problem z twarda wodaWoda z większości ujęć w Polsce charakteryzuje się wysoką zawartością rozpuszczonych w niej związków wapnia i magnezu, które to powodują tzw. " twardość wody". Węglany tych soli wytrącają i osadzają się w postaci kamienia. Jony wapnia i magnezu mogą występować w postaci węglanów Ca(HCO3) i Mg(HCO3) (twardość węglanowa) lub w postaci CaCl2, MgCl2, CaSO4 i MgSO4 (twardość niewęglanowa).

 Twarda woda jest niepożądana do picia i zasilania wodociągów komunalnych, nie nadaje się również na potrzeby gospodarki wodnej w energetyce (kotły parowe, wymienniki ciepła itp.).

Obecność jonów wapnia i magnezu w wodzie powoduje:

  • znaczne obniżenie sprawności cieplnej urządzeń
  • przedwczesne zużycie elementów grzewczych
  • nieestetyczny wygląd urządzeń sanitarnych (baterie, umywalki, wanny)
  • zwiększenie zużycia energii (już1 mm osadu może spowodować zwiększenie jej zużycia nawet o 10%)
  • niszczenie urządzeń gospodarstwa domowego.

Zmiękczanie wody, czyli usuwanie z niej węglanów wapnia i magnezu, może być dokonywane następującymi metodami:

- termiczną (dekarbonizacja - usuwanie twardości węglanowej), w której pod działaniem wysokiej temperatury następuje naruszenie równowagi i rozkład wodorowęglanów zgodnie z reakcjami:

Ca(HCO3)2 →CaCO3 ↓ + H2CO3 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2CO3 → MgCO3 ↓ + H2O + CO2

- chemiczną, którą przeprowadza się przez dodanie środków chemicznych:

wapna w postaci mleka lub wody wapiennej Ca(OH)2

wapna Ca(OH)2 i sody Na2 CO3

ługu sodowego NaOH i sody Na2 CO3

- wymiany jonowej na żywicach jonowymiennych. Jonity są to substancje stałe, nierozpuszczalne w wodzie, o dużej odporności na działanie związków chemicznych, posiadające zdolność wymiany swoich jonów na jony znajdujące się w roztworze. Jonity wymieniające kationy to kationity, wymieniające aniony to anionity.

Proces wymiany jonowej na kationitach (np. kationit sodowy) polega na przepuszczeniu uzdatnionej wody przez złoże, w którym następuje wymiana jonów wapnia i magnezu znajdujących się w wodzie na jony sodu. Wymiana jonów przebiega stechiometrycznie i ma charakter odwracalny. Jon, który został usunięty z żywicy, musi być wprowadzony z powrotem w procesie regeneracji.

Wymiana jonowa na kationach zachodzi wg schematu:

Kt Na2 + Ca(HCO3) → Kt Ca + 2NaHCO3 / Kt Na2 + Mg(HCO3) → Kt Mg + 2NaHCO3

Kt Na2 + CaSO4 → Kt Ca + Na2SO4 / Kt Na2 + MgSO4 → Kt Mg + Na2SO4

Kt Na2 + CaCl2 → Kt Ca + 2NaCl / Kt Na2 + MgCl2 → Kt Mg + 2NaCl

Gdy zdolność jonowymienna złoża zostanie wyczerpana, należy poddać je regeneracji za pomocą roztworu NaCl (solanki):

Kt Ca + 2NaCl → Kt Na2 + CaCl 2 / Kt Mg + 2NaCl → Kt Na2 + MgCl 2

ecowater 157x358Zmiękczacze usuwają na zasadzie wymiany jonowej kationy powodujące powstawanie kamienia. Rozpuszczone w wodzie jony wapnia i magnezu wychwytywane są w kolumnie zmiękczacza w czasie przepływu wody przez złoże. Woda poddawana procesowi zmiękczania powinna być wstępnie oczyszczona z zawartości zanieczyszczeń mechanicznych, żelaza i manganu, w przeciwnym razie na żywicy wymieniane będą oprócz jonów powodujących twardość również jony FE i Mn, przez co zdolność jonowymienna żywicy ulegnie znacznemu zmniejszeniu.

Najbardziej popularną metodą stosowaną w przemyśle jak i w urzadzeniach domowych jest wymiana jonowa na żywicach jonowymiennych. Wykorzystują tą metodę popularne zmiękczacze wody.

Przy bardzo twardych wodach nie zaleca się spożywać wody bezpośrednio po zmiękczaczu z powodu dużej zawartości sodu (Na) powstałego z przemiany jonowymiennej z wapnia lub magnezu. W takim przypadku konieczne jest zastosowanie filtra do wody pitnej - odwróconej osmozy.