Жесткость воды реферат по химии
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Жесткость воды и ее устранение
Под жёсткостью воды понимается присутствие в ней таких физико-химических свойств, которые связанны с определённой величиной содержащихся в воде солей щёлочноземельных металлов в растворённом состоянии, чаще всего магния или кальция.
Исходя из определения, воду можно назвать жёсткой в том случае, если в её составе присутствует повышенное содержание солей, в то время как незначительное их содержание в составе воды делает её мягкой.
Вода может иметь либо временную, либо постоянную жёсткость. Временная жёсткость воды подразумевает несложную возможность устранения этой жесткости, и достигается это путём кипячения воды, во время которого происходит разложение соли под термическим воздействием. Постоянная же жёсткость зависит от наличия таких солей в составе, которые не выделяются при кипячении воды.
Если же температурное воздействие способно устранить только временную жёсткость, то в случае с постоянной жёсткостью требуется использование более эффективных и сложных методов. Примером может служить добавление в воду реагентов, а именно кальцинированной соды или ортофосфата натрия, входящего во многие бытовые препараты. Результатом такой химической реакции являются перешедшие в нерастворимые соединения соли, которые превращаются в осадок.
Наивысшей эффективности очистки воды возможно добиться путём её прохождения через специальные полупроницаемые полиамидные мембраны, в результате которой удаляются не только соли жёсткости, но и практически все присутствующие соли в воде. Однако такой метод не лишён недостатков, поскольку готовая вода имеет низкую минерализацию и достаточно высокую стоимость.
Чтобы добиться полного избавления от жёсткости воды необходимо прибегнуть к её дистилляции, в процессе которой испаренная жидкость проходит процесс охлаждения и конденсации, переходя обратно в жидкое, но уже очищенное состояние.
Важность использования воды с уровнем солей в пределах нормы или очищенной воды объясняется пагубным воздействием жесткой воды на человеческое здоровье. Регулярное использование жесткой воды повышает риск возникновения мочекаменной или почечнокаменной болезни в организме взрослого человека, а организм еще новорожденных детей от купания в такой воде подвержен риску развития атопического дерматита или экземы, которые способны привести к астме или пищевой аллергии у ребёнка.
Жёсткость воды - свойства воды, связанные с содержанием в ней солей жесткости. При большом количестве солей щёлочноземельных металлов в воде она называется жесткой (название произошло от того, что после стирки в такой воде ткань более жесткая). Показатель жесткости воды различен и изменяется в течение года, для его контролирования в России установлен специальный стандарт.
Жесткая вода приносит человеку много неприятностей. В ней плохо пенится мыло, она губительно действует на кожу, создает накипь на стенках котлов, чайников, труб, способствует образованию камней в мочевом пузыре и почках.
Существует несколько способов борьбы с жесткой водой, но все они имеют свои плюсы и минусы.
Термический. При кипячении воды гидрокарбонаты магния и кальция разлагаются.
Временное смягчение воды
Выгодно применять в домашних условиях
Отсутствие специального оборудования
Реагентное умягчение. В воду добавляются реагенты: кальцинированная сода, гашеная известь или ортофосфат натрия, в итоге соли жесткости выпадают в осадок.
Невыгодность способа в домашних условиях
Необходимость в реагентах
Необходимость отделения осадка.
Катионирование. В воду помещают ионообменную гранулированную загрузку, которая поглощает катионы солей щёлочноземельных металлов и отдает ионы натрия и водорода.
Невыгодность способа в домашних условиях
Обратный осмос. Вода проходит через полупроницаемые мембраны, которые удаляют из жидкости практически все соли.
Большая эффективность (99,9%)
Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
Высокая стоимость, частая смена мембран
Невыгодность способа в домашних условиях
Предварительная подготовка воды.
Электродиализ. Такой процесс смягчения воды имеет большое сходство с обратным осмосом, но проходит под воздействием электрического поля.
Редкая смена мембран
Отсутствие предварительной подготовки воды.
Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
Невыгодность способа в домашних условиях
Дистилляция. Воду нагревают, она испаряется, охлаждается и конденсируется.
Можно применять в небольших объемах (домашних условиях)
Вода становится дистиллированной
Жесткая вода часто причиняет неудобства человеку, но существует множество способов, помогающих избавиться от излишней жесткости воды. Все методы имеют свои недостатки и преимущества, и каждый выбирает себе тот, который ему подходит.
Исследование и анализ особенностей жёсткости воды - свойства воды, связанного с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния. Характеристика сущности катионообменного способа смягчения воды, основанного на применении специальных реагентов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.01.2016 |
| Размер файла | 13,4 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Колледж "Движение Бизнеса и транспорта"
Реферат по химии
Тема: “Жесткость воды и способы устранения”
Ученица 1 курса, группы ПВ-15-103
1. Определение жесткости воды
2. Методы устранения жесткости
1. Определение жесткости воды
Жёсткость воды - свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде.
Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Такой тонкий слой на греющей поверхности вовсе не безобиден, так как продолжительность нагревания через слой накипи, обладающей малой теплопроводностью, постепенно возрастает, дно прогорает все быстрее и быстрее - ведь металл охлаждается с каждым разом все медленнее и медленнее, долго находится в прогретом состоянии. В конце концов, может случиться так, что дно сосуда не выдержит и даст течь. Этот факт очень опасен в промышленности, где существуют паровые котлы. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится
Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию. Временная жесткость связана с присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).
Постоянная жесткость (или некарбонатная) возникает, если в растворе присутствуют сульфатные, хлоридные, нитратные и другие анионы, соли кальция и магния которых хорошо растворимы и так просто не удаляются. Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и магния в растворе. кальций вода жесткость катионообменный
2. Методы устранения жесткости
Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.
Ca2 + 2HCO3- = CaCO3v + H2O + CO2^
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. С постоянной жесткостью бороться труднее.
Один из вариантов:
Вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде. Такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность же имеет дело с тоннами. Поэтому используют другие методы. Наиболее широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов - катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия. С последствием жесткости 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.
Подобные документы
Строение молекулы воды. Водородные связи между молекулами воды. Физические свойства воды. Жесткость как одно из свойств воды. Процесс очистки воды. Использованием воды, способы ее восстановления. Значимость воды для человека на сегодняшний день.
презентация [672,3 K], добавлен 24.04.2012
Условные показатели качества питьевой воды. Определение органических веществ в воде, ионов меди и свинца. Методы устранения жёсткости воды. Способы очистки воды. Приготовление рабочего раствора сернокислого калия. Очистка воды частичным замораживанием.
практическая работа [36,6 K], добавлен 03.12.2010
Химический состав воды. Общая жёсткость воды: характеристика, методы определения и влияние избыточной жёсткости. Определение количества фторид-ионов, железа и сухого остатка в образце воды. Влияние техногенного загрязнения на состав природных вод.
научная работа [134,7 K], добавлен 26.10.2011
Распределение воды в природе, ее биологическая роль и строение молекулы. Химические и физические свойства воды. Исследования способности воды к структурированию и влияния информации на форму ее кристаллов. Перспективы использования структурированной воды.
реферат [641,8 K], добавлен 29.10.2013
Свойства воды и способы ее умягчения. Требования к жесткости потребляемой воде на теплоэнергетическом производстве. Теоретические основы и методика определения жесткости воды комплексонометрическим методом. Отбор проб, реактивы, выполнение определения.
курсовая работа [36,7 K], добавлен 07.10.2009
Исследование основных загрязнителей оборотных вод и факторов, влияющих на качество воды. Характеристика методов удаления грубодисперсных примесей из воды, классификации очистных фильтров. Описания обессоливания воды в установках с неподвижным слоем.
реферат [676,7 K], добавлен 11.10.2011
Интенсификация процесса конвективной коагуляции примесей воды. Определение оптимальных доз реагентов. Подвижность примесей воды в процессе коагуляции. Предварительная обработка воды окислителями. Физические методы интенсификации процесса коагуляции.
Вода – одно из самых уникальных и загадочных веществ на Земле. Природа этого вещества до конца ещ не понята. Внешне вода кажется достаточно простой, в связи с чем долгое время считалась неделимым элементом. Лишь в 1766 году Г. Кавендиш (Англия) и затем в 1783 году А. Лавуазье (Франция) показали, что вода не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода в определённой пропорции.
Содержание
1. Определение жёсткости воды………………………………………………………. 4
2. Методы устранения жёсткости воды………………………………………………. 6
Список используемой литературы………………………
Прикрепленные файлы: 1 файл
жесткость воды.doc
Алатырский технологический колледж Минобразования Чувашии
по дисциплине: ХИМИЯ
на тему: ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
Выполнил: студент I курса группы 113
Проверила: МОРОЗОВА М.Е.
1. Определение жёсткости воды………………………………………………………. 4
2. Методы устранения жёсткости воды………………………………………………. 6
Список используемой литературы…………………………………………………… .11
Вода – простейшее устойчивое химическое соединение водорода и кислорода (окись водорода - Н2O), одно из самых распространённых соединений в природе, играющее исключительно важную роль в процессах, происходящих на Земле.
В настоящее время все большую актуальность приобретает проблема очистки, или правильнее сказать подготовки воды. Причём не только воды для питья и приготовления пищи, но и той, которая используется в быту - для стирки, мытья посуды и т.д. Существует проблема, общая как для загородных домов с автономной системой водоснабжения, так и для городских квартир. Имя этой проблемы - жёсткость воды. И если на качество питьевой воды жёсткость хоть и влияет, но не столь сильно, то для современной бытовой техники, автономных систем горячего водоснабжения и отопления, новейших образцов сантехники необходимость борьбы с жесткостью крайне актуальна.
В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованьями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. Понятие жесткости воды мы встречаем не только в спелеологии и в геологии, а, вообще, повсеместно – в химии, техники и даже в быту. И поэтому это понятие очень важно для определения качества воды.
Природная вода обязательно содержит растворённые соли и газы (кислород, азот и др.). Присутствие в воде ионов Mg2+ и Са2+ и некоторых других, способных образовывать твёрдые осадки при взаимодействии с анионами жизненных органических кислот, входящих в состав различных мыл (например, со стеаратионом С17Н35СОО2-), обуславливает так называемую жёсткость воды.
Во всех просмотренных нами научных источниках, понятие жёсткости воды обычно связано с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жёсткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жёсткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.
В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жёсткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются:
На практике стронций, железо и марганец оказывают на жёсткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трёхвалентное железо (Fe3+) также влияют на жёсткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жёсткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).
Чем выше концентрация указанных двухзарядовых катионов Mg2+ и Са2+ в воде, тем вода жёстче. Наличие в воде этих катионов приводит к тому, что при использовании, например при стирке, обычного мыла (но не синтетического моющего средства) часть его расходуется на образование с этими катионами нерастворимых в воде соединений так называемых жирных кислот (мыло представляет собой смесь натриевых и калиевых солей этих кислот):
2С17 Н35 СОО- + Са2+ = (С17Н 35СОО)2Са↓
2С17Н 35 СОО- + Мg2+ = (С17Н 35СОО)2Mg↓
и пена образуется лишь после полного осаждения ионов.
Мыла – это натриевые (иногда калиевые) соли органических кислот, и их состав можно условно выразить формулой NaR или KR, где R кислотный остаток. Анионы R образуют с катионами кальция и магния нерастворимые соли CaR2 и MgR2 . На образование этих нерастворимых солей и расходуется бесполезно мыло. Таким образом, при помощи мыльного раствора мы можем оценить общую жёсткость воды, общее содержание в ней ионов кальция и магния.
Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щёлочноземельных металлов, обуславливающих жёсткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворённого 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. В маломинерализованных водах больше всего ионов кальция. С увеличением степени минерализации содержание ионов кальция быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния в минерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в солёных водах нескольких десятков граммов.
В целом, жёсткость поверхностных вод, как правило, меньше жёсткости вод подземных. Жёсткость 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.
Жёсткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение.
Для тушения пожаров, полива огорода, уборки улиц и тротуаров жёсткость воды не имеет принципиального значения. Но в ряде случаев жёсткость воды может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, мытье машины жёсткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. Это обуславливается некоторыми фактами:
· При использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств;
· Жёсткая вода, взаимодействуя с мылом, образует “мыльные шлаки”, которые не смываются водой и оставляют малосимпатичные разводы на посуде и поверхности сантехники;
· Во многих промышленных процессах соли жёсткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.
Жёсткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях, чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах и т.п. предъявляются на порядок более высокие требования по жесткости. Тонкий слой накипи на греющей поверхности вовсе не безобиден, так как продолжительность нагревания через слой накипи, обладающей малой теплопроводностью, постепенно возрастает, дно прогорает все быстрее и быстрее – ведь металл охлаждается с каждым разом все медленнее и медленнее, долго находится в прогретом состоянии. В конце концов, может случиться так, что дно сосуда не выдержит и начнёт протекать. Этот факт очень опасен в промышленности, где существуют паровые котлы.
Жёсткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает ещё и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают плёнки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства. А при стирке тканей жёсткой водой образующиеся нерастворимые соединения осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна.
Различают временную и постоянн ую жёсткость воды. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию.
Временная жёсткость воды обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов, например, гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2.
При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:
Ca(HCO3)2 = СаСО3 ↓+ СО2↑+ Н2О,
Mg(HCO3)2 = Мg2 (ОН) 2 СО3↓ + 3СО2↑ + Н2О,
и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.
Остальная часть жёсткости, сохранившаяся после кипячения воды, называется постоянной жёсткостью (или некарбонатная). Она обусловлена присутствием в ней сульфатов, хлоридов и других растворимых соединений кальция и магния, которые хорошо растворимы и так просто не удаляются.
Также различают и общую жёсткость воды. Она определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жёсткости.
Жёсткость воды измеряется в миллиграммах эквивалент на литр (м-экв/л). Обычно, жёсткой вода считается с жёсткостью 1 м-эвк/л и более.
Классификация воды по жёсткости
Единицы измерения жёсткости воды
Миллиграмм на литр,
Миллиграмм эквивалент на литр, м-экв/л
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.
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 ↓+ СО2↑+ Н2О,
Mg(HCO3)2 = Мg2 (ОН) 2 СО3↓ +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- = 2СаСО3↓+ 2Н2О
Mg2+ +2НСО-3 + Са2+ + 4ОН- = Mg(ОН) 2↓+2СаСО3↓+ 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+ + СО2-3 = СаСО3↓
Mg2+ + СО2-3 = Mg СО3
Mg СО3 + Са2+ + 2ОН- = Mg(ОН) 2↓+СаСО3↓
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 е 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 ↓+ 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.
Проблема жесткости воды является актуальной в очень многих отраслях. С этим явлением мы встречаемся как в быту, так и в промышленности.
У каждого из нас стоит дома фильтр для воды. Все мы не раз избавлялись от накипи в чайнике. А уж если у кого дома стоит акваириум, то он точно знает, насколько важны приборы для очистки воды и уменьшения её жесткости.
Оглавление
Введение.
Понятие жёсткости воды.
Признаки жёсткой воды.
Методы устранения жёсткости воды.
Дополнительные материалы.
Заключение.
Список используемой литературы и ресурсов.
Файлы: 1 файл
Реферат Тулубенский МТ 10-42.docx
Реферат на тему:
Студент: Тулубенский Е.В.
Группа: МТ 10-42
Преподаватель: Погромская Н.Н.
- Введение.
- Понятие жёсткости воды.
- Признаки жёсткой воды.
- Методы устранения жёсткости воды.
- Дополнительные материалы.
- Заключение.
- Список используемой литературы и ресурсов.
1. Введение.
Проблема жесткости воды является актуальной в очень многих отраслях. С этим явлением мы встречаемся как в быту, так и в промышленности.
У каждого из нас стоит дома фильтр для воды. Все мы не раз избавлялись от накипи в чайнике. А уж если у кого дома стоит акваириум, то он точно знает, насколько важны приборы для очистки воды и уменьшения её жесткости.
Какие же проблемы вызывает жесткая вода?
- обуславливает появление отложений на нагревательных элементах, что уменьшает теплопроводность воды, и ,как следствие, увеличивает энергопотребление оборудования, что в конечном итоге выводит его из строя.
-уменьшает площадь рабочего сечения труб, что ведет к повышению гидравлического сопротивления.
-образует белый налет на сантехнике.
-увеличивает изнашиваемость всех клапанов, терморегуляторов, изоляционного слоя, фильтров и т.д. Из-за накипи датчики и измерительные приборы могут давать неверные показания.
-увеличивает сумму счетов за электроэнергию, так как слой накипи толщиной 1мм повышает расход электроэнергии на 10%!
В своем реферате я собираюсь рассмотреть вышеперечисленные проблемы, связанные с жесткостью воды, и их решения.
2. Понятие жесткости воды.
[Погромская Н.Н. Раздаточный материал (на 5 листах) 2-й семестр 2003-2004 у.г.]
Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.
Виды жесткости и единицы измерения.
-Карбонатная (временная)
-Некарбонатная (постоянная)
Единицы измерения жесткости по ГОСТ6055-86: 1ммоль/л; 1моль/л 3 эквивалентов ионов Са 2+ или Мg 2+ (см. А.Горбунов, А.Гуров, ТООХ, М., 2001г., стр.404).
Карбонатная жесткость (временная, устранимая) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и железа.
В природных процессах исключительно важную роль играет равновесие:
СаСO3 *МgСОз (Т) + СO2(Г) + H2О(Ж) → Сa(HСO3)2(р) +Мg(HС03)2(р)
при контакте твердых карбонатных пород (известняки, доломиты, магнезиты) с водой и окисью углерода атмосферы происходит образование гидрокарбонатов.
Равновесие реакции: СаСО3(Т) + СО2(Г) + Н2O(Ж) → Са(HСО3)2(р) (1)
сильно смещено влево. Наличие свободной углекислоты в воде:
СО2 + H2O → H2С03 → H + + HСO3 - ,
увеличение парциального давления СО2, понижение температуры смещает равновесие (1) вправо, что приводит к образованию гидрокарбонатов кальция, магния, железа в природной воде и обеспечивает карбонатную жесткость воды.
Устраняется временная жесткость:
а) кипячением, т.е. равновесие (1) при повышении температуры смещается влево и соли в виде карбонатов выпадают в осадок (накипь);
б) известкованием - добавлением негашеной и гашеной извести.
Са(НСО3) 2 +СаО → 2СаСО3 ↓ + Н2О
Са(НСО3)2 + Са(ОH)2 → 2СаСO3 ↓ + 2Н2О
При обработке воды известью устраняется только временная жесткость.
Некарбонатная жесткость (постоянная) - обусловливается, прежде всего, наличием в воде сульфатов, а также хлоридов, нитратов кальция, магния, железа и удаляется химическими средствами:
а) добавлением рассчитанного количества соды (Na2СО3)
СаSО4 + Na2СО3 = СаСО3 ↓ + Nа2SО4
б) добавлением фосфатов натрия
ЗСа(HCO)2 +2Na3РО4 → Са3(РO4)2 ↓ + 6NaHСO3
ЗСаСl2 + 2Na3РО4 → Са3(РО4)2 ↓ + 6NaС1
Использование фосфатов натрия предпочтительнее, т.к. фосфаты кальция, магния и железа менее растворимы, чем соответствующие им карбонаты и гидроксиды.
ПР Mg3(PO4)2 = 3,9*10 -26 ПРMg(OH)2 = 6.8*10 -12 ПР MgCO3 = 7,9*10 -6
ПРСа3(РO4)г = 1,0*10 -25 ПРСаСОз = 4,4*10 -9
ПРМg2(OH)2Cl ≈ 10 -11 ПРFePO4 =1,1*10 -26
ПРFе(ОН)2 = 7,9*10 -16 ПРFeCO3 = 2,9*10 -11
Для одновременного устранения карбонатной и некарбонатной жесткости, т.е. общей жесткости в промышленности применяют:
1) известково-содовый метод термохимического умягчения, обработка воды смесью СаО и Na2СО3 при нагревании;
2) ионообменный метод, основанный на способности ионообменных смол, цеолитов, алюмосиликатов, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде, при пропускании очищаемой воды через колонку ионита (катионита, анионита). Количественной характеристикой ионитов является обменная емкость, выражаемая в ммоль эквивалентов иона на один грамм или литр ионита
Общая жесткость - сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости, т.е. сумма концентраций ионов Са 2+ , Мg 2+ , Fe 2+ .
3. Признаки жёсткой воды.
А каким же способом определить жесткая ли вода в вашем доме или нет?
Для этого не обязательно иметь под рукой химическую лабораторию. Достаточно знать характерные признаки жёсткой воды в быту:
- Волосы после мытья становятся жёсткими, а кожа высыхает и шелушится.
- Одежда после стирки теряет форму, ткань становится более грубой.
- На водонагревательных приборах образуется накипь.
- На ванной, раковине, других поверхностях остаётся плёнка после того, как туда попадает вода.
- Средства для мытья посуды расходуются очень быстро (так как жёсткость воды снижает их эффективность).
- Жёсткая питьевая вода горьковата на вкус. (Так же она оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л).
- Методы устранения жёсткости воды.
Очень важно уменьшить жесткость воды! Ведь она вызывает множество проблем.
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 технической промышленности случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы.
Процессы устранения солей кальция и магния из воды называются умягчением.
Удаление солей жесткости или умягчение воды может производится тремя методами:
Реагентным умягчением;
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 ручного, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности и т.п.
Новые технологические решения (тонкослойное отстаивание, контактная коагуляция, ввод флокулянтов) позволяют достигнуть тех же показателей умягчения воды при меньшем расходе реагента, габаритах установок и их полной автоматизации.
Ионно-обменный;
Наиболее просто снижение жесткости до практически любых значений обеспечивается ионным обменом. Производительность данного метода умягчения практически не ограничена.
Умягчение воды может производиться методами Na-катионирования, H-Na-катионирования (параллельное или последовательное) или Н-катионирование с голодной регенерацией на сильно- или слабокислотном катионите.
Читайте также: