Способы умягчения воды: Способы умягчения жёсткой воды в домашних условиях

Способы умягчения воды — СМОЛЫ

Ионообменные смолы / Способы умягчения воды

Количество растворенных в воде минеральных веществ (в основном это соли магния и кальция) определяет уровень ее минерализации или жесткости. Чем жестче вода, тем больше образуется накипи на внутренних элементах отопительного и бытового оборудования, быстрее изнашивается бытовая техника, сильнее засоряются трубы и повышаются энергозатраты. В жесткой воде плохо готовить, стирать и мыть голову, так как минеральные соединения не растворяются, а осаждаются на нитях, волокнах и волосах, вызывая их постепенное и неуклонное разрушение. Кроме того, такая вода оказывает отрицательное воздействие на внутренние органы человека и часто приводит к мочекаменной болезни.

Поэтому жесткость воды, которая используется для приготовления пищи, должна находиться в определенных пределах: до 3 миллиэквивалентов на литр (для европейских стран) и не превышать 7 миллиэквивалентов на литр (для России). Т.е. европейцы пьют воду, которая в несколько раз мягче, чем в России. Поэтому лучше поступающую в наши краны воду дополнительно умягчить. Чаще всего для это используется ионообменная смола, засыпанная в фильтры для воды, но существуют и другие методы удаления или снижения жесткости.

Умягчение — способ борьбы с жесткостью воды

Проблема жесткой воды касается абсолютно всех потребительских категорий: жителей городских квартир и частных домов, владельцев ресторанов и пищевых производств, а также руководителей промышленных предприятий. Для удаления из жидкости катионов жесткости (солей Ca2+ и Mg2+) существует множество методов: термический, с использованием реагентов, ионообменный, электромагнитный и т.д. Они применяются в зависимости от объема обрабатываемой жидкости, первоначальной жесткости воды и целей ее использования.

Следует иметь в виду, что различают жесткость:

— карбонатную (или временную) – вызванную наличием двухвалентных катионов кальция и магния и анионов HCO3-, которые устраняются кипячением;

— некарбонатную (постоянную) – вызванную наличием примесей солей соляной, серной или азотной кислоты, не удаляющихся методом кипячения, а выпадающих в малорастворимый осадок типа сульфата кальция или магния.

 В основном в воде присутствует именно карбонатная жесткость, поэтому все усилия создателей методик для смягчения воды направлены на ее уменьшение. Самые популярные из них — это кипячение и применение фильтров с ионообменными материалами.

Термический метод смягчения

Кипячение — самый простой способ снизить жесткость жидкости под воздействием высокой температуры за счет распада солей СаСО3 и MgCO3 на углекислый газ и соответствующий карбонатный осадок. Он позволяет существенно уменьшить жесткость, которая вызвана высоким содержанием катионов Ca2+ и Mg2+ и сульфата кальция СаSO4. Но на 100% устранить временную (карбонатную) жесткость термическим способом невозможно, так как углекислый кальций способен незначительно растворяться в воде.

 Поэтому кипячение обычно используется в сочетании с другими процедурами умягчения или для подготовки жидкости, предназначенной для технических нужд. К недостаткам термического метода следует также отнести: образование осадка, требующего периодического удаления, сложность работы с большими объемами и значительные энергозатраты.

Ионообменный способ смягчения

В основе данного метода лежит свойство ионообменных материалов (они называются ионитами) поглощать из жидкости ионы жесткости, а взамен отдавать такое же число собственных «мягких» ионов (хлорида натрия). Такие материалы помещаются в фильтры-умягчители воды в виде специальных картриджей. В результате данного обмена запас полезных ионов хлорида натрия в ионитах постоянно уменьшается, что требует либо их частой замены, либо проведения специальной процедуры регенерации. Она осуществляется с помощью пропускания раствора поваренной соли сквозь слой отработанного ионита. В результате этого процесса ионит снова насыщается ионами хлорида натрия, а задержанные катионы жесткости отводятся в сток.

Преимущества ионообменного метода: достаточно высокая степень умягчения воды, возможность обрабатывать большие объемы жидкости, малая затратность. Но есть и недостатки: большая цена фильтров, обладающих функцией регенерации, или необходимость часто менять ионообменные материалы в фильтрах, которые не обладают функцией регенерации. Выбор таких устройств довольно большой, что позволяет их использовать как для промышленных, так и для бытовых целей.

Ионообменные материалы для умягчения

В технологических процессах водоподготовки в качестве ионообменных материалов в основном применяются специальные смолы мелкой зернистости, прекрасно извлекающие катионы кальция и магния. Они представляют собой синтетически созданные гранулы с введенными в них методом химического взаимодействия ионообменными группами.

Смолы для умягчения воды делятся на виды в зависимости от структуры синтетических ионитов. Они могут быть гелевыми (набухают в 2-3 раза, но имеют исчерпаемый ресурс набухания), изопористыми (впитывают намного больше, но сильнее раздуваются) или макропористыми (мало набухают и являются прекрасными адсорбентами с высокой скоростью очистки).

Чаще всего наполнитель фильтра-умягчителя — это набор нескольких смол (катионитов и анионитов), способных поглощать разные типы загрязнений. Такая высокоэффективная ионообменная среда поэтапно удаляет из воды различные примеси железа, кремния и марганца, а также соли карбонатной жесткости. Для употребления воды в пищу используются качественные гранулы высокой очистки, отличающиеся высокой способностью отдавать натрий взамен на надежно прилипающие к ним соли жесткости.

Подведем итог

Сегодня отказаться от умягчения означает рисковать не только своими деньгами, но и собственным здоровьем. Следовательно, остается единственный выход — снижать жесткость потребляемой воды до того, как она попадет в бытовые приборы или в наш организм.

системы и фильтры, методы и способы умягчения воды

Даже самая чистая и прозрачная на вид пресная вода содержит в себе частицы металлов, многие из которых вредят человеческому здоровью. Чтобы избавиться от них, проводится умягчение воды. Что это за процедура, расскажем в данной статье.

Жесткими воду делают растворенные в ней соли щелочноземельных металлов. Главным образом к ним относятся кальций и магний. Вода поступает в реки и озера из подземных источников, которые протекают в известняковых пластах и обогащают ее солями жесткости. Поэтому поверхностные воды менее жесткие, чем глубинные.

Жесткая вода негативно влияет на здоровье и внешность человека. Гидрокарбонаты кальция и магния затрудняют работу пищеварительной системы, что может привести впоследствии к появлению камней в почках. Знакомые многим отложения солей в суставах тоже зачастую возникают из-за употребления жесткой воды. Мытье в такой воде чревато сухостью кожи, появлением сыпи, перхоти и даже выпадением волос. Готовить пищу в жесткой воде тоже не рекомендуется — она разрушает содержащиеся в продуктах полезные вещества и делает блюдо менее аппетитным. Особенно сильно это ощущается при варке мяса, которое даже после длительного пребывания в воде остается твердым. Жесткая вода также существенно ухудшает качество работы бытовой техники: посудомоечных и стиральных машин, чайников, бойлеров и т. д. Из-за кристаллизации солей на нагревательных элементах образуется накипь, которая в итоге приводит к поломке.

По нормам СанПиНа жесткость питьевой воды должна быть не больше 7 миллиграмм-эквивалентов на литр, однако в ряде европейских стран данный показатель почти вдвое ниже. Допустимая жесткость воды для хозяйственных нужд в России — не более 10 мг-экв/л.

География жесткости
Если говорить о нашей стране в целом, то городами с наиболее жесткой водой считаются Москва, Челябинск, Уфа, Самара, Смоленск, Волгоград, Тула и их окрестности. Причины здесь разные — изношенная инфраструктура водоснабжения, наличие рядом крупных заводов и фабрик, загрязненные реки и многое другое. При этом в частном секторе вода будет жесткой вне зависимости от региона, потому что она поступает туда из колодцев и артезианских скважин, содержащих богатые кальцием и магнием грунтовые воды. В природной среде данные металлы регулируют ряд химических процессов, но во всех остальных случаях от них больше вреда, чем пользы.

5 признаков жесткой воды

Чтобы понять, что в воде избыток солей жесткости, не обязательно делать лабораторный анализ. Для этого существует ряд наглядных факторов, доказывающих необходимость покупки системы умягчения воды:

• Накипь на стенках чайников . Как уже сказано выше, ее вызывает кристаллизация солей на нагревательных элементах.
• Белый налет на кранах . Является проявлением отложившихся известковых соединений.
• Твердое после стирки белье и белые разводы на поверхности. Постиранные вещи «утяжеляют» отложившиеся на них примеси, а в появлении разводов снова виновата содержащаяся на внутренних элементах машинки накипь.
• Ощущение сухости и стянутости кожи после гигиенических процедур. Происходит из-за забивания пор и разрушения солями жесткости естественного жирового слоя кожи.
• Минимальное пенообразование : рекомендованного производителем количества моющего средства недостаточно, так как оно плохо пенится. Неважно, о чем идет речь — и шампуни, и гели для душа, и стиральные порошки, и мыла вступают в активное взаимодействие с солями жесткости, расходуясь не по назначению.

Способы и технологии умягчения воды

Умягчение воды — процесс снижения в ней концентрации солей жесткости. Выбирая технологию и систему умягчения воды, стоит четко понимать, как она будет использоваться. Кому-то очищенная вода нужна на даче, исключительно для хозяйственных нужд; кому-то — в квартире, чтобы соли жесткости не портили пищу и бытовую технику; а кто-то не желает покупать бутилированную воду и хочет пить «домашнюю». Отметим также, что не все фильтры для умягчения воды универсальны. Например, в малогабаритную квартиру громоздкая установка для коттеджа точно не поместится.

Существует два основных вида умягчения воды.

• Реагентный. К нему относится умягчение при помощи ионообменных фильтров, замещающих ионы кальция и магния на безопасные для человека и бытовой техники ионы натрия. Считается самым современным и высокопроизводительным. Более радикальный реагентный метод умягчения воды — химический, когда в жидкость добавляются реактивы, превращающие растворимые соединения в нерастворимые. Главный минус в том, что очищенную таким образом воду нельзя пить.
• Безреагентный. Здесь подвидов гораздо больше, и самый простой из них — кипячение. Данный принцип умягчения воды не требует какого-либо оборудования, но и производительность у него весьма низкая. К безреагентному фильтру также относится мембранная установка для умягчения воды. Она отсеивает до 98% примесей, как вредных, так и полезных, поэтому очищенная жидкость требует дополнительной минерализации. Другой аналог — полиофосфатные фильтры для умягчения воды. Они представляют собой колбу с кристаллами полиофосфатной соли, насыщающую проходящую через них воду полиофосфатом натрия. В основном такие фильтры используют для бытового оборудования, потому что пить очищенную с их помощью воду нежелательно. Есть еще одна категория — магнитные и электромагнитные фильтры, которые меняют своим излучением структуру солей жесткости и разрушают накипь. Концентрация солей при этом остается прежней, так что пить такую воду тоже нельзя. Обычно магнитные и электромагнитные установки для умягчения воды используются для труб и насосного оборудования.

Ионообменные фильтры для умягчения воды по праву считаются самыми популярными, так как у них много разновидностей, и они делают воду пригодной для питья. Например, фильтр для умягчения воды в квартире Ekodar Compact S («Экодар Компакт Эс») содержит безвредный реагент — таблетированную поваренную соль. Еще одно преимущество этого фильтра — компактность, которую обеспечивает встроенная внутри корпуса системы емкость для солевого раствора. В качестве фильтра для умягчения воды в частном доме прекрасно подойдет система EMS S («ЕМС Эс»). В роли фильтрующей загрузки в ней выступает катионообменная смола в Na-форме. Периодическая регенерация фильтров умягчения воды серии EMS S («ЕМС Эс») проводится концентрированным раствором поваренной соли. Использование противоточной регенерации позволяет увеличить ресурс системы и производительность, а также существенно сократить расход реагентов. EMS S («ЕМС Эс») состоит из бытового фильтра для воды без загрузки и солевого фидера и абсолютно безопасна для биосептика.

Отметим, что для владельцев домов в частном секторе не менее актуальна проблема обезжелезивания воды. Железо попадает в колодцы и артезианские скважины из разрушающихся каменных пород. Жители квартир в старых домах с чугунными или стальными водопроводами тоже в группе риска. Употребление воды с повышенным содержанием железа может привести к мочекаменной болезни, проблемам с зубами, кожей и желчным пузырем, а также аллергии и дерматиту. Поэтому вместе с устройством для умягчения воды лучше приобрести и фильтр обезжелезивания. Есть и более удобный вариант — система «2 в 1». К ней относятся реагентные многофункциональные фильтры для обезжелезивания и умягчения воды EMS X («ЕМС Икс»). Многокомпонентная смесь Ecomix («Экомикс») позволяет одновременно удалить из жидкости соли жесткости, железо, марганец, алюминий, аммоний и органические соединения. Загрузка эффективна независимо от pH, концентрации органических соединений и устойчива к воздействию хлора, сероводорода.

Устройство фильтров для умягчения: как подобрать оптимальный вариант

Чтобы подобрать наиболее подходящий фильтр для умягчения воды, надо сделать ее анализ, который поможет определить концентрацию солей жесткости. Чем она выше, тем мощнее нужен умягчитель. Воду можно отправить в лабораторию или воспользоваться специальным прибором — TDS-метром. При выборе бытового фильтра для умягчения воды важно учесть ее расход в доме. Лучше брать за основу максимальную величину потребления.

В квартире проще всего установить компактный фильтр, который закрепляется на трубе или другом устройстве. Внутри него может находиться реагент или магнитное поле. Недостаток данного фильтра в том, что он может обслуживать только одно устройство. Фильтры-умягчители картриджного типа оборудованы прозрачной колбой, оснащенной сменным картриджем с ионообменной смолой. В среднем его хватает на полгода работы. Более экономный вариант — так называемые кабинетные фильтры, работающие на базе ионообменного метода умягчения воды. Они прекрасно подходят для квартиры или небольшого загородного дома. Существует и более объемное устройство — ионообменные колонны с солевыми баками, которые актуальны для больших коттеджей. Представляют собой резервуары с ионообменной смолой, через которые и проходит вода. Такие колонны оснащены «умной» системой регенерации — при достижении критического уровня колонна меняет режим с фильтрации на регенерацию и направляет раствор солей жесткости через резервуар. Ионы кальция и магния при этом уходят в канализацию.

Конструкция устройств для умягчения воды не самая простая, поэтому, покупая подобный фильтр, хочется быть уверенным в его качестве и надежности. На рынке много компаний, которые реализуют фильтры для умягчения воды для дома, но лучше обращать внимание на фирмы «с именем», успевшие себя положительно зарекомендовать.

умягчение воды | Определение, процесс и факты

химическое умягчение воды

См. все средства массовой информации

Связанные темы:

ионообменная реакция
ионообменная смола
жесткая вода
средство для смягчения воды
известково-содовый метод

См. все связанные материалы →

смягчение воды , процесс удаления растворенных солей кальция и магния, которые вызывают жесткость воды.

В отличие от жесткой воды, умягченная вода не будет образовывать нерастворимую накипь или осадок в трубах и баках, а также не будет мешать чистящим средствам, таким как мыло. Таким образом, умягчение воды незаменимо во многих отраслях промышленности, и в ряде стран в домах используются небольшие установки для умягчения воды.

Викторина «Британника»

Вода и ее различные формы

Несмотря на то, что вода существует в трех состояниях, правильный ответ на вопросы этой викторины только один. Погрузитесь и проверьте свои знания о воде… и посмотрите, утонете вы или выплывете.

Жесткая вода может быть проблематичной, поскольку ионы кальция и магния реагируют с высшими жирными кислотами мыла с образованием нерастворимого студенистого творога, вызывая, таким образом, отходы мыла (эта нежелательная реакция не происходит с современными моющими средствами). В котлах кальций и магний в жесткой воде образуют твердую накипь на пластинах. В результате плохой теплопроводности накипи увеличивается расход топлива, а котел быстро выходит из строя за счет внешнего перегрева пластин. Карбонат натрия, если он присутствует, гидролизуется с образованием свободной щелочи, которая вызывает щелочное охрупчивание и выход из строя пластин котла.

Умягчение воды достигается либо путем добавления химических веществ, образующих нерастворимые осадки, либо путем ионного обмена. В небольших масштабах химические вещества, используемые для умягчения, включают аммиак, буру, гидроксид кальция (гашеная известь) или тринатрийфосфат, обычно в сочетании с карбонатом натрия (кальцинированная сода). Известково-содовый метод умягчения воды должен сопровождаться отстаиванием и фильтрацией для удаления осадков. Вода может быть химически умягчена в больших масштабах путем добавления извести, достаточной для осаждения кальция в виде карбоната и магния в виде гидроксида, после чего добавляется карбонат натрия для удаления оставшихся солей кальция.

Ионный обмен является общепринятым промышленным методом умягчения воды. Это достигается путем пропускания воды через колонны из натуральной или синтетической смолы, в которой ионы натрия обмениваются на ионы кальция и магния. После того, как колонка поработает какое-то время, в воде, выходящей из колонки, начинают появляться кальций и магний. В этот момент колонку необходимо регенерировать, медленно пропуская через колонку концентрированный раствор поваренной соли; избыток ионов натрия вытесняет ионы, создающие жесткость, так что после промывки водой слой теплообменника снова готов к использованию. Сначала в качестве обменников для этой цели использовались природные алюмосиликаты, но позже вместо них стали использовать синтетические смолы. Домашние умягчители воды обычно работают аналогично и состоят из цеолита или другой ионообменной смолы в резервуаре, подключенном непосредственно к системе водоснабжения.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Мелиссой Петруцелло.

Обзор процесса умягчения воды | Luminor

Об умягчении воды

Жесткая вода — это вода с высоким содержанием растворенных минералов (в отличие от мягкой воды с низким содержанием растворенных минералов). Жесткая вода имеет высокие концентрации ионов кальция (Ca2+) и магния (Mg2+). Жесткость воды определяется как концентрация поливалентных катионов. Многовалентные катионы – это катионы (ионы металлов) с зарядом больше 1+, в основном 2+. Эти катионы включают Ca2+ и Mg2+.
Эти ионы попадают в систему водоснабжения путем вымывания из минералов (таких как известняк) в водоносном горизонте. Распространенными минералами, содержащими кальций, являются кальцит и гипс. Распространенным минералом магния является доломит, который также содержит кальций. Дождевая вода и дистиллированная вода мягкие, потому что содержат мало ионов. Жесткая вода обычно содержится в грунтовых водах (колодцах), поскольку вода находится в непосредственном контакте с минералами, которые могут растворяться. Поверхностные воды (озера, реки или ручьи) обычно мягкие с очень низким уровнем жесткости.

Жесткая вода, как правило, не вредна для здоровья, но может создавать серьезные проблемы с водопроводом как в жилых, так и в коммерческих помещениях. От отсутствия образования пены в ваннах и прачечных до дорогостоящих поломок бойлеров, градирен и другого оборудования, работающего с водой, жесткость воды является серьезной проблемой.

Следующая равновесная реакция описывает растворение/образование отложений карбоната кальция:

CaCO ₃  + CO ₂  + H ₂ O = Ca ²⁺  + 2HCO ₃ ^—

Ионы кальция и магния легко удаляются в процессе ионного обмена.

Умягчение воды — это процесс, который решает проблему, называемую «жесткой водой». Жесткая вода – это вода любого типа, которая содержит больше минералов, чем обычная водопроводная вода. В основном это связано с повышенным уровнем кальция и магния, что затрудняет растворение таких продуктов, как мыло, в воде. Он также может оставлять пятна от жесткой воды на ваннах или раковинах и засорять трубы.

Умягчение воды – это процесс, при котором удаляются ионы кальция, магния и иногда железа. Именно эти ионы в жесткой воде затрудняют растворение в воде продуктов с другими положительно заряженными ионами. Делая это, умягчение воды удаляет оскорбительные минералы из воды.
Умягчитель воды — это устройство, которое обменивает катионы. По сути, это берет катионы кальция и магния (две наиболее распространенные причины жесткой воды) и заменяет их катионами другого вещества. Чаще всего происходит обмен ионов с ионами из растворенной соли хлорида натрия (рассол).

Устранение или снижение жесткости воды осуществляется с помощью устройства, известного как умягчитель воды. Именно внутри этого умягчителя происходит процесс ионного обмена. Умягчитель состоит из разных компонентов, каждый из которых имеет свое уникальное назначение. Сердцем умягчителя является резервуар для минералов, представляющий собой сосуд высокого давления, обычно изготовленный из стекловолокна. Эти резервуары заполнены отрицательно заряженной ионообменной смолой. Мозги умягчителя находятся в регулирующем клапане или головке умягчителя, как его обычно называют. Большинство популярных умягчителей воды имеют автоматическую систему регенерации. Самый простой тип имеет электрический таймер, который промывает и перезаряжает систему по регулярному графику. Во время подзарядки мягкая вода недоступна. Второй тип контроля использует компьютер, который следит за тем, сколько воды используется. Когда через резервуар с минералами проходит достаточно воды, чтобы истощить шарики натрия, компьютер запускает регенерацию. Эти умягчители часто имеют резервную емкость смолы, поэтому во время заправки будет доступно некоторое количество умягченной воды. Третий тип контроля использует механический водомер для измерения расхода воды и инициирования перезарядки. Преимущество этой системы заключается в том, что не требуются электрические компоненты, а емкость для минерального сырья подзаряжается только при необходимости.

Если устройство оборудовано двумя баками для минеральной воды, умягченная вода всегда доступна, даже когда устройство перезаряжается.

Третьим основным компонентом системы умягчения воды является солевой бак. Солевой бак представляет собой резервуар для хранения хлорида натрия (NaCl) или хлорида калия (KCL), который смешивается с водой во время циклов пополнения солевого раствора и регенерации. Этот рассол (концентрированный раствор соленой воды) втягивается обратно в минеральный бак во время фазы регенерации для пополнения слоя умягчителя. Соль или хлорид калия являются расходуемой средой и должны регулярно пополняться, чтобы обеспечить адекватное смягчение устройства

Основная среда, содержащаяся в устройстве для смягчения воды, известна как ионообменная смола. Эта смола в основном представляет собой нерастворимую матрицу, обычно имеющую форму маленьких (диаметром 1-2 мм) шариков. Материал имеет сильно развитую структуру пор, на поверхности которых находятся участки с легко захватываемыми и высвобождаемыми ионами. Этот процесс захвата ионов происходит с одновременным высвобождением других ионов, в результате чего возникает термин ионообмен. Ионообменные смолы могут быть изготовлены с избирательным предпочтением одного или, возможно, нескольких различных типов ионов. Как правило, эти смолы основаны на сшитом полистироле.

Умягчители воды выполняют основные функции; цикл размягчения и цикл регенерации. В цикле умягчения вода поступает в умягчитель и проходит через ионообменную смолу, насыщенную ионами натрия (Na+). Когда жесткая вода проходит через смолу, ионы жесткости (Ca2+ и Mg2+) физически обмениваются с ионами натрия на ионообменной смоле. Этот процесс продолжается до тех пор, пока смола не насытится ионами жесткости и не истощится ионами натрия. По мере того, как смола приближается к истощению, ее способность к размягчению (обмену ионами жесткости с ионами натрия) ограничивается. Для правильной работы умягчителя в этот момент времени необходимо запустить цикл регенерации.

Во время цикла регенерации солевой раствор (солоноватая вода, образующаяся в солевом баке в результате смешивания воды и соли) проходит через бак для смолы (вверх или вниз в зависимости от конструкции). Когда этот солевой раствор проходит через резервуар, ионы натрия переносятся (заменяются) на ионы жесткости на ионообменной смоле, и эти ионы жесткости, следовательно, отправляются в дренаж. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все ионы жесткости не будут заменены ионами натрия (вы заметите, что небольшое количество соли уходит вместе с ионами жесткости), и слой считается полностью регенерированным..

Жесткость измеряется уровнем бикарбонатов кальция и магния в воде и вместе представляет собой общую жесткость (TH). Твердость можно определить с помощью инструментального анализа. Общая жесткость воды, включая ионы Ca2+ и Mg2+, выражается в частях на миллион (ppm) или массе/объеме (мг/л) карбоната кальция (CaCO3) в воде. Хотя жесткость воды обычно измеряется только общими концентрациями кальция и магния (двух наиболее распространенных ионов двухвалентных металлов), железо, алюминий и марганец также могут присутствовать в повышенных количествах в некоторых местах. Присутствие железа характерно придает кальцификации коричневатый (ржавый) цвет вместо белого (цвет большинства других соединений).

В целях очистки воды жесткость измеряется либо в гранах на галлон (gpg), либо в частях на миллион (ppm).