В результате Na-катионитового умягчения подготовленная вода теряет способность образовывать твердые отложения при изменении своего физико-химического состояния. Na-катионитовое умягчение воды находит применение практически везде — от систем водоснабжения и сложных технологических установок до бытового применения.
Основные недостатки данного способа умягчения — это образование в процессе работы высокоминерализованных стоков и, как выясняется на практике, сложности с контролем качества умягчённой воды.
В данной статье попробуем разобраться, как просто, дёшево и надёжно можно контролировать качество без производства колориметрического химического анализа воды на жёсткость.
Для начала необходимо разделить промышленное и бытовое умягчение. Технологически процессы идентичны. При этом подразумевается, что на производстве, использующем Na-катионитовое умягчение воды, будет образована химическая служба или хотя бы будет заключён договор на производство периодических анализов на жёсткость. Данные условия действительно выполняются на крупных предприятиях. Но для небольших предприятий, где умягчение не относится к основным технологическим процессам, вообще отсутствует какой-либо контроль за этой процедурой со всеми вытекающими последствиями.
Промышленные установки умягчения воды
Такая «экономия» приводит к очень серьёзным потерям денег: в лучшем случае из-за простоев водоиспользующего оборудования, а в худшем — как вследствие простоя техники, так и её замены.
Контроль качества умягчённой воды при бытовом использовании вообще не предполагается. Мало кто может себе позволить постоянное производство химических анализов в своём доме. Во-первых, такие услуги практически не оказываются. Во-вторых, даже если самостоятельно возить воду на анализ в лабораторию не чаще одного раза в месяц, то пользователь быстрее узнает, что установка не умягчает воду по появившейся накипи в чайнике или на кране, душевой лейке и т. п. (в зависимости от жёсткости исходной воды).
Почему установка умягчения может попросту перестать умягчать воду?
Есть две основные причины: установлен слишком маленький фильтроцикл или происходит неполноценная регенерация ионообменной смолы.
В первом случае фильтроцикл (количество воды, которое может быть умягчено при помощи данного количества смолы) может быть изначально установлен неправильно, либо изменилась жёсткость исходной воды (предположим, сезонное колебание жёсткости для поверхностных вод).
Во втором случае — это прежде всего механические проблемы солезаборного устройства или инжектора. Но бывает и совсем анекдотичные случаи. Например, пользователь просто не засыпает поваренную соль в бак-солерастворитель.
В любом случае причин может быть много, и разбираться надо с каждым эпизодом отдельно.
Очевидно одно: необходим постоянный (и желательно дистанционный) контроль за работой установки Na-катионитового умягчения воды. Для целей оперативного контроля качества умягчённой воды автором был разработан способ контроля установки Na-катионирования, использующий только значение удельной электропроводности воды.
Основное преимущество данного метода контроля — надёжность и дешевизна. Возможен постоянный дистанционный контроль и, соответственно, накопление информации о работе установки. Это позволяет легко проводить анализ её работы, корректировать фильтроцикл и определять оптимальное необходимое потребление поваренной соли.
Немного теории. В процессе Na-катионитового умягчения воды происходит замещение ионов кальция и магния на натрий. Таким образом, количество ионов в воде не меняется, но меняется их тип. При этом один ион натрия может перенести больше электрического заряда, чем один ион кальция или магния в присутствии сульфатов. Соответственно, умягчённая вода почти всегда имеет бóльшую удельную электрическую проводимость по сравнению с исходной, не умягчённой, водой. Только в случае отсутствия ионов сульфата (что практически исключено для природной воды) умягчённая вода будет иметь меньшую электропроводность, чем исходная. Для бытового применения данный способ контроля практически единственно доступный из-за своей простоты и дешевизны.
Примерная последовательность действий при измерении электропроводности воды должна быть следующая:
1. Необходимо убедиться, что установка умягчения находится в работе.
2. Взять два чистых стакана. В один отобрать пробу исходной воды, в другой — умягчённой.
3. Произвести измерение значения электропроводности исходной, а затем умягчённой воды. В процессе измерения необходимо добиться стабилизации показаний электропроводности. Чем значительнее температура воды отличается от величины +25°C, тем дольше будет происходить стабилизация показаний. В каждой пробе удерживать кондуктометр необходимо не менее пяти минут.
4. Записать показания значения электропроводности исходной и умягчённой воды.
В результате измерений мы получаем два значения электропроводности. Если этот показатель для умягчённой воды больше, чем исходной, значит умягчение действительно производится.
Необходимо понимать, что при определённом исходном составе воды электропроводность уже умягчённой может быть и меньше. Такая картина наблюдается в случае отсутствия в воде сульфатов и исходной жёсткости ниже 1,0 мг-экв/л. Но такая вода в природе практически не встречается (озеро Байкал не в счёт). И, соответственно, возникает вопрос — зачем такую воду умягчать?
Поэтому в 99,9% случаев, когда электропроводность умягчённой воды меньше электропроводности исходной воды, это говорит о том, что установка умягчения не просто не умягчает воду, а даже увеличивает жёсткость исходной воды замещая в ней исходные ионы натрия на ранее замещённые ионы жёсткости, содержащиеся на смоле.
Но тогда возникает вопрос, насколько полноценно производится умягчение исходной воды? Для ответа на него необходимо понять, как работает установка умягчения. На рис. 1 представлена зависимость жёсткости умягчённой воды от количества жидкости, прошедшей через фильтр умягчения.
Рис. 1. Зависимость жёсткости умягчённой воды от её расхода через фильтр умягчения
Как видно из графика, представленного на рис. 1, бóльшую часть времени установка производит умягчённую воду жёсткостью не более 0,5 мг-экв/л. В этом случае электропроводность обработанной воды будет меняться незначительно, и только под конец фильтроцикла электропроводность получаемой жидкости резко возрастёт и приблизится к электропроводности исходной воды.
Зависимость жёсткости умягчённой воды от электропроводности представлена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость электропроводности умягчённой воды от её жёсткости
Таким образом, необходимо производить замеры электропроводности умягчённой воды несколько раз через определённые промежутки времени для того, чтобы убедиться, что её значение находится примерно на одном уровне.
Как только значение электропроводности умягчённой воды начинает расти и становится равно значению электропроводности исходной воды, это сигнализирует о том, что установку умягчения необходимо регенерировать раствором поваренной соли.
Необходимо отметить, что данный способ контроля возможен только при относительно стабильном ионном составе исходной воды. Иными словами, источник водоснабжения должен быть один. Если в качестве источника используется ёмкость, в которой постоянно смешиваются, к примеру, речная и артезианская вода в различных пропорциях, то использовать данный способ контроля будет затруднительно. Хотя в этом случае и вообще непонятно на какой фильтроцикл настраивать установку умягчения.
Несколько слов о приборе для измерения электропроводности воды — кондуктометре. Для контроля бытового умягчения достаточно самого простого карманного кондуктометра.
Рекомендую покупать кондуктометры, которые показывают измеренную величину в [мкСм/см]. Если кондуктометр показывает измеренную величину в [мг/л], то такой прибор называют солемером. Если показания в [мкСм/см] являются относительно точными и определяющими электропроводность воды данного ионного состава, то параметры, выдаваемые в [мг/л], неточны. Показания в такой размерности получают путём умножения показаний в [мкСм/см] на переводной коэффициент (ПК). Вода с разным ионным составом имеет разные ПК. При этом практически все кондуктометры имеют коэффициент 0,5, что предполагает наличие в воде только NaCl.
Практика показывает, что не стоит использовать кондуктометры ценой менее 2000 руб., так как они имеют очень низкое качество изготовления. Диапазон измерения «правильного» кондуктометра составляет от 0 до 1999 мкСм/см. Цена деления должна быть не более 1 мкСм/см.
Если анализируемая вода солоноватая на вкус и имеет значение электропроводности более 2000 мкСм/см, необходимо вообще рассмотреть целесообразность умягчения. Такая вода не является питьевой и требует применения технологий водоподготовки, уменьшающих количество солей. Тем не менее, в данном случае можно использовать кондуктометры с более высоким диапазоном измерения.
Если предполагается измерять электропроводность исходной и умягчённой воды двумя разными кондуктометрами, то, учитывая погрешности приборов, есть шанс получить неправильный результат.
Для исключения погрешности измерения необходимо использовать только один кондуктометр для измерения и исходной и умягчённой воды.
Представленный выше способ контроля процесса умягчения довольно просто можно применять в быту.
Для промышленного применения специалистами компании ООО «Сарфильтр» был разработан прибор, осуществляющий непрерывное измерение значения удельной электропроводности воды и передающий показания на сервис OwenCloud для последующего дистанционного контроля.
На данную технологию подана заявка на патент.
На текущий момент эта технология контроля проходит апробацию на трёх предприятиях города Саратова. Исходя из «правды жизни» небольших производств, на двух из трёх предприятиях измерение электропроводности осуществляется вручную с небольшими временными промежутками и с записью показаний в журнал. Ежемесячные проверочные анализы умягчённой воды на жёсткость колориметрическим методом подтверждают высокое качество умягчённой воды. При помощи данной технологии был определён оптимальный практический фильтроцикл. На одном предприятии был выявлен незначительный подмес исходной (жёсткой) воды в умягчённой. Этот вывод был сделан после выявления аномального поведения значения электропроводности в определённый момент времени.
Следует отметить, что данная технология контроля не является конкурентом традиционного колориметрического способа контроля. Но для целей оперативного контроля она подходит практически идеально, также как и для большинства объектов, вообще не имеющих возможность проводить химический контроль либо на которых такой контроль не обеспечивается в достаточной степени.
