02. Титриметричний аналіз

Зм’якшування води – це комплекс заходів з усунення твердості води. Розглянемо найбільш розповсюджені методи зм’якшування води: термічний, реагентний і метод іонного обміну.

Термічний метод ґрунтується на кип’ятінні води, її подальшій дистиляції та конденсації пари. Метод використовується в теплоенергетиці для усунення карбонатної твердості води:

Цим методом можна зм’якшити воду до 0,5–0,7 ммоль/л, але він потребує значних енергетичних витрат.

Реагентний метод ґрунтується на додаванні до води реагентів, які переводять добре розчинні солі кальцію і магнію в їх осади. Найбільш поширеним реагентним методом є вапняно-содовий метод зм’якшування води. Реагенти цього методу: гашене вапно Ca(OH)2 та кальцинована сода Na2CO3.

Гашене вапно усуває карбонатну твердість води і переводить некарбонатну магнієву твердість у некарбонатну кальцієву твердість:

Кальцинована сода– усуває некарбонатну(постійну) твердість води:

Вапняно-содовим методом твердість води можна знизити до 0,5–1,0 ммоль/л, лужність– до 0,8–1,2 ммоль/л.

Для зм’якшування води можуть використовуватися інші реагенти: фосфат або тетраборат натрію, карбонат калію, гідроксиди натрію або барію тощо, але ці реагенти здорожчують зм’якшування води. Реагентні методи для зм’якшування питної води не використовуються, бо вода після зм’якшування має дуже високу лужність. Вони використовуються тільки на великих станціях водопідготовки, енергетиці і промисловості, як перша ступінь очищення до механічних фільтрів.

Метод іонного обміну – це сучасний фізико – хімічний метод, який використовують для зм'якшування та демінералізації води. Метод ґрунтується на використанні речовин-іонітів, які здатні стехіометрично обмінювати свої іони на іони, що містяться у воді. Більшість іонітів– тверді, не розчинні у воді, стійкі до дії сильних кислот і лугів, високої температури речовини. Вони складаються з каркасу (матриці) і закріплених на ньому іоногенних (активних функціональних) груп.

За знаком заряду рухливих іонів, що обмінюються, іоніти поділяють на катіоніти, аніоніти й амфоліти, за хімічною природою каркасу – на неорганічні, органічні й мінерально–органічні. Для зм’якшування води використовують H+ або Na+ – катіоніти. Зм’якшування води здійснюється фільтруванням води, що містить іони кальцію та магнію, крізь H + або Na+– катіоніти, які обмінюють свої іони H + чи Na+ на іони Ca+2 і Mg+2

Обмін катіонами протікає чітко в еквівалентних співвідношеннях і практично миттєво. Наприклад, при застосуванні Na +– катіоніту (позначимо його умовно як NaR , де R – нерозчинна матриця) відбуваються такі реакції:

Після іонного обміну на Na +– катіоніті вода має підвищену лужність, внаслідок гідролізу NaHCO3.При фільтруванні води крізь H +– катіоніт (позначимо умовно як HR) відбуваються такі реакції:

При використанні H +– катіоніту значно знижується рН фільтрату за рахунок кислот, що утворюються в ході процесу(CO2, H2SO4, HCl). Вуглекислий газ, що виділяється при реакціях зм'якшування, можна видалити дегазацією, а сильні мінеральні кислоти залишаться.

Змішуючи фільтрат після Na +– і H +– катіонування, можна отримати воду із різною лужністю.

Головні недоліки методу: зміна хімічного складу вихідної води, значна витрата води на технологічні процеси (20–60% від продуктивності обладнання), необхідність видалення органічних речовин, щоб уникнути отруєння катіонітів, обов’язкова періодична регенерація катіонітів. Процес регенерації вимагає використання автоматизованих систем контролю й керування процесом. Окрім того, у процесі іонного обміну у великих кількостях використовуються хімікати(часто дуже агресивні, наприклад, HCl).