|
|||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Короткі теоретичні відомості. Жорсткість води обумовлена вмістом у ній розчинних солей кальцію, магнію, заліза; нітратів, хлоридівЖорсткість води обумовлена вмістом у ній розчинних солей кальцію, магнію, заліза; нітратів, хлоридів, гідрокарбонатів і ін. Розрізняють жорсткість тимчасову й постійну. Тимчасова жорсткість обумовлена вмістом гідрокарбонатів: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2, постійна – хлоридів, нітратів, сульфатів цих металів: CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2 і ін. Сума постійної й тимчасової жорсткості становить загальну жорсткість:
Жзагальна = Жпост. + Жтимчас. Жорсткість води оцінюється числом міллімоль еквівалентів іонів Ca2+ і Mg2+, що містяться в одному літрі води. Одиниця жорсткості - ммоль/л. Для визначення величини одного ммоля іонів кальцію й магнію використовуються співвідношення:
, де В - стехіометрична валентність кальцію й магнію, що дорівнює 2. Із цих співвідношень виходить, що один ммоль Ca2+ приблизно дорівнює 20 мг іонів Ca2+, а один ммоль Mg2+ дорівнює 12 мг іонів Mg2+. Класифікація води по ступені жорсткості наведена в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 - Характеристика жорсткості води
Присутність солей кальцію й магнію в значних кількостях робить воду непридатною для багатьох технічних цілей, тому зниження жорсткості або її усунення є важливим завданням. Жорсткість усувається трьома способами: фізичним, хімічним і фізико-хімічним. Суть цих методів полягає у видаленні з води катіонів металів. Фізичний спосіб заснований на термічному розкладанні солей:
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2 + H2O Таким чином, після випадання опадів вміст іонів Ca2+, Mg2+, Fe2+ у воді зменшується. Цей спосіб придатний лише для усунення тимчасової жорсткості води, тому що сульфати, нітрати й хлориди цих металів при нагріванні й кип'ятінні води залишаються в розчині. У промислових масштабах цей метод застосовується в тих випадках, коли вода повинна підігріватися, згідно технології, в інших апаратах. Хімічний спосіб заснований на видаленні з води іонів кальцію, магнію, заліза за рахунок переводу їх у важко розчинні сполуки: карбонати, гідроксиди, тетраборати й ін. Для цього до жорсткої води додають реагенти - осаджувателі. Звичайно додають гашене вапно Ca(OH)2. У результаті електролітичної дисоціації вапна Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH- зростає РН розчину (води), що призводить до зсуву вуглекислотної рівноваги: OH- + H2CO3 → HCO3- + H2O, OH- + HCO3- → CO32- + H2O
убік утворення карбонат-іонів. У результаті цього досягається межа розчинності (МР) карбонату кальцію, й він випадає в осад:
Ca2+ + CO32- = CaCO3 ; ↓ МР(CaCO3) = 5.10-9 . Крім того, при збільшенні концентрації ОН- досягається межа розчинності гідроксида магнію й він також випадає в осад:
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓; МР(Mg(OH)2= 2.10-11 .
Реакції, що протікають при введенні вапна, можна записати в молекулярній формі рівняннями: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + 2 CaCO3↓ + 2H2O
Метод вапнування непридатний для зниження постійної жорсткості. Для цих цілей необхідно вводити добре розчинну сіль, що містить карбонат-іони. Звичайно для усунення постійної жорсткості у воду додають соду Na2CO3, що при дисоціації дає іони CO32-, що зв'язують катіони кальцію (магнію): Na2CO3 = 2Na+ + CO32-; Ca2+ + З32- = CaCO3↓ У молекулярній формі це можна записати рівнянням
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4. Порівняння значень межі розчинності сульфату кальцію (6.10-6) і карбонату кальцію (5.10-9) показує, що зв'язування іонів кальцію у вигляді CaCO3 є більш міцним. З огляду на те, що ортофосфати ще менш розчинні, ніж карбонати, більш повного усунення жорсткості можна досягти за допомогою реагенту – осаджувателя Na3PO4:
3CaSO4 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4; МР(Ca3(PO4)2)= 1.10-29
Цей процес використовують для «допом’ягчення» води після усунення жорсткості за допомогою вапна або соди. Хімічні методи пом'якшення води громіздкі, пов'язані зі значною витратою реагентів, тому в останні роки широке поширення набув метод іонного обміну. Фізико-хімічний спосіб пом'якшення води заснований на використанні іонообмінних смол, у яких іони натрію або водню закріплені на твердій полімерній матриці, здатні заміщатися на катіони Ca2+, Mg2+, Fe2+, що містяться у воді:
Na2R + Ca2+ → CaR↓ + 2Na+; RH2 + Ca2+ → CaR↓ + 2H+, де R2- – радикал полімерного ланцюга. Через стовпчик, заповнений гранулами катіониту, зверху подають тверду воду, що, проходячи шар катіониту, обмінює катіони, у результаті чого знижується як тимчасова, так і постійна жорсткість. При готуванні різних водяних розчинів для хімічної обробки кремнію й інших напівпровідників та в нанотехнологіях використовується дуже добре очищена вода. Вона не повинна містити іонів домішок. Таку воду одержують теж методом деіонізації. Деіонізацію здійснюють пропущенням водопровідної води через циліндри, заповнені іонно-обмінними смолами. Використовують смоли двох типів: катіонітні, які містять іони H+, і аніонітні, які містять іони OH-. При взаємодії води з катіонітною смолою відбувається обмін - іони металів переходять на молекулу смоли, а іон, що звільнився, H+, переходить у воду. Негативні іони кислотних залишків з води осаджуються на молекулах аніоніту, а іон, що звільнився, OH- переходить у воду. Іони H+ і OH-, що перейшли у воду, поєднуються в молекулу води Н2О. Деіонізована вода має питомий електричний опір 10…20 МОм·см, її чистота — 99,99999 %. Сучасні установки де іонізації води значно перевершують традиційні дистилятори по якості води, експлуатаційним витратам, в тому числі по споживанню електроенергії.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |