Жесткость воды – это наличие в ее составе нерастворимых соединений солей марганца и кальция. Жесткость воды является одной из основных характеристик в технологическом процессе очистки воды. Необходимость в снижении жесткости воды обусловлена многими факторами. Разностороннее влияние оказывает жесткая вода на здоровье человека, вызывая различные заболевания, включая сердечно-сосудистые. Поэтому необходимостью является умягчение воды и в питьевом, и в хозяйственно-бытовом водоснабжении.
В настоящее время существуют несколько методов проведения умягчения воды. Умягчение воды методом ионного обмена является основным.
Принцип действия метода ионного обмена состоит в способности ионитов или ионообменных материалов поглощать из воды отрицательные или положительные ионы в обмен на такое же количество ионов ионита. Процесс умягчения воды методом ионного обмена, результатом которого является обмен катионами, носит название катионирования.
Умягчение воды методом ионного обмена происходит следующим образом. Жесткая вода проходит через фильтры умягчения воды, внутри которых засыпаны ионообменные смолы. Смола – это синтетические гранулы, в которые введены ионогенные группы путем химического взаимодействия.
Принцип умягчения и водоочистки методом ионного обмена заключается в том, что ионообменная смола, вступая в реакцию с растворенными в воде солями, отдает ионы. Основная причина обмена частицами между жесткой водой и фильтровой загрузкой заключается в разности концентрации ионов. Ионы солей стремятся попасть в раствор в виду того, что в растворе отсутствуют подобные ионы. Согласно принципу сохранения электронейтральности ионы жесткой воды стремятся пробраться внутрь гранул засыпки.
Ионообменные смолы разделяются на катионы – тогда выделяются в воду положительно заряженные частицы, и аниониты – выделяются частицы, заряженные отрицательно. Для умягчения воды методом ионного обмена, в основном, используются катионы.
Важное свойство ионообменной засыпки – это их способность к регенерации. Регенерация допускает длительное, до нескольких лет, использование одной засыпки. Этот процесс представляет собой возвращение гранул загрузки к первоначальному химическому состоянию способом промывки растворами щелочей или солей, в зависимости от заряда частиц. Регенерация Na+ катионовых фильтров умягчителей проводится раствором поваренной соли. В установках для умягчения воды ионным методом можно применять таблетируемую соль. После проведенной регенерации рекомендуется засыпку промыть от избытка солей. Восстановление Н+ фильтров осуществляется раствором серной кислоты. После чего засыпка также промывается.
Умягчение воды методом ионного обмена не требует внешней энергии и является малозатратным. Однако, спустя некоторое время, фильтровая засыпка насыщается кальцием и магнием и исчерпывает свой натриевый запас. Проводить смену смолы весьма накладно. Поэтому она подвергается неоднократной регенерации в течение своего длительного срока эксплуатации. Процесс регенерации обратен процессу умягчения воды методом ионного обмена. Во время регенерации смола отдает ионы кальция и магния, а ионы натрия забирает из рассола.
Очень важным является вопрос, когда же проводить регенерацию. Передовые системы умягчения воды методом ионного обмена, обладающие расширенным компьютерным управлением, принимают решение сами. С помощью компьютера собираются данные о фактическом потреблении воды по дням. Затем компьютер постоянно учитывает объем воды, прошедшей процесс умягчения через смолу, оставшийся ресурс смолы, ближайший предполагаемый расход воды. На основании собранных данных процессор умягчителя и принимает решение. Для управления подобными умягчителями потребуется внести только одну величину – это жесткость воды, все остальное умягчитель будет проделывать сам.
Срок эксплуатации ионообменных смол ограничен. Засыпка для фильтра считается отработанной при связи большинства ее функциональных групп с ионами удаляемых из воды веществ. Тогда и требуется регенерация. Однако общая эффективность ионогенных групп с течением времени падает.
