Определение временной и общей жесткости воды

Цель работы: Опытным путем научиться определять временную и общую жесткости воды.

Теоретическая часть

Жесткость воды обусловлена содержанием солей кальция и магния, в меньшей степени солей железа и марганца. Эти соли содержатся в воде в результате растворения различных минералов, в основном двухводного гипса CaSO₄^.2H₂O и кальциево-магниевых карбонатных горных пород (СаСО₃, MgCO₃, CaCО₃^.MgCO₃).

Вода, содержащая соли жесткости, непригодна для многих технологических целей, поэтому жесткость воды нужно определять и снижать. При питании котлов жесткой водой на стенах барабанов, коллекторов и труб откладывается накипь, составные соединения которой крепко соединяются с поверхностью металла. Накипь имеет низкую теплопроводность, в результате чего ухудшается теплопередача через стенки котла. Это вызывает следующие отрицательные явления:

- местный перегрев стенок котла, вследствие чего образуются выпучены

и свищи;

- разрывы жаровых, кипятильных, экранных и дымогарных труб и взрывы котлов;

- снижение тепло- и паропроизводительности котлов;

- увеличение процесса коррозии;

- перерасход топлива.

Различают временную (карбонатную), постоянную (некарбонатную) и общую жесткости воды.

Временная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов, в основном Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Временная жесткость устраняется при кипячении воды.

Общую жесткость составляет суммарная концентрация ионов Са²⁺, Mg²⁺, Fe^2+, Mn²⁺ в воде.

Постоянная жесткость равна разности между общей и карбонатной жесткостью. Она обусловлена присутствием солей сильных кислот - сульфатов и хлоридов кальция, магния, марганца и железа.

Жесткость выражают в миллиэквивалентах (миллиграммэквивалентах) на один литр воды (мэкв/л или мгэкв/л).

Методы устранения жесткости воды

Существует несколько методов понижения жесткости воды, применение каждого из них определяется требованиями производства. Эти методы делятся на три группы:

1) термический метод, основанный на устранении временной жесткости воды кипячением;

2) реагентные методы, при которых малорастворимые соли переводят в труднорастворимые соединения (карбонаты, фосфаты и др.), при использовании реагентов, таких как гашеная известь Са(ОН)₂, кальцинированная сода Na₂CO₃, тринатрийфосфат Na₃РО₄;

3) метод ионного обмена, основанный на фильтровании воды через иониты

- неорганические и органические материалы, нерастворимые в воде, и способные к обмену имеющихся в них ионов на ионы Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, содержащиеся в воде.

Эти методы иногда комбинируют.

Для умягчения воды применяют также методы, основанные на физических явлениях:

- электролиз, основанный на явлении направленного движения ионов к электродам, подключенным к сети постоянного тока;

- магнитно-ионизационный, в котором направленное движение ионов осуществляется воздействием магнитного поля.

В отопительно-производственных котельных наиболее распространенными методами умягчения воды являются термический и катионитовый. Последний основан на применении катионитов, таких как сульфоугли, синтетические смолы КУ-1 и КУ-2, которые способны обменивать катионы Na⁺ и Н⁺, содержащиеся в них, на катионы Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, содержащиеся в воде. Катиониты можно легко регенерировать для возобновления обменной способности.

Практическая часть