Ионообменные смолы / Способы умягчения воды

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.