Ефективність видалення іонів магнію з води в процесах її пом’якшення

Анотація

Значні концентрації іонів кальцію та магнію в природних водах змушують піддавати попередньому пом’якшенню більшість господарсько-питних та енергетичних вод. Тому технології пом’якшення набувають сьогодні особливої гостроти, а дослідження в цій галузі щорічно нарощуються. Оскільки жорсткість води визначається сумарним вмістом іонів кальцію та магнію, то саме ці елементи знаходяться в центрі уваги таких досліджень. Традиційно вважається, що видаленню підлягають, перш за все, іони кальцію, а іони магнію менш схильні до утворення твердої фази. Однак, ефективність технології пом’якшення в однаковій мірі залежить від обох катіонів. Тому іонам магнію варто також приділяти достатньо уваги. Перспективним реагентом в цьому напрямку вважається фосфат натрію. Його використання в процесах видалення іонів кальцію дозволяє забезпечити в широкому діапазоні температур та водневого показника залишкову жорсткість води на рівні 0,1 – 0,2  мг-екв/дм³. Детальні дослідження використання фосфату натрію в процесах видалення іонів магнію показали його недостатню  ефективність. Ефективність содово-натрієвого пом’якшення дозволяє забезпечити при рН 11,0 – 11,5 залишкову жорсткість води на рівні 0,4 – 0,6 мг-екв/дм³. Але необхідність корегування водневого показника та висока витрата реагентів роблять цю технологію мало придатною для широкого використання.  Визначальним фактором в процесах пом’якшення води з використанням фосфат-іонів є співвідношення між концентраціями фосфат-іонів та іонів магнію K = [PO₄^3-, мг-екв] / [Mg²⁺, мг-екв]. Зважаючи на жорсткі вимоги чинних нормативних документів до вмісту фосфатів в оброблених водах, обробку бажано проводити при стехіометричних співвідношеннях реагентів для більш повної реакції між компонентами. Перевагою фосфату натрію як реагенту для видалення іонів магнію можна вважати той факт, що в діапазоні рН 3,16 – 10,07 при К = 1 залишкова жорсткість коливається в межах 1,8 – 3,4 мг-екв/дм³. При цьому мінімальне значення залишкової жорсткості зафіксовано на рівні 0,75 мг-екв/дм³ при рН 10,07 та К = 2. При зниженні рН спостерігається стабільне зниження ефективності, хоча і не дуже суттєве. Так, при переході з лужного в кисле середовище залишкові концентрації іонів магнію зростають в 2 рази незалежно від значення коефіцієнта К. Подібні тенденції зберігаються і у випадку зміни початкової жорсткості води. Найбільша різниця спостерігається при значеннях К ≤ 1, що пояснюється дефіцитом аніонів фосфату та неможливістю формування твердої фази стехіометричного складу. Проте, навіть при стехіометричному співвідношенні реагуючих речовин (К = 1) залишкова жорсткість обробленої води досить значна і коливається в межах 2,5 – 3 мг-екв/дм³. Подальше збільшення дози фосфату натрію дозволяє дещо знизити залишкову жорсткість обробленої води. Так, мінімальна залишкова жорсткість обробленої води при К = 2,0 зафіксована на рівні 0,7 мг-екв/дм³ при початковій жорсткості 22,9 мг-екв/дм³. Відмічено також зростання залишкової жорсткості обробленої води при зниженні початкової її жорсткості. Така ситуація викликана, на нашу думку, суттєвим збільшенням маси твердої фази та зростанням рН при збільшенні дози фосфату натрію. Суттєвою перевагою фосфату натрію в якості осаджувача іонів кальцію є той факт, що температура води практично не впливає на ефективність процесу в широкому діапазоні температур. Ця тенденція характерна і для іонів магнію. В діапазоні температур 5 - 70 °С ефективність пом’якшення залишається стабільною. Причому, тверда фаза формується відразу після зливання розчинів. Якщо врахувати високу ефективність фосфатів при видаленні іонів кальцію, то в цілому застосування фосфатів для пом’якшення води може бути допустимим за умови повного відділення утвореної твердої фази від води. Детальні дослідження ефективності відділення часток фосфату магнію відстоюванням чи фільтруванням так само важливі, як і самі процеси формування твердої фази.