Осадок при замораживании воды

Здравствуйте! При замораживании и оттаивании водопроводной воды образуется осадок. В трехступенчатом способе (выбросить лед тяжелой воды, вылить незамерзшую воду из серединки) осадка меньше и он скапливается на дне в виде белых зернышек. При полной заморозке и оттаивании, осадка больше. На дне в виде белых и коричневых зерен, и на поверхности воды в виде белых пленочных образований. Каков химический состав этого осадка и можно ли от него очистить талую воду?

С уважением, Смирнов Андрей Викторович.


Здравствуйте, Андрей Викторович,

Бело-коричневый осадок в воде обусловлен солями жёсткости. Под солями жёсткости подразумеваются растворенные в воде соли щелочноземельных металлов – главным образом, кальция и магния. Чем больше их содержится в воде, тем она жестче. Водопроводная вода содержит также разнообразные примеси.

Количественный и качественный состав этих, так называемых, солей жёсткости разнообразен.

Вода с большим содержанием таких солей называется соответственно жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Различают временную жёсткость (карбонатную), образованную гидрокарбонатами и постоянную жёсткость (некарбонатную), вызванную присутствием других солей.

Временная жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния (Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2).

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов Са и Mg (CaSO4,CaCl2,MgSO4,MgCl2).

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жёсткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-экв/л).

Повышенная жесткость воды способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большому перерасходу топлива и перегреву металлических поверхностей.

Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 мг-экв/л, в мае — 0,5 мг-экв/л). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 80-100 мг-экв/л) и меньше изменяется в течение года. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

О качестве воды, подаваемой по трубопроводу в ваш дом, можно узнать, обратившись на водопроводную насосную станцию.

Существуют множество способов умягчения воды.

Термический способ – самый простой и удобен в быту. Он устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Для этого достаточно нагреть воду, используемую для приготовления талой воды до кипения и прокипятить её в течение 10-15 минут и затем дать ей отстояться в течение нескольких часов. В этом случае некоторое количество извести осядет на дно, а сама вода станет мягче. Кроме того, за это время из нее улетучится хлор, что также улучшит качество воды. Также можно прокипятить воду и быстро остудить её остудить её. При этом содержащаяся в ней известь осядет на стенках посуды в виде известкового налета. Определенное умягчение воды происходит и в бытовых фильтрах для питьевой воды.

Обратный осмос Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану.

Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду соды или гашёной извести. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4: 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4.

Ионный обмен. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки — (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л.

Обработка воды магнитным полем – новый перспективный метод для борьбы с солями жёсткости. Есть несколько особенностей воздействия на ионы солей, растворенных в воде, магнитного поля. Магнитное поле поляризует и деформирует ионы и уменьшает их гидрацию. В конечном счете, образовываются центры кристаллизации. Магнитное поле воздействует на коллоидные примеси воды и структуру воды. Влияние магнитного поля может вызвать агрегацию молекул воды и ориентацию в молекулах воды ядерных спинов водорода.

При магнитной обработке, при условиях присутствия в воде диссоциирующих солей, происходит смещение равновесия электромагнитными силами полей между компонентами воды. В объеме жидкости увеличивается количество центров кристаллизации, после обработки магнитным полем в потоке жидкости меняется скорость коагуляции.

Воздействие магнитного поля напрямую активируют процессы адсорбции и действуют на ионы примесей. Это новое перспективное направление в сфере водоподготовки.

С уважением,

К.х.н. О. В. Мосин