Статьи

Что такое жесткая вода?

Зачем нужно умягчать воду?

Методы борьбы с жесткой водой.

Ионообменная смола. Что это такое?

Бытовые умягчители воды, принцип работы умягчителя.

Эксплуатация и обслуживание умягчителя воды.

Что такое жесткая вода?

Простыми словами, жесткость воды — это повышенное содержание ионов Са2+ и Mg2+.  Разберем, чем опасно данное явление в воде. При высокой карбонатной жесткости, мы можем столкнуться с такими явлениями как накипь в чайнике. отложения солей на внутренних поверхностях стенок труб, высокая жесткость воды в целом ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горький вкус и оказывая отрицательное воздействие на органы желудочно-кишечного тракта.

Зачем нужно умягчать воду?

Помимо проблем с чайником, существует еще много действительно важных проблем при использовании жесткой воды в домашнем хозяйстве. Частые поломки нагревательных приборов (котлы, водонагреватели и т.п.), значительные энергозатраты, вызванные зарастанием солями жесткости тэнов и стенок теплообменников — пожалуй самые распространенные проблемы в быту, с которыми приходится сталкиваться в регионах с жесткой водой.

Методы борьбы с жесткой водой.

• ионный обмен — самый популярный способ для умягчения воды. Раствор прогоняется через толщу фильтрующего материала, состоящего из тех самых ионообменных смол, которые замещают в нем ионы кальция и магния на безвредные ионы натрия. Простой и недорогой способ очистки жесткой воды для хозяйственно-бытовых и питьевых нужд.
• мембранный способ очистки — современный, технологичный но довольно дорогой способ умягчения воды.  Такая технология умягчения воды предполагает использование мембраны из ароматического полиамида или ацетилцеллюлозы. Данная мембрана обеспечивает практически 100-процентную деминерализацию и, конечно, снижает жесткость. Однако при высоких уровнях жесткости воды, рабочий  ресурс мембраны из данных материалов может быть снижен.
• химический способ (с помощью реагентов) — при данном способе в раствор добавляются различные коагулянты, позволяющие связать соли кальция и магния в нерастворимые соединения, после чего те, выпадая в осадок, задерживаются в толще фильтрующих материалов.
• электрохимический способ умягчения — метод похож на химический способ, при нем тоже образуются нерастворимые соединения, процесс происходит под воздействием электролиза или поляризации.
• безреагентный магнитный способ — основан на трансформации солей жесткости при помощи воздействия магнитных полей, в измененное состояние, при котором они кристаллизируются в полиморфное состояние (арагонит CaCO3). В таком состоянии соли жесткости не способны откладываться на поверхностях труб и теплообменников, и выводится водой.
• физический способ умягчения — здесь с помощью физического воздействия на воду, такого как термический, дистилляцией или вымораживанием, добиваются отсеивания солей жесткости. Например при воздействии нагреванием до 120 градусов, в воде образуется выпадение осадка солей жесткости.

Ионообменная смола. Что это такое?

Итак, ионный обмен — лидер в очистке жесткой воды, поэтому подробнее остановимся на этом процессе. Ионный обмен чаще всего используется в очистке воды для хозяйственно-бытовых нужд частных домохозяйств.

Ионообменные смолы — это высокомолекулярные синтетические соединения, содержащие функциональные группы основной или кислотной природы, способные к реакциям ионного обмена. Производятся на основе синтетических органических ионитов с трехмерной макропористой гелевой структурой. В классическом понимании, этот материал никакой смолой, по сути, не является.  Гранулы смолы — шарики правильной формы размером от 0,3 до 1,4 мм диаметром.

Условно, смолы можно разделить на 2 подтипа:

• монодисперсные — где все гранулы имеют одинаковый размер, что позволяет обрабатывать воду с малым сопротивлением и высоким качеством.
• полидисперсные — с различным размером гранул, например, ионообменные смеси смол, для удаления различного рода загрязнений, в составе присутствуют частицы разного размера.

Основные сферы применения ионообменных смол:

• для умягчения и обессоливания воды в быту, теплоэнергетике и прочих сферах;
• для выделения и разделения цветных и редких металлов в металлургии;
• при очистке сточных вод;
• для очистки и разделения различных веществ в химической промышленности;
• для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки.

Применительно к очистке воды , принцип ионного обмена состоит в том, что иониты в колонне фильтра вступают в реакцию с элементами воды и производят замещение солей жесткости (кальций, магний) на соли натрия, при этом меняется ионная структура жидкости и вода становится более «мягкой» и пригодной к употреблению.

Бытовые умягчители воды, принцип работы умягчителя.

Умягчителя также можно разделить на 2 подтипа: фильтр колонного типа с отдельным солевым баком и кабинетный фильтр. Кабинетный фильтр — умягчитель отличается своей компактностью и простотой в  эксплуатации, все узлы этого фильтра будут расположены в одном едином корпусе.

Рассмотрим устройство самого простого колонного умягчителя воды на основе ионообменных смол. Итак, система водоумягчения будет состоять из:

• Фильтробака с загрузкой;
• Системы распределения воды в верхней и нижней части ёмкости;
• Управляющего клапана с контроллером, который переключает режимы работы фильтра для его автоматизации;
• Дренажная линия для слива в канализацию;
• Солевой бак для регенерирующего раствора NaCl

Умягчитель работает следующим образом: вода из источника водоснабжения поступает на вход дискового фильтра (любого другого фильтра механической очистки воды) для удаления крупных примесей, содержащихся в источнике. Далее вода проходит через систему управляющих клапанов фильтра на распределительный узел, через который и подается на фильтрующую загрузку. Проходя через загрузку, неумягченная вода начинает обмениваться ионами с ионообменной смолой, меняя ионы кальция и магния на ионы натрия, при этом становится «мягкой».  После процесса умягчения, вода снова попадает на фильтр механической очистки воды чтобы избежать попадания частиц загрузки в отфильтрованную воду.

Вода, которая проходит через толщу загрузки должна иметь определенную скорость протекания. Разнообразные ионообменные смолы имеют разную максимально допустимую скорость фильтрации, загрязненность воды также влияет на процесс очистки воды. Чем медленнее вода проходит через загрузку, тем лучше происходит её очистка, ведь тем дольше контакт ионообменного материала с водой, соответственно, более полно проходит реакция обмена, на выходе вода будет чище.

Обычно, после прохождения определенного количества воды через умягчитель, требуется восстановление свойств загрузки. Так, управляющий клапан умягчителя имеет встроенный счетчик воды (расходомер), который отсчитав некоторый объем прошедшей через него воды, запускает процесс регенерации.

Процесс регенерации — это восстановление свойств ионообменной смолы в колоне с помощью промывки ее раствором соли NaCl . Раствор готовится в отдельном баке, который так и называется — солевой бак. Необходимо периодически проверять наличие таблетированной соли в солевом баке фильтра.

В фильтрах кабинетного типа все происходит таким же образом, отличие лишь во внутренней компоновке установки умягчения.

Режимы работы фильтра — умягчителя:

• SERVICE. Режим сервис — режим очистки воды. Вода поступает сверху-вниз через слой ионообменной смолы на нижний дистрибьютор, далее на водоподъемную трубку , к потребителю воды
• BACKWASH. Режим обратной промывки. Режим является подготовкой к режиму регенерации. Вода со входа поступает через водоподъемную трубку и подается снизу — вверх, взрыхляя ионообменную засыпку и удаляя загрязнения через дренаж.
• BRINE/SLOW RINSE. Процесс регенерации. Вода с солевого бака разбавляется исходной водой, в заданной автоматикой пропорции. Забор солевого раствора происходит с помощью принципа «трубки Вентури». Раствором промывается толща загрузки умягчителя, восстанавливая её свойства к ионному обмену. Далее раствор выходит через дренаж, сбрасывая накопленные загрязнения. Затем происходит медленная промывка исходной водой, выдавливающая солевой раствор из верхней части колонны в нижнюю.
• FAST RINSE.  Прямая промывка для сброса остаточных загрязнений при обратной промывке.  Также происходит «уплотнение» загрузки.
• REFILL. Заполнение солевого бака водой для восполнения концентрации солевого раствора.

Эксплуатация и обслуживание умягчителя воды.

Ресурс ионообменной смолы — так называемая ёмкость смолы, не бесконечная величина, под ней понимается количество ионов, которое может быть поглощено определенным объемом смолы.

Когда заканчивается натрий в засыпке — прекращается и умягчение, вода проходит через толщу смолы не меняя своих свойств.

Чтобы очистка воды от солей не прерывалась, рассчитывают фильтроцикл смолы, исходя из общей ионообменной емкости загрузки умягчителя, деленной на сумму количества загрязнений воды по формуле:
V = (1,2 * VFS) / (G + 2 * СMn + 1,37 * СFe)

Итак, чтобы фильтр-умягчитель работал корректно, нужно правильно выставить значение емкости смолы.  Для катионитных засыпок обычно принимают величину в 2 г экв/литр, а для популярных микс смол 1,2-0,7 гр экв/литр, для правильного выбора значения необходимо учитывать данные, указанных в инструкциях к конкретным засыпкам.

Также для корректной работы умягчителя необходимо верно задать величину фильтроцикла.  Фильтроцикл — это то количество воды, которое должно пройти через толщу загрузки до регенерации.

Чтобы рассчитать фильтроцикл, нам понадобятся следующие данные:

• ёмкость смолы;
• жесткость исходной воды (значение берется из анализа источника);
• объем смолы в литрах, засыпанной в умягчитель.

Полученное значение нужно задать в настройках фильтра умягчителя.