Please download latest version of Flash player
Please download latest version of Flash player
Please download latest version of Flash player

 




  АКВАТОРИС  

  Правда и мифы о воде  

  Способы очистки воды  

  Умягчение воды  

Умягчение воды

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения (по нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0—2,0 мг-экв/л). 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 энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы.

Процессы извлечения из воды солей Сa2+ и Mg2+ в водоподготовке называют умягчением. Относительно селективное удаление солей жесткости или умягчение воды может производится тремя методами:

реагентным умягчением;
ионным обменом;

Реагентное умягчение воды

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 визуального, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности и т.п.

Ионный обмен

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

Ионообменная смола — это нерастворимое высокомолекулярное соединение. Оно замечательно тем, что содержит в себе ионы натрия. Жесткая вода, проходя через ионообменную смолу, отдает ей свои двухвалентные ионы — кальция и магния. То есть даже лучше сказать так: смола с удовольствием их поглощает, отдавая воде взамен свои одновалентные ионы натрия. Таким образом, концентрация солей в воде не уменьшается, но изменяется их состав. Вместо солей жесткости (карбонатов кальция и магния) в воде теперь будут присутствовать карбонаты натрия, которые нигде не откладываются и поэтому практически совершенно безобидны. Таким образом происходит умягчение воды.

Понятно, что ионообменные смолы задерживают не только ионы кальция и магния, но и других металлов, в том числе тяжелых, если их концентрации не слишком велики. Поэтому помимо угля в картриджи многих бытовых фильтров засыпают ионообменные смолы. Но главное их применение — в умягчителях воды, которые используются в быту и в промышленности. Например, для умягчения воды в коттедже требуется целое ведро ионообменной смолы. Она представляет собой достаточно мелкие шарики полимера, внешне похожие на икру минтая или лосося. Кстати, многие ионообменные смолы обладают также способностью физической сорбции целого ряда веществ, которые могут осаждаться в объеме смолы. Это попутное фильтрующее свойство иногда бывает весьма полезным. Но встречаются и так называемые хелатирующие ионообменные волокна. Они хороши тем, что обладают высокой ионообменной емкостью и удаляют ионы тяжелых металлов даже при высоких концентрациях солей жесткости, успешно работая «на два фронта».

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

Умягчение воды производится путем ее контактирования с сильнокислотным катионитом в Na-форме, в результате чего из воды извлекаются катионы Ca2+ и Mg2+ и замещаются ионом Na+. Солесодержание воды при этом практически не меняется, поскольку катионы кальция, имеющие вес 1 мг-экв/л, равный 20, замещаются катионом натрия с весом 1 мг-экв/л, равным 23. Поскольку анионный состав не меняется, раствор остается практически нейтральным. Щелочность воды и рН может увеличиться на 0,1—0,2 единицы, в зависимости от содержания солей жесткости в исходной воде.

Принципиальная схема установки умягчения воды практически аналогична механической. Принципиальное отличие установок умягчения состоит в наличии системы приготовления соли и его подачи в фильтр.

Рядом с корпусом фильтра устанавливается бак-солерастворитель. Солерастворитель представляет собой емкость, обычно с ложным дном, в которую загружается запас гранулированной (таблетированной) соли. Во время рабочего цикла в бак подается необходимое количество умягченной воды. Это количество регулируется временем заполнения и клапаном уровня. За время очистки воды происходит растворение соли с образованием насыщенного раствора концентрацией 20—26%. Блок управления снабжен эжектором для подсоса солевого раствора при регенерации, обеспечивающим достаточно стабильное соотношение вода : раствор соли = 2:1 при разном давлении питающей воды. При включении регенерации засасывается насыщенный раствор и разбавляется до 8—10%.

Блок управления в таких системах умягчения воды, в отличие от аналогичных для механических фильтров, содержит дополнительные клапаны для заполнения солерастворителя и эжектор для засоса солевого раствора. Регенерация может производиться по истечении заданного промежутка времени или после пропуска определенного количества очищенной воды. Второй вариант предпочтителен. Для его реализации в блоке управления устанавливается счетчик количества пропущенной воды. При наладке установки определяют объем воды, который может умягчить фильтр. Его вводят в блок управления, и регенерация каждый раз проводится, когда фильтр обработает заданное количество воды. Это позволяет обеспечивать постоянное высокое качество умягчения при минимальном расходе соли.

Для крупных установок умягчения воды солерастворитель или узел мокрого хранения соли устанавливается единый на все фильтры. Использование в установках умягчения воды таких узлов позволяет использовать обычную соль, что дает существенную экономию.

Крупногабаритные фильтры оснащают либо индивидуальной запорной арматурой на всех линиях реагентов, либо многоходовыми клапанами с электро-, гидро- или пневмоприводом.

После одной ступени умягчения не удается снизить жесткость ниже 0,05 мг-экв/л, а т.к. для многих процессов в теплоэнергетике требуется меньшая жесткость, то в этих случаях очистку ведут последовательно в двух фильтрах, называемых первой и второй ступенью умягчения.

Для умягчения воды со снижением щелочности используется Na-Cl-ионирование. Оно основано на применении для очистки воды катионита в Na-форме и анионита в Cl-форме.

Другими путями являются умягчение воды методами H-Na-катионирования (параллельным или последовательным), Н-катионирования с нейтрализацией, Н-катионирования с голодной регенерацией на сильно- или слабокислотном катионите.

Эти способы позволяют помимо умягчения воды добиться снижения щелочности и уменьшения солесодержания.

Промывка фильтров Н-катионирования осуществляется раствором кислоты, поэтому их корпуса должны быть выполнены либо из полимеров, либо иметь кислотостойкое покрытие. Все клапана системы или блока управления также должны быть кислотостойкими. Использование кислостойких покрытий позволяет увеличить срок службы установок умягчения воды.

В современных автоматизированных конструкциях используются пластиковые корпуса, аналогичные корпусам установок умягчения и механической фильтрации. В отличие от установок умягчения, в расходную емкость заливается готовый раствор кислоты необходимой концентрации. Как правило, применяется соляная кислота. В установках умягчения со стандартными блоками управления используется кислота с концентрацией 10—15%. В специально создаваемых промышленных установках для умягчения воды, имеющих собственное реагентное хозяйство и систему приготовления и подачи кислоты, применяется товарный продукт.

Умягчение воды с помощью мембраной технологии

При использовании мембран с определенным размером пор обеспечивается их селективность к многозарядным и крупным ионам. При пропускании воды удаляются все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы, катионы тяжелых металлов и пр. Также происходит достаточно глубокая очистка от солей жесткости — в 10—50 раз, т.е происходит умягчение воды до необходимых величин.

Для умягчения используются установки с тангенциальной фильтрацией и с рулонными элементами. Параметры таких установок близки к установкам низконапорного осмоса.

Степень умягчения определяется характеристиками применяемых мембран и поскольку селективность нанофильтрационных мембран различна, зависит от состава воды. В любом случае, степень извлечения солей жесткости ниже, чем при обратном осмосе и тем более чем при ионообменном умягчении.