Досвід еление тимчасової жорсткості води

У методичних вказівках даються відомості про жорсткість природних вод, про карбонатної, некарбонатних і загальної жорсткості води. Наводяться методи усунення жорсткості води.

В експериментальній частині викладається методика визначення тимчасової і загальної жорсткості води.

Вказівки призначені для студентів 1 курсавсех спеціальностей денної та заочної форм навчання.

асист. І.В. Власенко

Підписано до друку. Формат 60x84 / 16. Папір газетний. Ризограф.

Уч.-ізд.л. 0,5. Тираж 100 прим. замовлення

Редакційно-видавничий центр Ростовського державного будівельного університету 344022, Вінниця, вул. Соціалістична, 162

Природна вода знаходиться в безперервній взаємодії з навколишнім середовищем. Вона реагує з атмосферою, грунтом, рослинністю, мінералами і різними породами. Прицьому вода розчиняє органічні та неорганічні сполуки. Склад природних вод визначається характером цієї взаємодії.

Всі домішки природних вод можна розділити на три групи в залежності від розміру часток: істинно розчинені, колоїдні і зважені. Істинно розчинені речовини знаходяться у вигляді іонів і молекул і мають розміри менше 1 нм. Колоїдні частинки мають розміри від 1 до 100 нм. Зважені або Грубодисперсні частки мають розміри понад 0,1 мкм. За хімічним складом домішки поділяються на органічні та неорганічні. Перші мають, як правило, дуже складний склад і знаходяться в колоїдному або розчиненому стані. Неорганічні домішки знаходяться в основному у вигляді іонів: Na +. Ca 2+. Mg 2+. До +. З 1 -. SO4 2-. HСO3 - .Вводе розчинені азот, кисень, вуглекислий та інші гази, містяться карбонати. Між вугільної кислотою і її аніонами встановлюється рівновага, зване вуглекислотним: СО2 + Н2 Про ↔ H2 CО3 ↔ НСО3 - + Н + ↔ СО3 2- + 2Н +.

При підвищенні рН рівновагу зсувається в бік образованіякарбонат-іонів, які домінують при рН> 10. При зниженні рН рівновагу зсувається в бік утворення Н2 СО3. яка превалює при рН<6. Вода, у которой угольная кислота, гидрокарбонат- и карбонат-ионы находятся в равновесии, называется стабильной. При сдвиге равновесия в сторону образования угольной кислоты вода становится агрессивной, при этом повышается ее коррозионная активность. При сдвиге равновесия в сторону образования карбонат-ионов из воды выпадает малорастворимый карбонат кальция.

Вода - універсальний розчинник. Вона має високу теплоємність (75,3 Дж / моль · К) і теплопровідністю (0,556 Вт / м · К), що забезпечують хороше відведення теплоти. Але воді властиві і негативні якості. Замерзаючи, вона збільшується в об'ємі на 9% і створює небезпеку для систем охлажденія.Солі і інші малорозчинні домішки технічних вод осідають на стінках котлів та інших апаратів, знижуючи ефективність цих пристроїв. Хлориди натрію і некоториедругіепрімесі в котлах переходять в пар і потім, осідаючи налопастяхтурбін, змінюють їх профіль і відповідно знижують ККД електростанцій. Розчинені у воді кисень, діоксид вуглецю, іони заліза і нітрит-іони викликають корозію металів.

Жорстка вода не дає піни з милом, так як утворює нерозчинні кальцієві і магнієві мила з містяться в них розчинними натрієвими солями жирних кислот.

Найсерйозніший недолік води - утворення накипу. яка має погану теплопровідність, викликає місцевий перегрів стінок, погіршує відведення теплоти, зменшує прохідний перетин труб і порушує тепловий режим. Інтенсивність утворення накипу залежить від вмісту солей кальцію і магнію, що характеризується жорсткістю води.

Временнаяжесткость обумовлена ​​наявністю у воді Са (НСО3) 2 і Mg (НСО3) 2. які при нагріванні води до 80 0 С і вище випадають в осад у вигляді СаСО3 і Mg (ОН) 2. тобто при кип'ятінні тимчасова жорсткість усувається. Жорсткість води, яка кип'ятінням не видаляється, називається постійною.

Карбонатна жорсткість обумовлена ​​наявністю у воді гідрокарбонатів не тільки кальцію і магнію, а й натрію, калію, заліза, алюмінію, а також карбонатів цих же металів. У лужних водах, в яких присутні солі лужних металів у великих кількостях, карбонатна жорсткість зазвичай перевищує загальну жорсткість.

Залежно від вмісту солей жорсткості вода може бути м'якою (до 4мекв / л), середньої жорсткості (від 4 до 8мекв / л), жорсткої (більш 8мекв / л) і дуже жорсткою (більш 12мекв / л).

Способи пом'якшення води. Жорсткість води усувають фізичними і хімічними методамі.Временную жорсткість усувають термічним або реагентним методами, при цьому гідрокарбонати кальцію і магнію перетворюються в СаСО3 і Mg (ОН) 2. Термічний метод - кип'ятіння води:

Цей спосіб доріг і неекономічний в порівнянні з обробкою води реагентами. Для зменшення тимчасової жорсткості застосовують вапнування:

Одночасно усуваються і магнієві солі постійної жорсткості:

На кожен 1 мекв / л жорсткості 1м 3 зм'якшувати води треба додати 53г безводної соди або 55г фосфату натрію.

Метод іонного обміну заснований на здатності деяких природних і штучних високомолекулярних сполук -іонітов - обмінювати входять до їх складу радикали на іони, що знаходяться в розчині. Речовини, здатні обмінювати іони на катіони розчину, називаються катионитами, а на аніони розчину - аніонітами. Катионитами є алюмосилікати типу цеолітів, умовно їх позначають Na2 R. де R - алюмосилікатний радикал. Який відбувається між алюмосилікатом і жорсткою водою обмін іонами можна змалювати таку картину:

Для пом'якшення води застосовують також штучні органічні полімери, звані іонообмінними смоламі.Катіонообменние смоли містять активні групи, в яких атом водню здатний заміщатися на катіон (RH); в аніонообмінних смолах активними є основні групи (RОH). Пропускаючи природну воду через систему катионитов і анионитов, можна отримати дистильовану воду:

де R - складний органічний радикал.

Коли процес іонного обміну доходить до рівноваги, ионит перестає працювати, втрачає здатність зм'якшувати воду. Однак будь-який ионит легко піддається регенерації. Для цього через катионит пропускають концентрований растворNaCl, Na2 SО4. НС1 або Н2 SО4. При цьому катіони Са 2+ і Mg 2+ виходять в розчин, а катионит знову насичується іонами

Na + або Н +: CаR + 2NaCl = Na2 R + CaCl2; MgR + 2NaCl = Na2 R + MgCl2.

Для регенерації аніоніта його обробляють розчином лугу або соди. В результаті поглинені аніони витісняються в розчин, а анионит знову насичується іонами ОН - RС1 + NaОН = RОН + NaCl.

В даний час найпростішим, економічним і ефективним способом зниження жорсткості є магнітна обробка. Воду пропускають через магнітне силове поле в напрямку, перпендикулярному силовим лініям, в результаті чого містяться в воді солі не утворюють накипу, а випадають у вигляді легкосмиваемой шламу. Під дією обробленої води руйнується раніше утворилася накип.

де [Са 2+] і [Mg 2+] - концентрації катіонів кальцію і магнію в мг / л;

20,04 і 12,16 - еквівалентні маси кальцію і магнію в г / моль або мг / ммоль;

Ж = · 1000 мекв / л,

mе - еквівалентні маси катіонів металів (або відповідних їм солей), г / моль;

Приклад 1. Визначення загальної жорсткості води (Жобщ) по масі містяться у воді солей.

Розрахуйте загальну жорсткість води (мекв / л), якщо в 0,25 л води міститься 16,20 мг гідрокарбонату кальцію, 2,92 мг гідрокарбонату магнію, 11,10 мг хлориду кальцію і 9,50 мг хлориду магнію.

Рішення. Жорсткість води (Ж) виражається в мілліеквівалентах двозарядних катіонів металів Ca², Mg² або відповідних їм солей, що містяться в 1 л води: Ж =, гдеm1. m2. m3 - маси двозарядних катіонів металів (або відповідних їм солей) у воді, мг; MЕ1. MЕ2. MЕ3 - молярні маси еквівалентів катіонів металів (або відповідних їм солей); V - об'єм води, л.

Визначаємо молярні маси еквівалентів солей, які обумовлюють жорсткість води:

Приклад 2. Визначення тимчасової (гідрокарбонатної) жорсткості води за обсягом соляної кислоти, що пішла на її титрування.

Знайдіть тимчасову жорсткість води, якщо на титрування 0,1 л зразка води, що містить гідрокарбонат магнію, витрачено 0,0072л 0,14нHCl.

Рішення. При титруванні води соляною кислотою відбувається наступна хімічна реакція: Mg (HCO3) 2 + 2HCl → MgCl2 + 2CO2 + 2H2 O.

Відповідно до закону еквівалентів кількість еквівалентів всіх що беруть участь в хімічній реакції речовин повинно бути однаково. На титрування 0,1 л води витрачено 0,14 · 0,0072 = 0,001008 моль НСl. Отже, така ж кількість іонів магнію міститься у воді, т. Е.

Сп (Н2 О) = = = 0,01008моль / л = 10,08 мекв / л.

Жорсткість даного зразка води дорівнює 10,08 мекв / л (вода жорстка).

Приклад 3. Визначення тимчасової і постійної жорсткості води за кількістю реагентів, необхідних для усунення жорсткості.

Для усунення загальної жорсткості по вапняно-содовому методу до 50 л води додано 7,4 г Ca (OH) 2 і 5,3 г Na2 CO3. Розрахуйте тимчасову і постійну жорсткість води.

Рішення. Додавання до води Ca (OH) 2 може усунути тимчасову жорсткість, а додавання Na2 CO3 - постійну жорсткість. При додаванні цих реагентів до води відбуваються такі хімічні реакції:

Тимчасову твердість води ЖВР вимірюють кількістю гідроксиду кальцію, який бере участь в реакції, а постійну жорсткість Жпост - кількістю карбонату натрію.

ЖВР = 7400 / (37,04 · 50) = 4мекв / л; Жпост = 5300 / (53,0 · 50) = 2 мекв / л.

= ЖВР + Жпост = 4 + 2 = 6 мекв / л (вода середньої жорсткості).

Досвід 1.Определение тимчасової жорсткості води

Спосіб заснований на реакції між соляною кислотою і гідрокарбонатами: Са (HCO3) 2 + 2НС1 = СаС12 + 2Н2 О + 2СО2.

При титруванні кислотою доданий в воду індикатор метиловий оранжевий змінить забарвлення, як тільки в розчині з'явиться невеликий надлишок кислоти.

Хід визначення. Відміряйте за допомогою піпетки в дві колби по 50 мл водопроводнойводи і додайте в кожну по 1-2 краплі індикатора метилового оранжевого. Одна з колб служитиме контрольної. У другу колбу доливають з бюретки по краплях децінормальний (0,1 н) розчин соляної кислоти до тих пір, поки від однієї краплі кислоти забарвлення з жовтою перейде в помаранчеву (колір порівнюють з кольором в контрольній пробі). Титрування повторюють два рази, для розрахунків приймають середній результат.

Розрахунок тимчасової жорсткості води роблять за формулою:

Жводи = · 1000. де Жводи - тимчасова жорсткість води, мекв / л; VНС1 - обсяг розчину кислоти, який витрачено на титрування, мл;

Сп (НС1)-нормальна концентрація кислоти; Vводи - обсяг води, мл.