Жесткость воды и методы ее устранения

Одним из наиболее важных показателей качества воды является жесткость, численное значение которой зависит от концентрации в воде ионов кальция и магния. Именно жесткость в значительной степени обуславливает возникновение шлама в воде и отложений (накипи) на внутренних поверхностях труб и проточной части турбин.

Различают следующие формы жесткости общую Жо, кальциевую Ж_Са, магниевую Ж_Mg, карбонатную Жк и некарбонатную Жнк.

Общая жесткость воды Жо мг-экв/л может быть определена как сумма кальциевой и магниевой:

Жо = Ж_Са + Ж_Mg, (2.1.)

или карбонатной и некарбонатной:

Жо = Жк + Жнк. (2.2.)

Установлена следующая классификация жесткости:

Жо < 1,5 мг-экв/л – малая жесткость;

Жо = 1,5 ÷ 3,0 мг-экв/л – средняя;

Жо = 3,0 ÷ 6,0 мг-экв/л – повышенная;

Жо = 6.0 ÷ 12,0 мг-экв/л – высокая;

Жо > 12,0 мг-экв/л очень высокая.

Определяют общую жесткость титрованием анализируемой пробы воды при определенном значении рН трилоном Б (комплексоном III) в присутствии индикатора. При наличии в пробе ионов кальция и магния индикатор окрашивает воду в розовый цвет; при исчезновении из воды ионов кальция и магния, связывание их в комплекс трилоном Б (комплексоном III) анализируемая проба изменяет свою окраску на зеленовато-голубую, что свидетельствует о завершении реакции. В качестве индикатора используют кислотный хромтемносиний, или кислотный хром-синий К, или эриохромчерный Т.

Так как каждый миллилитр 0,1 н раствора трилона Б (комплексона III) соответствует 0,1 мг-экв/кальция или магния (жесткости), то общая жесткость анализируемой пробы воды может быть вычислена по формуле, мг-экв/л

Жо = К · н · А₁ · 1000, (2.3.)

V

где – А₁ объем раствора трилона Б (комплексона III), пошедшего на титрование, мл;

К – коэффициент децинормальности раствора трилона Б;

н – нормальность раствора трилона Б, мг-экв/л;

V – объем анализируемой пробы воды, мл.

Жесткость воды обусловленная присутствием в ней только ионов кальция, называется кальциевой жесткостью Ж_Са, мг-экв/л. Ионы кальция Са²⁺ в маломинерализованных водах по количеству занимают первое место. Определение Ж_Са производится по тому же методу, что и определениеЖо. Разница заключается в том, что проба воды должна быть сильнощелочная, поэтому к ней добавляют раствор КОН, в присутствии которого ионы Мg²⁺ практически полностью выпадают из раствора в осадок, а в качестве индикатора используют мурексид, окрашивающий щелочной раствор в присутствии ионов Са²⁺ в красный цвет, а при отсутствии ионов кальция в лиловый.

Численное значение Ж_Са определяется по формуле (1.3.).

Магниевая жесткость Ж_Mg, мг-экв/л обуславливается наличием в пробе воды только ионов магния Мg²⁺. Эта жесткость характерна только для высокоминерализованных вод, где концентрация ионов Мg²⁺ может достигать нескольких граммов на литр.

Численное значение Ж_Mg определяется из выражения (1.1.) при известных Жо и Ж_Са.

Карбонатная жесткость Жк, мг-экв/л, обуславливается наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния.

Численное значение Жк принимаются равными значениями общей щелочности.

Не карбонатная жесткость Жнк, мг-экв/л, обуславливается наличием в воде воде хлоридов, сульфатов и других некарбонатных солей кальция и магния (СаСl₂, МgСl₂, СаSО₄, СаSiО₃ и др.).

Численное значение Жнк определяется из выражения (1.2.) при найденных Жо и Жк = Що.

Пример 1 Вычислить жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202,5 г гидрокарбоната кальция.

Решение. В 1 л воды содержится 202,5: 500 = 0,405 г гидрокарбоната кальция, что составляет 0,405681 = 0,005 г-экв, или 5 мг-экв (81 – эквивалент гидрокарбоната кальция). Следовательно, жесткость воды 5 мг-экв.

Пример 2 Сколько граммов сульфата кальция содержится в 1 м³ воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мг-экг?

Решение. Грамм-молекула сульфата кальция 136,14 г; грамм-эквивалент равен половине грамм-молекулы, т. е. 68,07 г, а миллиграмм-эквивалент 68,07 мг. В 1 м³ воды с жесткостью 4 мг-экв содержится 4×1000 = 4000 мг-экв, или 4000×68,07 = 272280 мг = 272,290 г сульфата кальция.

Пример 3 Сколько граммов соды надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 мг-экв?

Решение. В 500 л воды содержится 500×5 = 2500 мг-экв, или 2,5 г-экв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2,5×53 = 132,5 г соды (53 г – г-экв карбоната натрия).

Пример 4 Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см³ этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция. Обозначив число грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т. е. нормальность, через х, составляем пропорцию:

6,25: 100 = х: 0,08, х = 0,005 г-экв.

Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005×1000 = 5 мг-экв гидрокарбоната кальция или 5 мг-экв Са²⁺-ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мг-экв.

Задача 2.1 Сколько граммов фосфата натрия надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 мг-экв?

Задача 2.2 Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Задача 2.3 Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с карбонатом кальция, содержащимся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ 0,08 н. раствора соляной кислоты.

Задача 2.4 В 1 л воды содержится 36,47 мг-ион магния и 50,1 мг-ион кальция. Чему равна жесткость этой воды?

Задача 2.5 Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 мг-экв?

Задача 2.6 Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мг-экв. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300 л этой воды?

Задача 2.7 Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.

Задача 2.8 В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?

Задача 2.9 Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбоната кальция, равна 4 мг-экв. Сколько 0,1 н. раствора соляной кислоты потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см³ этой воды?

Задача 2.10 В 1м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.

Задача 2.11 Вода, содержащая только гидрокарбоната магния, имеет жесткость 3,5 мг-экв. Сколько граммов гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?

Задача 2.12 К 1 м³ жесткой воды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько миллиграмм-эквивалентов понизилась жесткость?

Задача 2.13 Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?

Задача 2.14 Сколько граммов сульфата кальция содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мг-экв?

Задача 2.15 Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 мг-экв. Сколько граммов гидрокарбоната кальция содержится в 500 л этой воды?

Задача 2.16 Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Задача 2.17 Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Задача 2.18 Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мг-экв?

Задача 2.19 К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько миллиграмм-эквивалентов понизилась карбонатная жесткость?

Задача 2.20 Чему равна карбонатная жесткость воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция?

Задача 2.21 Сколько граммов гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мг-экв?

Поиск по сайту: