Жесткость воды

Жесткость воды (Н) — наиболее важный параметр качества воды при ее очистке и подготовке перед подачей на системы паро–водогрейного оборудования котельных и систем охлаждения.

Главными ионами, обуславливающими жесткость воды, являются ионы кальция и магния. Их суммарная концентрация, выраженная количеством миллиграммов–эквивалентов в 1 л воды (мг–экв/л), называется общей жесткостью (Но).

Общая жесткость рассчитывается как сумма концентраций эквивалентов ионов кальция и магния в 1 литре воды:
Hо = [Ca2+]/20,04 + [Mg2+]/12,16, мг–экв/л.

Также наиболее распространенной единицей выражения жесткости является Немецкий градус жесткости, равный 0,357 градусу жесткости, применяемому в России.

Соотношения между такими единицами измерения жесткости, как Немецкий градус, Hо мг–экв/л и Hо мкг–экв/л приведены ниже:

Немецкий градус, G, мг–экв/л Hо мг–экв/л Hо мкг–экв/л
1 0,357 357
2,8 1 1000
0,0028 0,001 1

Относительные величины жесткости и щелочности природных вод делят их на два типа:
Нещелочные, где Но > Що, и
Щелочные, где Но < Що.

Нещелочные воды, где Но > Що, наиболее распространены. В них различают:
Но – жесткость общую;
Нк – жесткость карбонатную, обусловленную бикарбонатами кальция и магния;
Ннк – жесткость некарбонатную, с преобладающими в воде хлоридами и сульфатами кальция и магния;

НСа – жесткость кальциевую, в основном составляют соединения кальция;

HMg – жесткость магниевую, аналогично – соединения магния.

При этом имеет место быть следующее соотношение: Hо = Hк + Ннк = НCa + HMg.

Для вод, где Но < Що, понятие карбонатной и некарбонатной жесткости смысла не имеет, т.к. Но < [HCO HCO3- ]. В таких водах различают общую жесткость, кальциеву, магниевую и щелочность.

Для щелочных вод, учитывая высокую концентрацию HCO3-, при расчетах водоподготовки следует принимать Нк = Но, а Ннк = 0.

Умягченные воды (прошедшие через систему водоочистки и водоподготовки, конденсат или питательная вода) характеризуются лишь общей жесткостью или остаточной.

При анализе воды, если он выполнен правильно, то должно соблюдаться равенство, в котором сумма всех положительных зарядов, обусловленных наличием в воде катионов, равна сумме отрицательных зарядов, обусловленных соответственно анионами:
[Na+]/22,997 + [Ca2+]/20,04 + [Mg2+]/12,16 + [NH4+]/18,04 = [Cl-]/35,456 + [SO42-]/48,03 + [NO3-]/62,008 + Що, при том что эквивалентная концентрация суммы ионов SiO32-, HSiO3-, CO32- и HCO3- входят в общую щелочность (Що). Железо и алюминий по своим свойствам в виде ионов могут присутствовать лишь только в сильнокислой среде или при отсутствии в воде растворенного кислорода (в этом случае в воде железо находится в виде растворенного двухвалентного железа) и в данном случае не учитываются.

В быту слишком жесткая вода вызывает раздражение кожи, в ней плохо пенится и смывается мыло, на поверхностях приборов, используемых для кипячения или нагрева воды (чайники, бойлеры, тены в стиральных машинках), образуются накипные отложения.

При использовании воды в котельных, на ТЭЦ, в циркуляционных системах охлаждения к ней предъявляются особые требования по жесткости. Так, на ТЭЦ жесткость воды должна составлять не более 0,5 мкг–экв/л, что достигается последовательным ее обессоливанием на Н-катионитных и ОН-анионитных фильтрах.

Для питьевой же воды Санкт-Петербурга с ПДК по жесткости не более 7 мг–экв/л, жесткость исходной Невской воды составляет не более 0,8 мг–экв/л, что определяет ее как мягкую и не требующую специальной обработки для умягчения перед подачей потребителю.

Присутствие в котловой воде катионов Mg2+ и Ca2+ и анионов OH-, CO32-, SO42-, PO43-, SiO32-, при некоторых условиях образуют труднорастворимые соединения, как-то:
CaCO3, CaSO4, CaSiO3, Ca3(PO4)4 и
Mg(OH)2, MgSiO3, Mg(PO4)2.

Эти труднорастворимые соединения, в разных условиях образуют накипные или шламовые отложения, что становится причиной ухудшения работы котлового оборудования, зарастания труб, отсеков, а в конечном итоге – выводом оборудования из строя.

    Для умягчения воды есть различные методы, такие как:
  • термический;
  • реагентный;
  • термохимический;
  • умягчение воды диализом;
  • метод магнитной обработки;
  • катионирование.

Наиболее широкое распространение, как в промышленности, так и в быту получил метод катионного обмена, т.е. катионирование воды.

Более подробно каждый метод умягчения воды будет рассмотрен в следующей статье.