Показатели качества воды. Жесткость.

Одним из наиболее важных показателей качества воды является жесткость, численное значение которой зависит от концентрации в воде ионов кальция и магния (см. приложение 1).

Жесткость - показатель, определяющий содержание в воде катионов накипеобразователей кальция и магния. Величина жесткости в исходной воде определяет выбор схем химводоочисток (ХВО), наличие того или иного оборудования и режимов его работы. Эксплуатационное обеспечение норм жесткости является основой нормальной (безнакипной) работы нагревательных и испарительных поверхностей котлов.

Именно жесткость в значительной степени обусловливает возникновение шлама в воде и отложений (накипи) на внутренних поверхностях труб котлов и в проточной части турбин.

Различают следующие формы жесткости: общую Ж₀, кальциевую Ж_Са, магниевую Ж_Мg, карбонатную (временную) Жк и некарбонатную (постоянную) Жнк.

Общая жесткости Ж₀ представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткостей, т.е. суммарную концентрацию и воде катионов Са²⁺ и Mg²⁺ . Соли кальция и магния могут находиться в виде следующих соединений: СaS0₄ , MgSO₄ , хлористых – СаСl₂ , MgCI₂ , азотистых - Са(NО₃)₂, Mg(NО₃)₂ , кремнекислых СаSiO₃ , MgSiO₃ , фосфорно- кислых - Са(РО₄)₂ , Mg(PO₄)₂, двууглекислых - Са(НСО₃)₂ , Mg(НСО₃)₂ .

Жесткость измеряется в миллиграмм-эквивалентах на один 1 кг раствора ( мг-экв/кг ). Например, величина 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона Са²⁺ или 12,16 мг/кг иона Мg²⁺ . Тогда общая жесткость воды, выраженная в эквивалентных единицами суммарной концентрации катионов Са и Мg, определяется из уравнения:

Ж₀ = Са²⁺ / 20, 04 + Мg²⁺ / 12,16

Карбонатная жесткость Жк обуславливается совместным приcутствием в воде ионов Са²⁺, Mg²⁺ и НСО₃ в виде бикарбонатов ( двууглекислых солей ) — Са (HCO₃)₂ и Mg(НСО₃)₂ .

Если воду нагревать выше 45 ⁰С, то находящиеся в ней бикарбонаты будут разлагаться с выделением углекислоты СО₂ и плохо растворимых углекислых кальция и магния — СаСО₃ и MgСО₃, поэтому эта жесткость называется временной.

Соли, определяющие некарбонатную жесткость, будут постепенно кристаллизоваться и выделяться в виде твердых отложений. На поверхностях нагрева таким образом появляется накипь. Накипь, имея малый коэффициент теплопроводности, снижает эффективность теплообмена в котельных установках, ведет к перегреву металла поверхностей нагрева вплоть до его разрушения. Откладываясь внутри труб, она нарушает гидродинамический режим работы поверхностей нагрева котлов и тепловых сетей. При грубых нарушениях водно-химического режима по нормам жесткости возможно полное закупоривание труб с выходом котельного агрегата из строя.

Величина карбонатной жесткости равна выраженной в эквивалентных единицах концентрации в воде анионов бикарбонатов Са и Mg:

Жк = НСО₃Ї / 61,02

где НСО₃ - концентрация в воде бикарбонатов кальция и магния, мг/кг;

61,02 - их эквивалентная масса, мг/мг-экв.

Некарбонатная жесткость Жп вызывается присутствием солей, в который Са и Mg связаны с анионами сильных кислот - соляной, серной, азотной и др. Эти соли при нагревании не разлагаются, а выделяются только при выпаривании раствора. Некарбонатная жесткость определяется из выражения:

Жнк = Жо - Жк

Установлена следующая классификация общей жесткости:
Ж₀ < 1,5 мг-экв/л - малая жесткость;
Ж₀ = (1,5...3,0) мг-экв/л - средняя;
Ж₀ = (3,0...6,0) мг-экв/л - повышенная;
Ж₀ = (6,0...12,0) мг-экв/л - высокая;
Ж₀ > 12,0 мг-экв/л - очень высокая.