Х И М И Я
на тему:
«Методы умягчения воды»
Ученика 10а класса
Марковской гимназии
Скибы Андрея
2004 г.
I. Вступление. Вода в природе.
Передвигаясь по земле и под землей и соприкасаясь с горными породами, вода обогащается различными солями и металлами. О масштабах разрушительной работы рек по тому, что каждый год реки приносят в моря и океаны 3265 млн. т различных растворенных веществ. Во всех океанах и морях растворено до 20 млн. км³ разных минеральных солей. Если бы эти соединения извлечь, то они покрыли бы всю сушу земного шара слоем толщиною в 130 м. Только в одном озере Эльтон запасы превышают 3 млрд. т.
Природная вода содержит различные примеси минеральных и органических веществ, а также газы и микроорганизмы. Но, кроме растворенных веществ (соли кальция, алюминия, магния, хлорид натрия, органические соединения и газы), в воде содержатся во взвешенном состоянии и механические примеси, от которых необходимо освободится (мельчайшие частицы глины, песка, остатки растений и животных).
Вода, в которой имеется большое количество растворенных солей кальция и магния, называется жесткой.
II. Единицы измерения и виды жесткой воды.
Жесткость воды является одним из основных показателей ее качества и определения пригодности к использованию. Жесткость воды измеряется в специальных единицах – миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л); 1 мг-экв жесткости обозначает, что в 1 л воды содержится 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния.
Различают жесткость карбонатную («временную»), некарбонатную(«постоянную») и общую. Некарбонатная жесткость обусловливается наличием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и других солей кальция и магния, которые при кипячении выпадают в осадок (осадок наблюдается только при упаривании воды, когда водный раствор окажется пересыщенный этими солями). Карбонатная жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния, способных при кипячении воды разлагаться и выпадать в осадок:
Ca (HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO2
Такая жесткость может быть устранена предварительным подогревом воды и последующим отфильтрованием выпавшего осадка.
Общая жесткость воды выражает содержание в ней всех солей кальция и магния. Если их количество в воде в целом не превышает 3 мг-экв/л, то такая вода считается мягкой, при наличии 3-6 мг-экв/л – средней и свыше 6 мг-экв/л – жесткой. Для сравнения отметим, что жесткость воды ладожском озере составляет 0,6 мг-экв/л воды, в Неве – 0,7 мг-экв/л, в Амуре – 2,9 мг-экв/л, Днестре – 5,7 мг-экв/л, Доне – 7,0 мг-экв/л, Балтийском море – 13,9 мг-экв/л, Черном – 46 мг-экв/л, Каспийском – 74,0 мг-экв/л
При исследовании жесткой воды, кроме жесткости и сухого остатка после испарения, учитывают также ее температуру, цвет, запах, вкус, прозрачность, наличие мути, изменения при хранении, содержание двуокиси углерода, а также определяют кислую и щелочную реакцию.
III. Очистка и подготовка воды к потреблению (умягчение).
Очистке и подготовке воды уделяют огромное внимание. Мировая статистика показывает, что ежегодно примерно 500 млн. человек становятся жертвами болезней из-за того, что не имеют в достаточном количестве чистой воды. Чтобы получить нужное количество питьевой волы, удовлетворяющей санитарным требованиям, необходимо ее долго и тщательно обрабатывать. Каждая водопроводная станция представляет собой сложное сооружение. При отборе воды из реки или озера она проходит через металлические сетки, оставляя на них водоросли, щепки и другие крупные загрязнения. Дальнейшее оседание механических примесей происходит в отстойниках. Затем в воду добавляют специальные вещества (коагулянты), которые помогают мельчайшим частичкам мути собраться в более крупные сгустки, оседающие на фильтре, состоящем из песка и гравия. Затем воду обеззараживают хлором, поскольку в каждом ее кубическом сантиметре содержатся тысячи микробов.
Карбонатную жесткость устраняют, прибавляя к воде Ca(OH) 2 в количестве, строго отвечающим найденному анализу содержанию бикарбонатов. При этом по реакции весь карбонат переходит в нормальный карбонат и осаждается:
Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 = 2CaCO3↓+ 2H2O
От некарбонатной жесткости освобождаются добавлением к воде соды, которая вызывает образование осадка по реакции:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
Воде дают затем отстояться и лишь после этого пользуются ею в производстве. Воду для питания котельных, электростанций и технологических процессов умягчают термохимическим методом. Во время нагрева добавляют такие химические соединения как известь, соду, щелочи, фосфаты натрия с последующим отфильтрованием выпавшего осадка:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4
MgCl2 + 2NaOH = Mg (OH) 2 + 2NaCl
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3 (PO4) + 3Na2SO4
Все более широкое применение для умягчения воды получают ионообменные материалы (ионитами). Это твердые, нерастворимые в воде и других растворителях вещества (чаще всего в виде зерен), обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы и анионы на другие катионы или анионы, находящиеся в растворе, пропускаемом через ионит. Применяемые в настоящее время иониты – это синтетические смолы, но есть и природные иониты: пермутиты, глауконит и другие минералы. Выпускаемые промышленностью иониты делятся на два основных класса: катиониты и аниониты. Именно иониты помогли успешно решить вопрос. Который волновал человечество: как морскую воду сделать пресной? Как же умягчается вода ионитами? Для этого устанавливают обычно две колонны: с катионитом и анионитом, через которые последовательно пропускается жесткая вода. В катионите обмениваются катионы солей, растворенных в воде, а в анионите – анионы. Для большей надежности можно пропустит воду через буферный фильтр. В результате обмена ионов в ионитах в воде остаются только хорошо растворимые соли, неспособные к образованию накипи. После насыщения ионита поглощенные им ионы легко удаляются; одновременно с этим ионообменные свойства смолы полностью восстанавливаются (иониты заряжаются). С этой целью катионы промывают кислотами (HClили NaCl), а аниониты – растворами щелочей.
Очищенная вода таким методом почти не имеет солей, вызывающих жесткость, и по своим качествам не уступает дистиллированной.
Не случайно многие ученые считают. Что открытие такого способа опреснения морской воды, при котором цена пресной воды будет немного превышать ее обычную стоимость, по своему значению и результатам равноценно открытию атомной энергии.
Список литературы:
· В.А. Крицман «Книга для чтения по неорганической химии».
· Б.В. Некрасов «Учебник общей химии».