Методы умягчения воды: Способы умягчения жёсткой воды в домашних условиях

Умягчение воды

Умягчение питьевой и технической воды

Умягчение воды — важнейший процесс в любом пищевом производстве. Одной из самых главных характеристик питьевой воды, используемой человеком в различных целях, является её жёсткость. Речь идёт о целом комплексе свойств воды, зависящих от того, в каком количестве в ней содержатся щёлочноземельные металлы. Любой из этих элементов находится в виде раствора в воде, но жёсткость определяют наиболее распространённые из них — магний и кальций. Для уменьшения их концентраций используется умягчение воды, осуществляемое различными методами. При нынешних темпах строительства загородных домов актуальной темой является умягчение воды в коттедже.

Для чего нужно умягчение воды из скважины в промышленности

Умягчение воды необходимо не только для снижение вредности воды, но и для защиты оборудования. Наличие больших количеств кальция и магния в воде способно вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта. Кроме того, жёсткая вода засоряет наши естественные организменные фильтры — почки. Это также может стать причиной целого ряда проблем со здоровьем. Откладываясь в суставах, щелочноземельные металлы постепенно снижают их функциональность, что особенно заметно после нескольких лет употребления жёсткой воды в качестве питьевой.

Повышенная жёсткость хозяйственной воды портит бытовую технику и выводит из строя коммуникации, ответственные за водоснабжение и водоотведение.

Вот почему умягчение воды в коттедже — актуальная задача для большинства хозяйств.

Принципы умягчения воды

Умягчение воды осуществляется при помощи методов, которые можно разделить на три группы:

• механические;
• химические;
• физические.

Кроме того, возможны комбинированные методы умягчения воды, сочетающие в себе все перечисленные принципы умягчения воды, которые можно использовать в загородных домах.

Какой из принципов умягчения воды в коттедже или на предприятии предпочтительнее? Зависит от размеров хозяйства, предназначения воды (питьевая или техническая), а также финансовых возможностей владельцев загородного дома. Однако существуют установленные в результате исследований и утверждённые законодательством нормы жёсткости воды, на которые следует ориентироваться, если хотите оставаться здоровыми и пользоваться исправной техникой.

Нормирование жёсткости воды

Жёсткость измеряется в градусах, один градус равен миллиграмм-эквиваленту ионов щёлочноземельных металлов на литр воды. Согласно нормативам Всемирной Организации Здравоохранения, оптимум содержания щёлочноземельных металлов в питьевой воде составляет 1-2 градуса. В целом для различных целей пригодной считается используемая вода, значение жёсткости которой не превышает 4 градуса для питьевой воды, и 8 градусов — для хозяйственной.

Методы умягчения воды

1. 
   Методы механической очистки для умягчения воды представляют собой фильтрацию из воды крупных включений и взвесей. Механическая очистка не может существенно повлиять на жёсткость воды, однако она устраняет из неё частицы, содержащие щёлочноземельные металлы, которые со временем могли бы перейти в водный раствор. Поэтому такая фильтрация всё же способствует некоторому уменьшению жёсткости.
2. 
   С помощью реагентных, или химических методов умягчения воды вызываются реакции, связывающие элементы щёлочноземельных металлов, которые затем выводятся в виде нерастворимых соединений, оседая на фильтрах. При использовании этого метода распространено применение извести, гидроксида натрия, фосфонатов и кальцинированной соды. Смягчённая таким образом вода может использоваться лишь в технических целях.
3. 
   Для физической очистки используются ионообменные смолы, изымающие ионы щёлочноземельных металлов и взамен добавляющие в неё безопасное количество натрия. Разновидностью физической очистки является полифосфатный метод, при использовании которого кальций и магний переходят в легко удаляемую с поверхности плёнку.
4. 
   Наиболее эффективны комбинированные методы умягчения воды, сочетающие механическую очистку с химической или физической.

Жёсткость воды — сочетание физических, химических свойств воды, обусловленных содержанием растворимых солей щелочноземельных металлов, в основном Ca2+, Mg2+ (соли жесткости).

Содержание солей жесткости с превышением нормативных показателей называется «жесткой водой», с минимальным «мягкой водой».

Разделяют по химическому составу воду карбонатную (временная жесткость) с содержанием гидрокарбонатов магния, кальция Mg(НСО₃)₂), (Са(НСО₃)₂ и некарбонатную (постоянную жёсткость) с присутствием солей –хлоридов, сульфатов Mg, Са (MgSO₄, CaSO₄, CaCl₂, MgCl₂).

Жёсткая вода сушит кожу, при использовании мыла плохо образует пену, при нагреве появление накипи (осадка) на трубах, стенках котлов и т. д. И использование сильно мягкой воды приводит к повреждению (коррозии) по причине гидрокарбонатной жесткости уменьшается буферность (кислотно – щелочная).

Природная жесткость воды непостоянная, изменяется в зависимости от сезонных колебаний, особенностей залегания водоносных пластов, испарения поверхностных источников воды, техногенной деятельности.

Умягчение воды — метод удаления солей жесткости (Ca2+ и Mg2+).

Селективное извлечение солей жесткости 

1. Ионный обмен ;
2. реагентное умягчением воды;
3. нанофильтрация;
4. обратный осмос;
5. термоумягчение.

Таблица внесистемных единиц жёсткости (градусы) 

Градус	Обозначение	Определение	Величина
			°Ж	ммоль/л
Немецкий	°dH (degrees of hardness), °dGH (German (Deutsche) Hardness), °dKH (для карбонатной жёсткости)	1 часть оксида кальция (СаО) или 0. 719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды	0,356	0,178
Английский	°e	1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды	0,284	0.142
Французский	°TH	1 часть CaCO3 на 100000 частей воды	0,199	0,099
Американский	ppm	1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды	0,0200	0,010

Общая жёсткость по величине различается —  мягкая вода до 2 °Ж, средняя жёсткость воды от 2 до 10 °Ж, жесткая вода более 10 °Ж.

Термоумягчение воды 

Термоумягчение основано на кипячении воды. Термически неустойчивые гидрокарбонаты Ca2+ и Mg2+ распадаются с образованием накипи :

Ca(HCO₃)₂ > CaCO₃v + CO₂ + H₂O.

Устраняется карбонатная (временная) жёсткость. Данный принцип применяется в бытовых индивидуальных системах умягчения воды.

Реагентное умягчение воды 

Данный метод основан на реагентном дозировании (Na₂CO₃), (Ca(OH)₂,

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ > 2CaCO₃v + 2H₂O с переходом солей кальция, магния в нерастворимые соединения и выпадению в осадок.

Устранение общей жесткости воды ортофосфатом натрия Na₃PO₄, промышленного, бытового применения:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ > Ca₃(PO₄)₂v + 6NaHCO₃

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ > Mg₃(PO₄)₂v + 3Na₂SO₄

Метод катионирования.

Ионный обмен 

Na – катионирование.

Метод с использованием ионообменных, гранулированных смол. При контакте с водой поляризуются катионы кальция, магния, железа, марганца, с последующей установленной по объему пропускаемой воды регенерацией, замещение на ионы натрия, водорода.

Этот метод называются Na-катионированием, Н-катионирование.

Одноступенчатое Na – катионирование снижает жесткость воды до 0,05-0,1 °Ж.

Двухступенчатое Na – катионирование снижает жесткость воды до 0,01 °Ж.

Таблица катионитов, анионитов 

Тип ионита: Си- сильный, Сл- слабый. Материал матрицы: С- стирольная, А- акриловая.

Тип матрицы: Г- гелевая, МП- макропористая. *Данная марка более не выпускается Ростовская область.

Рекомендации по приготовлению солевого раствора

Засыпать в солевой бак поваренную соль в количестве, равном 2 – 3 дозам соли на регенерацию. Залить в солевой бак объем воды из расчета 1 литр на 350 г соли, и оставить на 1-2 часа для получения концентрированного раствора соли. Для приготовления солевого раствора применяется специальная таблетированная соль. При отсутствии таблетированной соли, можно применять поваренную соль, только не йодированную. При этом, нужно следить за тем, чтобы соль не застывала в монолит и не забивала солевую шахту. Это достигается простым периодическим перемешиванием соли, лежащей в баке. Необходимо поддерживать заданный уровень соли. При недостаточном количестве соли раствор имеет слабую концентрацию, что снижает эффективность регенерации, как следствие, приводит к уменьшению глубины умягчения воды. Нужно ориентироваться на то, что один кг насыщенного раствора содержит приблизительно 0,3 кг поваренной соли. Для самопроверки можно пользоваться ареометром, показывающим концентрацию солевого раствора, от его плотности. Для этого, в большую мензурку (берите по величине ареометра), отбирается проба раствора из регенерационного бака. Погрузите в раствор ареометр, по шкале определите концентрацию раствора. Производительность устанавливается шаровым краном и определяется ротаметром. Масса соли, идущей на одну регенерацию определяется при ПНР Ростовская область.

Рекомендации по применению сильнокислотных и слабокислотных катионитов

Для снижения карбонатной щелочности воды наиболее целесообразно применять слабокислотные катиониты, характеризующиеся более «мягким» характером кривой потенциометрического титрования (зависимость рН воды на выходе из фильтра от объема отфильтрованной воды), по сравнению с сильнокислотными аналогами. Рассмотрим, например, сильнокислотный катионит, характеризующийся значением РОЕ=1,20 г-экв/л. РН воды составляет 7,5. Пусть катионит находится в Н-форме, то есть все сульфоновые группы находятся в состоянии SO3-H. Представим, что катионит в Н-форме – сильная кислота, которая титруется раствором слабого основания (рН=7,5). Сильнокислотные сульфоновые группы полностью дис-социированы, поэтому нормальность кислоты равна обменной способности катионита. При этом концентрация ионов водорода в кислоте равна:

[H+] = [SO3-H] = 1,20 г-экв/л

Таким образом, процесс фильтрации воды через катионит может быть представлен, как разведение водой сильной кислоты. При этом кислотность воды на выходе из фильтра рассчитывается по формуле:

pH = -lg[N*Vk/Vw] + ?pH, (1)

где:

N – нормальность кислоты (рабочая обменная емкость катионита;

Vk – объем катионита;

VW – объем отфильтрованной воды;

?pH – разница между рН исходной воды и нейтральной среды (7).

По уравнению (1) строится кривая титрования в координатах «рН – VW».

Для слабокислотного катионита нормальность модельной кислоты не равна обменной емкости катионита. Дело в том, что степень диссоциации слабокислотных карбоксильных групп много меньше 1.

-COOH — -COO- + H+

Ka = [-COO-]*[H+]/[-COOH]

Константа кислотности (Ka) для таких слабокислотных групп ~ 10-7. Концентрация ионов водорода определяется по формуле:

[H+] = (Ka*РОЕ)1/2 ? (10-7*1,2)1/2 = 3,46*10-4 г-экв/л

Если РОЕ катионита равна 4,2 г-экв/л, то концентрация ионов водорода будет следующей:

[H+] = (Ka*РОЕ)1/2 ? (10-7*4,2)1/2 = 6,48*10-4 г-экв/л

Кривая титрования слабокислотного катионита строится на основе следующего уравнения:

pH = -lg[N*Vk/Vw], (2)

N = [H+]

При фильтровании воды через сильнокислотный катионит вода на выходе из фильтра имеет низкий рН, который постепенно повышается. При титровании слабокислотного катионита рН отфильтрованной воды держится на одном уровне, так как по мере снижения концентрации ионов водорода (в результате титрования) происходит диссоциация новых карбоксильных групп (рН кислоты поддерживается на одном уровне). При увеличении РОЕ эффективность катионита повышается, так как рН стабилизируется на более низком уровне.

Для оценки способности катионита снижать жесткость фильтруемой воды удобнее всего воспользоваться моделированием обменных свойств смолы. При этом сильнокислотный катионит с РОЕ=1,2 г-экв/л способен умягчить 27 м3 воды (до содержания катионов жесткости 0,4 мг-экв/л). Межрегенерационный период составляет 14 часов при производительности 2 м3/ч. Слабокислотный катионит с РОЕ=4,2 мг-экв/л умягчает 102 м3 воды за 51 час (при той же производительности). Чем выше жесткость исходной воды, тем меньше объем умягченной воды, полученной на данном фильтре. Аппроксимация зависимости объема отфильтрованной воды (V) от входящей жесткости (Cж) имеет степенной характер:

Слабокислотный катионит: V = 289,49*Cж-1,1839

Сильнокислотный катионит: V = 81.9*Cж-1,2527

Данные уравнения позволяют рассчитать объем умягченной воды для сильно- и слабокислотного катионитов при различных значениях входящей жесткости. В целом, более высокая эффективность при снижении жесткости слабокислотного катионита, по сравнению с сильнокислотным, объясняется большей обменной емкостью слабокислотного катионита. Вышеприведенные рассуждения справедливы в отношении сильнокислотного катионита , с РОЕ = 1,9 мг-экв/л и слабокислотного катионита , с РОЕ = 4,2 мг-экв/л. Причем, помимо более продолжительного межрегенерационного периода С 104, по сравнению с С 100, большое значение будет иметь качество воды на выходе. Так, рН воды, после прохождения ею катионита С 104, на протяжении всего цикла сохраняет практически постоянное значение рН, а, для С 100, это значение непрерывно возрастает, что неприемлемо для производства. Кроме этого, на регенерацию сильнокислотного катионита будет расходоваться большее количество кислоты, при сравнению с слабокислотным (близко к стехиометрическому), что потребует нейтрализации кислых стоков.

Остальные характеристики для обеих катионитов идентичны: Рабочая скорость 20 м/ч (оптимальная) Скорость в режиме обратной промывки: 7-12 м/ч Продолжительность обратной промывки 5-20 мин. Объём для обратной промывки 2-8 объемов смолы. Регенерация 1-4% р-р HCl или 0,5-1% р-р h3SO4. Скорость потока при регенерации: HCl 4-8 л/ч, h3SO4 8-20 л/ч на литр смолы. Продолжительность регенерации 30-45 мин. Скорость медленной промывки НСl: 4 — 8 л/час на литр смолы h3SO4. 8-20 л/час на литр смолы. Продолжительность промывки: 5-20 мин. Объем воды для промывки: 2-4 объемов смолы. Скорость быстрой промывки: 8-40 л/час. Продолжительность: 15 мин. Объем воды для быстрой промывки: 3-6 объемов смолы. Объем воды для быстрой промывки: 3-6 объемов смолы.

Рассмотрев различные виды комплектации (последовательное соединение сильнокислотный катионит в Na+ — форме + слабокислотный катионит в Н+ -форме, два последовательных фильтра, со слабокислотным катионитом в Н+ -форме), пришли к выводу, что оптимальной является именно последняя схема. Это связано во-первых с более, чем в два раза большим РОЕ слабокислотного катионита, по сравнению с сильнокислотным, а во-вторых, с различной степенью регенерации.

Эффективность регенерации слабо и сильно диссоциированных ионитов существенно различается. Как отмечалось выше, слабо диссоциированные иониты могут быть регенерированы практически без избытка кислоты или щелочи. Сильно диссоциированные иониты требуют обязательного избытка. Чем выше желательная степень регенерации и, следовательно, рабочая емкость, тем больше должен быть этот избыток реагента.

Последовательное применение сильнокислотного катионита в Na+ — форме + слабокислотный катионит в Н+ — форме, приведет к тому, что на первом фильтре будут сорбироваться ионы солей жесткости в воду будут переходить ионы Na+, а на втором фильтре, со слабокислотным катионитом в Н+ — форме, будут сорбироваться те же ионы Na+, и образуется свободная угольная кислота.

Регенерация может проводиться при движении регенерирующего раствора через слой ионита в том же направлении, что очищаемый раствор — прямоточная регенерация, или в противоположном — противоточная регенерация.

Параллельноточная (прямоточная) регенерация наиболее просто осуществима, поэтому и наиболее распространена. Однако для достаточно полного вытеснения всех катионов из слоя ионита она требует существенного (2-3-кратного) избытка регенерирующего агента. Из-за «размазывания» наиболее сорбируемых ионов по слою ионита, они оказываются в результате в нижней части его слоя, там, где из него выходит очищенная вода; качество очистки недостаточно высоким.

Противоточная регенерация реализуется сложнее. Она может производиться с минимальным расходом реагентов (избыток от 1,1) и объемом отходов. Поскольку очищаемый раствор на выходе из фильтра контактирует с наиболее регенерированным ионитом, качество очистки максимально.

Расчет потенциальной мощности установок по очищенной воде на ионообменных сорбентах 

Наиболее удобно описывать процессы сорбции загрязняющих катионов трехмерными уравнениями. Это значит, что функция отклика варьируется в трехмерном пространстве переменных термодинамических координат. Так, степень очистки воды ?С (разница между концентрациями загрязняющего катиона на входе и выходе из сорбционной колонны) при фильтрации через насыпной слой специфического сорбента практически полностью описывается следующим уравнением:

?С = f(L,W,V), (1)

где: L – высота насыпного слоя;

W – количество активных центров сорбента;

V– скорость фильтрации.

Математическое моделирование процессов фильтрации дает возможность найти общий вид уравнения (1):

?С=[((х1·V2+y1*·V+z1)+(х2·V2+y2*·V+z2)·W)+((х3·V2+y3*·V+z3)+(х4·V2+y4*·V+z4)·W)·L]/(3-L) (2)

Итоговое уравнение (2) учитывает влияние на процесс сорбции загрязняющих катионов трех переменных факторов и содержит постоянных коэффициентов 12 коэффициентов.

Решение уравнения ?С = f(L, W, V) было найдено для катионитов, для которых известно, что при скорости фильтрации V, превышающей оптимальную (Vopt=20 м/ч) в 3 раза степень умягчения воды составляет 1/10 от степени умягчения, наблюдающейся при оптимальной скорости фильтрации. Таким образом, уравнение (2) имеет решение в интервале [Vopt ; 3* Vopt].

Далее найдем уравнение для расчета приращения скорости ионного обмена ?U при изменении скорости фильтрации на ?V. Приращение скорости ионного обмена определяется площадью, ограниченной кривой ?С = f(V) и осью абсцисс. Таким образом, в области варьирования скорости фильтрации (?V) от Vopt до V, приращение скорости ионного обмена может быть найдено по формуле:

V [((х1·V2+y1*·V+z1)+(х2·V2+y2*·V+z2)·W)+((х3·V2+y3*·V+z3)+(х4·V2+y4*·V+z4)·W)·L]/(3-L)

?U = ? ? dV d(?C) = ? dV ? d (?C) (3)

?V Vopt 0

Уравнение (3) решается численно и величина приращения скорости ионного обмена выражается в мг/ч. Для этого, скорость фильтрации следует выразить в л/ч, а степень очистки ?С – в мг/л:

[U] = [л/ч]·[ мг/л] = [мг/ч]

Зная значение ?U, можно найти полную скорость ионного обмена U. Скорость ионного обмена – это количество загрязняющих ионов (в мг), которое сорбировалось на сорбенте за 1 час. Величина ?U существенно отличается от 0 только при значениях скорости фильтрации выше некоторой оптимальной Vopt. Кроме того, ?U <0, так как с увеличением скорости фильтрации полная скорость ионного обмена снижается. Скорость ионного обмена при V< Vopt находится по формуле: U = V · ?C

В приведенной формуле степень очистки ?C находится по уравнению (2). При высоких скоростях фильтрации (V> Vopt) полная скорость ионного обмена выражается следующим образом:

U = V · ?C + ?U (4)

Зная скорость U, потенциальную мощность установки Р водоподготовки при повышенных скоростях фильтрации. Мощность Р – это объем воды, который может быть очищен на данной установки при соблюдении условия неизменности заданной степени очистки ?Cs. Для вычисления мощности необходимо знать динамическую обменную емкость ионообменного сорбента. Пусть обменная емкость равна E (в мг-экв/л), тогда общее количество активных центров (ионообменных групп) сорбента Wо равно:

Wо = E · Vs, (5)

где: Vs – объем сорбента.

Общее время Ts, в течение которого данная колонна может эксплуатироваться между двумя регенерациями, определяется отношением параметра Wo к полной скорости ионного обмена U при заданной скорости фильтрации:

Ts = Wo/U = E · Vs /( V · ?C + ?U) (6)

При расчетах по уравнению (6) следует перевести скорость ионного обмена в мг-экв/ч. Полученное время Ts (в часах) выражает запас эксплуатационной мощности установки водоподготовки в межрегенерационный период. Мощность установки может быть также выражена в объеме воды, который может быть очищен в межрегенерационный период Qs:

Qs = V / Ts (7)

Для удобства объем Qs выражается в м3, поэтому скорость фильтрации V должна быть переведена в м3/ч. Нахождение параметров Qs и Ts является конечной целью математического моделирования водоподготовительных установок.

➜ Методы умягчения воды :: Формула Воды

Потребление качественной чистой воды — одна из актуальных проблем человечества. Развитие техники, увеличение численности населения, высочайшая степень загрязнения окружающей среды, в том числе рек и озер, свидетельствует о том, что очистка воды необходима и в быту, и в индустрии. Но, нынешняя система очистки воды не дает идеальной очистки. Воде присуща жесткость – завышенные показатели содержания в ней солей кальция и магния. Проявляется она в виде налета на стенках электрических приборов (чайники, стиральные машины, посудомоечные машины, утюги и т.д.), на стенах с кафелем в ванной и под ободком унитаза Негатива от использования воды с повышенным содержанием солей жесткости настолько много, что человечество решило бороться с этой проблемой Были изобретены различные фильтры для умягчения воды.

Основные методы умягчения воды

Выбирая фильтры для очистки воды, необходимо ознакомиться с методами умягчения воды Их существует несколько групп К основной относятся:

• метод реагентного умягчения Заключается в использовании химических реагентов Особый успех получил в промышленности и энергетике.
• метод безреагентного умягчения В основе лежат: магнитные силовые поля, электрический ток и ультразвук (Процесс умягчения основан на физических процессах).

К отдельной группе методов причисляют:

• метод мембранного умягчения — основан на пропускании под давлением загрязненного раствора через полупроницаемую перегородку с отверстиями меньшими, чем размер частиц загрязнения.

Итог – чистая вода, практически дистиллят.

• метод ионного обмена – один из самых распространенных методов очистки воды Используется, когда в растворе содержатся небольшие концентрации загрязняющих веществ или на завершающей стадии очистки Заключается в извлечении из раствора ионов-примесей и замене на другие ионы (Н+ или на Na+), не влияющих на качество воды.

Реагентные методы умягчения воды

Применение того или иного метода умягчения воды вызвано содержанием огромного количества карбонатных солей (солей жесткости) или солей кальция и магния. Этот тандем является неотъемлемым показателем жесткости воды.

Самым распространенным и доступным бытовым методом борьбы с кристаллизацией солей жесткости на бытовых приборах является использование проточных дозирующих устройств. С помощью данных дозаторов вода проходит через жидкий или кристаллообразный реагент, который препятствует выпадению солей жесткости в осадок при повышении температуры или давления. Также для таких целей могут использоваться специальные реагенты — порошки, которые добавляются непосредственно в бытовые приборы во время их использования. Вышеперечисленные методы относятся к методу реагентного умягчения воды, используемые в быту В промышленности же применяют специальные дозирующие станции, которые дозируют реагенты (антискаланты, бисульфиты натрия, ингибидоры коррозии и т.д.) непосредственно в трубопровод исходной воды, таким образом осуществляя хим корректировку состава технической воды, защищая технологическое оборудование, сохраняя КПД производства на должном уровне.

Химический метод умягчения воды

Использование различных химических методов умягчения воды достаточно оправдано, учитывая применения недорогих реагентных методов К группе реагентных методов можно отнести и метод ионного обмена — это процесс поглощения ионитами (ионообменные смолы) положительных или отрицательных ионов «загрязнений» в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Умягчение воды с помощью ионного обмена происходит по принципу замены ионов кальция и магния на ионы натрия, которые находятся непосредственно в ионообменном катионите. Таким образом, во время прохождения воды через слой ионообменного катионита катионы кальция и магния остаются на ионообменном катионите, а очищаемая вода получает катион натрия. После полной замены всех катионов натрия на кальций и магний, ионообменный катионит нуждается в восстановлении, для этого используют солевой раствор, который получают растворением пищевой соли в воде. Пропуская солевой раствор через слой ионообменного катионита, происходит обратное замещения кальция и магния на натрий Объем воды от восстановления ионообменного катионита до его полного истощения называют фильтроциклом.  Фильтроцикл напрямую зависит от жесткости исходной воды, и от объема используемого ионообменного катионита. Следовательно, чем выше жесткость и меньше фильтрующего материала, тем меньше воды мы можем умягчить. В бытовых целях яркий представитель – фильтр-кувшин с ионообменными картриджами, а в индустрии – катионнообменная и анионообменная установка.  При использовании фильтра для жесткой воды кувшинного типа, объем ионообменного катионита ограничен объемом картриджа, также данный картридж не подлежит восстановлению и требует периодической замены. Следовательно, минусом данных систем является недолговечность и невозможность восстановления ионообменного катионита. При использовании системы умягчения воды для дома с возможностью восстановления (регенерации), минусом является ограниченность в жесткости исходной воды.  При жесткости выше 10 – 12 мг-экв/л применения такого оборудования для умягчения воды становится экономически неоправданной, в связи с частыми регенерациями и использованием большого количества соли для восстановления ионообменных свойств ионообменного катионита. При высокой жесткости исходной воды экономически оправдано использование баромембранных умягчителей воды.

Таким образом, вы ознакомились с самыми признанными и доступными методами умягчения воды, оценили преимущества и недостатки и определились со сферой применения. Осталось дело за малым – купить фильтр для умягчения воды.

умягчитель для воды,
система умягчения воды,
фильтр от жесткой воды

Как смягчить жесткую воду.

4 лучших метода смягчения воды

Кертис Гросси |
Последнее обновление:  17 января 2021 г.

Наши редакторы самостоятельно исследуют, выбирают и рекомендуют лучшие продукты. Некоторые из них могут быть партнерскими, то есть мы получаем небольшую комиссию ( без дополнительных затрат для вас ) при покупке товаров.

Умягчение воды в самой строгой форме подразумевает удаление из воды минералов, вызывающих жесткость воды, а именно кальция и магния, и в гораздо меньшей степени железа.

Итак, какие есть хорошие методы смягчения воды? Давайте погрузимся и посмотрим, как мы можем узнать , как смягчить жесткую воду .

Содержимое

• 1. Ионообменное умягчение воды
• 2. Обессоливание воды: кристаллизация с помощью шаблона (TAC) / Кристаллизация с помощью зародышеобразования (NAC)
• 3. Обессоливание воды (Обратный осмос) RO)
• 4. Кондиционирование воды без солей: хелатирование

Наиболее эффективным средством достижения этого является процесс ионного обмена, при котором катионы кальция и магния удаляются и заменяются другими минеральными катионами, чаще всего натрием из соли в форме хлорида натрия, хотя соли калия также могут быть использовал.

1. Ионообменное умягчение воды

Ионообменные умягчители воды на солевой основе являются основным видом умягчителей воды, используемых для бытового водоснабжения. Они удаляют из воды ионы кальция и магния, вызывающие жесткость, и заменяют их ионами натрия или калия, которые покрывают гранулы смолы в ионообменном баке.

Систему необходимо «регенерировать» примерно раз в неделю, чтобы заменить израсходованные ионы для смягчения воды и вымыть заменившие их ионы жесткости. Ионообменные умягчители воды также способны удалять из воды растворенное двухвалентное железо (чистая вода).

Эта форма железа обычно содержится в воде, забираемой из глубоких колодцев и других источников подземных вод. Он не окрашивает воду во время движения, но если воду оставить на некоторое время, например, в унитазе, железо будет реагировать с кислородом в воде, образуя красновато-коричневую пленку или кольцо.

Каждая часть железа эквивалентна 3–4 гранам жесткости воды, и рекомендуется использовать ионообменный умягчитель воды для удаления железа только в том случае, если его концентрация в воде не превышает 5–6 частей на миллион, в противном случае железный фильтр следует использовать вместе с умягчителем воды.

Кроме того, высокое содержание хлора может привести к разрушению шариков смолы в умягчителе воды, а также к растрескиванию и поломке коллектора или фильтра в баке умягчителя. Чтобы избежать этих проблем, убедитесь, что ваш резервуар для смолы смягчителя воды заполнен гранулами смолы с 10% сшивания, которые имеют лучшую устойчивость к хлору, чем стандартные гранулы смолы с 8% сшивки.

Еще одним вариантом ионообменных умягчителей воды является попеременная система с двумя баками или с двумя баками (это относится к системе с двумя соединенными между собой ионообменными баками в дополнение к солевому баку), поэтому нет риска жесткой воды в обход системы в процессе регенерации.

Большинство умягчителей воды оснащены перепускным клапаном, так что вода по-прежнему доступна в бытовых кранах, пока система регенерирует шарики смолы с помощью соли.

Некоторые системы позволяют сохранять ограниченный запас мягкой воды для использования во время регенерации, но этого может быть недостаточно. Если резерв не настроен или он закончился, жесткая вода будет поступать через перепускной клапан в вашу домашнюю водопроводную сеть до тех пор, пока процесс регенерации не будет завершен, и умягчитель воды снова полностью «включится».

Если вы настроили устройство для умягчения воды на регенерацию рано утром и уверены, что вода для бытовых нужд в это время не потребуется, то двухбаковая система вам не поможет.

Но, если в вашем домашнем хозяйстве потребление воды нерегулярно в течение дня и ночи или если вы используете воду в ночное время, например, если в доме есть сменный рабочий или стиральная машина с предварительным расписанием, использующая энергию в непиковые часы. тарифы, то выбор двухбакового умягчителя воды обеспечит защиту вашей бытовой системы водоснабжения от попадания жесткой воды.

Когда смола в одном из ионообменных резервуаров приближается к насыщению и нуждается в регенерации, система автоматически переключается на другой резервуар с полной емкостью. Таким образом, в вашей бытовой водопроводной сети всегда будет течь умягченная вода.

Умягчители воды Iron Pro доступны в виде чередующихся моделей с двумя резервуарами и 10% смолы с поперечными связями различной производительности и представляют собой комплексное решение для хлорированной воды с концентрацией железа до 6 частей на миллион.

2. Кондиционирование воды без солей: кристаллизация с помощью шаблона (TAC) / кристаллизация с помощью зародышеобразования (NAC)

Эта форма кондиционирования воды является относительно новой для коммерческого использования и теперь доступна в бытовых масштабах. В ходе контролируемых испытаний, проведенных Аризонским университетом, было доказано, что эта технология снижает образование известкового налета в жесткой воде более чем на 96%.

Принцип процесса заключается в том, что микроскопические керамические полимерные шарики в активной среде содержат участки или шаблоны, которые действуют как якоря для ионов жесткости кальция и магния, накапливающихся в кластеры нанокристаллов. Когда эти скопления вырастают до определенного размера, но все еще микроскопического размера, они отрываются от шариков и уносятся обратно в поток воды.

Эти кластеры кристаллов относительно стабильны и нерастворимы, поэтому они не будут прилипать к другим поверхностям, образуя известковый налет. Любая накипь, которая образуется, будет «мягкой», а не известковой, и ее легко удалить.

Было показано, что TAC эффективен для воды с жесткостью до 25 галлонов на галлон при расходе 7 галлонов в минуту, но рассчитан на гораздо более высокие уровни жесткости, до 75 галлонов на галлон. В отличие от ионообменных систем, среда TAC/NAC должна быть защищена от железа предварительным фильтром. Кроме того, образующиеся нанокристаллы существуют всего около двух дней, прежде чем они разрушатся, поэтому технология подходит только для регулярно потребляемой воды.

Бессолевая система для всего дома Aquasana SimplySoft EQ-AST-WH использует технологию TAC/NAC и рассчитана на 6 лет.

Система является относительно дорогой, в диапазоне от 1300 до 1400 долларов США, однако баки кондиционера необходимо заменять полностью, когда их емкость исчерпана. Он поставляется с 5-микронным фильтром предварительной очистки отложений, который имеет собственную производительность, зависящую от уровня содержания отложений в водопроводе.

Систему кондиционирования воды TAC/NAC, в которой используется многоразовый бак, можно приобрести по цене от 700 до 800 долларов США. Срок службы сменных наполнителей Filtersorb TAC/NAC составляет от 3 до 5 лет, в зависимости от жесткости воды.

Преимущества систем TAC/NAC включают более низкие требования к техническому обслуживанию, более простую установку, лучшую эффективность использования воды (отсутствие необходимости регенерации и сопутствующих потерь воды) и меньшее воздействие на окружающую среду.

3. Обессоливание воды: обратный осмос (RO)

Обратный осмос — это процесс пропускания воды через ряд фильтров очень тонкой очистки под давлением, , для удаления из воды всех примесей вплоть до молекулярном уровне.

Полученный продукт подобен дистиллированной воде, из которой удалены все химические вещества и органические растворенные твердые вещества, включая вызывающие жесткость ионы кальция и магния. Таким образом, это можно рассматривать как форму смягчения воды.

Однако большинство бытовых систем обратного осмоса обслуживают только одну точку подачи воды в доме со специальным краном для воды обратного осмоса, отделенным от остальной части бытовой системы водоснабжения. Это означает, что жесткая вода будет по-прежнему проходить через водонагреватель и систему горячего водоснабжения, образуя накипь в наиболее опасных местах.

​Используя легкую коммерческую систему обратного осмоса, такую ​​как безбаковая система обратного осмоса для воды коммерческого класса iSpring на 500 галлонов в день с резервуаром для хранения и нагнетательным насосом, вы можете обеспечить достаточное количество чистой умягченной воды для всего вашего дома до 6 человек в рекомендуемое среднее значение 75 галлонов на человека в день. Система, подобная этой, имеет четыре предварительных фильтра для удаления осадка, железа и хлора перед тем, как вода попадет в камеру обратного осмоса, что обеспечивает более длительную и эффективную работу.

Однако при работе с системой обратного осмоса следует учитывать несколько моментов, в том числе тот факт, что для производства одного галлона умягченной воды требуется два или более галлона жесткой воды, поэтому потребление воды всегда будет выше, чем при использовании других систем. системы. Кроме того, хотя обратный осмос удалит нежелательные минералы жесткости, он также удалит из воды все другие минералы и питательные вещества.

Эта вода может оказаться вредной для здоровья в течение длительного времени без повторного введения желаемых минералов и солей. Наконец, мембрану(ы) обратного осмоса нужно будет регулярно промывать и очищать – к счастью, описанная выше система делает это автоматически.

4. Кондиционирование воды без солей: хелатирование

Хелирование — это средство кондиционирования ионов, вызывающих жесткость в воде, чтобы они не смешивались с другими химическими веществами в воде с образованием так называемого известкового налета. Этот процесс использовался для очистки воды в коммерческих целях в течение нескольких десятилетий, например, на фабриках, в прачечных и ресторанах, но лишь совсем недавно стал доступен для использования в бытовых масштабах.

Основное различие между ионным обменом и хелатированием заключается в том, что последний процесс не удаляет ионы жесткости из воды, а просто изменяет их зарядовое состояние, так что они становятся инертными и менее реактивными по отношению к другим химическим веществам. По этой причине системы, использующие этот процесс, правильно называть «кондиционерами воды», а не «умягчителями воды».

Преимущество этого заключается в том, что ионы кальция и магния остаются в кондиционированной воде и могут приносить пользу здоровью при потреблении воды, а содержание натрия в воде не увеличивается для людей с низким содержанием натрия. диеты натрия по причинам, связанным со здоровьем.

Другими преимуществами этого бессолевого процесса являются простота установки, отсутствие потерь воды, незначительное техническое обслуживание, использование натрия или воздействие на окружающую среду.

В кондиционерах для воды используется активный ингредиент, такой как лимонная кислота или полифосфат пищевого качества, пропитанный сменным картриджем, для кондиционирования или «секвестрации» ионов жесткости кальция и магния, а также ионов железа и марганца, поэтому что они не будут реагировать с другими свободными ионами с образованием известкового налета.

Любая образовавшаяся накипь легко смещается или удаляется, фактически существующая известковая накипь постепенно разрушается и удаляется образующимися кристаллами. Секвестрированные ионы также не образуют «мыльной пены», и любые следы, оставленные на стеклянных поверхностях, можно легко стереть.

К сожалению, кондиционирование длится только в течение ограниченного периода времени, и вода, оставленная на несколько дней или постоянно циркулирующая в системе отопления, имеет тенденцию терять свое «кондиционирование», и ионы жесткости снова активируются. . По этой причине водоподготовку следует использовать только для воды, которая будет использована в течение дня или двух.

Поскольку системы, не содержащие солей, не удаляют из воды ионы жесткости, тесты на жесткость воды, проведенные на «кондиционированной» воде, не покажут различий в результатах с исходной «жесткой» водой, что затрудняет определение эффективности системы. .

Наиболее распространенным признаком израсходованного картриджа кондиционера для воды является наличие возрастающей жесткости воды в виде мыльной пены, поэтому лучше своевременно и регулярно заменять картриджи.

Модель 3M AP904 с номинальной емкостью 100 000 галлонов и ожидаемым периодом замены картриджа 12 месяцев является одним из бессолевых кондиционеров воды с самой высокой производительностью. К сожалению, уровень жесткости воды, на который рассчитана эта система, в ее документации не указан.

Система Aquios FS220 имеет номинальную емкость 40 000 галлонов с максимальным показателем жесткости 22 gpg и ожидаемым сроком службы картриджа от 4 до 6 месяцев.

Система Nuvo h3O Home имеет номинальную вместимость 35 000 галлонов с испытанным рейтингом твердости 15 gpg и ожидаемым сроком службы картриджа шесть месяцев.

С точки зрения соотношения цены и качества, исходя из доступных спецификаций, 3M AP904 является лидером в этой области, за ним следует Система Aquios FS220 , причем обе эти системы также обеспечивают уменьшение вкуса и запаха хлора.

Кертис — основатель и владелец сайта softingwater.com. Он является ведущим специалистом по всем аксессуарам для смягчения воды в руководствах и обзорах этого сайта. Если он не пишет обзоры, руководства или какие-либо другие полезные советы, вы обнаружите, что он проверяет их, чтобы выяснить их пригодность.
Он увлечен смягчением воды. Вы найдете его чрезвычайно полезным и всегда готовым просвещать население в целом обо всем, что касается воды и ее воздействия на их здоровье и технику.

Рекомендуемая литература

3 самых популярных метода смягчения воды

Жесткая вода, поступающая прямо из подземных источников, обычно содержит определенные компоненты (в частности, катионы кальция, магния и других металлов), которые вызывают образование известкового налета в трубах, что вредно для водопровода. При умягчении воды удаляются компоненты, которые делают ее «жесткой», поэтому вода может проходить по трубам, не вызывая известкового налета.

Существует несколько способов смягчения воды, и вот некоторые из наиболее популярных:

Ионообменный

Основным типом умягчителей воды, используемых для очистки бытовых водопроводов, являются ионообменные умягчители воды. Эти умягчители имеют ионообменный бак, содержащий гранулы смолы, покрытые ионами калия или натрия, которые заменяют ионы кальция и магния в жесткой воде. Ионообменные умягчители воды также могут удалять определенные виды железа, содержащиеся в воде.

Ионообменный умягчитель воды необходимо регулярно «регенерировать», чтобы заменить использованные смягчающие ионы и вымыть ионы жесткости. Если в воде высокое содержание хлора, шарики смолы в умягчителе могут разрушиться и даже сломать фильтр в резервуаре. Чтобы бороться с этим, умягчитель воды должен иметь гранулы смолы с 10% сшивки, которые лучше переносят хлор, чем обычные гранулы с 8% сшивки.

Обратный осмос (RO)

Метод обратного осмоса удаляет вредные компоненты жесткой воды, пропуская воду через несколько фильтров, достаточно тонких, чтобы отфильтровать все молекулы жесткой воды.

Однако этот метод может быть не совсем безопасным для сантехники, поскольку жесткая вода в бытовых системах обратного осмоса все равно будет проходить через водонагреватель и системы горячего водоснабжения, что может привести к образованию накипи в трубопроводах. Также потребуется не менее двух галлонов жесткой воды, чтобы произвести галлон умягченной воды. Помимо удаления нежелательных «твердых» минералов, системы обратного осмоса удалят из воды все другие питательные вещества и минералы. Его также необходимо регулярно мыть и чистить.

Хелирование

Хелатирование используется для обработки ионов, вызывающих жесткость в жесткой воде, чтобы они не смешивались с другими химическими веществами с образованием известкового налета. Это популярный метод очистки для коммерческого применения, например, в ресторанах, прачечных и на фабриках, и лишь недавно он стал доступен для домашнего использования.

Этот метод отличается от большинства методов умягчения воды тем, что не удаляет из воды ионы жесткости. Хелатирование просто изменяет их заряд, чтобы сделать их менее реактивными с другими химическими веществами, присутствующими в жесткой воде. Активные ингредиенты хелатирующих агентов (например, пищевая лимонная кислота или полифосфат) изолируют ионы магния, кальция, железа и марганца, чтобы предотвратить их реакцию друг с другом с образованием известкового налета.