Химический состав воды

     Особенно  большой жёсткостью отличается вода морей и океанов. Так, например, кальциевая жёсткость воды в Чёрном море составляет 12 мг-экв/л, магниевая - 53,5 мг-экв/л, а  общая - 65,5 мг-экв/л. В океанах же средняя  кальциевая жёсткость равняется 22,5 мг-экв/л, магниевая - 108 мг-экв/л, а общая - 130,5 мг-экв/л.

        Методы устранения жёсткости воды

     Для избавления от временной жёсткости  необходимо просто вскипятить воду. При  кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются  с образованием осадка среднего или  основного карбоната:

     Ca(HCO₃)₂ = СаСО₃ v+ СО₂^+ Н₂О,

     Mg(HCO₃)₂ = Мg₂ (ОН) ₂ СО₃v +3СО₂^ + Н₂О,

     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.

     Умягчить  жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость  можно устранить добавлением  гашеной извести:

     Са²⁺ +2НСО^-₃ + Са²⁺ + 2ОН^- = 2СаСО₃v+ 2Н₂О

     Mg²⁺ +2НСО^-₃ + Са²⁺ + 4ОН^- = Mg(ОН) ₂v+2СаСО₃v+ 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:

     Са²⁺ + СО^2-₃ = СаСО₃v

     Mg²⁺ + СО^2-₃ = Mg СО₃

     и далее

     Mg СО₃ + Са²⁺ + 2ОН^- = Mg(ОН) ₂v+СаСО₃v

     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.

     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:

     СаСl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ v+ 2NaCl.

     Также известны методы обработки воды (магнитное  и электромагнитное воздействие, добавление полифосфатов или других "антинакипинов"), позволяющие на время "связать" соли жёсткости, не давая им в течение  какого-то времени выпасть в виде накипи. Однако эти методы не нейтрализуют соли жёсткости химически и поэтому  нашли ограниченное применение в  водоподготовке технической воды. Единственным же экономически оправданным методом  удаления из воды солей жёсткости  является применение ионообменных смол. Пропуская воду через слой специального реагента - ионообменной смолы (ионита), ионы кальция, магния или железа переходят  в состав смолы, а из смолы в  раствор переходят ионы Н⁺ или Na⁺, и вода умягчается, её жёсткость снижается.

     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.

     Их  состав условно можно выразить общей  формулой Na₂R. Если пропускать воду через катиониты, то ионы Nа⁺ будут обмениваться на ионы Са²⁺ и Mg²⁺.

     Схематически  эти процессы можно выразить уравнением:

     Ca²⁺ + 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+ Ca²⁺

     Регенерированный  катионит снова может быть использован  для умягчения новых порций жесткой  воды.

     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.

     В качестве средства для удаления накипи применяются также адипиновая кислота  и малеиновый ангидрид, которые добавляются  в воду. Эти вещества слабее сульфаминовой  кислоты, поэтому для снятия накипи необходимо так же кипячение.

     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.

     Автоматический  умягчитель представляет собой пластиковый  корпус (4) с управляющим блоком (1) и баком для приготовления  и хранения регенерирующего раствора (2). Жёсткая вода, поступая в фильтр, проходит через слой засыпки из высококачественной ионообменной смолы (3). При этом происходит изменение химического состава  растворённых солей за счёт замены ионов кальция и магния на ионы натрия, которыми насыщена смола. В  момент, когда поглощающая способность  смолы снижается до определенного  уровня, блок управления автоматически  начинает цикл регенерации.

     Периодичность регенерации определяется количеством  воды, которое может пройти через  умягчитель до его полного истощения, и рассчитывается с учётом множества  факторов, таких как параметры  смолы, качество воды, величины её расхода  и т.д. Сигнал на начало регенерации  в управляющий блок подается специальным  расходомером. Непосредственно восстановление свойств ионообменной смолы осуществляется при подаче в фильтр водного раствора высокоочищенной поваренной соли (NaCl) за счёт обратного замещения накопленных  в смоле ионов кальция и  магния на ионы натрия. Затем все  загрязнения вымываются из фильтра  в дренаж.

     В зависимости от размеров умягчителя цикл регенерации/промывки может продолжаться до 2-3 часов. Во время регенерации  разбор воды производить не рекомендуется, так как на выход будет поступать  несмягченная вода. Именно по этой причине  большинство одиночных систем (состоящих  из одного фильтра с одним блоком управления) запрограммированы таким  образом, чтобы регенерация производилась  только в ночное время.

     Современные синтетические смолы чрезвычайно  надежны и долговечны, позволяют  работать на высоких скоростях потоков, благодаря чему находят применение в системах с высокой производительностью. Срок службы смолы может достигать 6 - 8 лет в зависимости от качества исходной воды (и, как следствие, от количества фильтроциклов).

     В настоящее время, благодаря большому разнообразию смол, фильтры-умягчители помимо своего основного назначения могут быть использованы также для  удаления из воды железа и марганца, тяжелых металлов, органических соединений, а также селективного удаления нитратов, нитритов, сульфидов и т.п.  
 
 
 
 
 
 

                                      БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК 

     1. Белянин В. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция // Наука и жизнь. - 2004г. - № 10. - с. 2-9.

     2. Бердоносов С.С., Менделеева Е.А. Химия. Новейший справочник. - М.: «Махаон», 2006г.-234 с.

     3. Кочергин Б.Н. Химический словарь школьника. - Минск: «Народная асвета», 1990г. -256 с.

     4. Потапов В.М., Хомченко Г.П. Химия. - М.: «Высшая школа», 1982г. -319 с.

     5. Ходаков Ю.В., Эпинтейн Д.А. Неорганическая химия, - М.: «Просвещение», 1982г.- 298 с.

     6 . http://www.water.ru 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Жёсткость воды - это наиболее распространённая проблема качества воды. В настоящее  время для борьбы с жёсткой  водой существуют и более современные  способы, чем кипячение воды или  вымораживание, например, установка  фильтров-умягчителей. Они смягчают воду и в результате, она обладает лучшими вкусовыми качествами и  более благоприятно воздействует на кожу человека.

     Как мы уже говорили, жёсткость воды определяется содержанием в воде растворенных солей кальция и  магния, которые при нагревании выпадают в осадок, образуя налёт, всем хорошо известный как накипь. Сравнительно безобидная на стенках чайника накипь может стать причиной преждевременного выхода из строя сантехники, посудомоечных  и стиральных машин (недаром дорогие  модели бытовой техники снабжены встроенными умягчителями).Накипь может  стать причиной преждевременного выхода из строя сантехники, посудомоечных  и стиральных машин.

     На  бытовом же уровне жёсткость проявляет  себя значительным (на 30-50%) перерасходом моющих средств при стирке белья  и умывании, а также ухудшением потребительских свойств воды. При  кипячении достаточно жёсткой воды на её поверхности образуется плёнка, а сама вода приобретает характерный  привкус. При заваривании чая  или кофе в такой воде может  выпадать бурый осадок, теряется вкусовые качества чая. В жёсткой воде с  трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи  невкусны. К тому же диетологами  установлено, что в жёсткой воде хуже разваривается мясо. Связано  это с тем, что соли жёсткости  вступают в реакцию с животными  белками, образуя нерастворимые  соединения. Это приводит к снижению усвояемости белков.

     С точки зрения применения воды для  питьевых нужд, её приемлемость по степени  жёсткости может существенно  варьироваться в зависимости  от местных условий. Порог вкуса  для иона кальция в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях  для потребителей приемлема вода с жёсткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая  жёсткость ухудшает органолептические  свойства воды, придавая ей горьковатый  вкус.

     Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой  величины жёсткости по показаниям влияния  на здоровье. В материалах ВОЗ говорится  о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жёсткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для  вывода о причинном характере  этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает  отрицательный эффект на баланс минеральных  веществ в организме человека.

     Вместе  с тем, в зависимости от рН и  щелочности, вода с жёсткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной  системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при  нагревании. Именно поэтому нормами  Котлонадзора вводятся очень строгие  требования к величине жёсткости  воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

     К сожалению, далеко не всем известно также  о неблагоприятном влиянии жёсткости  на здоровье человека при умывании.

     Связано это с тем, что при взаимодействии солей жёсткости с моющими  веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) может происходить образование  нерастворимых "мыльных шлаков" в виде пены. Такая пена после  высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жёстких" волос хорошо известное многим). При этом разрушается естественная жировая плёнка, которой всегда покрыты  здоровые волосы и нормальная кожа, забиваются поры, появляются сухость, шелушение, перхоть. Первым тревожным  признаком такого негативного воздействия  является характерный "скрип" чисто  вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых людей  раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой, является признаком того, что защитная жировая плёнка на коже цела и невредима. Именно она-то и скользит. В противном  случае, приходится пользоваться лосьонами, умягчающими и увлажняющими кремами, необходимые для восстановление защиты. Недаром косметологи рекомендуют  использовать для умывания очень  мягкую дождевую или талую воду.