Способы умягчения воды: Способы умягчения жёсткой воды в домашних условиях

Содержание

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

Способы умягчения воды — СМОЛЫ

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.

Способы умягчения воды. Основные способы умягчения жесткой воды

АкваЩит — Умягчение воды

Разбирать проблемы излишней жесткости современной воды невозможно без детального изучения многообразия способов умягчения воды. Обилие фильтров на полках магазинов и рынков заставляет задуматься над тем, что выбор прибора для квартиры не так прост. И чтобы выбрать нужный вариант умягчителя нужно ознакомиться хотя бы с разными видами способов умягчения воды. Не зная основ, невозможно разбираться в теме.

Хотя о накипи у нас знают достаточно много, до сих пор существует слишком много предубеждений в отношении фильтрующих приборов, а также мифов о бесполезности промышленных систем водоподготовки, по крайне мере для бытовых условий. Излишняя жесткость воды приводит к большому количеству нежелательных явлений. Цена образования накипи и плохой растворимости жестковатой некачественной водой любых моющих средств слишком дорога, чтобы сегодня пренебрегать вопросами умягчения воды.

У нас почему-то считается, что излишняя жесткость в воде это миф, и что использование фильтров, это выкачка денег из доверчивых граждан. При этом все прекрасно видели и знают, что такое накипь и насколько трудно бороться с ней, как непросто ее удалять, постоянно из месяца в месяц. Если у вас есть сомнения в степени жесткости вашей воды, вы всегда можете провести химический анализ воды. Он всегда поможет вам не только определить, на сколько вода у вас чистая, и пригодная в пищу. На основе ее результатов вы сможете составить правильную, то есть грамотную водоподготовку котельных установок.

О том, что вы пользуетесь некачественной водой, вы узнаете по многим признаком, столь нам всем хорошо знакомым. Излишняя жесткость проявит себя даже при варке. Такая вода заставляет мясо становится более жестким. Овощи при варке в такой воде разваливаются. И извечная кромка осадка солей жесткости. Если у вас уже есть такие чайники или кастрюли с извечной твердой кромкой внутри на поверхностях, то сто процентов жесткость в вашей воде давно превысила допустимые пределы. О наличии подобной воды в квартире вы узнаете не только по известковому налету внутри чайника, оставит свой след вода и даже при мытье посуды в посудомоечной машине. Казалось бы, бокалы и тарелки после мытья в такой машинке должны выходить скрипящими и идеально чистыми, но не в случае с жестковатой водой. Об использовании подобной воды можно будет узнать по предательским белым разводам на бокалах, по едва заметному белому налету на тарелках.

Сказывается жесткость и на качестве приготовленных блюд, и чая с кофе. У настоящего натурального кофе, заваренного на хорошей воде совсем другой вкус, и если вы настоящий кофеман, то вопрос создания системы очистки от жесткости вас ни разу не смутит. Стоит только попробовать хороший кофе на правильной воде.

О присутствии в воде излишков солей кальция с магнием скажет и плохо выстиранная одежда. Образование накипи – это далеко не все к чему приводит работа с подобной водой. Есть у нее еще такая особенность – как плохая растворимость, что порошка, что мыла с моющим средством для посуды. Работая с жестковатой водой, сэкономить никак не удастся. Вот эта особенность приводит к быстрому износу тканей, они начинают трещать и рваться буквально на глазах. И стоит установить перед стиральной машинкой один электромагнитный умягчитель воды АкваЩИт и проблема с повышенной жесткостью воды будет решена. Но многие считают, что прибор на магнитах не может чистить воду. Пока они же на собственном примере не убеждаются, как рационально и экономно работают способы умягчения воды.

И еще один момент — использование некачественной воды для личного употребления, в конце концов, негативно отразиться на нашем здоровье. Нельзя безнаказанно пить такую воду. И ваш организм вам ответит различными хроническими заболеваниями, ранним старением кожи и выпадением волос. Только не все люди могут сразу идентифицировать причину таких болезней в жесткости воды.

Способы умягчения воды подразумевают применение специальных приборов. Их задача устранить из воды излишек двух карбонатных солей. Но есть и более примитивные способы. Их почти не используют сегодня, но когда-то до изобретения фильтров для воды, их применяли наши предки в стремлении хоть как-то оградить себя от пагубного влияния кальция и магния.

Таким самым простым способом умягчения воды является применение простого кусочка кремния. Все, что вам нужно для получения мягкой воды, это купить кусочек кремния размером где-то 5х5 см и положить его в бутыль (3-литровый) с водопроводной водой. Через недели вы сможете пить «заряженную» воду и она будет не плесневелая, а мягкая и вкусная, еще и с лекарственными свойствами. Таково влияние кремния на соли кальция и магния. Очень часто в древности облицовывали колодец кремнием, чтобы получить хорошую воду.

На сегодня использование такого кремниевого способа умягчения воды имеет право на жизнь, но очистить с его помощью большое количество воды вряд ли удастся. Поэтому только лечебное, лекарственное применение такого способа.

Для промышленности использование примитивных способов умягчения воды невозможно. В этой ситуации даже применение тщательно продуманной, сделанной на основе химического анализа воды, системы подготовки воды не является полной защитой от образования накипи. Так в теплоэнергетике, все равно придется проводить очистку от известкового налета. И разница состоит в том, что после работы электромагнитного умягчителя воды Акващит, налет образуется слабенький, а нарастает медленнее и что немаловажно достаточно легко устраняется. Вам даже не придется покупать под него специальные средства. Достаточно обычной промывки водой.

Образование накипи не хуже плохой растворимости в воде вредит бытовым приборам и оборудованию. Проблема еще в том, что если накипь не убирать своевременно, то она начинает нарастать еще быстрее, и еще увереннее. И в след за ней, начинает потихоньку развивать свою деятельность коррозия. Эти два явления неразрывно связаны между собой.

Мало того, что накипь, это не эстетично, некрасиво, мало полезно, но еще и вместе с образованием накипи возрастает угроза потерять технику и дорогостоящее оборудование. Проблемы с накипью особенно в промышленности – это всегда очень большие расходы. Способы умягчения воды. как реагентные, так и безреагентные не могли проявиться просто так. Должны были быть веские причины для их создания. Вот такой причиной и является накипь.

В котельных, особенно паровых, установка умягчения воды непрерывного действия – это целая история. Для того, чтобы паровая котельная работала, качество пара должно быть очень высоким и за время очистки, что вода, что пар проходят огромное количество инстанций, что помогает в дальнейшем паровым электростанциям прослужить гораздо дольше, чем при работе с неочищенной водой.

К чему же приводит плохая вода? Ее разогревают. Соли жесткости в процессе нагрева образуют малорастворимый осадок, то есть накипь, которая при нагреве оседает именно на нагреваемую поверхность. Образованный слой, хоть и образовался в процессе нагрева, но сам по себе тепло не поглощает ,и не передает. И мы помним, отложился он как раз на нагревательной поверхности. Со временем плотность слоя накипи достигает таких пределов, что тепло абсолютно перестает передаваться в воду.

За этот отрезок времени расход топлива растет просто невообразимо. Ведь прибор или оборудование пытается работать. А их работа – это греть воду. И чтобы это сделать, нужно попытаться так нагреть накипь, чтобы она хотя бы 10 процентов переданного ей тепла отдала в воду. Для этого приходится расходовать очень много топлива. Это занимает много времени и поверхности при этом терпят бешенные перегрузки. Естественно вечно это продолжаться не может. Металлы, как будь то попадают в мартеновскую печь, если они покрыты слоем накипи.

Вот и получается, что бытовой прибор может отключиться, чтобы не перегореть, а котел на твердом топливе этого сделать не может. Его только может разорвать от подобного эффекта. Здесь и человеческие жертвы возможны. Поэтому к тому, что такое умягчение воды нужно относиться очень правильно и внимательно. Упускать очистки от накипи особенно в промышленности категорически нельзя.

Любая очистка от накипи промышленного оборудования подразумевает под собой обязательную остановку системы. Это простои, это снова недопоставленная вовремя продукция, это расходы. Сделать очистку от накипи при работающем оборудовании не представляется возможным. Только остановка и очистка. И чаще всего разборная очистка, т.к. оборудование, что в котельных, что в металлургии сложное. Добраться до самых отдаленных мест сразу не получится. Вот и считайте, так ли уж дешево удаление. Бригады по монтажу оборудования, бригады по чистке поверхностей, время на простои, оплата за чистящие средства. На удалении накипи сэкономить точно не получится.

И как бы вы не старались, бесследно провести какую либо противонакипную очистку точно не удастся. Всегда будут царапины, механическая очистка снимает не только защитное покрытие, она заденет и основной слой. Ну а любая испорченная поверхность – любимое место отложения накипи. Вот и получается, что устраняя одну накипь, мы стимулируем быстрое образование других слоев. Так, что невыгодно постоянно удалять накипь, совсем не выгодно.

Способы умягчения жесткой воды

Теперь, что касается способов умягчения жесткой воды. Хоть и может показаться на первый взгляд, что приборов для умягчения много, и, тем не менее, способов умягчения жесткой воды не так уж много, хотя выбор какой-никакой есть. Способы можно смело поделить на химические и физические. Химическая очистка воды подразумевает использование разнообразных реагентов, в процессе работы которых соли жесткости становятся малорастворимыми, выпадают в осадок и легко выводятся из систем, где используют воду. Давайте подробнее узнаем про эти способы умягчения жесткой воды. Их виды и преимущества.

Физические способы умягчения воды

Группа же физических способов умягчения воды работает без применения каких-либо химикатов. Эта группа идеальна для очистки водопроводной воды, то есть той воды, которая в том числе идет для личного использования – пить и есть. Там вода должна быть мягкой по умолчанию.

Мембранные способы умягчения воды

Еще можно выделить группу мембранных способов умягчения воды. Сюда входят очень популярный в промышленности обратный осмос. Это метод тонкой очистки с помощью давления. Внутри такого прибора располагается тонкая мембрана, выполненная из дорогостоящих материалов. Вся поверхность такой мембраны испещрена отверстиями. Диаметр таких дырочек не превышает размера молекулы воды. Такая полупроницаемая поверхность дает возможность устранить из воды практически любые примеси, которые имеют размер более молекулы воды.

С таким прибором вы легко сможете получить воду идеальную для той же фармакологии или для производства питьевой воды. Дистиллят получают с помощью нанофильтрации. Это еще один вид обратного осмоса, только низконапорного.

Главный козырь этого способа умягчения воды – высочайшая степень очистки, возможность получить воду с заданными признаками, только сменив мембрану. Но есть у обратного осмоса, как и у других мембранных способов очистки воды, свои минусы. Когда прибор работает, очень много воды находится внутри прибора. Так происходит по нескольким причинам. Во-первых, скорость просачивания через мембрану далеко не такая высокая, плюс прибор включает в себя не один фильтр. В установку могут входить обратный осмос, механический фильтр и кондиционер. Последний в обязательном порядке ставят на установках для производства питьевой воды. Такой способ умягчения воды очень хорошо устраняет любые примеси вплоть до бактерий с вирусами, что для питьевой воды немаловажно. Потом без кондиционирования такая вода становится непригодной для личного использования. Ну и потом использование обратного осмоса значительно ограничивает стоимость установки. Далеко не все в быту пока могут дозволить себе, использовать такую установку.

Химический способ умягчения воды

Химический способ умягчения воды как мы уже говорили, подразумевает использование химических веществ. Сюда относят и натрий хлор, и фосфаты. Для такого умягчения чаще всего используют дозаторы, которые монтируют на трубу водопровода. Такие способы плохи тем, что химикаты могут образовывать другие примеси в воде и получается все тот же осадок. Только он еще и очень плохо устраняется. При этом к химическому способу умягчения воды относится и химическое восстановление фильтрующих частей приборов. Поэтому самым известной системой очистки и умягчения воды такого способа является ионный обмен. Здесь картридж восстанавливают с помощью очень соленого раствора. После восстановления картридж сможет снова работать.

Ионообменный способ умягчения воды

Ионный обмен, как способ умягчения воды один из самых простых. Каких-то особых конструкций он не требует. Основа, как понятно из названия ионный обмен. Работает внутри такого прибора гелеобразная смола. В ней содержится большое количество натрия, который очень быстро при контакте с жестковатой водой сменяется на кристаллы солей кальция и магния. Вот и получается простой и быстрый процесс очистки, без каких либо усилий. Спустя определенный период времени, весь натрий из картриджа вымывается.

В промышленности картридж восстанавливают, промывая раствором, а вот в быту просто меняют, т.к. питьевая вода не терпит реагентов. Скорость очистки отличная, только вот расходы на картриджи или их восстановление довольно большие. Да и в быту фильтр-кувшин в состоянии от силы очистить вам пару тройку литров. Для полной защиты от накипи и жесткости придется в обязательном порядке использовать еще один фильтр.

Безреагентный способ умягчения воды

Ярким представителем безреагентного способа умягчения воды является магнитное силовое воздействие. Основу таких приборов составляют мощные магниты. Обязательно постоянные. Такой прибор еще только монтируешь, а магнитное поле уже работает. При этом прибор легко установить, легко снять. Обслуживания он не требует, не нужны ему картриджи и очистки. Он работает. Магнитное силовое поле, таким образом, пронизывает воду, что находящиеся в ней соли жесткости теряют прежнюю форму. Теперь это острые иголочки. Они натирают поверхности со старой накипью, очень качественно при этом ее удаляя. Но магнитное воздействие очень придирчиво к воде. Ему нужна вода комнатной температуры, текущая в одном направлении и с определенной скоростью. Убрать все минусы магнитного способа умягчения воды получилось только путем добавления электрического тока. Так и изобрели электромагнитную установку.

Ознакомившись со всеми способами умягчения воды, нужно сделать вывод, что сегодня отказаться от умягчения означает рисковать здоровьем своей семьи и полное отсутствие дальновидности. Поэтому все больше народу, сегодня выбирает именно такой путь водоподготовки питьевой воды.

Статья на тему «методы умягчения воды, используемые в промышленности и в быту»

Внимательные люди могут заметить, что в последнее время вокруг жесткой воды складывается интересная ситуация. Со страниц периодической печати и с экранов телевизоров на потребителей обрушивается поток самой противоречивой информации – одни пугают нас теми вредными последствиями, которые нас ожидают вследствие использования слишком жесткой воды. Причем не только для бытовой техники, но и для человеческого организма.

Другие средства массовой информации со всей ответственностью заявляют о том, что умягчение воды приводит к тому, что в организме человека наступает нехватка кальция, что впоследствии влечет за собой нарушение опорно-двигательной системы, а вследствие недостатка магния может случиться инфаркт. Поэтому не следует применять никакие методы умягчения воды, поскольку в ней должны содержаться соли жесткости.

Но какие бы доводы ни приводили противники умягчения воды, все-таки они вынуждены признать тот факт, что после умягчения вода приобретает совсем другой вкус, чай и кофе из такой воды также вкуснее, а после посещения душа с мягкой водой не требуется использовать никакие кремы и специальные гели – кожа и так становится нежной и мягкой.

Решения BWT для умягчения воды:

Согласно статистическим данным городской семье для нормальной жизнедеятельности требуется 300-400 литров каждый день. Основная часть этой воды используется в хозяйственно-бытовых целях, а на приготовление пищи уходит в среднем 5-10 литров. Да плюс к этому еще один-два литра выпьет человек в день. Напрашивается вопрос – а что если мягкую воду покупать, а стирать, мыться и использовать в нагревательных приборах жесткую, используя современные методы умягчения воды? Но все дело в том, что умягчение воды стоит существенных материальных вложений, и зачастую у городских коммунальных служб нет на это денег.

Поэтому каждый использует различные методы для умягчения воды. Наиболее простой из них – это кипячение, во время которого происходит распад гидрокарбоната кальция и выделение углекислого газа, а карбонат кальция выпадает в осадок. Данный процесс каждый может наблюдать во время кипячения воды в чайнике, что касается промышленного умягчения с помощью такого метода, то он возможен только в том случае, если имеется дармовой или очень дешевый источник тепла.

Муниципальные водоочистительные сооружения в основном используют реагентные методы умягчения воды, которые сводятся к тому, что соли кальция и магния объединяются в нерастворимые соединения, которые впоследствии выпадают в осадок. В зависимости от химического состава воды в нее можно добавлять гашеную известь или соду, а можно все вместе, при использовании фильтра умягчителя. При этом происходит умягчение воды и освобождение ее от присутствия мутных взвесей. Но при этом существуют и некоторые недостатки такого метода – большое количество твердых отходов, необходимость точного дозирования химических реагентов, а также наличие складских помещений для их хранения.

Следует заметить, что таким методом можно осуществлять умягчение воды и в домашних условиях, если добавить в ведро с жесткой водой одну-две чайные ложки кальцинированной соды. Для этого нужно растворить ее в небольшом количестве воды, вылить ее в ведро и дождаться, когда карбонат кальция выпадет в осадок. С помощью такого метода умягчали воду еще в Древней Греции, но тогда в нее добавляли печную золу.

В промышленности сегодня применяют другие методы умягчения воды – электродиализ и обратный осмос воды. Наибольшей популярностью пользуется метод умягчения, основанный на использовании ионообменных смол. При применении такого метода происходит замещение ионов жесткости, находящихся в исходной воде, на нейтральные ионы натрия. При этом происходит истощение натриевой загрузки, которую необходимо потом регенерировать с помощью обычной поваренной соли. При этом происходит обратный процесс – ионы солей жесткости, удерживаемые в натриевой смоле, замещаются ионами натрия, находящимися в поваренной соли.

Технически это можно воплотить в современных установках умягчения воды, которые сегодня доступны каждому. В зависимости от требуемой производительности можно приобретать установки умягчения различной мощности.

Современные методы умягчения воды

Современные методы умягчения воды

Вода в естественном состоянии

В природе вода никогда не является химически чистым веществом: проходя сквозь толщу грунта и различных горных пород, каждая дождевая капля растворяет какое-то количество различных веществ. Соединяясь в ручьи и реки, потоки воды ежегодно вымывают из почвы и вносят в Мировой океан около 3265 миллионов тонн растворенных соединений. Общее количество минеральных солей, находящихся в составе морской, океанической и речной воды таково, что если бы их можно было оттуда извлечь на поверхность суши, толщина слоя составила бы 130 метров.

В состав обычной речной или ручьевой воды обязательно входит множество примесей. Это не только минеральные соли, но и органика, газы и даже микроорганизмы. Помимо того, вода, набираемая из природного источника, обычно содержит мелкие нерастворимые частицы песка, глины, фрагменты остатков растений. От всех этих включений при использовании воды для питья, хозяйственных и промышленных нужд необходимо избавляться.

Жесткость воды, ее виды и единицы измерения

От количества растворенных в воде солей магния и кальция напрямую зависит ее жесткость. Это один из наиболее значимых показателей качества воды, определяющий пригодность ее использования для питья и в других целях. Для измерения жесткости принята специальная единица — один миллиграмм-эквивалент на литр, сокращенно обозначаемая как мг-экв/л. При этом вода, жесткость которой равна 1 мг-экв, в одном литре содержит 20,04 миллиграмма солей кальция или 12,16 миллиграмма солей магния.

Различают следующие виды жесткости воды:

карбонатную, или временную

некарбонатную, или постоянную

общую.

Карбонатная жесткость воды может быть умягчена обычным кипячением. При этом бикарбонаты магния и кальция, которые создают эту жесткость, выпадают в осадок в виде мелового порошка, оседающего на дно емкости.
Ca (HCO3) 2 = CaCO3 + h3O + CO2
Чтобы очистить воду, ее после кипячения необходимо просто профильтровать.

Для воды, имеющей только некарбонатную жесткость, обусловленную наличием сульфатов, хлоридов и других растворимых соединений, кипячение не подходит – эти соли будут выпадать в осадок только при достижении пересыщения раствора посредством выпаривания воды.

Общая жесткость воды определяется наличием всех без исключения солей магния и кальция.Она определяется концентрацией этих солей в одном литре:

до 3 мг-экв/л – мягкая

от 3 до 6 мг-экв/л – средней жесткости

более 6 мг-экв/л – жесткая вода.

В каждом регионе вода имеет свою жесткость, в зависимости от горных пород, входящих в состав грунтов. В качестве примера можно сравнить жесткость воды в различных водных источниках:

Ладожское озеро – жесткость воды составляет 0,6 мг-экв/л

Нева — жесткость воды 0,7 мг-экв/л

Амур — жесткость воды 2,9 мг-экв/л

Дон — жесткость воды 7,0 мг-экв/л

Днестр — жесткость воды 5,7 мг-экв/л

Балтийское море – жесткость воды 13,9 мг-экв/л

Черное море – жесткость 46 мг-экв/л

Каспийское море – жесткость 74,0 мг-экв/л

Исследования жесткости включают также температурные и органолептические показатели воды (цвет, вкус, запах, степень прозрачности, наличие помутнения или осадка). Кроме того, учитываются изменения, происходящие при длительном хранении, концентрацию растворенного СО2, а также кислая и щелочная реакция (лакмусовая проба).

Методы умягчения

Качество воды и водоподготовка (приведение воды к стандартным показателям)

Качество водопроводной воды имеет, без преувеличения, жизненно важное значение для людей, которые ее используют. По данным Всемирной организации здравоохранения, около полумиллиарда человек в мире ежегодно заболевают из-за отсутствия доступа к чистой, пригодной для питья воде. Поэтому проблема водоподготовки в современном обществе стоит предельно остро, ведь от нее зависит в буквальном смысле жизнь и здоровье миллионов людей.

Прежде чем попасть в водопроводную систему, вода проходит несколько ступеней очистки, освобождаясь вначале от крупных, затем и мелких включений, микроскопических частиц ила и даже микроорганизмов. Если вода имеет слишком высокий показатель жесткости, ее обязательно умягчают, приводя содержание солей магния и кальция к нормативному показателю.

Снижение карбонатной жесткости

Карбонатная жесткость снижается путем добавления в воду гидроксида кальция Ca(OH)2. Количество добавки рассчитывается согласно данным химического анализа воды, показывающим содержание в ней бикарбонатов, и объема умягчаемой воды, чтобы в процессе реакции бикарбонаты без остатка превратились в карбонаты и выпали в осадок.
Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 = 2CaCO3↓+ 2h3O

Снижение некарбонатной жесткости

Некарбонатная жесткость снижается добавлением в воду обычной питьевой соды. В результате образуется карбонат кальция, т.е. обычный мел, и сульфат натрия, осаждаемый при понижении температуры.
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
Прежде чем использовать такую воду, ее вначале отстаивают для полного выпадения осадка. В основном умягченная вода этого типа используется как техническая в промышленных целях.

Другие методы умягчения воды

Для электростанций, котельных и других промышленных объектов воду умягчают с помощью термохимического метода, включающего нагревание и добавление извести, соды, фосфатов и других реагентов. Нагрев обеспечивает скорость реакции, кроме того, умягчение протекает более эффективно. Выпавший в итоге осадок отфильтровывается обычным способом.

Все более распространенным становится сегодня использование ионообменных материалов (ионитов). Они изготавливаются в виде некрупных гранул, нерастворимых в воде, и чаще всего представляют собой синтетические смолы, обладающие свойством стимулировать ионообменные процессы с растворенными в воде веществами. В результате вода теряет способность образовывать накипь, так как солей, обуславливающих жесткость, в ней практически не остается. Иониты бвыают двух типов:

катиониты, образующие положительно заряженные ионы

анониты, образующие отрицательно заряженные ионы.

Благодаря ионитам сегодня удалось решать многие проблемы водоподготовки, даже такую сложную как опреснение морской воды. Ее последовательно пропускают через две ректификационные колонны: вначале с катионитами, затем с анионитами. Окончательная ступень водоподготовки – буферный фильтр. После такой обработки вода по своим показателям практически не уступает дистилляту, снижая жесткость до минимального уровня. Примечательно, что ионообменные свойства ионитов легко восстанавливаются промыванием катионитов – раствором кислоты, а анионитов – раствором щелочи.

Открытие ионитов и работы в направлении опреснения морской воды имеют огромнейшее значение для человечества, которое в ряде регионов уже сегодня страдает от нехватки воды.

Поделиться в соцсетях:

Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы | Архив С.О.К. | 2004

4. Характеристики и свойства жесткой воды

К слабодиссоциирующим основаниям относятся гидроксиды кальция и магния. Поскольку в жесткой воде содержатся ионы Са²⁺ и Mg²⁺, они участвуют в реакции гидролиза — взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

В результате в растворе появляется избыточный водородный ион и жесткая вода «подкисляется», рН (отрицательный логарифм концентрации водородного иона) при этом снижается по сравнению с нейтральным и становится меньше 7. Чем выше ОЖ воды, тем ниже значение рН. К слабодиссоциирующим кислотам относится угольная кислота. Вода с карбонатной жесткостью содержит ионы НСО₃^–и СО₃^2–, а они участвуют в реакции гидролиза — взаимодействия с продуктами диссоциации воды:

В результате в растворе появляется избыточный гидроксильный ион, и вода с карбонатной жесткостью становится «щелочной», рН при этом повышается по сравнению с нейтральным и становится больше 7. Чем выше КЖ воды, тем выше значение рН.

Обычно в воде общая и карбонатная жесткость встречаются одновременно, но не всегда равны друг другу. Как следствие рН такой воды будет выше или ниже 7 в зависимости от соотношения карбонатной и общей жесткости.

Важной характеристикой воды является так называемая «щелочность», под которой понимают количество кислоты, способное нейтрализовать все анионы, придающие воде щелочность. На практике щелочность совпадает с карбонатной жесткостью, т.к. в результате химической реакции карбонатов и гидрокарбонатов с кислотой образуется угольная кислота, легко разлагающаяся на воду и летучее СО₂.

Вода всегда контактирует с воздухом. В воздухе всегда содержится СО₂ (в среднем 0,046 % мас.), способный растворяться в воде, смещая равновесие реакции (6) влево и далее по цепочке смещая влево равновесие реакций (5), (4) и (3). В результате, вода в открытых водоемах, негерметичных емкостях или градирнях способна снижать рН до 6,3 за счет растворения СО₂. Но при этом не остаются в стороне реакции (3) и (4) — реакции гидролиза ионов, создающих общую и карбонатную жесткости. Естественно, что из-за этого растворение СО₂ в жесткой воде будет происходить не так, как в дистиллированной.

При контакте воздуха с СО₂ равновесие системы «вода с ОЖ и КЖ» будет очень неустойчиво и будет постоянно смещаться в зависимости от концентрации СО₂ над раствором, растворимости СО₂в данной многокомпонентной системе, концентрации ионов, условиями кристаллизации малорастворимых солей и, конечно, в зависимости от температуры, как одного из главных факторов, определяющих скорость химических реакций. Все это будет обусловленно постоянным смещением направления химических реакций, как это было указано в первом абзаце раздела 3.2.

4.1. Буферность жесткой воды

Необычайная подвижность системы, которую представляет собой вода с общей и карбонатной жесткостью, ее способность все время менять в зависимости от условий количественный состав компонентов, как это ни парадоксально, придают ей значительную инерционность относительно рН. В химии такую инерционность называют буферностью. Под буферностью понимают способность жесткой воды менять значение рН в достаточно узком диапазоне при значительном изменении концентрации ОЖ и КЖ. pH буферного раствора можно выразить уравнением

где pK — отрицательный логарифм константы диссоциации воды, [OH^–] и [H+] — равновесные концентрации гидроксильного иона и протона. В случае дистиллированной воды, как это описано в разделе 3.1., [OH^–] = [H⁺]= 10^–7 и, как следствие, lg1 = 0, а рН = рК = 7. В случае карбонатно-бикарбонатной буфферности, учитывая одновременное протекание следующих процессов диссоциации-ассоциации,

следует записать:

Напомним, что значения рК и как следствие рН ощутимо зависят от температуры и концентрации других ионов.

При соотношении [HCO₃^–]: [H₂CO₃] в диапазоне 1:100–100:1 бикарбонатная буферность обеспечивает изменения рН раствора в диапазоне 4,37–8,37. Аналогично при отношении [CO₃^2–]: [HCO₃^–] в диапазоне 1:100–100:1 карбонатная буферность обеспечивает изменение рН раствора в диапазоне 8,25–12,25. Растворимость СО₂ в жесткой воде в диапазоне изменения рН = 6–8,5 определяется в том числе величиной карбонатной жесткости (КЖ) и может быть рассчитана по аппроксимационному уравнению с ошибкой s = ±0,02 мгэкв/л:

Коэффициент множественной корреляции R2 = 0,9906.

Уравнение показывает, что растворимость углекислоты растет линейно с ростом КЖ. Это значит, что жесткая и очень жесткая вода при охлаждении в градирне достаточно интенсивно поглощает углекислоту из воздуха, что затем приводит к отложениям карбоната кальция на поверхностях теплообмена. А подпитка градирни (восполнение потерь воды за счет испарения) и постоянный контакт с воздухом — бесконечный источник образования карбонатной накипи. Логичным техническим решением в данном случае могла бы быть очистка подпиточной воды от Са²⁺ и Mg²⁺ (снижение ОЖ).

5. Методы и установки для снижения жесткости воды

Как следует из вышесказанного, натуральная и экологически чистая вода должна обладать определенной жесткостью. Недаром питьевую воду, соответствующую стандартам по содержанию ионов кальция и магния, можно отнести к жесткой. Главная причина, почему жесткой воде, снижению жесткости, умягчению уделяется такое большое внимание, заключается в способности гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, двойным солям этих металлов образовывать малорастворимые соединения, откладывающиеся на поверхностях теплообмена, на стенках технологического оборудования и трубопроводов, выводить из строя нагнетающие насосы. Оказывается, что умягчить воду, а в случае котлов высокого давления деминерализовать, гораздо дешевле, чем:

проводить регулярные чистки или замену оборудования;

иметь постоянный перерасход топлива на производство горячей воды, тепла, пара;

загрязнять окружающую среду продуктами сгорания топлива, а особенно СО2, создающего на планете Земля парниковый эффект, благодаря которому наша планета стремительно приближается к состоянию безжизненной планеты Венеры.

Из свойств солей, обуславливающих жесткость воды, естественно вытекают методы ее умягчения, аппаратурные решения и технологические схемы.

5.1. Термическое умягчение воды

Растворимость малорастворимых солей жесткости падает с ростом температуры раствора. Лет тридцать назад автору этой статьи при составлении патентных обзоров попадалось довольно много патентов, в которых предлагалось нагреть жесткую воду, заставить кристаллизоваться (выпасть в осадок) соли жесткости, а умягченную таким образом воду использовать в технологическом процессе. Действительно, нагревая до 120–200°С очень жесткую воду, например, с общей жесткостью 17 мгэкв/л, и заставляя карбонат кальция выпадать в осадок, можно снизить как карбонатную, так и общую жесткость в 620–3700 раз. Технико-экономические проблемы, которые при этом надо решать:

дешевое тепло;

быстрая кристаллизация карбоната кальция желательно в объеме раствора;

фильтрация осадка;

очистка поверхностей оборудования для термического умягчения воды от карбоната кальция.

5.2. Химическое умягчение воды

На ТЭЦ воду, заполняющую теплотрассы и являющуюся теплоносителем, умягчают до содержания солей жесткости 1,1–1,5 мгэкв/л. Чаще всего применяются два метода химического умягчения: известковый и известково-содовый [4], [5]. Другие методы умягчения, описанные в литературе, применяются гораздо реже.

Сущность химических методов очистки заключается в переводе ионов Са²⁺ и Мg²⁺ в соединения с ограниченной растворимостью: карбонат кальция СаСО₃ и гидроксид магния Мg(ОН)₂. Критериями выбора конкретного метода очистки раствора являются общая жесткость сырой (неумягченной) воды, стоимость и доступность осадительных реагентов, возможность использования коагулянтов или флокулянтов.

Известковый метод (очистка суспензией гидроксида кальция, известковым молоком) применяется для умягчения «довольного жесткой» воды (см. табл. 1) и предусматривает образование гидроксида магния в соответствии с химической реакцией:

Мg²⁺ + 2OH^– = Mg(OH)2↓. (5)

Знак ↓ указывает, что данное соединение выпадает в осадок. При этом образование карбоната кальция с последующей кристаллизацией возможно при наличии карбонатной жесткости. При постоянном произведении растворимости [3] за счет смещения равновесия по уравнению (5) поступающее с известковым молоком избыточное количество ионов кальция приводит к кристаллизации карбоната кальция

Са₂+ + СО₃^2– = СаСО₃↓. (6)

В методе скрыт парадокс: известковое молоко поставляет в жесткую воду гидроксид-ион, осаждающий магний. При этом к воде добавляется дополнительное количество иона кальция, осаждающего карбонат-ион, но загрязняющего при передозировке воду кальцием. Дозировка известкового молока становится проблемой, т.к. зависит от КЖ исходной воды (величина переменная, зависящая от углекислотного равновесия) и от ее ОЖ. Передозировка известкового молока приводит к тем же последствиям, что и недостача.

Известково-содовый метод применяется для умягчения «жесткой» и «очень жесткой» воды (см. табл. 1~8~), когда общая жесткость существенно превышает карбонатную. В этом методе очистки гидроксид магния и карбонат кальция образуются по тем же ионно-молекулярным уравнениям (5) и (6). Этот метод позволяет более глубоко очистить раствор от кальция и магния, но вынуждает при этом затрачивать дорогостоящую кальцинированную соду на очистку от кальция, внесенного в раствор вместе с известковым молоком.

Сложность решаемой задачи — химического умягчения природного раствора от загрязняющих примесей — заключается в том, что это многостадийный процесс, на каждой стадии которого протекает столько реакций (процессов), сколько в исходном растворе загрязняющих примесей. И даже больше. Естественно, что все процессы, запускаясь независимо, тем не менее взаимосвязаны. При этом у каждой реакции, у каждого процесса своя скорость протекания, своя температурная зависимость. Если к этому добавить, что все сведения о растворимости, влиянии температуры, константах реакциях и др., приведенные в справочниках, получены в равновесных условиях и системах, состоящих, как правило, только из двух компонентов— растворителя и растворенного вещества, а на практике приходится иметь дело с принципиально неравновесными процессами и многокомпонентными растворами, то точное описание и расчет химического умягчения воды кажется в принципе невозможным.

Перечислим стадии химического умягчения воды и протекающие на каждой стадии процессы.

Добавление к жесткой воде осадительных реагентов запускает химические реакции (5) и (6). Образование новых веществ в системе — гидроксида магния и карбоната кальция — создает пересыщение по этим веществам, запускает процессы зародышеобразования новых фаз (кристаллических гидрооксида магния, карбоната кальция) и роста образующихся кристаллов, т.е. процессы кристаллизации. Если в раствор добавляют коагулянт — соли железа или алюминия, идут процессы окисления двухвалентного железа до трехвалентного, гидролиза ионов с образованием гидроксидов железа или алюминия, их кристаллизация.

Как только появляется твердая поверхность, аморфная или кристаллическая, на ней адсорбируются ионы, молекулы воды и содержащиеся в растворе примеси. Образуется двойной электрический слой. Знак и величина двойного электрического слоя определяется свободной поверхностной энергией поверхности конкретной частицы, составом окружающей ее среды, концентрацией и сродством ионов и молекул к данной поверхности.

Двойной электрический слой является движущей силой процесса коагуляции. Коагуляция приводит к слипанию разнородных частиц в крупные агрегаты — флокулы. После этого суспензия, состоящая из флокул, готова к разделению на твердую и жидкую фазу, что и реализуется в гравитационном поле отстаиванием — осветлением.

Каждый из перечисленных процессов протекает со своей скоростью, по-своему реагирует на температуру. Все перечисленные процессы запускаются независимо, но взаимосвязаны через концентрацию отдельных компонентов, через балансы прихода-расхода, тепломассообмен. В результате, одним из важнейших факторов управления системой является гидродинамика — интенсивность перемешивания компонентов. Обычно на ТЭС (и на АЭС тоже) используется технологическая схема химического умягчения воды, в которой все вышеописанные многочисленные и взаимосвязанные процессы осуществляются в нижней части осветлителя —аппарата, предназначенного для гравитационного разделения твердой и жидкой фаз. Естественно, что такое техническое решение очень усложняет задачу производственного персонала по управлению процессом умягчения.

На рис. 1 приведена схема установки по химическому умягчению воды, разработанная автором этой статьи, опытно-промышленная проверка которой выполнена на Кременчугской ТЭС. В разработке сделана попытка разделить по возможности отдельные процессы, протекающие при химическом умягчении воды, за счет удаления их из нижней части осветлителя и перенос в каскад статических реакторов-смесителей [6]. В разработке использованы некоторые технические решения, применяемые на Западе в химической промышленности и на ТЭС. Например, конструкция осветлителя, который поставляли на рынок французская фирма DEGREMONT и акционерное общество «ЭНСО-Гутцейт» (Финляндия) еще в 80-х годах ХХ столетия.

Поступающая на химическое умягчение вода без предварительной дегазации (насосы могут подсасывать воздух) проходит магнито-гидродинамический (МГД) резонатор 6, каскад реакторов 7, в каждый из которых подается определенное количество осадительного реагента, обеспечивается определенная интенсивность перемешивания и время пребывания образующейся суспензии. Естественно, что сильнокислый коагулянт — сернокислое железо —подается в последний по ходу движения жидкости реактор-смеситель. Тем самым предотвращается нецелесообразное расходование известкового молока и повышается точность дозировки коагулянта. Как следствие, только на этом достигается экономия осадительных реагентов.

Образовавшаяся суспензия вместе с воздухом поступает через струйный насос 3 в камеру воздухоотделения и созревания флокул 4, которая встроена в осветлитель 2. Воздух отделяется и удаляется через воздухоотделитель 1. Потоки в камере созревания флокул направлены так, что мелкие частицы в принципе не могут попасть на слив осветлителя. Крупные флокулы, накопленные в нижней части камеры созревания, создают шламовый фильтр, растут за счет мелких частиц и выводятся по мере укрупнения под действием силы тяжести в донную часть осветлителя. Накапливающийся шлам выводится самотеком в шламонакопитель. Умягченная вода, профильтровавшись через слой крупных флокул в донной части осветлителя, поднимается к переливу в его верхней части и далее поступает в сборник осветленной и умягченной воды.

Такая технология позволяет увеличить производительность осветлителя в два раза, снизить расход реагентов, повысить качество очистки, уменьшить объем жидких стоков, удаляемых из химцеха ТЭС в виде шлама. Но без МГДрезонатора в голове процесса эксплуатация этой технологической схемы невозможна: кристаллизующийся карбонат кальция будет откладываться на стенках статических реакторов-смесителей и трубопровода, увеличивая их гидравлическое сопротивление и затрудняя эксплуатацию.

Если из этой схемы удалить МГД-резонатор, каскад статических реакторовсмесителей и внутреннюю «начинку» осветлителя, то мы вернемся к традиционной схеме химического умягчения воды, применяемой на всех ТЭС и АЭС Советского Союза и стран СНГ.

5.3. Безреагентная водоподготовка

Безреагентная водоподготовка, или магнитная обработка воды, или магнитогидродинамический резонанс [1, 3] известен с 1936 г. Этот метод предотвращения отложений накипи на теплообменных поверхностях без нагрева не умягчает воду в том смысле, что не снижает ее карбонатную и общую жесткость.

Но поскольку умягчение воды не является самоцелью и метод МГД-резонанса решает главную задачу умягчения — предотвращение карбонатных отложений — о нем не стоит забывать. Главные его преимущества перед известными методами умягчения воды — дешевизна и простота в эксплуатации. МГД-резонатор надо только смонтировать и настроить. Он не требует никаких эксплуатационных затрат.

Механизм предотвращения накипеобразования на теплообменных поверхностях с помощью магнитной обработки— магнитогидродинамического резонанса — сводится к инициированию в воде структурной перестройки, фазового перехода второго рода (ФП2). В результате карбонат кальция, который обычно кристаллизуется в кристаллографической модификации кальцит, начинает кристаллизоваться в модификации арагонит. Арагонит не откладывается на теплообменных поверхностях. Более того, если отложения кальцита промывать «омагниченной водой», он переходит в арагонит, отложения разрыхляются, отслаиваются от поверхности и уносятся потоком воды.

5.4. Глубокое умягчение ионным обменом

Во многих промышленных котельных умягчение воды до норм, предъявляемых к воде теплосетей, оказывается недостаточным, если вода используется для питания котлов высокого давления, работающих при давлениях свыше 70×105 Па = 70 атм. Напомним, что это соответствует температурам кипения воды свыше 285°С. В этом случае воду деминерализуют — подвергают глубокому умягчению, удаляя не только ОЖ и КЖ, но и значительную часть примесей. Давно и широко для этих целей применяется многоступенчатый ионный обмен на базе использования синтетических органических катионообменных и анионообменных смол. В зависимости от приходящих с водой загрязнений и желаемого качества очищенной воды используют ионообменные смолы различного типа и в разных комбинациях.

5.4.1. Общие представления об ионообменных смолах

Промышленная деминерализация стала возможной только с развитием массового производства синтетических смол и появлением в продаже широкого ассортимента ионообменных смол.

Широко применявшиеся уже 40–50 лет назад ионообменные сорбенты— иониты — представляют собой твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие в воде вещества. В основе этих ионообменных материалов лежит каркас (матрица), несущий положительный или отрицательный заряд, и подвижный противоион, заряд которого компенсирует заряд каркаса. Этот подвижный противоион как раз и способен извлечь из раствора ион такого же заряда и обменяться с ним. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты, аниониты и амфолиты. По химической природе каркаса — на неорганические, органические и минерально-органические. Иониты могут быть природными (например, цеолиты, целлюлоза, древесина, торф) и синтетическими (силикагель, алюмогель, сульфоуголь). Наиболее важными в технологии глубокого умягчения воды в последние десятилетия следует признать синтетические ионообменные смолы, ионообменные полимеры. Ионообменные смолы могут быть сильно-, среднеи слабокислыми, а также сильно-, среднеи слабоосновными.

Ионообменные сорбенты, регенерирующиеся серной кислотой и обменивающиеся на катионы раствора, относятся к сильнокислым катионообменным смолам. Анионная смола с сильным сродством к анионам угольной и кремниевых кислот обычно называется сильноосновной анионообменной смолой.

Промышленность выпускает разновидности сильноосновных анионообменных смол с высоким сродством к анионам сильных кислот: сульфатам (SO₄²–), хлоридам (Cl^–), нитратам (NO₃^– ), фосфатам (PO₄^3–) и так далее. Их называют слабоосновными анионообменными смолами.

Слабоосновные смолы не удаляют анионы угольной и кремниевых кислот, т.к. это могут делать сильноосновные смолы. И объяснение этому надо искать в разделе 3.2. этой статьи. Дело в том, что угольная и кремниевые кислоты относятся к очень слабодиссоциирующим веществам. Сродство к протону (Н⁺) у них гораздо выше, чем к органической матрице анионообменной смолы. Поэтому такие аниониты не используются поодиночке в производстве глубоко-умягченной воды для котлов высокого давления. Для регенерации слабоосновных смол применяется каустик более низкой концентрации. Это позволяет регенерировать их совместно с сильноосновными смолами для повышения экономичности работы анионообменного оборудования. Слабоосновная смола всегда загружается в емкость последней: в донную часть — сильноосновной анионит, над ним — слабоосновной.

Размещая слабоосновную смолу в верхней части анионообменного слоя, удается использовать ее ионообменную емкость и при этом быть уверенным, что сильноосновная смола удалит анионы угольной и кремниевых кислот.

Емкости с катионитом и анионитом в технологической схеме глубокого умягчения соединены трубопроводом так, чтобы поток из катионообменного аппарата вошел в вершину анионообменного аппарата, а выход от анионообменного аппарата направлялся в емкость умягченной воды или в аппараты тонкой очистки.

На рис. 2 представлена схема установки по глубокому умягчению (деминерализации) воды.

5.4.2. Сильнокислый катионит

Сильнокислый катионит регенерируется серной кислотой (можно использовать и соляную кислоту, но окончательный выбор диктуется ценой). Когда жесткая вода проходит через аппарат, наполненный сильнокислым катионитом, водородный ион — протон, являющийся подвижным противоионом в этом виде смолы, замещается на Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ или Fe³⁺ и другие катионы, которые могут присутствовать в воде. Анионы, которые присутствуют в умягчаемой воде, с этим типом смолы не обмениваются и остаются в растворе. Протон (Н⁺), попадая в воду, придает ей кислую реакцию (см. раздел 3.1.), достигающую 2,0–3,0 единиц pH. Поэтому, аппарат, наполненный сильнокислым катионитом, соединительный трубопровод, емкости и запорную арматуру гуммируют, т.е. покрывают антикоррозионным слоем резины.

В обменных процессах играют роль два фактора:

концентрация обменивающегося иона, как со стороны раствора, так и со стороны смолы;

способность к обмену иона, присутствующего в умягчаемой воде.

По способности к обмену с сильно кислым катионитом можно выстроить катионы в следующий ряд: 1. водород; 2. кальций; 3. магний; 4. калий; 5. натрий.

В принципе, просматривается закономерность — чем больше радиус иона, тем выше его способность к обмену с протоном смолы. Если в жесткой воде одновременно присутствуют вышеперечисленные ионы в одинаковых концентрациях, то в первую очередь с подвижным противоионом Н⁺ свежерегенерированного сильного катионита начнет обмениваться Са²⁺, причем каждый ион кальция заменит в катионите два иона водорода. Если концентрация Са²⁺ снизится до некоторого порогового предела, наступит очередь Mg²⁺ и какой-то период оба эти иона будут обмениваться с протоном смолы на равных.

Как правило, ионообменные аппараты представляют собой вертикальный цилиндр, заполненный смолой. Вода на умягчение поступает в верхнюю часть аппарата, омывая слои смолы и постепенно освобождаясь от ионов жесткости. Если бы мы отобрали пробы воды по высоте «сверху вниз» ионообменного аппарата, заполненного сильнокислым катионитом, то мы бы наблюдали постепенное уменьшение в воде концентрации Са²⁺, затем Mg²⁺ и так далее в соответствии с вышеприведенным рядом. Но при этом в растворе все время увеличивалась бы кислотность или, что тоже самое, снижался рН.

Из вышесказанного естественно вытекает и метод контроля «срабатываемости» смолы в ионообменном аппарате. Как только в воде на выходе из аппарата появятся ионы жесткости или прекратится снижение рН, его надо переключать в режим регенерации смолы.

Помня о буферности воды с карбонатной жесткостью (см. раздел 4.1.) следует отметить, что рН воды на выходе из ионообменного аппарата может и не достигать минимальных значений 3 или 2.

В воде с карбонатной жесткостью критерием окончания процесса обмена подвижных протонов смолы служит рН = 4,3 или изменение окраски индикаторов: бромфенолового синего с синей на желтую; метилового оранжевого с желтой на красную; бромкрезолового зеленого с синей на желтую.

Нельзя допускать полного истощения обменной емкости сильнокислого катионита, т.к. тогда потребуется его двойная по продолжительности регенерация, а также из-за того, что в котлы высокого давления совершенно недопустимо попадание солей жесткости из-за потери контроля над качеством умягчения питательной воды.

При проектировании технологической линии по глубокому умягчению воды производительность установки рассчитывают исходя из обменной емкости анионообменной смолы. И этому есть две причины.

Первая: обменная емкость анионитов заметно ниже, чем обменная емкость катионитов. Эта проблема в принципе решается увеличением объема и соответственно размера загрузки анионообменного аппарата, но такое решение возможно только в узких пределах.

Вторая: недопустимо попадание в котел высокого давления кремниевых кислот, очистку от которых обеспечивают аниониты. Хотя попадание в котел кремниевых кислот менее критично, чем попадание солей жесткости, лучше сознательно заложить в проект «резерв» по производительности установки глубокого умягчения воды, чем поставить под угрозу надежность работы котлов высокого давления.

5.4.3. Снижение щелочности

Одной из неприятных составляющих воды, используемой как источник подпитки котлов, является щелочность. Под общей щелочностью воды понимают сумму концентраций ионов CO₃^2–, НCO₃^– и ОН^–, т.е. всего того, что реагирует с сильной кислотой, а точнее с Н⁺. Особые неприятности доставляет карбонатная составляющая или карбонатная жесткость.

Как только сырая вода в технологической схеме умягчения прошла через стадию катионирования, Са²⁺ или Mg²⁺ обмениваются на H+, и в потоке воды появляется слабодиссоциирующие карбонат, гидрокарбонат-ионы и угольная кислота H₂CO₃. Эта кислота очень неустойчива. Она очень быстро разлагается на диоксид углерода (CO₂) и воду. По этой причине во многие технологические схемы глубокого умягчения включают аппарат, называемый декарбонизатором. Его размещают после ионообменных аппаратов, заполненных катионитом. Декарбонизатор представляет собой емкость, заполненную насадкой или кольцами Рашига на поддерживающей решетке. Поток воздуха от вентилятора, проходя через насадку, поднимается в верхнюю часть емкости — декарбонизатор. Вместе с ним из потока воды после аппарата с сильнокислым катионитом уносится и диоксид углерода. Вода после декарбонизатора обычно содержит 0,2 мгэкв/л CO₂.

Декарбонизацию кислого потока можно также осуществить, пропуская кислый раствор через сильноосновной анионит, регенерируемый каустиком.

5.4.4. Слабокислый катионит

Некоторые типы вод с высокой общей и карбонатной жесткостью целесообразно обработать вначале слабокислым катионитом. Он удалит Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, а выделившийся при этом ион водорода переведет присутствующий в воде карбонат-ион в гидрокарбонат-ион, т.е. в HCO₃^–. Из-за того, что большинство промышленных источников водоснабжения содержат определенное количество некарбонатной жесткости (CaSO₄, CaCl₂ и т.д.), необходимо вслед за аппаратом с слабокислым катионитом размещать аппарат с сильнокислым катионитом, чтобы достичь полного удаления общей жесткости.

Слабокислый и сильнокислый катиониты можно размещать в разных ионообменных аппаратах, но можно и как два отдельных слоя в одном аппарате. Эффективность регенерации слабокислого катионита очень высока по сравнению с регенерацией сильнокислого катионита. Следовательно, появляется возможность использовать поток после регенерации сильного катионита для регенерации слабого. При размещении слабокислотного и сильнокислотного катионита в одной и той же емкости, последний размещают в нижней части аппарата, т.к. удельный вес у него выше, чем у слабокислого. Это будет препятствовать смешиванию слоев при обратной промывке и взрыхлении. Обычно, слабокислый катионит в процессе обмена выделяет 40–60 % кислоты (Н⁺) за один цикл. Двухслойное заполнение слабым и сильным катионитом не применяется в котлах высокого давления из-за присутствия натрия в потоке, если регенерацию одного из катионитов ведут раствором хлорида натрия.

При регенерации слабокислого катионита серной кислотой необходимо строго контролировать концентрацию серной кислоты (Н₂SO₄) и следить за тем, чтобы она не превысила 0,7 %. Более высокая концентрация серной кислоты приведет к вытеснению Ca²⁺ из смолы, что вызовет кристаллизацию и осаждение сульфата кальция — гипса (CaSO₄). Гипс нерастворим во многих концентрированных кислотах. Удалять его из смолы придется только механически. Осаждение гипса неприемлемо и с эксплуатационной точки зрения, т.к. это повышает гидравлическое сопротивление оборудования.

5.4.5. Сильноосновный анионит

Задачей сильноосновного анионита является удаление слабодиссоциирующих кислот: кремниевых (H₂SiO₃ и H₄SiO₄) и угольной (H₂CO₃). Кроме того, сильноосновный анионит удаляет анионы сильных кислот в потоке, выходящем из катионообменных аппаратов: сульфаты (SO₄²⁺), хлориды Cl^– и другие анионы. Подвижным противоионом сильноосновного анионита является OH^–, который при регенерации извлекается анионитом из каустика (NaOH). В рабочем цикле гидроксильный ион OH^–, вытесняясь из анионита кремниевыми или угольной кислотами и нейтрализуясь в потоке после катионообменных аппаратов водородным ионом (см. уравнение (2), образует воду.

Электропроводность воды обеспечивают катионы и анионы. В чистой воде концентрация их как продуктов диссоциации воды (см. раздел 3.1.) всего 0,0000001 моль/л.

Как следствие, электропроводность воды, вытекающей из аппарата, заполненного сильноосновным анионитом, очень низкая — около 1,9 микросименс. Именно поэтому любые скачки электропроводности будут свидетельствовать о проскоках катионов в аппаратах, предшествующих анионообменному.

Сильноосновные аниониты характеризуют двумя обменными емкостями: солевой и общей. Так называемая солевая емкость определяется способностью удалять угольную и кремневые кислоты. Общая емкость является суммой солевой обменной емкости анионита и его обменной емкостью по отношению к SO₄^2–, Cl^–, NO₃^– и другим анионам.

Вода многих источников водоснабжения содержит органику. Сильноосновные аниониты адсорбируют из воды органические загрязнения. Поверхностные воды известны своей склонностью содержать железо-органические соединения. Эти соединения проскакивают через катионит, т.к. железо в них содержится не в ионной форме. Когда они достигают анионита, анионообменная смола адсорбирует целиком железо-органический комплекс. Он не удаляется в процессе регенерации, но занимает место, которое обычно занимают другие ионы. Конечный результат — уменьшение обменной емкости анионита.

Аниониты адсорбируют также другие формы органики в процессе регенерации. Адсорбирующаяся органика не только занимает обменные места, но также реагирует со смолой, меняя ее свойства. Такое видоизменение проявляется в снижении солевой емкости сильнокислых анионитов. По существу, анионит начинает терять свою способность удалять кремниевые и угольную кислоты, но демонстрирует увеличение обменной емкости при удалении анионов сильных кислот. Конечным результатом в системе водоподготовки для котлов высокого давления будет постоянное сокращение пробега между регенерациями, потому что концентрация кремниевых кислот в потоке, вытекающем из сильноосновного анионита, является главным контролируемым параметром.

Анионообменная смола может также задерживать микробиологические загрязнения. Хорошо растут на анионите грибы. Обработка раствором формальдегида — один из методов стерилизации анионитового участка технологической схемы.

5.4.6. Слабоосновный анионит

Слабоосновный анионит не в состоянии удалять ионы слабодиссоциирующих кислот — кремниевых и угольной. Однако он имеет высокую обменную емкость по отношению к анионам сильных кислот: SO₄²–, Cl^–, NO₃^– и т.д.

Слабоосновный анионит может заменить сильноосновный в технологических схемах, включающих декарбонизатор, а также в тех случаях, когда содержание кремниевых кислот не играет решающей роли.

Возможно совместное использование двух анионитов — слабоосновного и сильноосновного, в одном аппарате. Такой вариант рекомендуется в технологических схемах, в которых отсутствует декарбонизатор после узла катионирования. В этом случае слабоосновный анионит загружают поверх сильноосновного анионита. В течение рабочего цикла следует позаботиться о том, чтобы в процессе обратной промывки эти две смолы не смешались. В конце рабочего цикла удельный вес слабоосновного и сильноосновного анионита почти одинаков, но после регенерации ощутимо отличается. Именно поэтому слабоосновный анионит следует размещать сверху — над сильноосновным.

В технологическом плане преимуществами такого размещения являются: во-первых, поток от катионитового блока попадает сначала на анионит с большой обменной емкостью; во-вторых, слабоосновные смолы также как и сильноосновный анионит поглощают органику, но органика, поглощенная ими, удаляется уже при обычной регенерации. Это помогает защищать сильноосновную смолу от необратимого органического загрязнения.

Мы описали особенности эксплуатации смол в рабочем цикле процесса глубокого умягчения сырой воды. Кроме того, рабочий цикл предусматривает стадии: промывки смолы при выводе ее на регенерацию, собственно регенерации, медленной и быстрой промывки после регенерации и взрыхления смолы.

5.4.7. Затраты на деминерализацию и регенерацию

В современных технологических схемах глубокого умягчения предусматривается автоматическое переключение последовательности выполнения операций при работе и регенерации деминерализующей системы.

Некоторые операторы требуют, чтобы в процессе регенерации было предусмотрено ручное управление каждой операцией. Это страхует от ситуаций, когда сбой в автоматизированном управлении последовательностью операций мог бы направить использованный раствор после регенерации в голову процесса, вместо того, чтобы направить его в стоки.

Начальные затраты на установку глубокого умягчения весьма высоки. В процессе эксплуатации (за вычетом оплаты труда операторов) основными затратами являются стоимость смол и реагентов. Смолы стоят очень дорого, при этом наиболее высокая цена у анионитов. Замена анионита в аппарате, содержащем 8,5 м³ смолы, может достигать $ 40 тыс. только для одного типа смолы. Стоимость затрат на восполнения смолы в процессе эксплуатации за счет ее разрушения, потерь при обратных промывках и т.д. оценивается в 3 % в год.

В большинстве случаев для регенерации ионообменных смол применяется серная кислота концентрацией 96–97% и 50% каустик. Серная кислота стоит приблизительно $ 50 за тонну, а каустик приблизительно $ 120 за тонну. Количество кислоты и каустика, используемые на одну регенерацию, изменяются в зависимости от обменной емкости смолы.

Типичные затраты на регенерацию катионита: 0,07–0,12 т серной кислоты концентрацией 96–97 % на 1 м³ смолы. Порядок затрат на регенерацию сильноосновных анионитов: 0,14–0,20 т 50% каустика на 1 м³ смолы. При проектировании установки глубокого умягчения изготовители за единицу размера единицы оборудования выбирают такой, чтобы рабочий цикл производства качественной деминерализованной воды составлял приблизительно 24 часа. В некоторых случаях предусматривается сдвоенная технологическая схема, что дает возможность использовать каждую технологическую линию: одна — в работе, а другая — на регенерации. В остальных случаях в технологической схеме предусматриваются резервуары для хранения глубоко умягченной воды. Обычно полный цикл регенерации и промывки занимает несколько часов. Объем резервуара для хранения деминерализованной воды выбирается в зависимости от часовой потребности в питательной воде для котлов высокого давления (производительности) и с учетом времени регенерации смолы в установке глубокого умягчения.

5.5. Фильтрование или обратный осмос

Использование для очистки воды явлений осмоса или фильтрования через пористую перегородку с размером пор порядка молекулы началось в 60-х годах ХХ века.

Особенно перспективным именно для очистки воды оказался обратный осмос. Однако применение этой технологии в быту стало возможным относительно недавно благодаря совершенствованию процесса, конструкции аппаратов и резкому снижению себестоимости обратноосмотических мембран. В мире ежегодно устанавливаются десятки тысяч таких систем, и альтернативы им пока нет. Качество же очищенной обратноосмотическим методом воды просто поражает — свободный хлор, механические частицы, привкусы и запахи, токсичные органические вещества, тяжелые металлы, одноклеточные микроорганизмы удаляются на 96–100 %.

Единственная претензия к обратному осмосу как к одному из методов умягчения питьевой воды — слишком глубокая очистка от карбонатной и общей щелочности.

Осмосом называется самопроизвольный переход вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора с различной концентрацией или раствор и чистый растворитель. В общем случае растворенное вещество из раствора с высокой концентрацией пытается перейти в раствор с низкой концентрацией. Если повысить давление в растворе с низкой концентрацией, то поток растворенного вещества прекратится. Разность давлений, прекращающая переток вещества (фильтрацию) через мембрану, называется осмотическим давлением.

Осмотические явления чрезвычайно распространены в растительном и животном мире. Осмос обеспечивает проникновение питательных веществ в клетку и вывод в межклеточную среду продуктов жизнедеятельности. Благодаря осмотическому давлению живая клетка имеет форму. Если живую клетку поместить в концентрированный раствор соли, она погибнет от избытка проникшей в нее соли.

Обратным осмосом называют метод разделения растворов. Если раствор (очищаемую воду) подать под давлением 3–8 МПа на полупроницаемую мембрану, то вода профильтруется через поры, а растворенное вещество останется. Эффективность обратного осмоса оценивают по селективности мембраны — способности удерживать ионы и молекулы разного размера, а также по удельной производительности единицы поверхности. Сегодня синтезированы полимерные мембраны с широким диапазоном размеров пор и высокой механической прочностью. Так, комплектация мембранного аппарата набором мембран с уменьшающимся по ходу движения жидкости размером пор обеспечивает получение из многокомпонентного раствора органических и неорганических соединений особо чистую воду.

5.6. Примеры использования умягчения для подготовки питьевой воды

Хотя умягчение в основном используется в промышленности для получения кондиционной воды в системах производства тепла и пара, тем не менее, бывают случаи, когда приходится применять умягчение при производстве питьевой воды.

5.6.1. Завод по обработке воды в городе Афины (штат Огайо, США)

Завод предназначен для переработки 26 500 м³ сырой воды в сутки. Технологическая схема завода показана на рис. 3. Вода закачивается в аэратор 1 — аппарат производительностью 670 м³/ч для принудительной продувки воздуха через воду. Кислород воздуха окисляет железо и марганец, а сам воздух удаляет газы, которые могут содержаться в воде.

Затем вода поступает в седиментационный бассейн 2 (отстойник), объемом 350 м³, где приблизительно за 30 минут оседают взвешенные твердые частицы.

Вода из седиментационного бассейна 2 перетекает самотеком через серию быстрых песочных фильтров 3. Это дает возможность дополнительно удалить взвешенные, в частности, окислы железа и марганца. Фильтры 3 состоят из слоя песка толщиной 0,6 м и слоев гравия различного размера, служащего опорой песочному фильтру.

Профильтрованная вода поступает на стадию ионообменного умягчения 4. Для этой цели используются минеральные адсорбенты — цеолиты, в которых ионы кальция и магния извлекаются из воды за счет обменной адсорбции (см. раздел 5.4.1.). Затем вода с условно нулевой жесткостью смешивается с отфильтрованной водой (общая жесткость 15 гэкв/л) в смесителекондиционере питьевой воды 5 для того, чтобы получить конечную жесткость 7,5 мгэкв/л.

Воду с доведенной до нормы общей жесткостью стабилизируют по рН 50 % каустиком, который добавляется из расчета 3,0 мг/л. Дезинфекцию воды осуществляют газообразным хлором, доводя его содержание в воде до 0,8 мг/л.

Приготовленную таким образом питьевую воду хранят в концевых колодцах чистой воды 7. Концевые колодцы представляют собой емкости общим объемом 4500 м³. Из этих колодцев чистой воды два насоса производительностью 600 м³/ч и один производительностью 950 м³/ч перекачивают воду в емкости и резервуары, размещенные по всему городу. Общая емкость резервуаров составляет 26 000 м³.

5.6.2. Обратноосмотические системы компании UNIFILTER

На российском рынке успешно работает компания UNIFILTER (www.unifilter.ru), предлагающая полный спектр фильтров и систем водоочистки для квартир, домов, дач, офисов, ресторанов, баров, гостиниц, мини-производств и т.д.

Компактные бытовые системы этой компании предназначены для установки под кухонную мойку. Система состоит из блока обратного осмоса, накопительного бака для чистой воды и элементов, необходимых для подключения системы к водопроводу и канализации. Система ставится на доочистку воды, уже очищенной до уровня технической, т.е. предназначеной для подключения к трубопроводу технической воды. Выпускаются обратноосмотические системы из 3-х, 4-х и 5-и ступеней, но собственно обратноосмотическая мембрана находится только в одной из них. Остальные являются ступенями предварительной очистки. Если водоснабжение дома обеспечивается из городской водопроводной сети, то достаточно использовать только 3-ступенчатую обратноосмотическую систему очистки питьевой воды.

>>> Также читайте по теме Умягчение воды. Ионообменные смолы: виды, принцип действия, эффективность в журнале СОК 2002 №10

Способы умягчения воды: выбор лучшего варианта

Высокий уровень жесткости провоцирует образование накипи, ухудшает эффективность моющих средств. В таких неблагоприятных условиях возрастает риск повреждения функциональных компонентов отопительного оборудования, иной техники. Увеличиваются эксплуатационные расходы, затраты на выполнение санитарно-гигиенических правил.

Современные производители предлагают разные способы умягчения воды и соответствующие комплекты оборудования. Выбрать оптимальный вариант будет не сложно после ознакомления с данной публикацией. Здесь есть полезные данные, которые помогут недорого и быстро реализовать проект.

Основные определения

Общий уровень жесткости определяется, как сумма постоянной и временной компоненты. Как правило, первая часть имеет небольшое практическое значение, поэтому ее можно исключить из обзора. Вторая определяется концентрацией катионов магния и кальция. Эти химические вещества при нагреве преобразуются в нерастворимый осадок – накипь.

Именно они засоряют технические протоки, что сопровождается ухудшением производительности котлов. Такие образования отличаются пористостью, низкой теплопроводностью. При накоплении на поверхности ТЭНа этот слой блокирует нормальный отвод тепла. Если не применить эффективный способ умягчения жесткой воды, бойлер, стиральная машина или другая техника с нагревательным элементом будет выведена из строя из-за накипи.

На практике решают вопросы уменьшения уровня жесткости, либо полное устранение вредных явлений. Второй вариант лучше! Он предполагает надежную защиту дорогих изделий, эффективную профилактику с предотвращением аварийных ситуаций.

Способ 1: Нагрев

Принцип действия этих способов умягчения воды понятен из общего определения. Каждый человек знает, что при кипячении (нагреве) на стенках чайника активно формируется слой накипи. После завершения процедуры жесткость будет снижена.

Теоретическая простота способа является единственным преимуществом. Детальное изучение вопроса позволяет выявить следующие недостатки:

длительность процесса;
небольшое количество жидкости, которое можно обработать в бытовых условиях;
значительные затраты на электроэнергию, газ, другие виды топлива.

Следует не забывать, что на финишном этапе приходится удалять прочную накипь. Это – трудоемкие рабочие операции, которые способны испортить рабочую емкость.

Способ 2: Обработка электромагнитным полем

Из приведенных описаний можно сделать промежуточный вывод. Для удаления вредных соединений с применением химических средств, ионным обменом, кипячением и мембранной фильтрацией приходится решать сложные инженерные задачи. Об этом будет написано ниже. Соответствующим образом увеличиваются затраты. Полифосфатные соединения действуют эффективнее. Они стоят недорого, но надежно блокируют негативный процесс. Метод можно признать идеальным, если бы не загрязнение жидкости.

В технологии электромагнитной обработки нет перечисленных недостатков. Воздействие сильным полем изменяет форму частиц накипи. Созданные игольчатые выступы не позволяют им соединятся в крупные фракции. Этим блокируется процесс образования накипи.

Чтобы получить поле оптимальной мощности и конфигурации применяют высокочастотный генератор электромагнитных колебаний. Он работает по специальному алгоритму, который не вызывает эффект «привыкания». Снижение положительного воздействия наблюдается при работе с постоянными магнитами.

В ходе изучения актуальных предложений рынка следует обратить внимание на современные качественные модели устройств электромагнитной обработки воды:

Магнитные умягчители воды выполняют свои функции с минимальным потреблением электроэнергии (5-20 Вт/час).
Катушку создают из нескольких витков провода. Прибор включают в сеть. Дополнительная настройка не нужна.
Дальность действия достигает 2 км, чего достаточно для защиты объекта в целом.
Долговечность устройств превышает 20 лет.

В любом случае надо выбирать производителя, который обладает солидным опытом в профильной области деятельности!

Химические способы умягчения воды

Хорошо известная профильным специалистам методика – добавление в раствор гашеной извести. Химические реакции связывают молекулы кальция и магния с последующим образованием нерастворимого осадка. По мере накопления на дне рабочего резервуара его удаляют. Мелкие взвешенные частицы задерживают через фосфатный способ. Аналогичную технологию применяют для снижения некарбонатной составляющей с помощью соды.

Главным недостатком этого и других способов данной категории является загрязнение жидкости химикатами. Чтобы такая обработка была безопасной, приходится точно соблюдать оптимальные дозировки, тщательно контролировать все важные этапы. Качественное воспроизведение технологии в домашних условиях не представляется возможным без чрезмерных трудностей и затрат. Ее используют на муниципальных и коллективных станциях водоподготовки профессиональной категории.

Впрочем, одна «химическая» методика стала популярной именно в быту. Исследователи обнаружили, что полифосфатные соединения образуют оболочки вокруг мельчайших нерастворимых фракций. Они препятствуют объединению в крупные частицы, присоединению к стенкам труб и внешним поверхностям нагревательных приборов.

Этим полезным свойством пользуются производители фосфатных стиральных порошков. Также применяют специализированные проточные емкости, в которые помещают полифосфатные соли. Устройства монтируют на входном патрубке перед котлами и стиральными машинами. Способ не подходит для приготовления питьевой воды.

Фильтрация

Нужный эффект можно получить, если уменьшить размеры ячеек до величины молекул. Такие микроскопические протоки создают в мембранах обратного осмоса. Они способны пропускать только чистую воду. Загрязненная жидкость скапливается перед преградой, удаляется в дренаж.

Задача решена? Не следует делать поспешные выводы. Методика фильтрации действительно хороша, но только для обработки 180-220 литров/сутки. Такова производительность серийных фильтров для умягчения воды бытовых с разумной стоимостью. Этого количества не хватит для однократного приема душа, удовлетворения других бытовых потребностей.

Чтобы увеличить производительность несколько мембран устанавливают параллельно. Для функционирования комплекта приходится поднимать давление специальной насосной станцией. Подобное оборудование для фильтрации воды стоит дорого, занимает много места.

Умягчение воды ионообменным способом

Снижают первичные и эксплуатационные расходы с помощью техники этой категории. Применяют особую засыпку, которая задерживает ионы кальция и магния. Одновременно происходит заполнение жидкости безвредными соединениями натрия.

Преимущества ионообменного умягчения воды приведены в следующем списке:

Кроме солоноватого привкуса не меняются в худшую сторону исходные характеристики воды.
После обработки определенного количества жидкости полезные функции засыпки восстанавливают промывкой и регенерацией.
Эти процедуры выполняются неоднократно в автоматическом режиме, без тщательного контроля и вмешательства со стороны пользователя.
При соблюдении правил эксплуатации засыпка из смол сохраняет работоспособность более шести лет.

Необходимо подчеркнуть доступность регенерационной смеси. Это – недорогой раствор обычной поваренной соли (хорошей очистки).

Как и ранее, приведем нюансы, которые заслуживают упоминания для полноценного анализа умягчения воды ионообменным способом:

Ионообменный способ умягчения воды прерывает снабжение объекта при регенерации (длительность более часа). Чтобы устранить такой недостаток устанавливают параллельно две функциональные емкости.
Комплект с высокой производительностью для семьи из 2-3 человек занимает несколько кв. метров площади.
Работа ионообменного фильтра издает сильный шум в процессе промывки, поэтому нужна эффективная звуковая изоляция помещения.
Каждое существенное изменение уровня жесткости необходимо корректировать ручной настройкой.
Хорошо оснащенный набор с блоком автоматики и несколькими рабочими баками стоит дорого.

Ультразвуковое воздействие

Обработку колебаниями соответствующего диапазона частот применяют для снижения уровня жесткости. Одновременно разрушается слой старой накипи, что пригодится для очистки труб без агрессивных химических соединений.

Этот фосфатный способ умягчения воды редко используют в домашних условиях, в котельных и промышленности. При малой мощности генератора положительный эффект будут минимальный. Если увеличить амплитуду сигналов, повреждаются паяные соединения, декоративные и защитные покрытия. Вряд ли имеет смысл устранять одну проблему и вместе с этим создавать другие неприятности. Также надо отметить появление раздражающих звуков, которые образуются из-за ультразвукового воздействия сложением нескольких паразитных гармоник.

Ультразвук с профессиональными предосторожностями применяют для очистки и защиты промышленного оборудования. Крупные элементы этих конструкций и резьбовые соединения обладают лучшей устойчивостью к сильным вибрационным воздействиям.

Какие способы умягчения воды подходят для разных объектов недвижимости?

Оптимальную методику выбирают с учетом реальных условий будущей эксплуатации. Опытные специалисты советуют создавать общий проект с механическими и другими фильтрами для точного согласования всех функциональных компонентов.

В городской квартире можно рассчитывать на поддержание приемлемого качества жесткой воды. Соответствующие обязательства указаны в договоре со снабжающей организацией. Однако в домашних условиях не исключены аварии на магистральных трассах, броски давления. Для защиты от этих негативных воздействий на входе устанавливают фосфатный или механический фильтр с регулятором напора и контрольными манометрами. Надо подчеркнуть преимущества электромагнитного преобразователя с учетом особенностей объектов данной категории:

компактность;
небольшой вес;
отсутствие шумов;
симпатичный внешний вид.

Для автономного загородного водоснабжения расчетливые собственники предпочитают пользоваться артезианской скважиной. Такой источник обеспечивает высокую степень очистки природной фильтрацией. Но на большой глубине увеличивается концентрация примесей, вымытых из горных пород. Среди них – соединения солей в достаточно большой концентрации.

В частном доме проще найти свободное место для технологического оборудования. Здесь можно устанавливать комплекты для умягчения воды ионообменным способом. В помещение проводят необходимые инженерные сети. Надо не забывать о хорошей изоляции. Необходимо поддерживать установленный производителем температурный режим. Следует удалить хлорные и другие химические соединения, способные повредить действующую засыпку.

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 зарабатываем небольшую комиссию ( без дополнительных затрат для вас ), если товары приобретены.

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, каковы хорошие методы смягчения воды? Давайте углубимся и посмотрим, как мы можем узнать , как смягчить жесткую воду .

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 можно использовать.

1. Ионообменное умягчение воды

Ионообменные умягчители воды на основе соли являются основной формой умягчителей воды, используемых для бытового водоснабжения.Они работают, удаляя из воды вызывающие жесткость ионы кальция и магния и заменяя их ионами натрия или калия, покрывающими шарики смолы в ионообменном резервуаре.

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

Эта форма железа обычно содержится в воде, забираемой из глубоких колодцев и других источников подземных вод.Он не окрашивает воду, когда она движется, но если воду оставить на некоторое время, например, в унитазе, утюг вступит в реакцию с кислородом в воде, образуя красновато-коричневую пленку или кольцо.

Каждая миллионная доля железа эквивалентна 3-4 гранам жесткости воды, и рекомендуется использовать ионообменный смягчитель 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 смягчителем воды.

Кроме того, высокие уровни хлора могут привести к разрушению шариков смолы в смягчителе воды, а также к растрескиванию и поломке коллектора или фильтра в резервуаре для смягчителя воды. Чтобы избежать этих проблем, убедитесь, что резервуар для смолы для смягчителя воды заполнен шариками сшитой смолы с 10% -ным содержанием хлора, которые лучше переносят хлор, чем стандартные шарики с 8% сшитой смолой.

Другой вариант с ионообменными умягчителями воды — это система с двумя или двумя чередующимися резервуарами (это относится к системе, имеющей два соединенных между собой ионообменных резервуара в дополнение к солевому резервуару), поэтому риск отсутствует. жесткой воды, попадающей в систему в процессе регенерации.

Большинство водоумягчителей оснащено перепускным клапаном, поэтому 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 задан или если он закончился, жесткая вода будет течь через байпасный клапан в вашу бытовую водопроводную сеть до тех пор, пока процесс регенерации не будет завершен и умягчитель воды снова не будет полностью включен.

Если вы настроили умягчитель воды на регенерацию в ранние утренние часы и уверены, что в это время вода в хозяйстве не потребуется, то система с двумя баками не принесет вам пользы.

Но, если ваше домашнее использование воды нерегулярно в течение дня и ночи или если вы используете воду в ночное время, например, если в доме есть посменный работник или стиральная машина для стирки с заданным временем работы, использующая энергию в непиковые часы тарифов, то выбор устройства для смягчения воды с двумя баками обеспечит защиту вашей системы водоснабжения от попадания жесткой воды.

Когда смола в одном из ионообменных резервуаров приближается к насыщению и требует регенерации, система автоматически переключается на другой резервуар, который имеет полную емкость. Таким образом, в вашей домашней водопроводной сети всегда будет течь умягченная вода.

Умягчители воды Iron Pro доступны в двухбаковых чередующихся моделях с 10% сшитой смолой различной производительности и представляют собой комплексное решение для хлорированной воды с концентрацией железа до 6 частей на миллион.

2. Кондиционирование воды без содержания соли: кристаллизация с помощью шаблона (TAC) / кристаллизация с помощью нуклеации (NAC)

Эта форма кондиционирования воды является относительно новой в коммерческом использовании и теперь доступна в домашнем хозяйстве. Эта технология была подтверждена контролируемыми испытаниями, проведенными Университетом Аризоны, и позволила снизить образование накипи 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, которые собираются в кластеры нанокристаллов.Когда эти кластеры вырастают до определенного размера, но остаются микроскопическими, они отрываются от шариков и снова смываются в поток воды.

Эти кристаллические кластеры относительно стабильны и нерастворимы, поэтому они не будут прикрепляться к другим поверхностям с образованием известкового налета. Любая образовавшаяся накипь будет скорее «мягкой», чем известковой, и ее легко удалить.

TAC показал свою эффективность 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, среду TAC / NAC необходимо защищать от железа с помощью предварительного фильтра. Кроме того, образующиеся нанокристаллы сохраняются всего около двух дней, прежде чем они распадаются, поэтому данная технология подходит только для воды, которую регулярно потребляют.

В бессолевой системе для всего дома Aquasana SimplySoft EQ-AST-WH используется технология TAC / NAC, и ее расчетная мощность составляет 6 лет.

Однако система относительно дорога, в диапазоне от 1300 до 1400 долларов США, и баки кондиционера должны быть полностью заменены, когда их емкость исчерпана.Он поставляется с фильтром предварительной очистки от осадка 5 микрон, который имеет собственную производительность в зависимости от уровня осадка в водопроводе.

Система кондиционирования воды TAC / NAC, в которой используется повторно заполняемый бак, может быть приобретена по цене от 700 до 800 долларов США. Сменный материал Filtersorb TAC / NAC имеет ожидаемый срок службы 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. Обработка бессолевой воды: обратный осмос (RO)

Обратный осмос — это процесс пропускания воды через серию очень тонких фильтров под давлением , чтобы отфильтровать все примеси из воды, вплоть до молекулярный уровень.

Полученный продукт похож на дистиллированную воду, но из нее удалены все химические вещества и растворенные органические твердые вещества, в том числе 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 водоснабжения в доме, со специальным краном для воды обратным осмосом, отдельным от остальной системы водоснабжения дома. Это означает, что жесткая вода по-прежнему будет проходить через водонагреватель и систему горячего водоснабжения, образуя известковый налет в местах, где он наиболее опасен.

Используя легкую коммерческую систему обратного осмоса, такую как iSpring 500 галлонов / день, коммерческая система фильтрации воды обратного осмоса без резервуаров с резервуаром для хранения и нагнетательным насосом, вы можете обеспечить достаточным количеством чистой умягченной воды весь дом для 6 человек. рекомендуемое среднее значение 75 галлонов на человека в день.Такая система, как эта, имеет четыре предварительных фильтра для удаления отложений, железа и хлора до того, как вода попадет в камеру обратного осмоса, что обеспечивает более длительную и эффективную работу.

Однако при использовании системы обратного осмоса необходимо 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 удаляет нежелательные минералы жесткости, он также удаляет из воды все другие минералы и питательные вещества.

Эта вода может быть вредна для здоровья в долгосрочной перспективе без повторного введения желаемых минералов и солей. Наконец, мембраны обратного осмоса необходимо будет регулярно промывать и чистить — к счастью, вышеуказанная система сделает это автоматически.

4. Обработка бессолевой воды: Chelation

Хелатирование — это средство кондиционирования ионов воды, вызывающих жесткость, таким образом, чтобы они не соединялись 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 только сравнительно недавно стал доступен для использования в домашних условиях.

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 с другими химическими веществами. По этой причине системы, использующие этот процесс, правильно описываются как «кондиционеры воды», а не «смягчители воды».

Преимущество этого заключается в том, что ионы кальция и магния остаются в кондиционированной воде и могут приносить пользу для здоровья при употреблении воды, и нет увеличения содержания натрия в воде для тех людей, которые находятся на низком уровне. натриевые диеты по причинам, связанным со здоровьем.

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

В кондиционерах для воды используется активный ингредиент, такой как форма пищевой лимонной кислоты или полифосфата, пропитанная сменным картриджем, для кондиционирования или «связывания» ионов жесткости кальция и магния, а также железа и марганца, поэтому что они не будут реагировать с другими свободными ионами с образованием известкового налета.

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

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

Поскольку бессолевые системы не удаляют ионы жесткости из воды, тесты жесткости воды, проведенные на «кондиционированной» воде, покажут небольшое отличие в результатах от исходной «жесткой» воды, что затрудняет определение эффективности системы. .

Наиболее частым признаком израсходованного картриджа кондиционера для воды является увеличение жесткости воды в виде мыльной пены, поэтому лучше обеспечить своевременную и регулярную замену картриджей.

3M AP904, имеющий номинальную емкость 100 000 галлонов и ожидаемый период замены картриджа 12 месяцев, является одним из самых мощных доступных кондиционеров для бессолевой воды. 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 максимальной твердостью 22 г / г и ожидаемый срок службы картриджа от 4 до 6 месяцев.

Система Nuvo h3O Home имеет номинальную емкость 35 000 галлонов с испытанным показателем твердости 15 галлонов на дюйм и ожидаемым сроком службы картриджа в шесть месяцев.

С точки зрения соотношения цены и качества, исходя из имеющихся спецификаций, 3M AP904 , по-видимому, является лидером в этой области, за ним следует система Aquios FS220 , причем обе эти системы также обеспечивают снижение вкуса хлора и снижение запаха. .

Кертис — основатель и владелец сайта softeningwater.com. Он является ведущим специалистом по всем аксессуарам для смягчения воды в руководствах и обзорах этого сайта. Если он не пишет обзоров, руководств или других полезных советов, вы обнаружите, что он их тестирует, чтобы выяснить, подходят ли они.
Он страстно любит умягчать воду. Вы найдете его чрезвычайно полезным и всегда готовым обучить население всему, что касается воды и ее воздействия на их здоровье и бытовые приборы.

Обзор процесса умягчения воды | Luminor

О смягчении воды

Жесткость воды

Жесткая вода — это вода с высоким содержанием растворенных минералов (в отличие от мягкой воды с низким содержанием растворенных минералов). Жесткая вода имеет высокую концентрацию ионов кальция (Ca ²⁺) и магния (Mg ²⁺). Жесткость воды определяется как концентрация многовалентных катионов.Многовалентные катионы — это катионы (ионы металлов) с зарядом больше 1+, в основном 2+. Эти катионы включают Ca ²⁺ и Mg ²⁺. Эти ионы попадают в водоснабжение путем выщелачивания из минералов (таких как известняк) в водоносном горизонте. Обычные кальцийсодержащие минералы — это кальцит и гипс. Распространенным минералом магния является доломит, который также содержит кальций. Дождевая и дистиллированная вода мягкие, потому что содержат мало ионов. Жесткая вода обычно содержится в грунтовых водах (колодцах), так как вода находится в прямом контакте с минералами, которые могут растворяться.Поверхностная вода (озера, реки или ручьи) обычно мягкая с очень низким уровнем жесткости.

Жесткая вода, как правило, не вредит здоровью, но может вызвать серьезные проблемы с водопроводом как в жилых, так и в коммерческих целях. Жесткость воды — серьезная проблема — от отсутствия пены в ваннах и прачечных до дорогостоящих поломок котлов, градирен и другого оборудования, обрабатывающего воду.

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 с помощью процесса ионного обмена.

Процесс ионного обмена

Умягчение воды — это процесс, который решает проблему, называемую «жесткая вода». Жесткая вода — это любой тип воды, в которой содержится больше минералов, чем в обычной водопроводной воде. В основном это связано с повышенным уровнем кальция и магния, что может затруднить растворение таких продуктов, как мыло, в воде. Он также может оставлять пятна от жесткой воды на ванне или раковине и забивать 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. Таким образом, смягчение воды удаляет из воды вредные минералы.

Устройство для смягчения воды — это устройство, которое обменивает катионы. По сути, он берет катионы кальция и магния (две наиболее распространенные причины жесткой воды) и заменяет их катионами другого вещества. Чаще всего ионы обмениваются с ионами растворенной соли хлорида натрия (рассола).

Смягчитель воды

Устранение или снижение жесткости воды осуществляется с помощью устройства, известного как устройство для смягчения воды. Именно внутри этого умягчителя происходит процесс ионного обмена. Умягчитель состоит из разных компонентов, каждый из которых имеет свое уникальное назначение. Сердце умягчителя — это резервуар для минералов, который представляет собой сосуд высокого давления, обычно сделанный из стекловолокна. Эти резервуары заполнены отрицательно заряженной ионообменной смолой. Мозг умягчителя находится в регулирующем клапане или головке умягчителя, как ее обычно называют.Самые популярные водоумягчители имеют автоматическую систему регенерации. Самый простой тип имеет электрический таймер, который промывает и заряжает систему по регулярному графику. Во время подзарядки мягкая вода недоступна. Второй тип управления использует компьютер, который отслеживает, сколько воды используется. Когда через резервуар с минералами прошло достаточно воды, чтобы израсходовать капельки натрия, компьютер запускает регенерацию. Эти умягчители часто имеют запас смолы, поэтому во время зарядки будет доступно немного мягкой воды.Третий тип управления использует механический водомер для измерения расхода воды и начала подзарядки. Преимущество этой системы заключается в том, что не требуются электрические компоненты, а резервуар для минералов заряжается только при необходимости.

Если он оборудован двумя резервуарами для минеральных веществ, умягченная вода всегда доступна, даже когда устройство перезаряжается.

Третьим основным компонентом системы умягчения воды является солевой бак. Солевой бак в основном представляет собой резервуар для хранения хлорида натрия (NaCl) или хлорида калия (KCL), который смешивается с водой во время циклов пополнения и регенерации рассола.Этот рассол (концентрированный раствор соленой воды) возвращается в резервуар для минералов во время фазы регенерации для пополнения слоя умягчителя. Соль или хлорид калия — это жертвенная среда, и ее необходимо регулярно пополнять, чтобы обеспечить надлежащее размягчение устройства.

Ионообменная смола

Первичная среда, содержащаяся в смягчителе воды, известна как ионообменная смола. Эта смола в основном представляет собой нерастворимую матрицу, как правило, в форме маленьких шариков (диаметром 1-2 мм).Материал имеет высокоразвитую структуру пор, на поверхности которых расположены участки с легко улавливаемыми и выделяемыми ионами. Этот процесс захвата ионов происходит с одновременным высвобождением других ионов, что приводит к термину ионный обмен. Можно производить ионообменные смолы, чтобы выборочно отдавать предпочтение одному или, возможно, нескольким различным типам ионов. Обычно в основе этих смол лежит сшитый полистирол.

Циклы умягчителя

Умягчители воды должны выполнять основные функции; цикл размягчения и цикл регенерации.В цикле умягчения вода поступает в умягчитель и проходит через ионообменную смолу, заряженную 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 станет насыщенной ионами жесткости и не станет обедненной ионами натрия. Когда смола близка к истощению, ее способность к размягчению (обмен ионов жесткости с ионами натрия) ограничена. Для правильной работы умягчителя в данный момент необходимо запустить цикл регенерации.

Во время цикла регенерации рассол (солоноватая вода, образовавшаяся в рассольном резервуаре при смешивании воды и соли) проходит через резервуар для смолы (вверх или вниз в зависимости от конструкции). Когда рассол проходит через резервуар, ионы натрия переносятся (обмениваются) на ионы жесткости на обменной смоле, и эти ионы жесткости, следовательно, отправляются в дренаж. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все ионы жесткости не заменятся ионами натрия (вы заметите, что небольшое количество соли стекает вместе с ионами жесткости), и слой считается полностью регенерированным.

Измерение

Жесткость измеряется уровнем бикарбонатов кальция и магния в воде и вместе представляет собой общую жесткость (TH). Твердость может быть определена с помощью инструментального анализа. Общая жесткость воды, включая ионы Ca2 + и Mg2 +, указывается в частях на миллион (ppm) или в массе / объеме (мг / л) карбоната кальция (CaCO ₃) в воде. Хотя жесткость воды обычно измеряет только общие концентрации кальция и магния (двух наиболее распространенных ионов двухвалентных металлов), в некоторых местах повышенные уровни железа, алюминия и марганца также могут быть повышены.Присутствие железа обычно придает кальцинозу коричневатый (ржавый) цвет, а не белый (цвет большинства других соединений).

СРОК	зерен на галлон (GPG)	частей на миллион (ppm)
Мягкий	<1	<17,0
Слегка твердый	1,0–3,5	17,1-60
Умеренно твердый	3.6-7,0	61-120
Жесткий	7,1-10,5	121–180
Очень твердая	> 10,5	> 180

При очистке воды жесткость измеряется либо в зернах на галлон (gpg), либо в частях на миллион (ppm). Количество зерен на галлон определяется как одно зерно (64,8 мг) карбоната кальция (CaCO ₃), растворенное в одном галлоне США (3.785 л) воды. Части на миллион — это один миллиграмм карбоната кальция (CaCO ₃) на литр воды. Для преобразования между gpg и ppm используйте следующий коэффициент; 1 галлон / галлон = 17,1 частей на миллион. Кроме того, миллиграммы на литр эквивалентны миллионным частям и могут использоваться как синонимы.

Методы умягчения воды

Вода — важный ресурс, необходимый всем живым организмам для выживания. Мы все зависим от него в таких целях, как стирка, стирка, приготовление пищи и питье.Обычно он доступен в двух формах; жесткая вода и мягкая вода.

Простое определение жесткой воды — это «вода, содержащая большое количество минералов». Минералы, преимущественно содержащиеся в жесткой воде, — это кальций, карбонат магния и марганец. Эти минералы, которые делают воду жесткой, имеют тенденцию оказывать на нее негативное воздействие. Жесткая вода может испачкать ванну и посуду, помешать мытью, оставить на кофеварке отложения накипи, а также сделать белье грязным.Это также может повлиять на правильную работу вашего электроприбора, который использует воду, например электрических чайников, и придать вашей одежде, коже и даже волосам бледный вид.

Жесткая вода может поступать из разных источников, где минералы легко растворяются в воде. Поэтому он обычно имеет разные уровни твердости в зависимости от того, откуда он взялся. Жесткость воды измеряется в GPG (количество зерен на галлон) или PPM (частей на миллион минерала). 17,1 PPM обычно эквивалентны 1 GPG.

Мягкая вода — противоположность жесткой воды. В основном это вода, которая имеет минимальное количество минералов, вызывающих жесткость воды, магний и кальций. Основной источник мягкой воды — дождь. Дождевая вода обычно собирается с крыш, а затем хранится в резервуарах. Иногда его также можно получить из определенных водосборных бассейнов, которые образованы твердыми непроницаемыми породами, в которых отсутствует кальций. Затем его можно отправить с помощью барботеров.

Мягкую воду также получают из жесткой воды.Это происходит с помощью метода, называемого умягчением воды. Воду, полученную в результате этого процесса, обычно называют умягченной водой. Несмотря на отсутствие значительного количества ионов магния и кальция, он может содержать высокие уровни ионов натрия и бикарбоната.

Как уже говорилось, это просто процесс удаления ионов магния и кальция из воды. Этот процесс помогает нам избавиться от проблем, связанных с жесткой водой, особенно в домашних условиях. Умягченная вода может храниться в кулерах для воды от водоохладителей Aquafil Sydney.Поскольку для выполнения этого процесса дома используются различные эффективные методы, я расскажу вам о них.

Ионный обмен

Ионный обмен — самый старый и самый распространенный метод умягчения воды. Обычно это влечет за собой замену ионов магния и кальция, содержащихся в жесткой воде, на ионы натрия. Поскольку каждый ион кальция и магния имеет положительный заряд 2, каждый ион обменивается на два иона натрия.

Ионы натрия в основном поступают из солевого раствора, при этом замещение натрия происходит из-за более мощного заряда магния и кальция.Таким образом, обмен освобождает воду от свободных ионов магния и кальция, делая воду мягкой.

Дистилляция

Здесь вода нагревается внутри контейнера до начала испарения. Затем этот пар по трубке подается в контейнер с охлаждающим устройством. Затем пар конденсируется, переходя обратно в жидкое состояние — воду. Этот дистиллят обычно не содержит всех примесей, а не только минералов.

Несмотря на дешевизну, он используется только для производства мягкой воды, которая требуется в небольших количествах, особенно для питья и приготовления пищи.Это также метод очистки воды.

Однако он производит воду, в которой не хватает даже основных минералов, необходимых организму, и поэтому ее не рекомендуется пить каждый день. Однако щелочные фильтры можно использовать для повторной минерализации воды перед тем, как поместить ее в кулеры для воды в офисе.

Обратный осмос (мембранная технология)

Это эффективный метод очистки и умягчения воды. В нем используется ряд стадий для производства воды высокой степени очистки.Ионы кальция и магния удаляются в мембранной камере обратного осмоса, где применяется давление около 35 фунтов на квадратный дюйм. Проходить могут только молекулы воды, поэтому продукт обычно является умягченной водой. Нежелательная вода обычно выводится в канализацию, а затем смягченная вода может быть направлена в охладители фильтрованной воды.

Умягчение воды обычно важно дома, особенно если вы живете в районе, где жесткая вода является легкодоступным типом воды. Умягчение воды дает вам множество преимуществ и помогает избежать осложнений, которые в противном случае были бы результатом чрезмерного потребления минералов.

Посетите Aquafil для получения дополнительных инструкций и знаний по установке питьевого фонтана или для покупки кулеров для воды Sydney, а затем выберите метод смягчения воды, который будет соответствовать вашим домашним потребностям в мягкой воде.

Методы смягчения воды | Смягчители воды Harvey

Отправлено 21 мая 2014 г.,
Читать 4 мин

Способы умягчения воды

Жесткая вода имеет множество негативных последствий для вашего дома и вашего здоровья.Накопление минералов в жесткой воде может негативно повлиять на трубы и бытовую технику в вашем доме, а также было доказано, что они закупоривают поры и усугубляют такие состояния, как экзема.

«Как смягчить жесткую воду» — это распространенный поисковый запрос в Google, и, как ведущий поставщик смягчителей воды, мы хотим помочь ответить на этот вопрос. Умягчение воды дает множество преимуществ — наше руководство поможет вам испытать эти преимущества на себе.

Умягчение жесткой воды: история

Как процесс умягчение воды восходит к 1903 году.С тех пор методы были усовершенствованы, и были достигнуты большие успехи в повышении эффективности устройств для смягчения воды. Смягчители воды Harvey — важная часть этой истории: наш основатель Харви Боуден изобрел неэлектрическую установку для смягчения воды, которая могла работать независимо и автоматически очищаться.

Сегодня мы гордимся тем, что производим высококачественные смягчители воды, которые легко впишутся в ваш дом, предотвратят пагубное воздействие жесткой воды и дадут вам все преимущества умягченной воды.Устройство для смягчения воды Harvey было создано с нуля на нашем заводе, чтобы обеспечить ваш дом смягченной водой 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Как работает смягчитель воды?

Умягчитель воды Harvey устанавливается в месте, где он пересекается с водопроводом дома, когда он входит в собственность, обычно это под кухонной раковиной.

Когда жесткая вода проходит через устройство для смягчения воды, ионообменная технология улавливает агрессивные минералы кальция и магния, которые повреждают ваш дом и бытовую технику.Умягченная вода производится круглосуточно и без выходных, а затем циркулирует по дому в трубах и системах отопления, вытекает из кранов и душевых головок.

Как смягчить жесткую воду в домашних условиях

Конечно, долгосрочным решением для предотвращения повреждения вашего дома жесткой водой является приобретение устройства для смягчения воды, и вы можете начать процесс с организации бесплатной демонстрации дома без каких-либо обязательств в удобное для вас время.

Мы будем с вами, как только сможем, но пока есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы начать смягчать жесткую воду и уменьшить раздражающее и разрушающее воздействие на ваш дом уже сегодня:

Перед использованием вскипятите воду

Кипячение воды перед ее использованием, будь то для чистки, мытья или чистки зубов, является хорошим способом удаления большинства загрязнений и имеет тот же эффект, что и умягчение жесткой воды, только в меньшем и более трудоемком масштабе.

После кипячения и охлаждения вы должны увидеть видимые загрязнения или накипь на поверхности и вычерпать их, чтобы избавиться от них. Или же, оставив его на некоторое время постоять, примеси опустятся на дно, и вы сможете слить смягченную воду.

Используйте соду для стирки или известь

Несколько лет назад промывочная сода и известь нередко добавлялись в большие объемы воды, хранящейся в бочках или бочонках, чтобы довести умягченную воду до самого верха.

Через несколько дней грубый минеральный осадок и другие примеси будут дистиллированы на дне, а смягченная вода может быть удалена сверху. Хотя этот метод достаточно эффективен, он требует времени, хранения и прочности, чтобы переносить большое количество воды.

Добавьте в воду стиральную соду

Жесткая вода предотвращает образование пены от мыла и моющих средств и эффективную очистку. Добавление стиральной соды, нашатырного спирта, буры или щелока в воду для стирки — временное решение этой проблемы, поскольку она смягчает воду и создает пену.Однако, поскольку известковый налет на самом деле не удаляется из воды, вы все равно можете обнаружить минералы, влияющие на сухость и долговечность вашей одежды.

Установите фильтр на смесители для кухни и ванной комнаты

Чтобы предотвратить воздействие жесткой воды на мытье, купание и вашу кожу, вы можете установить фильтр для воды на краны в вашем доме. Хотя это позволит образовывать пену для мытья посуды и уменьшить образование накипи и накипи в раковинах и вокруг смесителей, это не помешает жесткой воде снизить эффективность и срок службы ваших систем отопления.Фильтры также не могут удалить все загрязнения.

Хотя эти методы являются хорошими краткосрочными решениями проблем, вызванных жесткой водой, они требуют времени и усилий и часто не предотвращают невидимые повреждения систем отопления и котлов.

Жесткая вода в доме может повлиять на срок службы бытовой техники из-за образования накипи со временем. Умягчители воды удаляют минералы из вашей воды и резко уменьшают количество накипи в вашем доме.Узнайте больше о влиянии жесткой воды.

Как смягчить жесткую воду (6 эффективных методов)

Жесткая вода очень полезна для нашего здоровья благодаря минералам, но она также может вызвать проблемы в доме. Например, минералы могут вызвать снижение потока воды и засорение приборов, что приведет к потускнению белья ⁽¹⁾. К счастью, есть несколько способов смягчить жесткую воду, которые мы обсудим.

Многие домовладельцы беспокоятся о смягчении воды из-за более высокого содержания натрия; однако есть способы избежать этого. Добавленный натрий может быть опасен для людей, соблюдающих диету с низким или нулевым содержанием натрия, из-за проблем со здоровьем, таких как повышенное кровяное давление ⁽²⁾. Если это относится к вам, будьте особенно осторожны при умягчении воды.

Как узнать, жесткая ли у вас вода

Во многих штатах США вода от умеренной до очень жесткой. К ним относятся Флорида, Юта и Калифорния.Когда вода попадает в землю, она проходит через богатую минералами почву и камни. Карбонаты кальция и магния растворяются в воде, что придает ей жесткость ⁽³⁾.

Когда вода проходит по трубам в наш дом, минералы могут образовывать известковый налет и другие минеральные отложения. Возможно, вы заметили белые пятна или отметины вокруг водопроводных принадлежностей или на посуде. Это засохшие минеральные отложения, которые появляются из воды — они не опасны, хотя могут расстраивать и некрасиво.

Вот еще несколько признаков того, что у вас жесткая вода:

Снижение потока воды: Из-за накопления минералов в изливе и трубах вы можете заметить уменьшение потока воды.
Более высокие счета за электроэнергию: Поскольку ваши приборы должны работать больше из-за накипи, ваши счета за электроэнергию могут быть выше ⁽⁴⁾.
Сухие волосы и кожа: Минералы могут стать причиной сухости волос и затруднить укладку. То же самое может случиться с вашей кожей — вы можете видеть минеральные отложения на коже после душа ⁽⁵⁾.
Мыло менее эффективно: Минералы довольно сильно влияют на мыло и шампунь, уменьшая количество мыльной пены и образуя мыльную пену, которую трудно смыть. ⁽⁶⁾. Ваше белье может потерять цвет и не будет очищаться с такой эффективностью, потому что минералы препятствуют вспениванию воды и моющего средства ⁽⁷⁾.
Проверьте свою воду: Вы можете быстро проверить воду, чтобы узнать, жесткая ли она. Наполните бутылку водой наполовину и добавьте три капли средства для мытья посуды.Хорошо встряхните и осмотрите пену; если он быстро растворяется, ваша вода жесткая.

Как смягчить жесткую воду

Основы умягчения воды — это удаление минералов, вызывающих жесткость, таких как кальций и магний. Для этого есть несколько эффективных методов. Однако выбранный вами метод зависит от того, хотите ли вы очищать всю воду в вашем доме или только определенные точки.

1. Ионный обмен

Ионообменное умягчение воды — самый эффективный метод для всего дома.Эти системы обычно поставляются с двумя баками:

Также доступны системы с двойным баком. Это сократит время простоя при регенерации системы за счет наличия дополнительного резервуара для смолы.

Резервуар для смолы

Здесь жесткая вода попадает в систему. Вода соприкасается с крошечными покрытыми солью шариками смолы. Поскольку вода окружает эти шарики, ионы жесткости (магний и кальций) обмениваются на ионы соли, то есть ионы калия или натрия ⁽⁸⁾.Ионы соли и жесткости просто меняются местами.

Не забывайте

Из-за более высокого содержания соли умягченная вода не рекомендуется людям с сердечно-сосудистыми заболеваниями ⁽⁹⁾.

Когда система обрабатывает большее количество воды, шарики насыщаются ионами жесткости, что также называется «истощением». Когда это происходит, необходимо перезарядить шарики в солевом баке.

Солевой бак

Думайте о перезарядке как о смягчении в обратном направлении. Соляные промыслы с ионами жесткости и минералами смываются из канализации.Вы оживляете его, добавляя в солевой бак мешки с солью.

Вы можете добавлять три типа соли для смягчения воды:

Соль каменная : Самый дешевый вид; однако он действительно содержит больше нерастворимых материалов, которые могут вызвать скопление внутри резервуара и клапанов и требуют более частой очистки.
Выпаренная соль: Выпаренная соль более мелкая и полностью очищенная. Примером этого типа является поваренная соль.
Солнечная соль: Солнечная соль добывается из соляного пруда, нагретого солнцем.По мере испарения воды остаются очищенные кристаллы соли.

Какая соль лучше?

Требование небольшого использования: Если ваша система производит только небольшое количество мягкой воды, образование отложений маловероятно. Здесь каменная соль — хороший вариант, если у вас ограниченный бюджет.
Требование обильного использования: Если в вашей системе вырабатывается большое количество мягкой воды, вероятнее всего ее накопление. В этом случае лучшим выбором будет солнечная или испаренная соль.
Общий лучший вариант: Солнечные и испаренные соли — лучший вариант для ионообменных систем. Однако это не значит, что каменная соль бесполезна. Это зависит от использования вашего смягчителя воды.

2. Система регенерации по запросу

Система регенерации по запросу — один из наиболее распространенных продаваемых смягчителей воды. Они могут измерять регулярное потребление воды и регенерировать только при необходимости ⁽¹⁰⁾. Некоторые из этих систем могут работать по таймеру, который устанавливается на определенные часы.

Одним из недостатков некоторых из этих систем является то, что они могут оставлять вас без воды в периоды высокого спроса. Но они также не очень экологичны — поскольку ионами торгуют, в канализацию сбрасывается очень соленый рассол.

3. Кристаллизация с помощью матрицы (TAC) или кристаллизация с помощью нуклеации (NAC)

Эти системы смягчают воду без использования соли, что делает их более здоровым вариантом для ионного обмена. Но чем они лучше ⁽¹¹⁾?

Take Note

Бессолевые умягчители на самом деле не умягчители.Их часто называют кондиционерами для воды или средствами для удаления накипи. Минералы остаются в воде, поэтому сложно определить, мягче ли вода.

Системы

TAC и NAC не удаляют минералы из воды. Вместо этого они изменяют форму минералов, так что они не могут прилипать к какой-либо поверхности. Системы TAC и NAC на самом деле не являются водоумягчителями; они кондиционеры для воды.

Вода проходит через среду TAC, в которой минеральная жесткость превращается в кристалл, который не может прилипать к какой-либо поверхности ⁽¹²⁾.При тестировании воды на жесткость до и после обработки вы получите одинаковые результаты. Твердость и минералы остаются, но они могут дольше производить известковый налет или минеральные отложения.

Для работы не требуется электричество, соль или вода. Одним из многих преимуществ систем TAC и NAC является наличие полезных минералов, таких как кальций, магний и железо. В системе ионного обмена они заменяются солями, но имейте в виду, что избыток натрия может быть очень опасен для нашего здоровья, приводя к высокому кровяному давлению и другим проблемам ⁽¹³⁾.

Если вы хотите быть более экологически чистыми, вам подойдут системы TAC, тем более что они не требуют ни энергии, ни воды.

Одним из наиболее заметных недостатков систем TAC и NAC является то, что твердость по-прежнему сохраняется. Вы увидите более светлое белье и меньше пятен на поверхностях, но результаты не будут соответствовать результатам солевых обменников.

4. Хелатные системы

Хелатирующая система также представляет собой кондиционер для воды, не содержащий соли, аналогичный TAC.В этих системах ионы минералов будут связываться с хелатирующим агентом, таким как нитрилоуксусная кислота ⁽¹⁴⁾. Это приводит к тому, что минералы взвешиваются в воде, что делает эту систему скорее средством для удаления накипи, чем для смягчения.

Такая система не восстанавливает твердые минералы, но предотвращает их отложение в виде накипи. Это приводит к меньшему накоплению известкового налета и минералов.

Что делает его отличным вариантом, так это то, что он оставляет в воде полезные минералы, такие как кальций, при этом предотвращая образование накипи.Если вы придерживаетесь диеты с низким содержанием натрия, лучше всего использовать бессолевую диету. Если образовался известковый налет или налет, его будет легче удалить, поскольку твердые ионы не могут прилипать к какой-либо поверхности.

Однако, подобно системам TAC и NAC, хелатирование не так эффективно, как ионный обмен, при удалении «твердости». Это потому, что хелатирующий агент не удаляет минералы; просто смягчает их ⁽¹⁵⁾. Эффекты значительно уменьшаются, но, вероятно, в некоторой степени все еще присутствуют.

5.Магнитный или электронный умягчитель воды

Одна из новейших систем умягчения воды — это магнитный или электронный умягчитель или средство для удаления накипи. Эти устройства подключаются к розетке и удобно закрепляются на внутренней трубе, через которую вода поступает в дом.

Они работают, создавая магнитные поля, которые изменяют электромагнитные свойства минералов. Это заставляет карбонаты отталкивать друг друга и трубы, уменьшая образование накипи и отложений.

Однако эти устройства вызвали много критики.Исследования показали, что эти умягчители не повлияли на воду по сравнению с ионообменными умягчителями ⁽¹⁶⁾.

Но опять же, эти устройства не предназначены для удаления ионов жесткости, как система ионного обмена. Они просто изменят электромагнитные свойства карбоната кальция и магния, чтобы не вызывать накопления.

Вы можете найти эти умягчители на Amazon, например, от Эдди. Однако мы настоятельно рекомендуем соблюдать осторожность при приобретении такого устройства.Одни потребители остались очень довольны результатами, другие не заметили разницы.

6. Система обратного осмоса

Возможно, вы не понимаете, почему мы включили РО в этот список, но выслушайте нас. Система обратного осмоса пропускает воду через несколько фильтров тонкой очистки. Это удалит любые твердые загрязнители, такие как химические вещества и органические материалы, а также отфильтрует ионы кальция и магния ⁽¹⁷⁾.

Системы обратного осмоса

— отличный выбор, если вам нужна мягкая, чистая вода без добавления соли.Однако системы обратного осмоса будут обеспечивать водой только одну точку в вашем доме, если вы не установите несколько устройств. Потребители часто выбирают систему iSpring — это фильтр под раковиной, который подключается прямо к смесителю.

Недостатком системы обратного осмоса является то, что она увеличивает расход воды. Он также требует регулярной очистки для обеспечения безопасности воды — грязный фильтр хуже, чем без фильтра!

Не забывайте

Благодаря фильтрам тонкой очистки из воды удаляются все питательные минералы.В долгосрочной перспективе это вредно, так как вам будет не хватать необходимых минералов. Сбалансированная диета обеспечит ваше тело тем, что ему нужно ⁽¹⁸⁾.

7. Фильтр для душа

Если вы чувствуете воздействие твердых минералов на свое тело, например, сухость кожи, вам может пригодиться фильтр для душа. Они легко устанавливаются в душе и фильтруют загрязнения и минералы, когда вода выходит из крана.

Фильтр для душа также может ограничивать образование накипи, удаляя минералы, которые могут забивать отверстия для воды и уменьшать поток воды.Вы также почувствуете себя чище, поскольку не образуется мыльная пена — ваша кожа и волосы обязательно будут вам благодарны за инвестиции.

Быстрое сравнение

Теперь, когда мы познакомились с различными способами смягчения воды, вы можете почувствовать себя подавленным. Вот быстрое сравнение между различными системами:

На основе соли: Ионообменные системы являются наиболее распространенными и наиболее эффективными существующими смягчителями воды. Они состоят из двух резервуаров: один заполнен шариками смолы и водопроводной водой, другой — рассолом.Они заменяют ионы жесткости (магний и кальций) ионами солей (натрия или калия). Вы пополняете воду, добавляя соль в солевой бак.
Двойной резервуар: Большинству ионообменных систем требуется несколько часов для регенерации после добавления соли. Это означает, что вы и ваша семья какое-то время можете быть без воды. Новые системы будут иметь два резервуара для смолы, поэтому у вас всегда будет готовая вода, даже пока другая регенерируется.
Без соли: Эти смягчители на самом деле являются кондиционерами и включают системы TAC, NAC и хелатирующие системы.Они не удаляют кальций или магний, но меняют свою форму, поэтому они не могут прилипать к какой-либо поверхности. Эти устройства эффективны для уменьшения известкового налета и улучшают качество воды, сохраняя при этом пользу для здоровья от минералов.
Магнитные умягчители: Этот тип умягчителей вызывает споры, многие говорят, что они работают, но остальные не видят разницы. Они работают, создавая магнитное поле, которое изменяет магнитное поле карбонатов, отталкивая их друг от друга и от труб.

Как бороться с воздействием жесткой воды на бытовые приборы

Люди, живущие в районах с жесткой водой, могут быть обеспокоены тем, как пострадает их бытовая техника.

Таким устройствам, как водонагреватели и посудомоечные машины, для эффективной работы требуется значительное количество воды. Однако, если известковый налет или минералы забивают трубы, объем воды, поступающей в машины, значительно уменьшается. Это требует, чтобы прибор работал больше, в результате чего потреблялось больше энергии и повышалась вероятность поломки.

К счастью, есть способы борьбы с этими побочными эффектами:

Водонагреватели: Этот прибор особенно уязвим для отложений минералов из-за высокой температуры внутри резервуара и труб. Лучший способ помочь обогревателю — установить смягчитель воды, удаляющий все минералы.
Стиральные и посудомоечные машины: Использование более низкой температуры в этих приборах может уменьшить накопление минералов. Нерастворимые угли остаются после нагрева и испарения воды ⁽¹⁹⁾.Использование более низкой температуры может избежать этого эффекта. Вы также можете использовать для белья не осаждающий кондиционер для воды. Они будут задерживать минералы во время стирки, предотвращая их прилипание к вашей одежде и машине.
Кофеварки и чайники: Эффективный способ избежать накипи — использовать воду в бутылках вместо крана, поскольку вода в бутылках не классифицируется как жесткая.

На вынос

Выбор смягчителя воды может оказаться непростой задачей, если вы впервые ищете смягчающий раствор.

Во-первых, подумайте, насколько жесткая ваша вода и как вы хотите, чтобы она изменилась. Если вы хотите, чтобы все минералы исчезли, выберите ионообменную систему.

Однако, если вы хотите уменьшить воздействие жесткой воды, но при этом получить пользу от полезных минералов, бессолевые системы, такие как TAC, являются отличным решением.

Если вы имеете дело только с водой средней жесткости, установка фильтра, например обратного осмоса, лучше и дешевле.

Что такое мягкая вода? | Понимание процесса умягчения воды

Вы видели признаки и симптомы жесткой воды, и теперь у вас есть потрясающий прибор, который решает эту досадную проблему в доме.Все, что нужно, — это добавить немного соли в резервуар и, вуаля, мягкую воду! Но задумывались ли вы, как все это работает? Давайте посмотрим, как ваша вода становится мягкой.

Жесткая вода 411
Что такое жесткая вода? С научной точки зрения, именно вода содержит значительное количество растворенных минералов, в частности кальция и магния. Когда вода просачивается сквозь камни, известняковые отложения и почву, она собирает эти минералы на своем пути. В зависимости от того, как долго вода проходит через землю, прежде чем попадет в ваш кран, она может собирать много этих минералов, делая воду в одних регионах труднее, чем в других.Хотя минералы не причинят вреда вашему здоровью, они могут оставлять нерастворимые минеральные отложения, делая воду непригодной — и довольно неприятной — для ее многократного использования по назначению в вашем доме.

Самый эффективный способ избавиться от жесткой воды — использовать смягчитель воды. Вода смягчается, когда кальций и магний — ионы жесткости — собираются крошечными шариками смолы в процессе, называемом ионным обменом. Гранулы смолы заряжены ионами натрия или калия. Когда жесткая вода соприкасается с шариками смолы, кальций и магний вытягиваются из воды и заменяются натрием или калием, делая воду мягкой.

Ваш умягчитель во всей его соленой красоте
Чтобы полностью понять, как смягчитель улучшает воду, важно исправить распространенное заблуждение. Вопреки распространенному мнению, смягчает воду не соль для смягчения воды, которую вы добавляете в смягчитель, а шарики смолы. Даже в этом случае соль является ключом к процессу смягчения воды.

Вода циркулирует в резервуаре, где крошечные шарики смолы заменяют кальций и магний в воде на натрий или калий, которые они содержат.Бусины действуют как губка, адсорбируя минералы жесткости из воды. Этот процесс называется ионным обменом, и в результате получается мягкая вода. Когда полимерные шарики исчерпали свою способность удерживать кальций и магний, пора их перезарядить (процесс, называемый регенерацией). Во время этого процесса шарики смолы промываются высококонцентрированным раствором соленой воды (рассолом) из резервуара (сделанным из соли, которую вы добавили в резервуар). Рассол заставляет ионы кальция и магния высвобождаться из шариков и заменяться ионами натрия или калия.

После того, как шарики смолы будут должным образом очищены, солевой раствор смывается из смягчителя пресной водой. Это когда вы заметите, что вода стекает в стационарную ванну с водой или в ближайшую канализацию. На данный момент шарики полны ионов натрия и готовы снова впитать кальций и магний.

Когда шарики смолы покрыты минералами, самое время регенерировать или очистить шарики.

Но откуда знает , когда размягчаться?
Итак, как умягчитель узнает, когда приступить к делу? Время регенерации зависит от типа используемого смягчителя.Умягчители с таймером смывают и заряжают по заранее установленному графику, например, в 23:00. каждые три дня, независимо от того, действительно ли вода в этом нуждается. В новых установках используются компьютеризированные датчики, которые отслеживают истощение бусинок и другие ключевые показатели, основанные на использовании вами воды, и поэтому регенерируют только при необходимости. Эти новые системы, также называемые регенерирующими умягчителями по запросу, идеальны, потому что они экономят энергию и деньги — используя меньше воды и соли для регенерации.

Переход от «Как» к «Почему»
На этом этапе вы, вероятно, довольно хорошо поняли «как», что подводит нас к «почему».«Почему вам должна быть важна мягкая вода? Простой ответ заключается в том, что это обеспечивает значительную экономию средств в нескольких областях дома. От продления срока службы ваших приборов, использующих воду, и сокращения времени и усилий на уборку вдвое до обеспечения более чистой посуды и стирки, а также для более мягкой кожи и более послушных волос, смягчители воды приносят пользу домашнему хозяйству во многих отношениях. Чтобы получить более подробное представление о том, как смягчитель может помочь в доме, взгляните на эту подробную разбивку.

Смягчение воды

Например, «жесткая вода — это то, что вызывает образование белого налета на моих горшках» или «мягкая вода не оставляет пленки моющего средства на моей свежевыстиранной одежде или сантехнике.«Некоторые могут даже утверждать, что мягкая вода делает их кожу более гладкой, а волосы более шелковистыми и послушными. Хотя эти наблюдения могут быть правдой, они не могут быть существенными причинами для покупки устройства для смягчения воды. Также важно отметить, что смягчители воды будут не обязательно устранять какие-либо более серьезные проблемы загрязнения питьевой воды. Понимание химического состава жесткой и мягкой воды и процесса очистки, используемого для производства более мягкой воды, может помочь вам ответить на вопрос: «Нужно ли мне смягчать воду?»

Жесткая вода / мягкая вода

Обозначение источника воды «мягкая» или «жесткая» зависит от наличия двух хорошо растворимых минералов, кальция и магния. С точки зрения здоровья, эти минералы не имеют побочных эффектов и, по сути, являются незаменимыми ежедневными питательными веществами. Это минералы, которые придают воде освежающий вкус, который многие люди считают желанным. Однако, когда кальций и магний проникают в воду, они накапливаются на контактных поверхностях, могут закупорить трубы и повредить водонагреватели, а также снизить эффективность мыла и моющих средств. В этот момент вода считается жесткой.

Жесткость воды выражается в одной из двух единиц измерения.Первая единица — это части на миллион (ppm) карбоната кальция, термин, эквивалентный концентрации растворенного кальция и магния. Использование этого эквивалента упрощает расчет твердости. Одна ppm означает, что одна единица карбоната кальция растворена в одном миллионе единиц воды. Частей на миллион также равно миллиграммы на литр (мг / л). Второе выражение жесткости — количество зерен на галлон (галлон) карбоната кальция. GPG используется исключительно как единица измерения жесткости и составляет приблизительно 17 мг / л или ppm.

Если вы проверили воду, в отчете будет использоваться одна или обе эти единицы, чтобы узнать, насколько жесткая у вас вода. Поскольку уровень карбоната кальция мало что значит для потребителей воды, специалисты по воде классифицировали уровни жесткости. Таблица 1 показывает эти классификации.

902 120–180

Таблица 1. Классификация жесткости воды.
Классификация	Зерна на галлон (gpg)	Частей на миллион или миллиграммов на литров (ppm) или мг / л)
Soft	Менее 1.0	Менее 17
Слегка твердый	от 1,0 до 3,5	от 17 до 60
Умеренно жесткий	от 3,5 до 7,0	60 до 120
7
Очень жесткая	Более 10,5	Более 180

Процесс смягчения воды

Если жесткость воды известна, у вас есть два варианта. Вы можете жить с уровнем жесткости , учитывая, что уровни ниже 7,0 галлонов на квадратный дюйм, вероятно, не вызовут значительного образования накипи и мыльной пленки, или обработайте воду для снижения содержания кальция и магния . Устройство для смягчения воды, также называемое ионообменным блоком, эффективно решает последний вариант.

Ионный обмен

Поскольку устройства для смягчения воды уже давно используются в отрасли водоподготовки, эта технология хорошо развита и в большинстве случаев хорошо работает для снижения уровня жесткости.

Как работает ионный обмен? Физический и химический процесс фильтрует воду через обменную среду, известную как смола или цеолит. Обычно смола представляет собой синтетический или натуральный материал, похожий на песок, покрытый положительно заряженными ионами натрия. Когда кальций и магний растворяются в положительно заряженные ионы, создается среда для ионного обмена. Вода протекает через устройство, в то время как смола высвобождает ионы натрия и легко обменивает их на ионы кальция и магния. Вода, вытекающая из устройства, теперь считается мягкой.

Регенерация

Очевидно, что смола не является неисчерпаемым местом обмена. Когда все участки обмена натрия заменяются минералами жесткости, смола израсходуется и больше не будет смягчать воду. На этом этапе устройство для смягчения воды необходимо будет запустить в альтернативном цикле, называемом регенерацией. Во время этого цикла смолу промывают раствором соли. Рассол обратно промывается через систему, забирая с собой ионы кальция и магния, адсорбированные на смоле.После завершения обратной промывки умягчитель можно снова использовать. Некоторые водоумягчители автоматически переключаются на рабочий цикл. У других есть ручной переключатель. На рисунке 1 показаны оба цикла процесса умягчения воды — ионный обмен и регенерация.

Рис. 1. Типичный умягчитель воды с ионным обменом и регенерацией.

Виды умягчителей

Хотя на рынке существует множество марок и моделей ионообменных установок, все они, по сути, работают одинаково с небольшими различиями в дополнительных функциях, расходах и т. Д.

Почти все умягчители попадают в одну из двух категорий. Модели с синхронизацией по времени имеют программируемые часы, которые восстанавливаются по заранее определенному расписанию, а затем возвращаются в рабочее состояние. Они хорошо подходят для домашних хозяйств, которые находятся на регулярном цикле использования воды, но будут тратить больше воды и соли, потому что они регенерируются независимо от того, нужна ли смола или нет. Модели с регулированием потребления, оснащенные электрическими или механическими датчиками, обычно регенерируют после того, как было умягчено такое количество галлонов воды. Такие модели удобны, если у вас непостоянный график водопотребления.

Техническое обслуживание

Независимо от того, какую модель вы выберете, все умягчители воды необходимо обслуживать надлежащим образом. Солевой раствор необходимо перемешать и хранить в солевом баке. Особого внимания требует периодическое засорение смолой. Например, если исходная вода мутная, она может забить смолу грязью и глиной. Иногда эту проблему решает обычная обратная промывка водой. Если нет, медленно перемешивайте смолу во время цикла обратной промывки, чтобы помочь разрушить материал. Точно так же бактерии и грибки также образуют в смоле маты, снижающие ее эффективность.Дезинфекция воды перед умягчением или периодическая очистка умягчителя хлорным отбеливателем устранят эти неприятности. Однако перед добавлением в устройство каких-либо химикатов прочтите инструкции производителя.

Загрязнение железом — еще одна распространенная проблема при техническом обслуживании водоумягчителей. Хотя бесцветное восстановленное железо будет удалено устройством, окисленное в красный цвет железо (железо, подвергшееся воздействию воздуха или хлора) забивает смолу. Фильтрация перед умягчением гарантирует, что окисленное железо не перерабатывается в умягчителе.Если смола уже загрязнена, доступны коммерческие чистящие средства. Опять же, рекомендуется ознакомиться с инструкциями производителя на предмет особых мер предосторожности.

В некоторых случаях смолы невозможно отмыть от загрязнений, и их необходимо заменить. (Этого не должно быть, если смола периодически регенерируется и обслуживается.) Проконсультируйтесь с вашим дилером по умягчению воды для получения информации о замене смолы.

Затраты

Затраты на умягчение воды зависят от таких факторов, как установка, плата за обслуживание и размер установки.Вы также можете ожидать, что с более удобными функциями цена устройства вырастет. Средний диапазон только для оборудования составляет около 500-1500 долларов.

Преимущества и недостатки умягчения воды

По мере роста отрасли водоподготовки в США концепция умягчения воды часто ошибочно воспринималась как процесс очистки, очищения или кондиционирования. Это в значительной степени связано с преувеличенной рекламой и, отчасти, с неправильными представлениями потребителей о очистке воды.Но на самом деле умягчение воды просто удаляет минералы жесткости и устраняет проблемы, которые доставляют неудобства, а не угрожают здоровью человека. Решение «смягчить или не смягчить» — это вопрос личных предпочтений, а не необходимости. Однако умягчение воды имеет свои преимущества и недостатки, которые делают это решение важным.

Преимущества

Большинство потребителей согласятся, что жесткая вода оставляет накипь на кастрюлях, мыльные пленки на коже и творог моющего средства в стиральной машине.Что еще более важно, накипь может накапливаться на водонагревателях и сокращать срок их службы. Мыльная пленка и творог моющего средства в ваннах и бытовой технике указывают на то, что вы не получаете максимального очищающего действия от этих продуктов. Мягкая вода не только устраняет эти неприятности, но также защищает бытовую технику и экономит время на чистку.

Есть и другие преимущества умягчения воды. Это хорошо разработанная технология, которая используется в домах почти 65 лет. Оборудование является надежным, эффективным и широко доступным, предоставляя потребителям удобные функции и выборочный рынок.Простая технология смягчения позволяет легко обходить туалеты и наружные краны. Наконец, системы умягчения приспособлены для смешивания умягченной и неумягченной воды для получения более низкого уровня жесткости.

Недостатки

Основным недостатком умягчения воды является потенциальный риск для здоровья людей, соблюдающих диету с низким содержанием натрия. При замене минералов жесткости на натрий добавляется 7,5 миллиграммов на кварту на каждый удаленный галлон жесткости. Кроме того, из рациона домовладельца исключены кальций и магний.

Техническое обслуживание — еще одно соображение. Хотя вы можете приобрести модели со специальными функциями, которые делают все, но не добавляют соли, вы будете платить за каждую дополнительную функцию. Компромисс будет стоить удобству, и у вас нет долгосрочной гарантии, что специальная функция не выйдет из строя. В зависимости от источника воды вам, возможно, придется фильтровать мутную воду или дезинфицировать воду, содержащую бактерии, — и все это до того, как она попадет в блок умягчения. Наконец, если у вас есть септическая система, вы должны учитывать дополнительную нагрузку на ваше дренажное поле из-за обратной промывки и регенерации.По оценкам, на каждый цикл регенерации расходуется около 50 галлонов воды. Это может вызвать или не вызвать гидравлическую перегрузку септической системы.

Выбор смягчителя воды

Если после взвешивания преимуществ и недостатков умягчения воды вы решите смягчить воду, следующий вопрос, который вы должны рассмотреть, — «Сколько?» Проведите тестирование воды в независимой лаборатории и определите ее классификацию по таблице 1. Хотя многие компании по умягчению воды предлагают бесплатное тестирование жесткости, лучше всего получить оценку третьей стороной.Независимый лабораторный тест стоит недорого и защитит вас от перепродажи.

Затем примите во внимание, что, если ваша вода не очень жесткая, вся поступающая вода не нуждается в умягчении. Душевые, раковины и приспособления для стирки, вероятно, следует смягчить; можно обойти туалеты, наружные краны и раковины в подвале. В некоторых случаях вы можете захотеть только смягчить горячую воду. Измерьте потребление воды в специально отведенных местах для каждого члена семьи или воспользуйтесь следующей таблицей в качестве руководства.

902 902 -19 галлонов / использование

Таблица 2. Рекомендации по оценке водопользования.
Использование	Использование воды
Питье и приготовление пищи в домашних условиях	1 галлон на человека в день
Купание и душ	25-60 галлонов на использование
Стирка одежды	20-33 галлона / использование

Вы можете оценить объем необходимого смягчителя и количество циклов регенерации, используя следующий расчет в качестве примера:

Образец расчет для определения цикла регенерации.

20000 = емкость образца (количество зерен на регенерацию)
75 галлонов = среднее потребление на человека в день
10 галлонов на галлон = жесткость сырой воды
4 человека = размер семьи

75 галлонов (10 галлонов на галлон) x 4 = 3000 гран в день б / у
20,000 / 3,000 = регенерация около 6-7 дней

Наконец, используя эту информацию, выберите умягчитель, который соответствует вашим потребностям и обеспечивает желаемые удобства. Помните, что все умягчители используют один и тот же процесс. По этой причине эффективность большинства умягчителей оценивается не по эффективности, а только по таким удобным функциям, как удобство использования, размер, требования к техническому обслуживанию, безопасность и стоимость.Эти функции зависят от личных предпочтений. Так что будьте осторожны с продавцами, которые пытаются продать вам способность своего продукта прослужить дольше или «превзойти» другие продукты. Большинство умягчителей воды — это оборудование, на которое вы можете положиться.