Накипь и отложения солей на бытовой технике (например, в чайниках), белые хлопья в воде, пленка на чае и т.д. - все это показатели жесткой воды. Использование такой воды для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств. Например, увеличивается расход мыла при стирке, медленно развариваются мясо и овощи, уменьшается срок службы бытовой техники. В настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования камней в почках.

Жесткость питьевой воды по действующим стандартам должна быть не выше 7 мг-экв/л, и лишь в особых случаях допускается до 10 мг-экв/л. Для производственных целей использование жесткой воды недопустимо.

Общая жесткость воды - это совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней ионов кальция и магния. Если концентрация этих ионов велика, то воду называют жесткой, если мала - мягкой. При большом содержании ионов магния, вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие на кишечник. Различают карбонатную и не карбонатную жесткость. Карбонатная жесткость вызвана присутствием растворенных гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2.

При кипячении гидрокарбонаты разрушаются с образованием осадков малорастворимых карбонатов CaCO3, т.о. жесткость уменьшается, поэтому карбонатную жесткость называют временной. Т.о., при кипячении ионы Mg2+ и Ca2+ осаждаются в виде карбонатов. Например:

Ca 2+ + 2HCO3 - = CaCO3 + H2O + CO2

Жесткость, сохраняющаяся после кипячения воды, называется постоянной или не карбонатной. Она обусловлена растворенными в воде кальциевыми и магниевыми солями сильных кислот (сульфатами и хлоридами).

Жесткую воду перед употреблением умягчают.

• Первый способ - реагентный. Т.е., добавление гашеной извести и соды Na2CO3 (известковый способ), добавление полифосфатов.
  
• Второй способ - применение катионитов, т.е., синтетических ионообменных смол (фильтрование).

Ионообменные смолы

Это вещества, способные к ионному обмену при контакте с растворами электролитов. Ионообменная очистка позволяет извлекать и утилизировать широкий спектр загрязняющих веществ: тяжелые металлы, хром, нитраты и нитриты, ПАВ, цианистые соединения, радиоактивные вещества, а также умягчает и обезжелезивает воду. При этом достигается высокая степень очистки (до уровня ПДК). Кроме того иониты используются для обессоливания воды в процессе водоподготовки.

Неорганические и органические иониты могут быть природными (например: цеолиты, целлюлоза, торф, древесина) и синтетическими (силикагель, сульфазол и наиболее важные ионообменные смолы).

По знаку заряда обменивающихся ионов все иониты делятся на катиониты, проявляющие кислотные свойства и аниониты, обладающие основными свойствами.

В зависимости от степени диссоциации ионообменные смолы могут быть сильными и слабыми.

В зависимости от рода ионов, которые связаны с активными группами ионита, различают следующие его форму: для катионитов - водородную форму (H - форма) и солевую форму, когда активные группы связаны с ионами металлов (например, Na - форму, NH4 - форму), для анионитов OH - форму, Cl - форму и др.

Способность ионита к полному обмену характеризуется обменной емкостью, которая равна числу его активных групп, принимающих участие в обмене.

Для количественной характеристики ионообменных свойств ионитов обычно определяют их динамическую и иногда полную (общую) обменную емкость (статическую).

Основные требования к ионитам, используемым для очистки воды: высокая обменная емкость, высокая скорость ионного обмена, достаточная устойчивость по отношению к кислотам, щелочам, окислителям и восстановителям, нерастворимость в воде, органических растворителях и растворах электролитов и ограниченная набухаемость.

В Водоподготовке в бытовых условиях часто используются сильнокислотные катиониты отечественных и импортных производителей преимущественно для умягчения и обезжелезивания воды. Пример: Состав катионита можно выразить формулой Na2R, где Na+ - весьма подвижный катион. Если пропускать жесткую воду через слои катионита, то ионы натрия обмениваются на ионы кальция и магния:

Ca 2+ + Na2R = 2Na + + CaR

Mg 2+ + Na2R = 2Na + + MgR

Таким образом ионы Ca2+ и Mg2+ переходят из раствора в катионит, а ионы Na+ - из катионита в раствор, и жесткость устраняется. После обеднения катионита ионами Na+ катиониты обычно регенерируют. Их выдерживают в растворе NaCl, где происходит обратное замещение - ионы Na+ переходят в катионит, а ионы Ca2+ и Mg2+ - в раствор:

CaR + 2Na + = Na2R + Ca 2+

MgR + 2Na + = Na2R + Mg 2+

После этого регенерированный катионит может быть использован для смягчения новых порций жесткой воды. Аналогично и для анионитов. На степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя, природа, концентрация и раствор регенерирующего вещества, температура, время контакта и расход реагентов. Восстановление обменной емкости при регенерации обычно составляет 60 - 100 %.