Жесткость воды - один из наиболее важных показателей, который характеризует ее качество. Жесткая вода сушит кожу, обладает горьковатым привкусом и в целом неблагоприятно влияет на организм человека. При использовании жесткой воды помимо негативных физиологических последствий, происходит осаждение солей кальция (Ca) и магния (Mg) на поверхности сантехники, образуется накипь на нагревательных элементах бытовых приборов (котлы, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины, электрические чайники и т.д.), возникают отложения в водопроводных трубах, вплоть до их полной закупорки.
Снижение жесткости воды (умягчение воды) актуально не только для частных пользователей, но и в промышленной сфере (в том числе пищевом, ликероводочном, безалкогольном производстве), в теплоэнергетике (для приготовления питающей воды паровых котлов, контуров охлаждения), в сфере услуг (автомойки, гостиницы, общественное питание) и т.д.
Наиболее распространенным, простым и в то же время эффективным методом снижения жесткости воды является метод натрий-катионирования реализуемый при помощи специальных фильтров - умягчителей воды. Фильтрующей средой в умягчителях воды выступает сильнокислотная катионообменная смола (катионит). Метод натрий-катионирования основан на способности катионита имеющего в своем составе ионы натрия (Na) обменивать их на ионы кальция и магния содержащиеся в очищаемой воде.
Реакций обмена протекающие при пропускании воды через фильтр - умягчитель в режиме фильтрации (R - анионитная часть катионита):
2NaR + Ca (HCO3)2 ↔ CaR2 + 2NaHCO3
2NaR + Mg (HCO3)2 ↔ MgR2 + 2NaHCO3
2NaR + CaCl2 ↔ CaR2 + 2NaCl
2NaR + MgSO4 ↔ MgR2 + Na2SO4
2NaR + CaSiO3 ↔ CaR2 + Na2SiO3
Результатом такого обмена являются вещества, которые не осаждаются в виде накипи на теплонапряженных поверхностях (нагревательные элементы бытовых приборов, трубные экраны котлов, теплообменники, поверхности жаротрубных котлов) и мембранных элементах установок обратного осмоса.
По мере пропускания воды через слой катионита количество задержанных им ионов кальция и магния возрастает, а количество ионов натрия способных к обмену в его составе уменьшается, то есть катионит «истощается». Для восстановления ионообменных свойств катионита в автоматическом режиме с заданной периодичностью проводятся его промывки раствором хлорида натрия (NaCl). Данная процедура называется регенерацией фильтрующей загрузки фильтра - умягчителя.
Реакций обмена протекающие при пропускании воды через фильтр - умягчитель в режиме фильтрации (R - анионитная часть катионита):
CaR2 + 2Na+ ↔ 2 NaR + Ca2+
MgR2 + 2Na+ ↔ 2 NaR + Mg2+
Умягчители воды могут использоваться как самостоятельное оборудование, так и в комплексной многоступенчатой системе очистки воды совместно с обезжелезивателями, осадочными , сорбционными фильтрами как в частном доме, так и в промышленной сфере. Умягчители воды применяются как ступень предварительной очистки в системах водоподготовки с использованием систем обратного осмоса. Данная мера позволяет минимизировать отложение солей жесткости на мембранных элементах, и как следствие, значительно продлить срок их службы. Для получения глубокоумягченной воды (например, получение питающей воды для паровых котлов) используют многоступенчатые умягчители воды (две и более последовательно соединенных ступеней). На объектах, где требуется непрерывная подача умягченной воды, применяются умягчители воды непрерывного действия (Twin, Duplex, Triplex).
