Системы водоочистки

С жесткой водой сталкивается каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. В жесткой воде хуже пенится стиральный порошок и мыло. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки, негативно влияет на стабильность майонезов и соусов. Чай и кофе тоже лучше заваривать мягкой водой.

Жесткость воды определяется суммарным содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Гидрокарбонаты кальция и магния образуют карбонатную или временную жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа. В процессе кипячения растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, выпадающие в виде белого осадка или накипи, с выделением при этом углекислого газа. Соли же сильных кислот, например, сульфаты и хлориды кальция и магния – образуют некарбонатную или постоянную жесткость, не изменяющуюся при кипячении воды.

Жесткость пресных природных водоемов меняется в течение года, имея минимум в период паводка. Артезианская вода, как правило, более жесткая, чем вода из поверхностных источников. В Подмосковье жесткость артезианских вод меняется от 3 до 15-20 мг-экв/л в зависимости от места и глубины скважины. Высокая гидрокарбонатная (временная) жесткость воды делает её непригодной для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Стенки котлов постепенно покрываются слоем накипи. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10 мм – снижает теплоотдачу уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что в свою очередь ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения.

Распространено мнение, что жесткая вода – это плохая вода. В действительности ситуация с солями жесткости не так однозначна. Чрезмерная мягкость воды, с другой стороны, является одним из основных факторов, влияющих на её коррозионную активность. Коррозия ведет не только к утечкам в металлических трубопроводах, разрушению и поломке оборудования, но и к ухудшению химического и микробиологического состава воды в водопроводе

Подытоживая вышесказанное можно рекомендовать для замкнутых систем отопления использовать воду с жесткостью 0,1-0,2 мг-экв/л, для систем горячего водоснабжения – 0,5-1 мг-экв/л. Холодная вода, используемая, в том числе для питья, согласно СанПиН 2.1.4.599-96 должна находиться в пределах – от 1,5 до 7 мг-экв/л, при этом кальция должно быть не более 140 мг/л, а магния – не более 85 мг/л. С другой стороны, исследования, проведенные отечественными специалистами в НИИЭЧиГОС им. А.И.Сысина показали, что содержание кальция в питьевой воде должно быть не менее 30 мг/л, а магния – не менее 10 мг/л.

В тех случаях, когда вода слишком жесткая и её необходимо умягчить, применяют следующие методы: термический, основанный на нагревании воды, ее дистилляции или вымораживании; реагентный; ионообменный; обратный осмос; электродиализ; дистилляция; комбинированный.

Связан с нагревом воды, снижает только временную (карбонатную) жесткость. В бытовых условиях этот способ применяет каждая хозяйка, кипятя воду; в промышленности его используют лишь при наличии дешевых источников тепла (на ТЭЦ, например).

Производится за счет добавления в воду соды или гашеной извести. При этом ионы кальция и магния переходят в нерастворимые соединения, выпадающие в виде осадка. Реагентный метод хорош только для больших станций водоподготовки, поскольку связан с рядом специфических проблем: утилизации твердого осадка, необходимости точной дозировки химикатов и их правильной подачи в исходную воду.

Более дорогие способы умягчения воды, которые требуют предварительной её очистки и связаны с удалением из воды всех солей, в том числе необходимых человеку микроэлементов.

Наиболее широкое распространение получили установки умягчения воды с ионообменной гранулированной загрузкой. Такая загрузка (как правило, ионообменные смолы) способна при контакте с водой поглощать ионы кальция и магния, отдавая взамен ионы натрия или водорода, называясь, соответственно, Na-катионитовой и Н-катионитовой. Na-катионитовые загрузки регенерируются раствором поваренной соли (NaCl) или сернокислого натрия (Na2SO4). Н-катионитовые загрузки регенерируют раствором серной (H2SO4) или соляной (HCl) кислот.

При регенерации происходит обратный ионный обмен – ионы кальция и магния удаляются из катионита, который вновь насыщается ионами натрия или водорода. Регенерация устройств, загруженных ионообменными средами, как правило, происходит в автоматическом режиме по команде электронного блока, управляющего электромагнитными клапанами. Частота регенерации рассчитывается исходя из жесткости исходной воды, водопотребления и емкости катионита по отношению к солям жесткости.

Умягчение воды натрий-катионированием применяют для умягчения воды: с содержанием взвеси не более 8 мг/л и цветностью не более 30 град. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л. После истощения рабочей обменной емкости катионита он теряет способность умягчать воду и его необходимо регенерировать. Регенерация Na-катионита достигается фильтрованием через него со скоростью 3-4 куб.м/ч хлористого натрия концентрацией 5-8%. При жесткости умягченной воды до 0,2 мг-экв/л принимают концентрацию соли 5%, при жесткости менее 0,05 мг-экв/л предусматривают ступенчатую регенерацию: сначала 5%-ным раствором NaCl в количестве 1,2 куб.м раствора на 1 куб.м катионита, затем остальным количеством соли в виде 3%-ного раствора.

Поваренную соль применяют для регенерации из-за ее доступности, дешевизны, а также вследствие того, что получают при этом хорошо растворимые соли CaCl2 и MgCl2 легко удаляемые с регенерационным раствором и отмывочной водой. Метод умягчения, при котором подача фильтруемой воды и регенерирующего раствора осуществляется в противоположных направлениях называется противоточным катионированием. При таком способе фильтруемая вода соприкасается с наиболее полно отрегенерированными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. При этом значительно снижается расход реагентов на регенерацию катионита без уменьшения глубины умягчения.

Схема параллельноточного одноступенчатого Na-катионирования имеет недостатки, лимитирующие ее применение:

- невозможность глубокого умягчения воды (до 0,01 ...0,02 мг-экв/л);

- высокий удельный расход соли на регенерацию;

- неполное использование емкости поглощения катионита.

Обработка воды водород-катионированием (Н-катионированием) основана на фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов ион водорода. При Н-катионировании воды значительно снижается ее рН из-за кислот, образующихся в фильтрате. Н-катионирование чаще используют для удаления "временной" карбонатной жесткости, т. е. происходит "декарбонизация" воды. Выделяющийся при Н-катионировании оксид углерода (IV) можно удалить дегазацией, и в растворе останутся минеральные кислоты в количествах, эквивалентных содержанию сульфатов и хлоридов в исходной воде. Некарбонатная жесткость – называемая также “остаточная” жесткость – при этом остается. Следовательно, пропорционально смешивая кислый фильтрат после Н-катионитовых фильтров со щелочным фильтратом после Na-катионитовых фильтров, можно получить умягченную воду с различной щелочностью. В этом заключается сущность и преимущество Н-Na-катионитового метода умягчения воды. Применяют параллельное, последовательное и смешанное (совместное) Н-Na-катионирование.

Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиП при умягчении подземных вод следует применять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды – известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды – последующее катионирование.

Отдельно стоят физические (электромагнитные и радиочастотные) способы воздействия на воду. Химический состав воды при этом не меняется.

В основе технологии обработки воды положен принцип изменения формы кристалла карбоната кальция под действием электромагнитных волн звукового диапазона. Эти волны абсолютно безвредны для человека. Под действием прибора меняется структура кристаллов накопившихся отложений накипи. Преобразованная в хрупкие кристаллы накипь легко смывается с поверхностей и выносится потоком. Специфика такого метода заключается в том, что кристаллическая решетка восстанавливается через 5-6 дней после прекращения воздействия. Свойства умягченной воды утрачиваются. Они восстанавливаются при повторной обработке. Не требуется реагентов, дренажных каналов, отсутствуют стоки. На практике электромагнитные устройства хорошо показали себя на воде из поверхностных источников, в то время как на артезианской воде отмечены случаи, когда такие устройства не эффективны.

В последнее время в отечественной и зарубежной практике для борьбы с накипеобразованием успешно применяют магнитную обработку воды. Механизм воздействия магнитного поля на воду и ее примеси окончательно не выяснен, имеется ряд гипотез. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий накипеобразователи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки (шлам) удаляют при продувке. Метод эффективен при обработке вод кальциево-карбонатного класса, которые составляют около 80% вод всех водоемов нашей страны и охватывают примерно 85% ее территории. В сравнении с умягчением воды основными преимуществами ее магнитной обработки являются простота, дешевизна, безопасность и почти полное отсутствие эксплуатационных расходов.

          Более детальную информацию по интересующим Вас вопросам можно получить у специалистов ООО "МОНОЛИТ"