Физические методы уменьшения жесткости воды

    Для умягчения воды применяются методы, основанные на физических явлениях.

Физические методы понижения жёсткости природной воды во многих случаях экономически более выгодны, чем химические, и более чисты экологически. Энергетические затраты на них в ряде случаев также незначительны. К преимуществам этих методов можно отнести их достаточную простоту, возможность автоматизации и применение непрерывной обработки значительных количеств воды.

Магнитная обработка заключается в пропускании воды через систему постоянных магнитов, с полями противоположной направленности. Хотя механизм воздействия магнитного поля на воду до конца не ясен, эффект снижения её жесткости не вызывает сомнений. В результате этого процесса происходит, очевидно, уменьшение степени гидратации растворённых веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок. Можно полагать, что под влиянием магнитного поля (точнее силовых линий магнитного поля) происходит определённое изменение "структуры" водного раствора (вода + примеси), что в итоге может изменить условия кристаллизации и перекристаллизации веществ, выпадающих в осадок из водного раствора. Чтобы процесс магнитной обработки воды был достаточно эффективен, необходимо, учитывая состав примесей, использовать магнитное поле определённой напряжённости и конфигурации при оптимальных температуре и времени обработки.

    В настоящее время устройства для магнитной обработки природной воды выпускаются серийно. Следует подчеркнуть, что на чистую без примесей воду магнитная обработка практически не влияет.

Под действием электрического поля уменьшается образование накипи, наблюдается просветление мутной воды. Разновидностью этого способа является электроразрядный метод обработки воды, который заключается в пропускании через воду периодически повторяющихся электрических разрядов (импульсов) той или иной мощности.

Ультразвуковая обработка воды снижает образование накипи. Следствием такой обработки является определённое изменение свойств воды, при котором гидрокарбонаты выпадают в осадок, легко удаляемый "продувочной" водой. Обработка воды ультразвуковым полем способствует удалению накипи, образовавшейся ещё до обработки. Не вдаваясь в объяснение наблюдаемых явлений, укажем, что одной из возможных причин при этом может быть деформация гидратных оболочек ионов и молекул веществ, находящихся в воде, под действием ультразвукового поля. Такая деформация, видимо, способствует укрупнению частиц, которые могут коагулировать с образованием рыхлого осадка.

Метод электродиализа основан на явлениях направленного движения ионов электролита к электродам, подключённым к сети постоянного тока. При этом неочищенная вода находится в электролизёре между двумя полупроницаемыми мембранами. На электроды подаётся напряжение порядка 500 В, в системе возникает электрический ток, вследствие чего катионы металлов обуславливающие жёсткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Рис. 6. Схема очистки воды методом обратного осмоса

    Очистка воды методом обратного осмоса заключается в следующем. Осмос (от греч. osmos - толчок, давление) - односторонний перенос растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций по обе стороны мембраны. Характеризуется осмотическим давлением, оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить осмос. При обычном осмосе с использованием полупроницаемой мембраны возникает давление в направлении от растворителя к раствору или от разбавленного раствора к более концентрированному. Если же использовать внешнее противодавление, большее осмотического, то растворитель (вода) будет продавливаться через мембрану из концентрированного в разбавленный раствор, оставляя за мембраной, растворённые вещества (рис. 6). Например, если осмотическое давление морской воды относительно пресной составляет 22 атм. (2,2*10^3 кПа), то для очистки такой воды методом обратного осмоса противодавление должно быть больше 22 атм. Производительность установки, работающей на основе обратного осмоса, прямо пропорциональна разности между внешним и осмотическим давлением. Этот метод позволяет очистить воду от растворённых в ней веществ неорганического происхождения (на 92-97%), органического (на 95- 97%) и от коллоидных примесей (более, чем на 99 %).

    Следует заметить, что два последних метода очистки воды, видимо, целесообразно считать не чисто физическими, а физико-химическими.

     Магнитно-ионизационный метод также, как и метод электродиализа, использует явление направленною движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Перед прохождением через магнитное поле неочищенная вода подвергается воздействию ионизирующего излучения, способствующего увеличению степени электролитической диссоциации растворённых веществ. Имевшиеся ранее и вновь образовавшиеся ионы при прохождении через силовые линии постоянною магнитного поля отклоняются к полюсам магнита, в результате чего их концентрация в центре между полюсами уменьшается. Отобранная из этой области вода более чистая по сравнению с исходной (рис. 7). При необходимости проводят несколько циклов такой очистки.

					N

Рис.7. Схема магнитно-ионизационного метода очистки воды.