Jaké způsoby změkčování vody existují?

Tvrdá voda je voda obsahující velké množství solí tvrdosti, konkrétně vápníku a hořčíku.

Proč je tvrdá voda špatná?

Tvrdá voda není vhodná pro řadu technologických procesů. Chutná nepříjemně, špatně se v něm pere a pere, jelikož praní vyžaduje zvýšenou spotřebu pracích prostředků a při praní zůstávají zbytky na vlasech a pokožce. Tvrdá voda není vhodná pro potřeby potravinářského průmyslu kvůli hořké chuti a kvůli srážení solí při skladování potravin. A při používání špatné pitné vody trpí kvalita výrobků.

Tvrdá voda způsobuje problémy všem průmyslovým podnikům, protože rychle ucpává vodovodní potrubí usazeninami a vodním kamenem.

Usazeniny soli jsou metlou topných zařízení, která beznadějně selhávají a také vyžadují značnou nadměrnou spotřebu paliva, protože účinnost procesů výměny tepla prudce klesá, když se na povrchu výměníků tepla ukládá vrstva soli, která špatně vede teplo.

Změkčená voda je vyžadována v kotlích, v varných konvicích a pračkách, v tepelných čerpadlech a teplárnách pro veřejné služby. Ani voda s malým množstvím solí tvrdosti není vhodná pro vysokotlaké kotle, protože selhání těchto instalací může vést k vážné nehodě. V praxi se ukazuje, že je mnohem levnější provést soubor opatření k odstranění solí tvrdosti z vody než opravovat a vyměňovat zařízení potrubí, topení a kotle.

Změkčování vody je také nutné pro získání ultračisté vody pro laboratorní a analytické potřeby pro farmaceutické a lékařské podniky. Změkčení je pro tyto účely prvním stupněm čištění vody.

Metody změkčování vody

Dnes jsou hlavní způsoby změkčování vody:

— změkčování pomocí iontoměničových pryskyřic;
— použití membrán;
— činidlo (chemické);
— magnetická úprava vody;
— tepelné;
— elektrochemické;
– kombinace několika metod v jedné instalaci.

Změkčování vody pomocí iontoměničových pryskyřic – v současnosti nejoblíbenější metoda pro potřeby utilit a potravinářského průmyslu. Princip čištění je založen na filtraci vody přes iontoměničové pryskyřice, jejichž prostřednictvím jsou ionty vápníku a hořčíku nahrazeny ionty sodíku a vodíku. Regenerace pryskyřice se provádí pomocí roztoku kuchyňské soli – levného a dostupného činidla. Samotný proces čištění lze snadno automatizovat. Metoda iontové výměny se často používá v kombinovaných instalacích pro hluboké čištění vody.

Membránová metoda změkčování vody je technologicky nejpokročilejší, i když drahé. Nejen, že změkčuje vodu, ale také odstraňuje většinu chemických a organických nečistot, ionty těžkých kovů, chlór a organochlorové sloučeniny, bakterie a suspendované látky. Princip čištění spočívá v tom, že voda prochází speciálními membránovými materiály s určitou velikostí pórů.

Změkčování vody pomocí činidel je založena na přidávání speciálních činidel do vody, která tvoří nerozpustné nebo málo rozpustné sloučeniny s kationty vápníku a hořčíku. V průmyslovém měřítku se nejčastěji používá hašené vápno a soda. Nevýhodou této metody je vysoká slanost odpadních vod, která vyžaduje dodatečné čištění; nutnost pečlivého, nejčastěji ručního řízení procesu a vysoce alkalické reakce vzniklé vody. Chemické metody nejsou vhodné pro změkčování pitné vody. Tyto metody jsou zpravidla prvním krokem pro kombinované čištění vody.

Magnetická metoda změkčování vody je založeno na převedení solí tvrdosti do upraveného stavu, ve kterém nekrystalizují do hutného kalcitu, ale do nestabilního aragonitu, který se neukládá na površích trubek a výměníků tepla, ale odstraňuje se vodou.

Termální Změkčování vody je založeno na tom, že při zvýšení teploty tvrdé vody nad 120 °C dochází k vysrážení vápenatých a hořečnatých solí. Můžete čistit vodu také zmrazením a destilací. V průmyslu se destilace používá jen zřídka a pouze tehdy, když je přístup k levné energii na vytápění, ale v laboratořích se často používají destilátory pro hloubkové čištění vody.

Elektrochemická metoda změkčování vody je založeno na několika simultánních procesech probíhajících při průchodu vody mezi elektrodami (elektroforéza, elektrolýza, polarizace atd.), které vedou k tvorbě nerozpustných hořečnatých a vápenatých solí.

Konkrétní způsob změkčování vody se obvykle určuje v závislosti na kvalitě zdrojové vody, požadované kvalitě výsledné vody, požadované kapacitě zařízení a přijatelných finančních nákladech.

Našim zákazníkům, kteří potřebují změkčování vody, můžeme nabídnout nákup Aquadistillerů, membránových filtrů Vladipor a tabletované extra „Slavjanské“ soli.

Moderní metody změkčování vody

Voda v přirozeném stavu

V přírodě není voda nikdy chemicky čistá látka: procházející tloušťkou půdy a různými horninami každá dešťová kapka rozpouští určité množství různých látek. Vodní toky, které se spojují do potoků a řek, se každoročně vymývají z půdy a do Světového oceánu přivádějí asi 3265 milionů tun rozpuštěných sloučenin. Celkové množství minerálních solí obsažených v mořské, oceánské a říční vodě je takové, že pokud by se odtud daly extrahovat na povrch pevniny, byla by tloušťka vrstvy 130 metrů.

Složení běžné říční nebo potoční vody nutně zahrnuje mnoho nečistot. Nejsou to jen minerální soli, ale také organické látky, plyny a dokonce i mikroorganismy. Voda odebraná z přírodního zdroje navíc obvykle obsahuje malé nerozpustné částice písku, jílu a úlomky rostlinných zbytků. Všechny tyto inkluze musí být zlikvidovány při použití vody pro pitnou, domácí a průmyslovou potřebu.

Tvrdost vody, její druhy a jednotky měření

Jeho tvrdost přímo závisí na množství hořečnatých a vápenatých solí rozpuštěných ve vodě. Jedná se o jeden z nejvýznamnějších ukazatelů kvality vody, určující její vhodnost pro pitné a jiné účely. Speciální jednotkou používanou k měření tvrdosti je jeden miligramový ekvivalent na litr, zkráceně mEq/L. Přitom voda, jejíž tvrdost je 1 mEq, obsahuje v jednom litru 20,04 miligramů vápenatých solí nebo 12,16 miligramů hořečnatých solí.

Existují následující typy tvrdosti vody:

• uhličitanové nebo dočasné
• nekarbonátové, nebo trvalé
• Všeobecné

Uhličitanovou tvrdost vody lze změkčit pravidelným varem. V tomto případě se hydrogenuhličitany hořčíku a vápníku, které tuto tvrdost vytvářejí, srážejí ve formě křídového prášku, který se usazuje na dně nádoby.
Ca (HCO3)2 = CaC3 + H2O + CO2
Chcete-li vodu vyčistit, stačí ji po převaření přefiltrovat.

Pro vodu, která má pouze nekarbonátovou tvrdost v důsledku přítomnosti síranů, chloridů a dalších rozpustných sloučenin, není var vhodný – tyto soli se vysrážejí, až když roztok dosáhne přesycení odpařením vody.

Celková tvrdost vody je dána přítomností všech hořečnatých a vápenatých solí bez výjimky Je určena koncentrací těchto solí v jednom litru:

• do 3 mEq/l – měkký
• od 3 do 6 mEq/l – střední tvrdost
• více než 6 mEq/l – tvrdá voda.

V každé oblasti má voda svou tvrdost v závislosti na horninách, které tvoří půdu. Jako příklad můžete porovnat tvrdost vody v různých zdrojích vody:

• Ladožské jezero – tvrdost vody je 0,6 mEq/l
• Neva – tvrdost vody 0,7 mEq/l
• Amur – tvrdost vody 2,9 mEq/l
• Don – tvrdost vody 7,0 mEq/l
• Dněstr – tvrdost vody 5,7 mEq/l
• Baltské moře – tvrdost vody 13,9 mEq/l
• Černé moře – tvrdost 46 mEq/l
• Kaspické moře – tvrdost 74,0 mEq/l

Studie tvrdosti zahrnují také teplotní a organoleptické ukazatele vody (barva, chuť, vůně, stupeň průhlednosti, přítomnost zákalu nebo sedimentu). Dále se zohledňují změny, ke kterým dochází při dlouhodobém skladování, koncentrace rozpuštěného CO2 a také kyselé a zásadité reakce (lakmusový papírek).

Změkčovací metody

Kvalita vody a úprava vody (uvedení vody na standardní ukazatele)

Kvalita vody z kohoutku je bez nadsázky životně důležitá pro lidi, kteří ji používají. Podle Světové zdravotnické organizace onemocní ročně asi půl miliardy lidí na celém světě kvůli nedostatečnému přístupu k čisté pitné vodě. Proto je problém úpravy vody v moderní společnosti mimořádně akutní, protože na něm doslova závisí životy a zdraví milionů lidí.

Před vstupem do vodovodního systému prochází voda několika stupni čištění, nejprve se zbavuje velkých, poté malých inkluzí, mikroskopických částic bahna a dokonce i mikroorganismů. Pokud má voda příliš vysoký index tvrdosti, je nutné ji změkčit, čímž se obsah hořečnatých a vápenatých solí dostane na standardní hodnotu.

Snížená uhličitanová tvrdost

Uhličitanovou tvrdost snižujeme přidáním hydroxidu vápenatého Ca(OH)2 do vody. Množství aditiva se vypočítává podle údajů chemického rozboru vody, ukazující obsah hydrogenuhličitanů v ní a objem změkčené vody tak, aby se hydrogenuhličitany během reakce zcela změnily na uhličitany a vysrážely se.
Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 = 2CaCO3↓+ 2H2O

Snížení nekarbonátové tvrdosti

Nekarbonátová tvrdost se sníží přidáním běžné jedlé sody do vody. V důsledku toho vzniká uhličitan vápenatý, tzn. obyčejná křída, a síran sodný, který se vysráží při poklesu teploty.
CaSO4 + Na2C3 = CaC3↓ + Na2S4
Před použitím takové vody se nejprve nechá usadit, aby došlo k úplné sedimentaci. V zásadě se změkčená voda tohoto typu používá jako technická voda pro průmyslové účely.

Jiné způsoby změkčování vody

Pro elektrárny, kotelny a další průmyslová zařízení se voda změkčuje termochemickou metodou, která zahrnuje zahřívání a přidávání vápna, sody, fosfátů a dalších činidel. Zahřívání zajišťuje rychlost reakce, navíc změkčení je efektivnější. Vzniklá sraženina se odfiltruje obvyklým způsobem.

Používání iontoměničových materiálů (iontoměničů) je dnes stále běžnější. Vyrábějí se ve formě malých granulí, nerozpustných ve vodě, a nejčastěji se jedná o syntetické pryskyřice, které mají tu vlastnost, že stimulují procesy iontové výměny látkami rozpuštěnými ve vodě. V důsledku toho voda ztrácí schopnost tvořit vodní kámen, protože v ní nezůstávají prakticky žádné soli způsobující tvrdost. Existují dva typy iontoměničů:

• katexy, které tvoří kladně nabité ionty
• anonity, které tvoří záporně nabité ionty.

Díky iontoměničům se dnes podařilo vyřešit mnoho problémů s úpravou vody, dokonce i tak složité, jako je odsolování mořské vody. Postupně prochází dvěma destilačními kolonami: nejprve s katexy, poté s anexy. Konečnou fází úpravy vody je vyrovnávací filtr. Po takové úpravě je výkon vody prakticky stejný jako u destilátu, což snižuje tvrdost na minimum. Je pozoruhodné, že iontoměničové vlastnosti iontoměničů se snadno obnoví promytím katexu kyselým roztokem a aniontoměniče alkalickým roztokem.

Objev iontoměničů a práce na odsolování mořské vody mají velký význam pro lidstvo, které v řadě regionů již nyní trpí nedostatkem vody.