Изучение процесса умягчения природных вод методом ионного обмена

 
 
 

    Федеральное агентство по образованию

    Государственное образовательное учреждение

    высшего профессионального образования

    Кузбасский государственный технический университет 
 

    Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД

    МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Жесткость воды: 
 

    Природная вода, содержащая большое количество растворенных солей кальция и магния, называется жесткой. Различают общую, временную, постоянную, карбонатную и некарбонатную жесткости.

    Общей жесткостью называется суммарная концентрация ионов Са²⁺, Mg²⁺и Fe²⁺в воде, выраженная в ммоль/л. 

    Постоянной жесткостью называется часть общей жесткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определенного времени. 

    Временной жесткостью называется часть общей жесткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определенного времени 

    Карбонатной жесткостью называется часть общей жесткости, эквивалентная концентрации карбонатов и гидрокарбонатов. 

    Некарбонатная жесткость - часть общей жесткости, равная разности между общей и карбонатной жесткостями. 

    Использование жестких вод для удовлетворения хозяйственно-бытовых и промышленных нужд приводит к весьма нежелательным

последствиям. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Умягчение воды: 
 

    Процесс, приводящий к снижению жесткости воды, называется ее умягчением. Умягчение сводится к уменьшению концентрации кальциевых и магниевых солей в воде. 

    Умягчение воды методом ионного обмена: 
 

    Гетерогенный ионный обмен, или ионообменная сорбция, - процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Ионитами называются твердые, нерастворимые в воде вещества, способные к сорбционному обмену ионов с раствором электролита. По составу основного скелета, который связывает воедино ионогенные группы сорбенты, ионообменные сорбенты делятся на минеральные и органические. К первым относят многочисленные алюмосиликаты, силикаты, цеолиты и тому подобные материалы. Ко вторым относят продукты химической переработки угля, либо полученные синтетическим путем высокомолекулярные органические соединения, содержащие ионогенные группы.

    Применяемые при очистке воды иониты подразделяются на природные и искусственные, или синтетические. Практическое значение имеют неорганические природные и искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов; применяются также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина. Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам - ионообменным смолам.

    По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты и аниониты, проявляющие соответственно кислотные и основные свойства. 
 
 
 
 
 
 
 

    Цель работы: ознакомление с процессом смягчения природных вод методом ионного обмена и метода столбического контроля над этим процессом. 

    Определение общей жёсткости

    Раздельное определение кальция и магния 

    Реагенты:

Аммиачно-аммонийный буферный раствор

Сульфат магния

Эриохром черный Т

Этилендиаминтетраацетат натрия

NaOH (раствор)

Мурексид 

    Ход работы:

    Анализ исходной воды: Отбираются пробы исходной воды и подвергаются анализу на общую жёсткость,  а также на содержание ионов кальция и магния. Определение жесткости и кальция проводится методом комплексонометрии. Магний определяют по разности между жесткостью воды и содержанием в ней кальция.

    Определение общей жёсткости: В две колбы для титрования отбирают пипеткой по 25мм анализируемой воды, прибавляют цилиндром по 5мм аммиачного буферного раствора, вносят на кончике шпателя индикатор эриохром чёрный Т и хорошо размешивают. Растворы оттитровывают комплексоном III до чёткого перехода вишнёво красной окраски в синюю.

    Раздельное определение кальция и магния: В две колбы для титрования отбирают пипеткой по 25 мл анализируемой воды, добавляют цилиндром по 5 мл раствора NaOH, вносят на кончике шпателя мурексид и хорошо размешивают. Растворы медленно  оттитровывают  комплексоном  III  до  смены  окраски  из  синефиолетовой в лиловую. Переход окраски не резкий, поэтому титровать нужно очень внимательно. 

      
 

    Расчеты: 

X_{(исх.общ.)} = 5.15

Х_{(исх. Са}⁺²₎ = 2.9

Х_{(очищ.общ.)} = 0.5

X_{(очищ.Са}⁺²₎ = 0

II.

X_Mg(исх.) = 5.15 - 2.9 = 2.25

X_{Mg(очищ.)} = 0.5

Э₁ = 90.2%

Э_Са⁺² = 100%

Э_Mg = 77.7% 
 
 
 
 
 

 

    Вывод: эффективность очистки воды смолой составляет в среднем 90.2%. Степень очистки высокая, на предприятии эффективно применять данный способ очистки воды.