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/лмг-экв
жесткости обозначает, что в 1 лмг
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
– жесткой. Для сравнения отметим, что жесткость воды ладожском озере составляет 0,6
воды, в Неве – 0,7 мг-экв/л
, в Амуре – 2,9 мг-экв/л мг-экв/л
, Доне – 7,0 мг-экв/л
, Балтийском море – 13,9 мг-экв/л мг-экв/л
, Каспийском – 74,0 мг-экв/л
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. 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
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.
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:
· Б. В. Некрасов «Учебник общей химии».
| 
