионам SO42, NO3 и др. (1 ммоль экв/л соответствует 20,04 мг/л катионов Са2+ или 12,16 мг/л катионов Mg2+). Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом.

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:



Единицы жесткости воды

Моль/м3 (мг-экв/л)

Немецкий градус, do

Французский градус, fo

Американский градус

ppm (мг/дм3)СаСО3

1.000

2.804

5.005

50.050

50.050

Примечание:

  • Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде.

  • Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде.

  • Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Жесткость воды обычно определяют титрованием. При титровании с использованием комплексонометрических индикаторов находят: в присутствии эриохрома черного Т (хромогеновый черный ЕТ) -общую жесткость водыоб), в присутствии мурексида (пурпурат аммония) - кальциевую жесткость водыСа ). Магниевую жесткость воды определяют из выражения: ЖMg = Жоб - ЖCa. Если содержание катионов Са2+ и Mg2+ в воде было найдено др. методами, общую жесткость воды можно вычислить по формуле:


Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников - из справочника "Гидрохимические показатели состояния окружающей среды" и учебника для вузов "Водоподготовка" /9/. A две - из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986. Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более "жесткий" подход к проблеме жесткости "у них".



Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Вред жесткости

Присутствие в воде значительного количества солей кальция и магния делает воду непригодной для многих технических целей. Так, при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи (такая же накипь образуется и на стенках кастрюль и чайников, в которых кипятится вода), Накипь, даже при толщине слой в 1 мм значительно снижает передачу теплоты стенками котла, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того, она служит причиной образования вздутий и трещин как в кипятильных трубах, так и на стенках самого котла. Жесткая вода не дает пены с мылом, затрудняет стирку, так как содержащиеся в мыле растворимые натриевые соли жирных кислот - пальмитиновой и стеариновой - переходят в нерастворимые кальциевые соли тех же кислот. Не случайно наши бабушки и прабабушки перед тем, как помыть себе и детям голову, умягчали жесткую воду, пропуская ее через сито, заполненное золой, вода становилась мягкой (получался, по их словам, "щелок"), и не требовалось много мыла для мытья. Кроме того, жесткая вода затрудняет варку пищевых продуктов.

Жесткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических операций, например при крашении водорастворимыми красками.



Умягчение воды

Умягчение воды, то есть снижение содержания в ней солей жесткости до требуемых нормативных значений, осуществляется одним из следующих способов: термическим, реагентным, катионитовым и комбинацией перечисленных способов (термохимическим и реагентно-катионитовым), причем термические и термохимические способы умягчения воды применяются в основном в теплоэнергетике.

В настоящее время наиболее широкое применение для систем водоснабжения получил катионитовый способ умягчения воды, то есть снижения постоянной жесткости воды. Он основан на процессе ионного обмена. Ионный обмен базируется на способности некоторых веществ, называемых ионитами (ионитовые смолы) обменивать входящие в их состав ионы (например, H+ и Na+ на ионы солей жесткости, содержащиеся в воде, которые следует из нее удалить. При умягчении воды применяются не только Н-катионитовые, но и Na-катионитовые фильтры, базирующиеся на использовании естественных (глауконитовых песков) и искусственных катионитов (сульфоуголь, вофатит, эспатит и др.)

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать, утрачивает способность умягчать воду, то есть после исчерпания обменной способности Na-катионитовый фильтр регенерируют концентрированным раствором хлорида натрия NaCl (поваренной соли) или сернокислого натрия Na2SO4, Н-катионитовый фильтр - серной кислотой H2SO4 или соляной кислотой HCL. При этом ионы Са2+ и Mg2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na+ или H+.

Умягчение воды при ее фильтровании через Na-катионит повышает щелочность воды (увеличивает рН), при Н-катионировании растет кислотность (рН уменьшается). Последовательное фильтрование воды через Н-катиониты и Na-катиониты делает возможным получение воды с требуемым значением рН без проведения реагентного подщелачивания и подкисления воды.

Удаление временной жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca2+ и Mg2+:

1) кипячением:Сa(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2 + H2O; Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + CO2 + H2O; при кипячении соли разрушаются с образованием труднорастворимых карбонатов и ионы Ca2+ и Mg2+ удаляются из раствора.

2) добавлением гидроксида кальция (известкового молока):

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O;

3) добавлением соды: Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓+ 2NaHCO3.

Удаление постоянной жесткости воды кипячением невозможно, поскольку хлориды и сульфаты магния и кальция не разрушаются, её можно удалить при добавлении соды или фосфата натрия:

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4; MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaCl;

3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3 Na2SO4.

Для удаления общей жесткости воды используют ионообменную смолу:

1) катионный обмен: 2RH + Ca2+ → R2Ca + 2H+;

2) анионный обмен:2ROH + SO42- → R2SO4 + 2OH-



(где R – сложный органический радикал).




Беладонна: в Италии — красивая женщина, в Англии — смертельный яд. Поразительный пример глубинного сходства двух языков. Амброз Бирс
ещё >>