Способы умягчения воды
Жесткость воды устраняют физическими и химическими методами. Временная жесткость устраняется кипячением воды.
П
ри
кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются
с образованием карбонатов, оксикарбонатов
и гидроксидов:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑ ,
Mg(HCO3)2 = MgCO3 ↓+ H2O + CO2 ↑ ,
2Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2CO3 ↓ + H2O + 3CO2 ,↑
Fe(HCO3)2 = Fe(OH)2 ↓ + 2CO2 ↑ ,
Са(НСО3)2 = СаСО3 + СО2↑ + Н2О.
Химическое умягчение воды основано на введении в воду реагентов, обогащающих ее анионами СО3 и ОН-, в результате чего образуются малорастворимые СаСОз и Mg(OH)2. Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью или кальцинированной содой:
CaSО4 + Na2CО3 = CaCО3↓ + Na2SО4;
Ca(HCО3)2 + Са(ОН)2 = 2 СаСО3 + 2 Н2О.
Временная жесткость может быть устранена введением негашеной извести:
Са(НСО)2 + СаО = 2СаСО + Н2О.
Для удаления ионов Са2+ и Mg2+ можно применять также фосфат натрия Na3PО4, буру Na4B2О7, поташ К2СО3 и др.
Широкое распространение в технике получил метод устранения жесткости воды путем ионного обмена. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений ‑ ионитов ‑ обменивать входящие в их состав ионы на другие ионы, находящиеся в растворе.
По характеру обмениваемых ионов среди ионитов различают катиониты и аниониты. Катионитами являются алюмосиликаты типа цеолитов, например, Na2[Al2Si2О8]nH2О, искусственно приготовленные гидратированные алюмосиликаты ‑ пермутиты, ряд силикатов и другие. Происходящий между алюмосиликатом и жесткой водой обмен ионами можно схематически представить так:
Na2R + Ca(HCО3)2 ↔ CaR + 2NaHCО3;
Na2R + CaSO4 ↔ CaR + Na2SО4,
где R ‑ сложный алюмосиликатный анион.
Для умягчения воды применяют также различные искусственные органические высокомолекулярные вещества, называемые ионообменными смолами. Катионобменные смолы содержат активные группы -SО3H, - СООН,
-ОН , в которых атом водорода способен замещаться на катионы по схеме:
2RH + Ca2+ = R2Ca + 2H+.
В анионообменных смолах активными являются основные группы - NH2, =NH, =N. Обменными анионами служат ОН--группы, которые образуются на поверхности смолы в процессе ее гидратации.
Схема анионного обмена: 2ROH + SO2-4 = R2SО4 + 2ОН-,
где R ‑ сложный органический радикал.
В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Са2+ и Mg2+, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит и анионит.
В итоге вода освобождается и от катионов, и от анионов. Такая обработка воды называется обессоливанием.
Кроме того, жесткость можно устранить вымораживанием льда, перегонкой, но в последнем случае необходимо иметь специальную установку.
Определение карбонатной жесткости воды
Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния.
Метод ее определения основан на реакции:
Са(НСО3)2 + 2НСl → СаСl2 + 2 Н2О + 2СО2,
МgСО3 + 2НСl → МgСl2 + СО2 + Н2О.
В коническую колбу на 250 мл отмерьте мерной колбой 100 мл исследуемой воды, прибавьте 3-4 капли метилоранжа и оттитруйте 0,1 н раствором соляной кислоты до изменения окраски из желтой в оранжевую. Титрование повторите 2-3 раза и для расчета возьмите среднее значение объема пошедшей на титрование соляной кислоты.
Рассчитайте карбонатную жесткость воды (Жк) по формуле:
ЖК
=
(ммоль-экв/л),
(1)
где VНСl ‑ объем раствора НСl, пошедший на титрование, мл;
С НСl ‑ молярная концентрация эквивалента соляной кислоты, моль/л;
– объем
воды, взятый для титрования, мл.