В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованьями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. Понятие жесткости воды мы встречаем не только в спелеологии и в геологии, а, вообще, повсеместно – в химии, техники и производстве. И поэтому это понятие очень важно для определе ния качества воды.
2.Определение жесткости воды
Жёсткость воды
Жесткость — это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Такой тонкий слой на греющей поверхности вовсе не безобиден, так как продолжительность нагревания через слой накипи, обладающей малой теплопроводностью, постепенно возрастает, дно прогорает все быстрее и быстрее – ведь металл охлаждается с каждым разом все медленнее и медленнее, долго находится в прогретом
Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится
Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию.
Временная жесткость, Постоянная жесткость (или некарбонатная)
В разных странах существуют свои нормы жесткости для воды. У нас в стране вода классифицируется по жесткости таким образом:
3.Устранение жёсткости воды на промышленных предприятиях.
Самый простой способ борьбы с карбонатной жесткостью — прокипятить воду. При этом гидрокарбонат кальция распадается с
Научная работа: Создание научных основ обеззараживания и очистки ...
... основ очистки воды на основе нанотехнологии с использованием электроактивационного метода и разработанные рекомендации по оптимизации технологических процессов очистки, путем установления физико-технических параметров метода и свойств питьевой воды. В результате ...
Реагентные методы
Полное представление о содово-известковом способе можно получить, умягчая воду для стирки «бабушкиным» способом с помощью кальцинированной соды (карбонат натрия).
Обычно достаточно одной-двух чайных ложек без верха на ведро воды. Растворите соду в небольшом количестве воды, затем размешайте и дождитесь выпадения осадка карбоната кальция. Так умягчали воду еще в Древней Греции, добавляя в нее печную золу.
Обратный осмос
очисткой воды
Программируемый автоматический клапан, управляющий работой умягчителя (регенерирующий ионообменную смолу в нужной последовательности с необходимой частотой без вмешательства людей), настраивается таким образом, что включает фильтр на регенерацию или по расходу воды, или по времени. Частота регенераций рассчитывается в зависимости от жесткости исходной воды и емкости умягчителя по солям жесткости.
Изменение направления потоков воды во время регенерации достигается, в зависимости от фирмы-производителя автоматических клапанов, либо системой рабочих клапанов (как в музыкальной шкатулке), либо передвижениями поршня с проточками, либо вращением программного диска с отверстиями (как в керамическом кране).
Реже используются системы, работающие с применением гидравлических, пневматических и соленоидных клапанов.
Из реагентного бака во время регенерации поступает раствор поваренной соли для восстановления рабочих свойств ионообменной смолы.
В настоящее время номенклатура умягчителей настолько велика, что позволяет повсеместно применять их как для бытовых, так и для промышленных целей. Очень часто промышленные умягчители отличаются от бытовых только размером баллонов и объемом смолы, хотя и не всегда.
Любому умягчителю — и бытовому, и промышленному — необходимо время на проведение регенерации. Если потребность в умягченной воде небольшая и производство не является непрерывным, то с задачей может справиться и бытовая модель умягчителя. Для непрерывного производства используют так называемые TWIN-системы, или дуплексные умягчители. Выглядят они следующим образом: два баллона управляются одним общим клапаном. Баллоны со смолой работают попеременно: через один проходит умягчаемая вода, ионообменная смола другого в это время регенерируется. Как правило, умягчители непрерывного действия используются для водоподготовки в небольших котельных. (подробнее см. Оборудование)
Главное отличие между бытовыми умягчителями и пищевым производством с одной стороны, и непищевым производством с другой стороны состоит в том, что в первом случае необходимо использовать ионообменную смолу только пищевого класса. Так как ионообменная смола является продуктом полимеризации, то существует вероятность вымывания молекул исходных продуктов-мономеров в первые дни эксплуатации. При производстве пищевой формы смолы осуществляется дополнительный медицинский контроль готовой продукции.
Соль для регенерации бытовых умягчителей тоже должна отвечать пищевым стандартам. К тому же высокая степень очистки соли от ионов кальция и магния обеспечивает смоле более высокую удельную обменную емкость во время регенерации.
Итак, с мягкой водой и способами ее получения разобрались. Вернемся к вопросу пользы жесткой воды для питья. Действительно, недостаток кальция в организме чреват заболеваниями опорно-двигательной системы, а недостаток магния провоцирует инфаркт. Это неоспоримая медицинская статистика.
Защита фундамента от грунтовых вод
... При возведении сооружений грунтовые воды исследуют на агрессивность. Различают агрессивность: Общекислотная. Водородный показатель воды меньше 6. Повышается растворимость карбоната кальция. В зависимости от марки цемента и ... глины в уровне зеркала. 2. Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных рек и водоемов, т.е. ...
Однако та же самая медицинская статистика приводит данные о заболевании населения мочекаменной болезнью, артритом и склерозом (отложения солей кальция в суставных сумках и сосудах головного мозга соответственно).
И увеличение заболеваемости странным образом совпадает с увеличением жесткости потребляемой питьевой воды (см. статью Здоровье и вода.).
Однако, в районах с малой жесткостью потребляемой воды почему-то не наблюдается увеличения количества больных остеопорозом, рахитом и сердечно-сосудистыми заболеваниями. То есть жесткость потребляемой воды — ионы кальция и магния — никоим образом не связана с заболеваниями, которыми нас так пугают. Почему? Потому что недостаток кальция в организме лучше восполнять с молоком и молочными продуктами, от жесткой воды можно получить только камни в почках и суставах и толстый слой накипи в чайнике.
Кальция в 100 граммах молока «ПАРМАЛАТ» содержится 120 мг. То есть жесткость молока составляет 60 мг-экв/л. Стакан молока заменит 3-4 литра выпитой московской воды.
То же самое относится к железу: людям, страдающим малокровием, лучше есть виноград, яблоки, гранаты, пить соки — от железистой воды печень страдает больше, чем от неумеренного пьянства.
Кстати, о соке. Внимательно прочитаем его состав на этикетке. Например, томатный сок «WIMM-BILL-DANN» Лианозовского завода: Калий — 155 мг/100 г продукта, то есть 1 550 мг/л. Магний — 7 мг/100 г, или 70 мг/л, или 5,75 мг-экв/л. Кальций — 90 мг/л, или 4,5 мг-экв/л. То есть жесткость сока — 5,75 + 4,5 = 10,25 мг-экв/л. Жесткость усвояемая, полезная для здоровья.
Почему питьевая вода, расфасованная в пластиковые бутылки, жесткая, если и для приготовления пищи предпочтительна мягкая вода с малым солесодержанием? Ответ гораздо прозаичнее, чем может показаться. С заботой о здоровье это если и связано, то далеко не в первую очередь и не так, как нас уверяют в рекламе.
Вода без солей лучше для приготовления кофе и чая, но она безвкусная и утоляет жажду плохо. Утолить жажду в жаркий день можно только компенсировав уходящие из организма с потом соли. Но обычная поваренная соль придает воде солоновато-горький привкус, а гидрокарбонат кальция — приятный сладковатый.
Железо в воде и методы его устранения
Лет двадцать назад никто особо и не задумывался над качеством воды (не считая специалистов Водоканала, занятых этим по долгу службы).
Знали, что у нас в стране — самая лучшая в мире вода. В городе — «хорошая, только жесткая, а хлоркой почти не пахнет, разве что только по весне». В деревне — «хорошая, колодезная, самая что ни на есть природная». На даче — «хорошая, только на колонку ходить далеко. А что железа много — зато в Железноводск ездить не надо, курорт прямо под боком». Из диалога героев фильма «Мимино» зрителям запомнилось, что «самая вкусная вода — в Сан-Франциско», на втором месте — вода из солнечного Дилижана, хотя жителями других городов и весей эти утверждения оспаривались, подобно семи греческим городам, борющихся за право называться родиной Гомера.
С началом гласности, появлением «желтых» газет и «жареных» репортажей ситуация изменилась на прямо противоположную. Свою воду ругали с тем же воодушевлением, с каким раньше хвалили. Сейчас страсти немного улеглись и к вопросу качества воды относятся более прагматично. Если качество воды не устраивает, ее очищают в домашних условиях.
Промышленные воды
... воды максимально обогащаются растворенным органическим веществом в результате конвективного и диффузионного массопереноса. 1.2.2 Железосодержащие минеральные воды Лечебное воздействие этих вод обусловлено повышенным содержанием в них железа. Обычные содержания железа ... группа, к которой относятся: 1. железо- и мышьяксодержащие воды, воды, обогащенные органическим веществом, сульфатные, хлоридные ...
С жесткостью научились бороться раньше всего — кипячением. Для устранения запаха сегодня уже не требуется воду отстаивать или кипятить. Фильтры на основе активированного угля в форме насадок на кран, кувшинчиков и картриджей рекламируются на каждом третьем трамвае. В магазинах на полках изобилие очищенной бутылированной воды. Но… все это касается только воды для питья. А начинаешь наполнять ванну — течет железистая жидкость желто-зеленого цвета, отбивающая желание в ней купаться.
Откуда появляется железо в воде и как его оттуда удалить? Дождь — природный конденсат — поглощает углекислый газ из атмосферы, поэтому имеет слабокислую реакцию. Если вода проходит через известняки, то, растворяя их, становиться жесткой. При прохождении через железистые руды растворяет железо, через марганцевые — марганец…
Из школьного курса химии и из личного опыта известно, что железо в природе встречается двухвалентное — растворенное и трехвалентное — обычно в виде знакомой ржавчины. Также существуют органические соединения железа и так называемые железобактерии.
Примером наличия железоорганики можно считать высокоцветные воды северных рек. В природных условиях эти соединения достаточно стойкие, кислородом воздуха практически не окисляются. Для очистки такой воды от железа используют специальные методы — озонирование, коагуляция, флокуляция.
Железобактерии встречаются практически везде. Их «визитной карточкой» можно считать ржавую слизь, покрывающую трубы водопровода. Железобактерии питаются растворенным в воде железом, а когда отмирают, откладываются в виде вышеупомянутой слизи. Кстати, согласно одной из гипотез, крупные месторождения железных руд являются доисторическими кладбищами железобактерий, сконцентрировавших железо на малом пространстве.
В крупных городах забор воды идет в основном из поверхностных источников — рек, озер, водохранилищ. Такая вода практически не содержит растворенного железа — оно окисляется на воздухе и выпадает в осадок в виде гидроокиси. К тому же вода, как правило, проходит очистку на муниципальных станциях водоподготовки, где ее фильтруют и обеззараживают. Поэтому железо может появиться в такой воде только из-за коррозии стальных труб водопровода, которая происходит в присутствии воздуха. Обычно это бывает после перебоев с водой или ремонта трубопроводов — сначала вода идет из «чихающего» крана ржавая, затем становится прозрачной.
Немного особняком стоит Санкт-Петербург и другие города с очень мягкой водой. Такая вода не дает известковых отложений на бойлерах и накипи в чайниках, но обладает повышенной коррозионной агрессивностью (опять углекислота!).
Поэтому вода может идти постоянно желтоватого цвета, особенно если трубопровод насчитывает не один десяток лет.
В обоих случаях железа в воде мало, и все оно находится в нерастворимой окисленной форме, поэтому предпочтение следует отдать патронным фильтрам со сменными механическими картриджами сплошностью фильтрации 20 — 30 микрон. Это защитит кафель, фаянс и стиральную машину.
Роль железа в организме человека
... процессах. Чрезвычайно важная роль железа в организме человека определяется тем, что железо входит в состав крови и более чем сотни ферментов. Железо содержится в структуре ряда белков, и, ... углекислоты. Присутствуя в другом белке – миоглобине, – железо служит для создания кислородного запаса в организме. Благодаря наличию этих запасов можно, к примеру, нырнуть в воду и в течение какого ...
Поселковый водопровод в отличие от городского качает воду из артезианской скважины, в которой, как правило, есть растворенное железо. Когда для водоснабжения используется водонапорная башня, то растворенное железо при контакте с кислородом воздуха начинает окисляться уже в ней и частично выпадает в виде осадка в башне и трубопроводах. Если водоразбор осуществляется быстрее, чем железо успевает окислиться, а хлопья осадка — сформироваться, то к потребителю вода приходит прозрачная или слегка желтоватая. Содержание железа в такой воде на порядок выше, чем в городской, и присутствует постоянно. Обычные механические картриджи задерживают только выпавшее железо, пропуская растворенное, и хватает их ненадолго.
Итак, для того чтобы перевести железо в нерастворимую форму, его надо сначала окислить. А затем отфильтровать осадок на зернистой загрузке, которая обладает большей грязеемкостью по сравнению с картриджем.
Способов окисления железа множество. Это и уже упомянутый просто контакт воды с воздухом, осуществляемый в водонапорной башне, и свободный излив с высоты, и душирование, и фонтанирование (так называемые брызгальные установки), и барботаж — продувание воздухом, и эжекция через сопла Вентури, и подача воздуха в линию компрессором. У всех приведенных выше способов окисление происходит кислородом воздуха, бесплатным природным окислителем. Он обладает только одним недостатком — для окисления железа требуется длительное время, как правило, 15-30 минут. То есть требуется контактная емкость, а иногда и повысительный насос. Сократить время окисления железа помогают катализаторы. При нанесении на зернистые среды получается фильтрующая засыпка для удаления железа, но подробнее об этом см. в «Обезжелезивание»).
При контакте с жидким окислителем или с зернистой загрузкой, обладающей окисляющей способностью, время сокращается на 3-4 порядка, то есть в тысячу раз.
Когда вода подается напрямую из скважины и нет контакта с воздухом, растворенное железо окисляется непосредственно у потребителя — в ванной, в бассейне, в сливном бачке.
Ввиду этих особенностей в области коттеджных систем водоподготовки широкое распространение получили уже упомянутые зернистые среды, обладающие окислительной способностью. Интересна история их создания: первоначально в качестве фильтрующей среды для осадочных фильтров применяли дробленый кварц (кварцевый песок), дешевый инертный материал. Стали применять его и для фильтрации выпавшего осадка гидроокиси железа.
Со временем было замечено, что порыжевший, покрывшийся пленкой гидроокиси железа в процессе работы песок удаляет растворенное железо быстрее и качественнее, чем исходный, чистый. Предположив, что это связано с каталитическими свойствами пленки гидроокиси железа, начали производство фильтрующих сред специально для обезжелезивания и поиск новых катализаторов. Скорость катализа у оксида марганца оказалась выше, он обладает не только каталитическими, но и окислительными свойствами, но дробленый природный минерал — пиролюзит — оказался еще тяжелее кварцевого песка, то есть требовал еще больше воды для промывки.
Вода как реагент и как среда для химического процесса (аномальные свойства воды)
... и тех же атомов водорода и кислорода вода не является постоянной формой нахождения. Растения в процессе фотосинтеза разлагают воду . выделяя кислород в атмосферу. Разложение воды происходит в условиях биосферы и при процессах химического ... плотнее. Да, для любой из необозримо разных жидкостей, но не воды. Вода здесь представляет исключение. При охлаждении вода сначала ведет себя как и другие ...
Стали покрывать пленкой оксида марганца более легкие материалы — сульфоугли, полимерную загрузку и т. д. В конце концов остановили свой выбор на алюмосиликатах, природных и искусственных цеолитах. В зависимости от содержания оксида марганца меняется плотность фильтрующей среды, скорость катализа, емкость засыпки по железу и так называемая буферная емкость — то количество железа, которое катализатор среды может окислить сам, без помощи растворенного в воде кислорода.
Преимущественно это импортные материалы, имеющие, как правило, фирменное название: Birm, МТМ, Pyrolox, Manganese Greensand. Два последних названия — один и тот же материал, покрытый оксидом марганца глауконит. Благодаря относительно высокому содержанию оксида марганца, каталитическое окисление железа кислородом воздуха на нем происходит быстрее по сравнению с другими фильтрующими средами, и он обладает уже упомянутыми окислительными свойствами: растворенное в воде железо окисляется с двухвалентного до трехвалентного состояния, а марганец фильтрующей среды при этом восстанавливается с четырехвалентного до трехвалентного состояния. По окончании фильтрации засыпка регенерируется раствором перманганата калия, трехвалентный оксид марганца вновь окисляется до четырехвалентного.
Коттеджный автоматический обезжелезиватель с окислительной фильтрующей средой устроен следующим образом: баллон, являющийся корпусом фильтра, заполнен фильтрующей средой. В верхней части баллона закреплен автомат, меняющий направление потоков воды во время фильтрации и циклов регенерации и соблюдающий оптимальную продолжительность каждого цикла. Автомат управляется таймером или расходомером. От автомата внутри баллона через всю фильтрующую среду проходит так называемая водоподъемная труба. Фильтр соединен с реагентным баком гибкой трубкой.
фильтрации
Обезжелезиватели с реагентной промывкой требуют периодического пополнения реагентного бака марганцовкой и регулярной прочистки эжектора реагентной линии — места выпадения окисляющегося марганцовкой растворенного железа.
обратной промывке
К плюсам подобного оборудования следует отнести безреагентную работу. Минусы — фильтрующая среда работает в более жестких условиях. Так как скорость работы каталитической среды меньше, ее требуется в два раза больше для достижения той же производительности. При поступлении воды непосредственно из скважины требуется оборудование для ее аэрации, контактная емкость при наличии сероводорода или содержании железа выше определенного уровня и система автоматики для управления аэрирующим оборудованием. Опасность завоздушивания баллона при работе в напорной линии и как следствие — вероятность гидравлических ударов.
Фильтры-обезжелезиватели вне зависимости от наполнителя достаточно неприхотливы в работе и требуют только еженедельной промывки во избежание слеживания фильтрующей среды, проходящей в автоматическом режиме.
3.2 Магнитная обработка воды в промышленности
В последние десятилетия, как в России, так и за рубежом для борьбы с образованием накипи и инкрустаций применяют магнитную обработку воды. Ее широко используют в конденсаторах паровых турбин, в парогенераторах низкого давления и малой производительности, в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения, в различных теплообменных аппаратах. В сравнении с
Электрический ток и магнитное поле
... магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, ...
Первый патент на аппарат магнитной обработки воды был выдан бельгийскому инженеру Т. Вермейрену в 1946 г. Еще в 1936 г. он обнаружил, что при нагреве воды, пересекшей силовые линии магнитного поля, на поверхности теплообмена накипь не образуется [4].
Механизм воздействия магнитного поля на воду и содержащиеся в ней примеси окончательно не выяснен, но имеется ряд гипотез. Специалистами МЭИ и МГСУ выполнен большой объем работ по изучению влияния магнитного поля на процессы образования накипи, разработаны аппараты для магнитной обработки воды, сформулированы технические требования и условия их использования для практических целей.
Современные воззрения объясняют механизм воздействия магнитного поля на воду и ее примеси поляризационными явлениями и деформацией ионов солей. Гидратация ионов при обработке уменьшается, ионы сближаются и образуют кристаллическую форму соли. В основу одной из теорий положено влияние магнитного поля на коллоидные примеси воды, по другой — изменяется структура воды. При наложении магнитного поля в массе воды формируются центры кристаллизации, вследствие чего выделение нерастворимых солей жесткости происходит не на теплопередающей поверхности (нагрева или охлаждения), а в объеме воды. Таким образом, вместо твердой накипи в воде появляется мигрирующий тонкодисперсный
Очень интересное объяснение механизма магнитной обработки воды предлагает В.А. Присяжнюк в своей работе [4].
Известно, что карбонат кальция может
В настоящее время в России выпускают два типа аппаратов для магнитной обработки воды — с постоянными магнитами и электромагнитами. Время пребывания воды в аппарате определяется ее скоростью в пределах 1-3 м/с.
Условия использования аппаратов для магнитной обработки воды приведены в справочнике [2]:
- подогрев воды должен осуществляться до температуры не выше 95 °С;
- карбонатная жесткость должна быть не выше 9 мг-экв/л;
- содержание растворенного кислорода должно быть не более 3 мг/л, а сумма хлоридов и сульфатов — не более 50 мг/л;
- содержание двухвалентного железа в артезианской воде допускается не больше 0,3 мг/л.
Для определения противонакипного эффекта Э, % используется следующее выражение:
Э = (m н — mм ) * 100/ mн , (1)
Технология обработки конических и фасонных поверхностей на токарных станках
... специальности. 1. Технология обработки конических поверхностей на токарных станках 1. Настройка станка при растачивании и развертывании конических отверстий. Контроль качества. 2. Обработка конических отверстий. Приемы установки резцов. 3. Обработка наружных конических поверхностей поперечным сдвигом ...
где — mн и mм — масса накипи, образовавшейся на поверхности нагрева при кипячении в одинаковых условиях одного и того же количества воды с одинаковым исходным химическим составом, соответственно необработанной и обработанной магнитным полем, г.
Несмотря на все достоинства аппаратов для магнитной обработки воды, на практике эффект обработки зачастую проявлялся только в первый период эксплуатации, затем результат пропадал. Появился даже термин — эффект «привыкания» воды. Свои свойства омагниченная вода сохраняет меньше суток. Это явление потери магнитных свойств называется релаксацией. Поэтому в тепловых сетях кроме омагничивания подпиточной воды необходимо обрабатывать воду, циркулирующую в системе путем создания так называемого
3.3 Электромагнитное воздействие
с переменной частотой
В конце прошлого тысячелетия появились
