Жесткость воды и методы ее устранения

Суммарное содержание ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ в воде называется ее общей жесткостью. Она подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов, удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость, оставшаяся после кипячения, называется постоянной жесткостью. Жесткость воды выражают суммой миллимоль эквивалентов ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, содержащихся в 1 л воды. Один миллимоль эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺.

Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния. Способы ее устранения основаны на выводе катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ из воды в виде нерастворимых солей:

1) Кипячение (используется в быту):

Ca(HCO₃)₂ ® CaCO₃¯ + CO₂­ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ ® Mg(OH)₂¯ + 2CO₂­.

2) Действие известкового молока Ca(OH)₂ или соды Na₂CO₃ (используется в промышленности):

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃¯ + 2H₂O

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯ + 2NaHCO₃

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂ ¯ + CaCO₃¯ + CO₂­ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ = MgCO₃¯ + 2NaHCO₃.

Некарбонатная, или постоянная, жесткость обусловлена присутствием сульфатов, хлоридов, нитратов и фосфатов кальция и магния.

Постоянная жесткость при кипячении воды не устраняется. Ее устраняют добавлением соды или фосфата натрия:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃¯ + Na₂SO₄

3CaSO₄ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂¯ + 3Na₂SO₄

Для устранения жесткости методом ионного обмена воду пропускают через слой катионита. Вещества, которые способны обменивать свои ионы на катионы из раствора, называются катионообменниками (катионитами); на анионы из раствора – анионообменниками (анионитами). При этом катионы Ca²⁺ и Mg²⁺ обмениваются на катионы Na⁺, содержащиеся в применяемом катионите.

Жесткость воды может быть рассчитана по формуле:

где

m_B – масса растворенного вещества (г);

- молярная масса эквивалента вещества (г/моль);

V – объем воды (л).

Также жесткость воды можно вычислить по формуле:

где

[Ca²⁺] и [Mg²⁺] – концентрации ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, мг/л.

По значению жесткости воду условно делят на мягкую (до 4 ммоль(экв)/л), средней жесткости (4-8 ммоль(экв)/л), жесткую (8-12 ммоль(экв)/л) и очень жесткую (более 12 ммоль(экв)/л).