Жесткой называют воду, содержащую большое количество солей жесткости, а именно кальция и магния.

Чем плоха жесткая вода

Жесткая вода не подходит для многих технологических процессов. Она неприятна на вкус, в ней плохо стирать и мыться, так как для стирки требуется повышенный расход моющих средств, а при мытье на волосах и коже остается налет. Жесткая вода не подходит для нужд пищевой промышленности из-за горького привкуса и из-за того, что в процессе хранения продуктов соли выпадают в осадок. Да и качество продуктов страдает при использовании плохой питьевой воды.

Жесткая вода доставляет неприятности всем промышленным предприятиям, так как быстро забивает трубы водопроводов осадками и накипью.

Солевые отложения - бич нагревательного оборудования, которое безнадежно выходит из строя, а также требует существенного перерасхода топлива, так как эффективность теплообменных процессов резко падает, когда на поверхности теплообменников откладывается плохо проводящий тепло солевой слой.

Умягченная вода требуется в котельном оборудовании, в чайниках и стиральных машинах, в теплонасосах и теплоцентралях коммунальных служб. Для котлов высокого давления не подходит даже вода с небольшим количеством солей жесткости, поскольку выход из строя этих установок может привести к серьезной аварии. На практике оказывается гораздо дешевле провести комплекс мероприятий по удалению из воды солей жесткости, чем ремонтировать и заменять трубное, нагревательное и котельное оборудование.

Смягчение воды требуется и для получения сверхчистой воды для лабораторных и аналитических нужд, для фармацевтических и медицинских предприятий. Смягчение - первый этап очистки воды для этих целей.

Методы умягчения воды

Основными методами смягчения воды на сегодняшний день являются:

Смягчение с помощью ионообменных смол;
- использование мембран;
- реагентный (химический);
- магнитная обработка воды;
- термический;
- электрохимический;
- комбинирование нескольких методов в одной установке.

Смягчение воды с помощью ионообменных смол - наиболее популярный на данный момент способ для нужд коммунальных служб и пищевой промышленности. Принцип очистки основан на фильтрации воды через ионообменные смолы, проходя через которые ионы кальция и магния замещаются на ионы натрия и водорода. Регенерация смол осуществляется с помощью раствора поваренной соли - дешевого и доступного реактива. Сам процесс очистки легко автоматизируется. Ионообменный метод часто применяется в комбинированных установках для глубокой очистки воды.

Мембранный метод смягчения воды является наиболее технологичным, хотя и дорогим. Он позволяет не только смягчать воду, но и очищать от большинства химических, органических примесей, ионов тяжелых металлов, хлора и хлорорганических соединений, бактерий, взвесей. Принцип очистки - воду пропускают через специальные мембранные материалы с определенным размером пор.

Смягчение воды с помощью реагентов основано на добавлении в воду специальных реактивов, которые образуют с катионами кальция и магния нерастворимые или малорастворимые соединения. Чаще всего в промышленных масштабах используется гашеная известь и сода. Недостатками этого способа является высокая засоленность сточных вод, которые требуют дополнительной очистки; необходимость тщательного, чаще всего ручного контроля процесса и высокая щелочная реакция полученной воды. Химические методы не подходят для смягчения питьевой воды. Как правило, эти методы являются первой ступенью для комбинированной очистки воды.

Магнитный способ умягчения воды основан на переводе солей жесткости в модифицированное состояние, при котором они кристаллизируются не в плотный кальцит, а в неустойчивый арагонит, который не откладывается на поверхностях труб и теплообменников, а выводится с водой.

Термическое умягчение воды основано на том, что при повышении температуры жесткой воды свыше 120 °С соли кальция и магния выпадают в осадок. Очистить воду можно также вымораживанием и дистилляцией . В промышленности дистилляция применяется редко и только тогда, когда имеется доступ к дешевой энергии для нагревания, а вот в лабораториях дистилляторы часто используются для глубокой очистки воды.

Электрохимический метод смягчения воды основан на нескольких одновременно происходящих процессах, протекающих в момент прохода воды между электродами (электрофорез, электролиз, поляризация и др.), которые приводят к образованию нерастворимых солей магния и кальция.

Конкретный метод смягчения воды обычно определяется в зависимости от качества исходной воды, требуемого качества получаемой воды, необходимой производительности установки и допустимых финансовых затрат.

Мы можем предложить нашим покупателям, у которых есть потребность в умягчении воды, купить Аквадистиллятор PHS AQUA 10 , мембранные фильтры Владипор и

Кому-то словосочетание «жесткая вода» покажется литературным оксюмороном, но есть много людей, знакомых с этим качеством воды не понаслышке. Как определить степень жесткости и зачем умягчать воду - расскажем в данной статье.

Жесткая вода - причина образования отложений солей, камней в почках, сердечно-сосудистых заболеваний. 80% болезней человек выпивает с водой. 90% аварий водонагревателей и другой работающей с водой техники вызваны высокой жесткостью.

В чем суть процесса умягчения воды?

Жесткость воды - это совокупность ее физических и химических свойств, связанных с содержанием растворенных солей щелочноземельных металлов. В первую очередь к солям жесткости относятся кальций и магний. В природной среде они регулируют различные химические процессы. На жесткость воды главным образом влияет ее месторождение. Реки и озера пополняются из подземных источников, протекающих в известняковых пластах, и обогащают проходящую через них воду солями жесткости. В поверхностных водах содержится существенно меньше кальция и магния, чем в глубинных. Своего максимума жесткость воды в природных источниках достигает зимой, а минимума - весной, благодаря тающему снегу.

Существует три вида жесткости воды:

  • Общая. Это суммарная концентрация ионов магния и кальция.
  • Карбонатная. Ее второе название - временная, так как показатели зависят от содержания в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, которые практически полностью устраняются при кипячении.
  • Некарбонатная, наоборот, является постоянной величиной, потому что она обусловлена наличием магниевых и кальциевых солей, на которые изменение температуры никак не влияет.

В системе СИ жесткость воды измеряется в молях на кубический метр - моль/м³, но на практике также используются миллиграмм-эквиваленты на литр - мг-экв/л. По нормам СанПиНа жесткость питьевой воды должна быть не больше 7 мг-экв/л. Требуемая жесткость воды для производства пива - до 4 мг-экв/л, безалкогольных напитков - 0, 7 мг-экв/л.

Чрезмерно жесткая вода - одна из причин образования камней в почках, так как гидрокарбонаты кальция и магния затрудняют работу желудка и кишечника. Так называемые отложения солей в суставах тоже могут быть результатом употребления жесткой воды. Содержащиеся в ней соли жесткости активно взаимодействуют с мылом, шампунями, бальзамами и другими подобными средствами, образуя осадок и снижая их эффективность. Из-за разрушения естественной жировой защиты поры на коже человека забиваются новообразованиями, затрудняя ее дыхание. Это может привести к сухости, акне, перхоти, а также ломкости и выпадению волос. На приготовление пищи жесткая вода тоже влияет не лучшим образом, разрушая содержащиеся в ингредиентах полезные вещества.

Жесткая вода ощутимо сокращает срок службы бытовой техники: посудомоечных машин, бойлеров, чайников и т.д. Из-за кристаллизации соли образуется накипь, которая впоследствии приводит к коррозии и поломке. Как и в случае с шампунями, при стирке в жесткой воде часть «сил» порошка направляется на нейтрализацию ее эффекта, но здесь, помимо банального перерасхода моющих средств, увеличиваются шансы получить белье с пятнами или разводами. Они тоже возникают из-за накипи, образованной на «внутренностях» стиральной машинки.

В городской черте сильно жесткую воду сейчас почти не встретить, а вот в частных секторах и сельской местности ситуация иная. Обычно их жители пользуются водой из колодца или артезианской скважины, в которые поступают насыщенные кальцием и магнием грунтовые воды. Вдобавок вместе с солями жесткости туда могут попасть и другие вредные вещества. Для этого достаточно сильного дождя и находящейся в округе мусорной свалки.

Как нетрудно понять, умягчение воды - это снижение в ней концентрации солей жесткости. Самый простой вариант данного процесса - термический (он же - простое кипячение). Как уже сказано выше, при данном процессе гидрокарбонат кальция распадается на нерастворимый карбонат кальция, который выпадает в осадок, и углекислый газ. Концентрация сульфата кальция тоже несколько уменьшается. Данный способ считается самым простым, однако его производительность оставляет желать лучшего. Есть еще химический метод, когда в воду добавляются реактивы, превращающие растворимые соединения в нерастворимые. Главный минус в том, что пить такую жидкость все равно нельзя. Остальные способы требуют специального оборудования.

Оборудование для умягчения воды

Помимо налета на нагревательных элементах бытовой техники и разводов на постиранном белье, признаком жесткой воды являются плохо пенящиеся мыла и порошки, твердое даже после длительной варки мясо, отсутствие привычного аромата у чая и кофе, а также горьковатый вкус самой воды. Помимо этого жесткость воды можно определить по специальным тест-полоскам или измеряющему электропроводность жидкости прибору TDS-метру. Однако прежде чем приобретать фильтр для умягчения воды, рекомендуется отправить ее на исследование в лабораторию, чтобы специалисты поставили наиболее точный «диагноз». Например, проточный фильтр для умягчения воды будет актуален лишь для жидкости без критичного содержания железа, а в тяжелых случаях лучше использовать магистральный.

В каких установках происходит умягчение воды? Специалисты выделяют следующие категории фильтров:

  • Мембранные. Отсеивают до 98% примесей, делая воду фактически дистиллированной. Однако чтобы качество их работы не снижалось, необходимо поддерживать в водопроводе давление не меньше 3–4 атмосфер. Такое устройство стоит достаточно дорого, но и срок службы у него большой.
  • Полифосфатные. Представляют собой колбу с кристаллами полифосфатной соли. Проходящая через них вода насыщается полифосфатом натрия. Обычно крепятся перед бытовым оборудованием. Полифосфатные фильтры стоят недорого, но раз в полгода их необходимо менять. Пить умягченную с их помощью воду не рекомендуется.
  • Магнитные. Благодаря им на воду воздействует постоянное магнитное поле, которое меняет структуру солей жесткости. Молекулы перестают соединяться при нагревании и не образуют осадок, а также разрушают уже имеющуюся накипь. Концентрация солей при этом остается прежней, так что такие устройства в основном подходят для труб и насосного оборудования. В зависимости от разновидности магнитные фильтры могут работать от 5 до 25 лет, при этом не нуждаясь в обслуживании.
  • Электромагнитные. Работают на основе излучения электромагнитных волн необходимой частоты. Требуют подключения к сети, но много энергии не расходуют. Совместимы с любыми другими системами умягчения воды. Избыток солей при этом удаляется через отстойник в канализацию. Так же как и магнитные, дополнительно разрушают накипь, но стоят на порядок дороже.
  • Ионообменные фильтры для умягчения воды. Их явный плюс - высокая производительность и долговечность фильтрующего элемента. Представляют собой фильтр колонного или кабинетного типа, внутри которого находится ионообменная смола. Как и в случае с магнитными фильтрами, очищать с их помощью можно только холодную воду. Процесс фильтрации заключается в замене ионов кальция и магния на ионы натрия, которые не вредят человеческому организму и бытовой технике.

Несмотря на то, что после ионообменного метода умягчения воду можно пить, он считается реагентным, остальные относятся к категории безреагентных.

Обезжелезить - не значит умягчить

Понятие «жесткая вода» - не синоним «железной воде». Пресная вода также содержит железо, которое попадает в колодцы и скважины из разрушающихся каменных пород, а в трубы - из стареющих и имеющих коррозию чугунных и стальных водопроводов. Определить на глаз перенасыщенную железом воду нетрудно - она имеет характерный металлический запах и желтовато-мутный оттенок. При таких показателях белые вещи после стирки тоже становятся желтоватыми, а на сантехнике появляются коричневые пятна.

В нашей стране допустимое количество железа в воде не должно превышать 0,3 мг-экв/л. Норма общего потребления железа для взрослого человека - 25 миллиграмм в сутки.

«Передозировка» может привести к мочекаменной болезни, кишечным расстройствам, болезням желчного пузыря и проблемам с зубами, а также к дерматитам и развитию аллергии. Поэтому нет никакого смысла приобретать устройства умягчения воды, пренебрегая при этом оборудованием для обезжелезивания. Оно тоже бывает разным, как химическим, когда железо разрушают реагенты, так и механическим, когда железо распадается с помощью аэрации, коагуляции и описанного выше ионообменного метода. Более того, существуют установки «два в одном», работающие одновременно и на умягчение воды, и на ее обезжелезивание. Они в равной степени экономят место в доме, бюджет владельца и его время.


Технологии стремительно развиваются, и, может быть, когда-нибудь вся вода на Земле будет исключительно чистой. Но пока этого не произошло, наличие системы фильтрации воды - насущная необходимость, ведь от нее напрямую зависит человеческое здоровье. При этом тратить большие деньги на неэффективное оборудование совсем не хочется, поэтому к выбору фильтра для обезжелезивания и умягчения воды следует подойти тщательно.

Умягчение воды - это процесс удаления из воды солей жесткости.

Процессы извлечения из воды солей Ca 2+ и Mg 2+ в водоподготовке называют умягчением воды . Относительно селективное удаление солей жесткости из воды может производиться тремя методами:

  • реагентным умягчением воды;
  • ионным обменом;
  • нанофильтрацией.

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам ВОЗ оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,0–2,0 мг-экв/л. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу ее из строя, а также оставляет налет на волосах и коже человека, создавая неприятное ощущение их «жесткости». При стирке, взаимодействуя с ПАВами мыла или стиральных порошков, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода.

В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадение солей при хранении. Это характерно для бутилированной питьевой воды, пива, соков, водки. Даже при мытье бутылок она оставляет несмываемые потеки. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1–0,2 мг-экв/л.

В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды с систему очень быстро выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы. Даже небольшой слой отложений солей на поверхности теплообменного оборудования приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи и увеличению расхода топлива. Трубопроводы зарастают настолько, что их производительность падает в несколько раз. Поэтому в тех процессах, где допустимо использование воды с некоторым содержанием солей, ее жесткость ограничивается еще меньшими значениями – 0,03–0,05 мг-экв/л.

Реагентное умягчение воды

Многие соли жесткости имеют низкую растворимость. При введении в раствор некоторых реагентов увеличивается концентрация анионов, которые образуют малорастворимые соли с ионами жесткости Ca 2+ и Mg 2+ . Такой процесс называют реагентным умягчением воды .

Различают умягчение воды известкованием и содо-известкованием.

При известковании в раствор добавляют гашеную известь Ca(OH) 2 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2 CaCO 3 + 2Н 2 O ;

Mg(HCO 3) 2 + 2 Ca(OH) 2 = Mg(OH) 2 + 2СaCO 3 + 2Н 2 O .

Данный способ используют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости воды, когда требуется одновременное снижение жесткости и щелочности. Остаточная жесткость на 0,4–0,8 мг-экв/л превышает некарбонатную жесткость. Обычно используется совместно с ионообменным умягчением воды.

При содо-известковании в воду добавляют гашеную известь Ca(OH) 2 и соду Na 2 CO 3 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 = 2 CaCO 3 + 2 NaOH + Н 2 СО 3 ;

Mg(HCO 3) 2 + 2NaOH = Mg(OH) 2 + 2NaHCO 3 .

Как следует из уравнений реакций, в процессе образования и осаждения осадка из воды извлекаются соли жесткости. Вместе с ними удаляются коллоидные и взвешенные частицы с ассоциированными на них загрязнениями. На хлопьях осадка частично сорбируются органические загрязнения воды.

При содо-известковании за счет избытка ионов HCO 3 достигается бoльшая полнота удаления из воды солей жесткости. Повышение температуры до 70–80 ° С позволяет довести остаточную жесткость до 0,35–1,0 мг-экв/л. Того же результата можно достигнуть увеличением доз реагентов.

Процессы осаждения осуществляются в отстойниках и осветлителях со взвешенным слоем осадка.

Отстойники малопроизводительны, и получаемая в них гидроксидная пульпа имеет высокую влажность – 97–99%. Поэтому они в настоящее время практически не применяются.

В практике используются различные варианты осветлителей со взвешенным слоем осадка. В них очищаемый раствор подается снизу и проходит через слой осадка. Это увеличивает коэффициент очистки воды. Для уменьшения объема шлама используются дополнительные зоны и камеры шламоуплотнения. Увеличение степени осветления достигается введением дополнительных секций тонкослойного отстаивания.

Реагентные методы умягчения в подготовке питьевой воды не используются. После них вода имеет сильнощелочную реакцию. Они широко применяются в энергетике и промышленности как первая ступень очистки до механических фильтров . При совместной работе они позволяют умягчить воду, удалить взвешенные вещества, включая коллоиды, и частично очистить воду от органических веществ.

Поскольку осаждение образовавшихся хлопьев происходит очень медленно, производительность оборудования низка и оно имеет большие габариты. В результате образуются отходы в виде трудно утилизируемых шламов. Процесс требует тщательного контроля, причем в основном ручного, поскольку зависит от многих факторов: температуры воды, точности дозировки реагентов, исходной мутности воды и т. п.

Новые технологические решения (тонкослойное отстаивание, контактная коагуляция, ввод флокулянтов) позволяют достигнуть тех же показателей умягчения воды при меньших расходе реагентов, габаритах установок и их полной автоматизации.

Нанофильтрационное умягчение воды

При использовании мембран с определенным размером пор обеспечивается их селективность к многозарядным и крупным ионам. Одновалентные ионы (катионы и анионы) в основном не задерживаются мембраной. Реально при селективности по MgSO 4 на уровне 98–99% селективность по NaCl для различных нанофильтрационных мембран составляет 20–70%. При пропускании воды через такую нанофильтрационную мембрану удаляются все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы, катионы тяжелых металлов и часть органических загрязнений. Происходит достаточно глубокая очистка от солей жесткости – в 10–50 раз. Концентрация солей натрия уменьшается незначительно. В результате вода умягчается и частично обессоливается.

Для умягчения используются установки с тангенциальной фильтрацией и с рулонными элементами, которые аналогичны установкам обессоливания обратным осмосом . Па раметры такие установоки водоподготовки близки к установкам низконапорного осмоса. Рабочее давление находится в пределе 7–16 атм. Для малогабаритных бытовых фильтров очистки воды производятся мембраны, работающие даже при 3 атм.

Степень умягчения воды определяется характеристиками применяемых мембран и, поскольку селективность нанофильтрационных мембран к катионам Ca 2+ и Mg 2+ различна (см. табл. 3.3), зависит от состава воды. В любом случае, степень извлечения солей жесткости ниже, чем при обратном осмосе и тем более чем при ионообменном умягчении.

Умягчение воды мембраной типа NF -70 (Filmtec)

Эффективность очистки раствора по различным компонентам показана в следующей таблице.

Кондиционирование воды на мембране типа NF -70 (Filmtec)

Исходная вода

Пермеат

Хлориды, мг/л

Сульфаты, мг/л

Общий органический углерод, мг/л

Органические галогены, мкг/м 3

Тригалогенометаны, мкг/м 3

Щелочность, мг/л

Жесткость карбонатная, мг/л

Жесткость общая, мг/л

Цветность, градусы

Наибольшим достоинством нанофильтрации воды является снижение не только жесткости воды, но и щелочности, солесодержания, а также удаление механических, органических и биологических загрязнений воды при отсутствии необходимости использования реагентов и проблем с солевыми стоками при относительно простой схеме.

Промышленная установка для получения питьевой воды с производительностью 2800 м 3 в сутки состоит из 2 включенных параллельно установок производительностью 60 м 3 /ч. Каждая из них содержит 4 ступени из параллельно включенных 8, 4, 2 и 1 модуля, последовательно соединенных по концентрату. Предподготовка состоит из последовательных блоков микрофильтров с рейтингом 10 и 5 мкм. После установки нанофильтрации вода поступает в декарбонизатор для удаления избытка углекислоты и в узел коррекции рН.

В очищенной нанофильтрационной установкой воде отсутствуют бактерии и вирусы, микрозагрязнения и хлорорганика , уменьшены жесткость воды и содержание сульфатов, имеется возможность сокращения в воде дозы хлора. Установка, базирующаяся на традиционных технологиях очистки воды, для получения близкого эффекта должна включать несколько стадий очистки.

Недостатком нанофильтрации является меньшая возможная глубина умягчения воды, необходимость более тщательной предподготовки воды, чем при ионном обмене, и существенно большие потребление воды, электроэнергии и объем отходов. Правда, поскольку последние являются малосолевыми, их сброс существенно легче согласовать с экологическими органами.

Размеры и конструкция рулонных элементов и установок для нанофильтрации и обратного осмоса идентичны.

Электрохимический метод умягчения воды является относительно новым. Ранее он предлагался для переработки солевых отходов, включая регенераты установок умягчения, для их последующего повторного использования. В РХТУ им. Д. И. Менделеева разработана технология, включающая электрохимическую коррекцию рН очищаемой воды и электрофлотационное отделение твердой фазы. При прохождении воды через межэлектродное пространство происходят процессы электролиза, поляризации, электрофореза, окислительно-восстановительные реакции с деструкцией органических веществ и инактивацией биологических загрязнений воды. Продукты электролиза взаимодействуют друг с другом с образованием нерастворимых солей.

Принципиальная схема процесса электрохимическогог умягчения воды показана на рисунке. Вода поступает в отстойник 1 , где удаляются грубодисперсные вещества. Затем она подается в катодную камеру электрокорректора 2а . Поскольку между камерами 2а и 2б установлена анионообменная мембрана 4 , при наложении постоянного тока в катодной камере 2а рН поднимается до 10–11, а в анодной 2б опускается до 3–4. В катодной камере происходит образование частиц гидроксидов и карбонатов смешанного состава. Вода со взвесями поступает в камеры грубой 3а и тонкой 3б очистки электрофлотатора. В электрофлотаторе в результате электролиза воды происходит выделение водорода и кислорода, которые поднимаясь флотируют частицы взвесей, органики, эмульсии, образуя пенный слой – флотшлам, который удаляется специальным устройством. После осветления умягченная вода подается в анодную камеру электрокорректора 2б , где происходит ее нейтрализация до рН, близкого к исходной воде.

Схема работы электрокорректора:

1 – отстойник; 2а – катодная камера электрокорректора, 2б – анодная камера электрокорректора; 3а – камера грубой очистки электрофлотатора, 3б – камера тонкой очистки электрофлотатора; 4 – анионообменная мембрана

По данным авторов, качество умягчения воды достаточно высокое – жесткость ниже 0,1 мг-экв/л. Установка умягчения воды производительностью 5 м 3 /ч занимает площадь 10 м 2 и потребляет 2–3 кВт-ч/м 3 электроэнергии.

Наряду с умягчением происходит очистка воды от органических и биологических загрязнений.

Почему так необходимо умягчение воды?

Наверняка, проживая в квартире или загородном доме и пользуясь водой из городского водопровода, скважины, колодца, либо другого источника водозабора, вам приходилось сталкиваться с неприятными последствиями использования жесткой воды. Сухость кожи после душа, жесткость вещей и тканей после стирки, плохое пенообразование мыла и моющих средств, а также белые налёты на сантехническом оборудовании и появление накипи при кипячении - всё это наиболее видимые признаки превышения концентрации солей жесткости в воде. Нельзя не отметить и вредоносные последствия влияния жесткой воды на организм человека: проблемы с сердечно-сосудистой системой, нарушение моторики желудка, заболевание суставов и нежелательные отложения в почках или желчных путях. Помимо всего перечисленного, образовывающейся накипь в процессе эксплуатации водонагревательной техники (бойлеров, котлов, стиральных машин, посудомоек и т.д.), способствует преждевременному выходу их из строя.

Также, является недопустимым использование воды с высоким солесодержанием и в промышленности, вызывая при этом нарушения технологически и химических процессов производства пищевых продуктов, напитков, товаров общего потребления и т.д. Необходимость устранения жесткости воды играет важную роль и в энергетике, где образование накипи нарушает работоспособность дорогостоящего теплообменного оборудования и систем отопления, резко снижая при этом их теплообменные характеристики (впоследствии увеличение расходов на топливо), и вызывая полный выход из строя.

Понятие «жесткая вода». Чем вызвана жесткость воды?

Жесткость воды характеризует концентрация (наличие) в ней ионов кальция (Ca 2+), магния (Mg 2+), стронция (Sr 2+), бария (Ba 2+), железа (Fe 2+) и марганца (Mn 2+). Но наличие в природных водах непосредственно ионов кальция и магния значительно выше общего наличия иных перечисленных ионов. По этой причине, под жесткостью воды подразумевается суммарное количество ионов кальция и магния. Различается жесткость на временную (карбонатную), образующую накипь, вызванную наличием гидрокарбонатов кальция и магния, а также постоянную (некарбонатную), обусловленную зачастую наличием сульфатов и хлоридов и не выделяющуюся при кипячении.

На сегодняшний день, относительно жесткости воды существует ряд требований и нормативных документов, составленных различными ведомствами и ориентированных к разному типу потребителей. Нормативы общего солесодержания, не зависимо поверхностных или подземных вод, для систем хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых систем в большей мере сводится к требованиям СанПиН «Питьевая вода», где ПДК (предельно допустимая концентрация) солей жесткости не должна превышать более 7 мг/л. Однако при этом стоит уделять должное внимание нормативам качества воды к системам горячего водоснабжения, теплоснабжения, паровых и водогрейных котлов, где правила эксплуатации устройств требуют ПДК жесткости значительно ниже норм СанПиН (менее 2 мг/л). Нельзя не отметить и сравнительно меньший уровень концентрации ионов кальция и магния, установленный в нормах качества Европейского Союза, Всемирной организации здравоохранения и национальных норм США, который не превышает 5 мг/л. Существенно отличаются требования к солесодержанию воды и в системах промышленного назначения (порой до полного отсутствия), где необходимые концентрации регламентируют технические и химические процессы производства. Внимание ПДК солей жесткости воды в энергетике обосновано технологической и экономической эффективностью оборудования (составляя менее 1 мг/л), и в большей степени направлено на предотвращение основной проблемы-накипеобразования.

Методы умягчения воды

1. Умягчение воды методом ионного обмена наиболее популярный и широко используемый метод умягчения воды из скважины или водопровода в хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых системах. Данный метод заключается в способности ионообменных материалов (смол) обменивать ионы солей жесткости (кальция, магния и т.д.) на ионы других молекул, не вызывающих образование накипи. Также этот метод, в зависимости от типа используемых смол, позволяет извлекать соединения железа и понижать при необходимости минерализацию воды. Таким образом, умягчение воды методом ионного обмена в отличии от других методов (кроме обратного осмоса) обеспечивает устранение жесткости воды, а не преобразует их (не удаляя) в не вызывающую накипь форму.

В хозяйственно-питьевых целях для умягчения воды из скважины, колодца или водопровода зачастую используются фильтры с катиона-обменными смолами пищевого класса в Na -форме. Данные смолы предназначены для устранения жесткости воды путём удаления ионов кальция и магния, обменивая их на ионы натрия (не значительно повышая при этом минерализацию воды). К таким фильтрам относятся:

  • Умягчители воды серии WS (Lewatit S1567) . Автоматические и механические фильтры устранения жесткости воды с фильтрующим материалом немецкого производства Lewatit S 1567 .
  • Кабинетные умягчители воды: North Star , BWT , Atoll Excellece L , Atoll Excellece R . Компактные автоматические фильтры устранения жесткости воды американского и европейского производства.
  • Установка умягчения непрерывного действия WS TWIN (Lewatit S1567) . Автоматические фильтры устранения жесткости воды, обеспечивающие непрерывное умягчение воды без ухода на регенерацию. Фильтрующая загрузка - Lewatit S 1567 .

Для использования катиона-обменных фильтров в условиях повышенной концентрации в воде железа, марганца, сероводорода или органических соединений, требуется их предварительное удаление. По этой причине, в комплексах систем водоподготовки, они устанавливаются после предварительной грубой очистки , систем дозирования, аэрации воды , станций обезжелезивания воды и т.д., в зависимости от используемых технологий.

В ином случае, для единовременного устранения жесткости воды, железа, марганца или их органических соединений, без применения предварительных «окислитилей» (дозации или аэрации) и обезжелезивателей, применяются комбинированные смолы, состоящие из смеси катиона-обменных, анионообменных и инертных материалов. К этим фильтрам относятся:

  • фильтры умягчения воды и обезжелезивания Гейзер Aquachief(Экотар B) или станции обезжелезивания воды и умягчения ECO A (Ecomix A) . Автоматические и механические фильтры устранения жесткости воды, растворённого железа и марганца с отдельно вынесенным баком для соли. Фильтрующие материалы Эокар В и Экософт Микс А.
  • кабинетные умягчители воды ATOLL серий: EcoLife SM , Excellece LM . Автоматические фильтры устранения жесткости воды, растворённого железа и марганца американского производства в одном композиционном корпусе фильтра вместе с баком для соли.
  • установки умягчения воды ECO (Экомикс С) . Автоматические и механические фильтры устранения жесткости воды, растворённого железа, марганца с повышенной концентрацией органических соединений (превышена перманганатная окисляемость) с отдельно вынесенным баком для соли.

Как для промышленных, энергетических, коммунально-бытовых (в особенности паровых и водогрейных котлов), так и хозяйственно-питьевых объектов (в том числе горячего и холодного водоснабжения загородных домов), не менее важным на ряду с жесткостью воды является и общая минерализация. При повышенной минерализации, умягчение воды методом ионного обмена так же позволяет эффективно снизить содержание минеральных солей. Однако проведение деминерализации воды является несколько более сложным чем умягчение. Основывается данный процесс на использовании после предварительного катионирования смол аниона-обменных свойств. Для этого в водоподготовке существуют различные одно- и несколько- ступенчатые схемы катионирования и анионирования.

Наиболее популярными марками ионообменных смол являются: Lewatit, Экософт Микс, Dowex , Purolite , Экотар, ПЮРЕЗИН и т.д. Стоит отметить существующие разнообразие смол одной марки, отличающихся между собой свойствами, составом, характеристиками и целями их применения. По этой причине, перед выбором и приобретением необходимого умягчителя или смене засыпки в существующем фильтре, рекомендуем проконсультироваться со специалистом.

2. Метод умягчения воды с помощью обратного осмоса подразумевает использование полупроницаемых мембран, изготовленных из ацетилцеллюлозы или ароматического полиамида. Задерживая практически все ионы данный метод смягчения обеспечивает максимально глубокую деминерализацию и устранение солей жесткости. Степень очистки систем обратного осмоса составляет до 99%. Конструкция их по сравнению с ионообменными фильтрами менее габаритна и представляет собой металлический каркас с мембранами (количество и типоразмер которых зависит от необходимой производительности станции водоподготовки), насосом повышающего давления, системного блока, насоса дозатора, мелких комплектующих и т.д. При попадании очищаемой воды на мембрану, отфильтрованная практически до дистиллята часть её поступает на потребителя, а остальная часть со всеми примесями уходит в дренажную систему, или поступает ещё раз на фильтрацию.

Помимо малогабаритности и простоты конструкции (относительно умягчения воды методом ионного обмена) систем обратного осмоса, также стоит отметить такие преимущества как: небольшая энергозатратность, сравнительно небольшие эксплуатационные расходы и возможность сброса концентрата в канализацию. Однако при всём этом стоит учитывать и необходимость предподготовки очищаемой воды для длительного срока службы мембран. Допустимая концентрация примесей очищаемой воды регламентируется эксплуатационными характеристиками мембран. Следует ещё учитывать высокий расход воды (получая при этом лишь 20-25% чистой, остальное на слив), большие затраты в момент приобретения и рекомендуемый непрерывный режим работы.

На сегодняшний день метод умягчения воды с помощью обратного осмоса является одним из самых перспективных методов устранения жесткости воды и очистки её в целом. Умягчение воды с помощью обратного осмоса широко используется при розливе питьевой воды, производстве алкогольных и безалкогольных напитков, в пищевой промышленности, в коттеджах, загородных домах, квартирах и т.д. Среди наших товаров вы найдёте системы обратного осмоса таких производителей как: Atoll , Aquapro , Гейзер, Осмос RO и т.д.

3. Реагентный метод умягчения воды представляет собой обработку (путём дозирования) очищаемой воды разнообразными реагентами и коагулянтами, связывающие кальций и магний в малорастворимые соединения, которые в последствии вместе с остальными взвешенными примесями задерживаются в различных отстойниках или осветлительных фильтрах. В качестве реагентов при этом используются известь, кальцинированная сода, гидроксид натрия, кислоты, фосфонаты и т. д. За частую реагентный метод умягчения воды применяется для смягчения, или иначе говоря «стабилизации», поступающей на теплоэнергетические системы промышленных объектов, зданий ЖКХ, котельных сооружений централизованного отопления и т.д.

Основной целью реагентной обработки является предотвращение накипи-образования, коррозии и микробиологического обрастания теплообменного оборудования, в том числе трубопровода, в условиях малых и высоких температур. Широко применяется в водоподготовке поверхностных вод, где велика вероятность высокого содержания несущих опасность продуктов метаболизма живых организмов, водорослей, бактерий и иных минеральных или органических загрязняющих веществ. Для более глубокого смягчения воды может использоваться в системах водоподготовки вместе с последующими катиона-обменными фильтрами.

В отличии от закрытых систем теплоснабжение (отопление), реагентный способ смягчения воды в открытых системах практически не применяется, так как требования к качеству сетевой воды открытых систем должно отвечать требованиям к «качеству питьевой воды».

4. Магнитный и электромагнитный метод умягчения воды применяется для предотвращения образования накипи в тепловых системах, парогенераторах, систем холодного и горячего водоснабжения в промышленности, загородных домах, коттеджах, квартирах и т.д., и представляет собой процесс пропускания потока воды в трубопроводе через магнитное поле. Под воздействием магнитного поля накипи-образующие примеси карбонатной жесткости (кальция, магния и железа) кристаллизуются в не растворимую и не образующую твердую накипь на стенках труб или водонагревателей рыхлую форму, оставаясь при этом в толще воды. Ранее образовавшиеся отложения при этом со временем так же разрушаются и вместе с потоком воды легко выводятся из водопроводной системы.

Для создания в трубопроводе данных магнитных полей в водоподготовке применяются специальные аппараты с постоянными магнитами или электромагнитами. В отличии от умягчения воды методом ионного обмена и систем обратного осмоса, магнитные установки смягчения наиболее малогабаритны, просты в монтаже, эксплуатации и экономичны. Установки с электромагнитным воздействием состоят из электронного блока, подающего сигналы на намотанный на водопроводную трубу провод с изоляцией. Благодаря поступающим с заданной чистотой сигналам данные провода излучают электромагнитное поле, проходя через которое очищаемая вода умягчается.

В одном фильтре одновременно удаляются из воды: механические примеси, растворенное, коллоидное и органическое железо, марганец, природные органические соединения (гуминовые и фульвокислоты и их соли), соли жесткости и тяжелых металлов.

Цена: от 32 900 руб.

Мы подберем решение для Вас!

По статистике 90% водонагревательной и сантехнической техники ломается из-за жесткой воды. Образуется накипь, забиваются трубопроводы, водонагреватели теряют мощность, бытовая техника выходит из строя. Опасна высокая жесткость и для людей. В органах образуется песок и камни, страдают сосуды и сердце, кожа становится сухой, возникают дерматиты. Чтобы дома не было аварий, и здоровье не ухудшалось, производят умягчение воды с помощью фильтров.

Жесткость — свойство воды, зависящее от содержания в растворенной форме солей кальция (Ca) и в меньшей концентрации кремния (Si лат. Silicium), магния (Mg).

  • Карбонатная
  • Некарбонатная
  • Общая

Карбонатная носит временный характер. Легко убирается кипячением. Определяется наличием в жидкости гидрокарбонатов кальция (Calcium), магния. Химическая формула — Ca(НСО3)2; Mg(НСО3)2. Образует накипь в трубопроводах горячего водоснабжения, в чайнике, на водонагревательных элементах котлов, бойлеров.

Некарбонатная постоянна. Кипячением не удаляется. Обусловлена наличием солей, которые отличаются по свойствам от карбонатных. В основном, это хлориды (CaCl2, MgCl2), сульфаты (CaSO4, MgSO4).

Общая жесткость — сумма 1-й и 2-й жесткости. Итоговый показатель содержания в жидкости всех присутствующих ионов и соединений магния, кальция. С 2014-го года появились обновленные стандарты, по которым этот параметр измеряют в градусах жесткости — °Ж=1 мг-экв на литр. По общей жесткости вода:

  • Жесткая — больше 10°Ж
  • Средней жесткости — 2-10
  • Мягкая — до 2

В Европе норма концентрации — 2,5; в РФ — 7.

В скважинную воду «жесткие» химические соединения попадают из растворимых горных пород, которые состоят из доломита, извести, гипса. Если регион богат этими минералами, в воде они точно будут. Нужен фильтр для умягчения воды .

Зачем умягчают домашнюю воду

«Жесткие» соли постепенно накапливаются в организме. Закупориваются сосуды. Страдает сердце. В почках и других органах и полостях тела появляются камни. Возникает мочекаменная болезнь. Употребление воды повышенной жесткости наносит серьезный вред здоровью. Кроме этого:

  • Образующаяся на нагревателях и внутри радиаторов отопления накипь уменьшает теплоотдачу
  • Моющие средства дают мало пены. Расход бытовой химии повышается на 60%
  • Блюда готовятся дольше. Мясо после варки остается жестким
  • 1 миллиметр накипи увеличивает электропотребление на 10%
  • Приводит к перегреву нагревательных ТЭН-ов. Является причиной 90% поломок водных нагревателей

Жесткая вода ухудшает внешний вид. Кожа высыхает, шелушится. Появляются дерматиты, прыщи, покраснения. Волосы не промываются, выглядят неопрятно, становятся непослушными. На зубах образуется налет.

Жесткая вода опасна для новорожденных. Увеличивает вероятность появления экземы и атопического дерматита при постоянном употреблении, купании. Симптомы появляются уже в 3 месяца. Экзема становится причиной появления аутоиммунных аллергий и дальше до пищевых аллергий, астмы.

Лучшая защита — купить и установить фильтр умягчения воды . Устройства водоподготовки и очистки хорошо умягчают, делают бытовую воду пригодной для питья, хозяйственного применения.

Сильные магниты также используют в водоочистке. Жидкость пропускают через мощное магнитное поле. В результате вода меняет физические характеристики, растворенные примеси теряют способность образовывать соли, а, следовательно, и накипь. Кроме этого, намагниченная вода разрушает и удаляет уже отложившиеся слои накипи. Технология эффективна при малом содержании ионов кальция, кремния, магния.

На жидкость воздействуют электрическим полем высокой заряженности с помощью специальных мембран. Удаляются ионы жесткости и некоторые другие вещества. Технологию применяют для опреснения морской воды в промышленных объемах, на производствах поваренной соли и для подготовки воды в теплоэнергетических установках.

Делают с помощью реагентов. Используют гашеную известь Ca(OH)2, натрия ортофосфат Na3PO4 или кальцинированную соду Na2CO3. При взаимодействии с реагентом соли жесткости принимают нерастворимый вид, оседают на дно и легко отфильтровываются. Эта технология оправдана при очистке больших объемов жидкости. При применении возникает ряд специфических технологических проблем. Нужна точная дозировка химического реагента.

Технология относится к реагентным методикам умягчения. Для водоочистки применяют гранулированные фильтрующие засыпки, преимущественно ионообменные смолы, которые загружают в фильтры умягчения воды . При взаимодействии с гранулами смолы из жидкости улавливаются ионы «жестких» соединений, а также железо, марганец. В зависимости от типа фильтрующего материала в процессе ионного обмена образуются ионы натрия, калия или водород. При грамотно выбранной загрузке удается уменьшить жесткость до 0,1-0,01°Ж даже при сверхвысокой минерализации.

Преимущества ионообменных фильтров:

  • Цена на 20-50% ниже
  • Универсальные. Подходят для коттеджей, загородных домов, городских квартир. Ставятся на скважины, колодцы, врезаются в трубопроводы городского водоснабжения
  • Производительные. Одним баллоном удаляют жесткость, железо, лишние минералы, марганец, органические соединения и другие загрязнители
  • Устраняют сверхвысокие концентрации железа — до 30 мг

Со временем смолы забиваются загрязнителями, удерживаемыми химическими связями, и перестают умягчать воду. Однако реакция ионного обмена обратима. Если пропустить через смолу раствор поваренной соли, примеси отделятся, а содержащийся в соли натрий займет образовавшиеся пустоты. Отделившиеся загрязнители смываются в дренаж. Обновленная смола снова качественно очищает и умягчает воду.