Как убрать жесткость воды

Умягчение воды при водоподготовке

Г. Овчинников

Высокая жесткость воды в системах отопления и ГВС негативно влияет на процессы теплообмена, увеличивая энергозатраты. Кроме того, жесткая питьевая вода вредна для здоровья человека. Для воды различного назначения используются различные методы умягчения

Умягчение воды – это процесс удаления из воды солей жесткости. Но что такое жесткость воды и почему её необходимо удалять?

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+ ) и, в меньшей степени, магния (Mg 2+ ). 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.

В осадок могут выпадать и соли железа, марганца, стронция, но на практике все эти элементы оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают.

Алюминий (Al 3+ ) и трехвалентное железо (Fe 3+ ) 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 (Ва 2+ ).

Жёсткость, откуда она берётся, её значение

Она обуславливается наличием солей кальция, магния, железа и др. Большое количество подобных химических веществ в её составе изменяют её вкус, становится более горькой. Она пагубно воздействует на систему пищеварения. При нагревании и кипячении на бытовых приборах образуется осадок в виде накипи. Устранить который можно с помощью фильтра для стиральной машины или бойлера.

В природе, подземные источники, проходя через горные породы насыщаются кальцием и магнием. Водопроводная вода – напитывается ионами металлов из труб. Снизить жесткость воды в домашних условиях поможет фильтр для квартиры Гейзер Тайфун 20 ВВ.

Чем вредна жесткая вода в быту?

Здесь особого внимания заслуживает временная жесткость, поскольку именно она оседает на стенки водонагревательных приборов. Наверное, все встречали накипь на стенках чайника или слышали о выведенных из строя ТЭНах стиральных машин – это и есть действие солей жесткости. Оседлые карбоновые соединения кальция (в основном) и магния (реже) постепенно образуют на стенках нагрева стойку корку, которая имеет плохую теплопроводность. В результате, прибор для увеличения температуры воды тратит на 10% больше энергии на каждый миллиметровый слой накипи.

В контексте общей энергоэффективности вопрос еще больше поражает цифрами. Чистую воду вдвое быстрее нагревать, а годовые расходы электроэнергии можно сократить на 35% при условии отсутствия накипи на ТЭНах (наиболее мощные электрические устройства в доме обычно связаны с нагревом). Значительно худшее следствие образования накипи – устройство не включается (срабатывает защита от перегрева) или даже произошел вывод такого из строя. Одно дело, если проблемы с электрочайником, но когда выходит из строя мощный котел – серьезность проблемы становится очевидной.

При мытье посуды приходится тратить до 60% моющего средства больше, ведь он активно взаимодействует с солями жесткости. Стирка в жесткой воде также приводит к возрастанию расходов порошка (иногда до 70%), а продукт реакции оседает в тканях — вещи становятся жесткими на ощупь и быстрее изнашиваются. Даже резиновые прокладки в кранах прослужат меньший срок!

При использовании жесткой воды, в быту тратится на 10% больше энергии на нагрев воды, а годовые расходы электроэнергии возрастают на 35%. На 60% увеличивается расход моющих средств, а расход порошка увеличивается до 70%.

Вред от жесткой воды

Примеси солей оказывают негативное воздействие на здоровье человека, состояние тканей и бытовой техники. Их присутствие в жидкости можно определить по нескольким признакам:

• появление накипи на металлической посуде, нагревательных приборах;
• высокий расход моющих средств;
• грубая структура ткани после стирки;
• сухая кожа и волосы, появление раздражений или дерматита, перхоти, зуда;
• неприятный привкус;
• зарастание трубопровода.

Учитывая масштабы негативных последствий, установка фильтров для умягчения воды из скважины в частном доме становится жизненной необходимостью. Для определения количества примесей проводят домашние тесты или сдают пробу в лабораторию.

Как жесткая вода ведет себя в быту ↑

Первый признак – накипь. Известковый налет слабо проводит тепло, из-за чего обогревательные приборы, стиральные машины работают хуже и перегорают, что грозит коротким замыканием и пожарами, котлы и трубы трескаются или взрываются. Белье хуже отстирывается, становится блеклым, на нем, как и на плитке в ванной и на кухне, появляются белесые разводы. Из-за накипи начинают течь краны (резиновые прокладки и фильтры забиваются, отслаиваются).

На заметку: в 80 случаях из 100 стиральная машинка выходит из строя из-за накипи, к которой привело использование жесткой воды из колодца или из централизованной системы водоснабжения.

Накипь приводит к коррозии.

Моющие средства в очень жесткой воде плохо растворяются, что ведет к их перерасходу на 50-60%.

При употреблении «пересоленной» воды высок риск появления проблем с желудком и почками, ведь накипь оседает в организме так же, как и на приборах; при купании кожа и волосы пересушиваются.

Соли Ca и Mg, содержащиеся в жесткой воде, связывают полезные элементы,необходимые растениям (Р, Ре и др.),в нерастворимые соединения – это не та живительная влага, которая им нужна, это яд. Это же касается и аквариумных животных – жесткая вода вредна для них.

Признаки жесткой воды на кухне

1. Хорошая бутилированная вода все же содержит минеральные соли, которые при нагревании образуют накипь. Прежде всего это относится к воде премиум-класса, поскольку содержать минералы она обязана по ГОСТам. На минерализованной воде сложно готовить: например, рассчитать длительность заваривания чая, помол и количество кофе.

2. На рынке питьевой воды много подделок и марок сомнительного качества. Росконтроль находил бактерии даже в детской бутилированной воде. Консервированная вода легко портится, если условия хранения были нарушены. При нагревании, даже от прямых солнечных лучей, бутылки из ПЭТ выделяют в воду токсичные вещества. ПЭТ – самый распространенный материал для изготовления бутылок.

Устранение жесткости ионообменным методом

В мире существуют различные способы устранения жесткости (термический (кипячение), реагентный, диализ, ионного обмена). Выбор метода умягчения, как правило, определяется качеством исходной воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими факторами. В нашей компании распространен метод ионного обмена (катионитовый), на котором мы подробнее и остановимся.

Метод ионного обмена основан на обмене ионов Са 2+ и Mg 2+ , содержащихся в воде, на ионы Na 2+ или H + путем пропускания воды через иониты.

В качестве фильтрующей загрузки выступает катионообменная смола. Процесс устранения жесткости воды методом ионитной очистки с использованием Н-катионита можно описать следующими уравнениями:

В последнем случае устранение жесткости сопровождается образованием сильной соляной кислоты, которая будет вызывать коррозию труб и других металлических конструкций. Чтобы избежать этого, лучше использовать Na-катионит:

2R — Na + MgCl₂ = R₂ — Mg + 2NaCl
2R — Na + CaSO₄ = R₂ — Ca + Na₂SO₄
2R — Na + CaCO₃ = R₂ — Ca + Na₂CO₃
2R — Na + Ca(HCO₃)₂ = R₂ — Ca + 2NaHCO₃

Приведенные реакции показывают, что при натрий-катионировании карбонатная жесткость исходной воды переходит в умягченной воде в натриевую щелочность. Иными словами, при натрий-катионировании величина щелочности воды не изменяется, что является основным недостатком этого процесса. Не изменяется также и анионный состав воды: присутствующие в исходной воде анионы SO₄ 2- , Cl — и другие целиком переходят в умягченную воду. Происходит лишь более или менее полная замена катионов кальция и магния катионами натрия, вследствие чего жесткость натрий-катионированной воды снижается, а сухой остаток её несколько возрастает.

Мягкие воды удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым почти всеми отраслями промышленности к воде для охлаждения или получения пара. Мягкие воды подвергаются минимальной обработке при создании синтетического волокна, пластмасс, приготовления растворов мыла и многого другого. В мягких водах угнетается жизнедеятельность бактерий, что позволяет снижать дозы биоцидов в оборотной воде.

Однако, помимо своих положительных свойств, мягкие воды скрывают в себе ряд серьезных недостатков, одним из которых является повышенная коррозионная активность к основным материалам водопровода. Связано это с недостатком ионов жесткости в воде. Для оценки коррозионной активности были разработаны различные индексы, в том числе индекс Ланжелье и индекс стабильности Ризнера.

Катионообменная смола

Индекс Ланжелье и индекс стабильности Ризнера

Формула индекса Ланжелье: pH pHs.
Для определения индекса Ланжелье необходимо следующее:

• pH (водородный показатель) при температуре 25оC;
• Общее солесодержание в мг/л;
• температура раствора в градусах Цельсия;
• жесткость по карбонату кальция (Ca 2+ ) в мг/л;
• щелочность по HCO₃ — в мг/л.

С помощью формул определяются вспомогательные коэффициенты и рассчитывается промежуточное значение — pHs.
Значения Индекса Ланжелье:
индекс Ланжелье 0 наблюдается образование накипи, коррозии не наблюдается.

Позже, в 1944г. Ризнер обратил внимани е на то, что слой накипи на поверхности металла может препятствовать коррозии. Основываясь на коэффициентах расчета индекса Ланжелье, Ризнер предложил свою формулу расчета стабильности раствора.

RSI = 2pHs – pH
2pHs – pH > 6 раствор склонен к коррозии
2pHs – pH = 6 раствор стабилен
2pHs – pH

График зависимости RSI от изменения рН воды
при прочих равных параметрах

Таким образом, для вод реки Невы можно отметить следующие закономерности:

• При нагревании воды индекс стабильности воды уменьшается. При этом надо отметить, что при остывании воды его значение вернется в исходную позицию.
• При увеличении концентраций ионов кальция в воде индекс стабильности так же будет снижаться.
• Изменения в общей минерализации мало влияют на расчетный индекс стабильности.
• При увеличении рН значения расчетного индекса стабильности воды будет снижаться.
• При этом без дополнительных вмешательств вода в Неве все равно будет оставаться сильно коррозионно-активной.

Стоит отметить, что существуют границы применяемости данных индексов. Они не применимы для определения стабильности воды, контактирующей, например, с алюминием или нержавеющей сталью. При наличии кремнезема или органической смеси (водоросли, илы) карбонат кальция может осаждаться на коллоидных или органических частицах.

При дозировании в воду ингибитора индексы нельзя рассматривать как показатели коррозионной активности воды в связи с тем, что реагенты замедляют процесс осаждения СаСО₃ и образуют пленку на стенках трубопровода, защищая тем самым стенки трубопровода от коррозии.

В заключение. Каждая система стремится к стабильности. Всегда важно учитывать, что удаление одного из компонентов приводит к смещению системы в ту или иную сторону, и она будет стремиться себя восстановить. Например, вода из скважины находится в равновесном состоянии, насытившись ионами пород, через которые она просачивается. Удаляя катионы жесткости, мы заведомо увеличиваем агрессивность воды. А индекс стабильности даст нам верную оценку в том случае, если в дальнейшем в системе с водой не будет происходить никаких изменений (например, в виде нагрева или охлаждения). И даже если для температуры 4 оС вода стабильна, то при нагреве возникает риск накипеобразования.

Таким образом, после вмешательства в химический состав воды необходимо проводить стабилизационную обработку воды путем дозирования реагентов.

Химик-технолог
ООО «Компания «СТАРТ ПЛЮС»
Янковская Ольга Анатольевна

Система водоподготовки «под ключ»

Наша компания предоставляет услуги всего спектра водоподготовки: от подготовительных проектных работ до запуска оборудования в эксплуатацию.

SOFTNOR безреагентное умягчение

Уникальная технология SOFTNOR безреагентного умягчения воды, разработанная специалистами немецкой компании Watch GmbH.

Водоподготовка для котельных

Системы умягчения и очистки воды для паровых и водогрейных котельных

Индивидуальный проект для Вашего объекта

Наша компания предлагает услуги проектирования систем водоподготовки, что гарантирует индивидуальный проект и подход к каждому клиенту.