СОСТАВ ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК C02F5/04 

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано для умягчения и очистки питьевой воды от неорганических и органических примесей как в домашних условиях, так и на предприятиях общественного питания, а также в походных условиях, в зонах экологических бедствий или в зонах ведения боевых действий.

Известны различные составы, используемые для умягчения воды на установках по водоподготовке в производственных условиях. Например, для устранения временной жесткости используют так называемое известковое молоко, содержащее 10-15% гашеной извести (гидроокиси щелочноземельного металла кальция) и 90-85% воды [1, 2].

Для устранения постоянной жесткости используют углекислую соль или гидроокись щелочного металла натрия (углекислый натрий или гидроокись натрия) в виде растворов различной концентрации [1, 2]. Гидроокись натрия позволяет также устранять временную жесткость.

Недостатками этих составов является их непригодность для умягчения жесткой питьевой воды, а также относительная длительность процесса водоподготовки.

Непригодность соединений натрия для умягчения воды объясняется тем, что большая концентрация ионов натрия в воде недопустима (10-100 мг/л), т.е. вызывает сердечно-сосудистые заболевания.

Длительность процесса умягчения воды с помощью известных составов объясняется тем, что известь и соединения натрия взаимодействуют друг с другом, в результате чего утрачивается их способность умягчать воду. Поэтому необходимо эти вещества давать отдельно, ожидая, когда проработает отдельно каждый из составов.

Кроме того, применение известных составов требует специальных химических анализов, позволяющих контролировать правильность их применения и исключающих передозировку составов в воду, приводящую к превышению pH воды > 9. Контролировать это превышение в бытовых условиях или в походных условиях очень сложно.

Устранение этих недостатков за счет того, что состав для умягчения воды содержит гидроокись калия, углекислый калий, воду общей жесткостью 4-30 мг-экв/л и индикатор - фенолфталеин или тимолфталеин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроокись калия - 8,5 - 0,1
Углекислый калий - 0,1 - 16,0
Индикатор - 0,006 - 0,042
Жесткая вода - Остальное
Обоснование выбора параметров состава
Гидроокись введена в состав для того, чтобы устранять временную жесткость воды.

Углекислый калий предназначен для устранения постоянной жесткости воды.

Так как эти два соединения не могут реагировать между собой (из-за наличия в них одинакового катиона), их можно вводить в состав вместе, и при умягчении этим составом жесткой воды процесс умягчения происходит быстрее, в одну стадию, а не в две, как это имеет место в известных способах.

Так как природные воды, используемые для питьевых целей, имеют различную жесткость (до 30 мг-экв/л) и весьма различное соотношение временной и постоянной жесткости, то соотношение компонентов в составе, мас.%:
Гидроокись калия - 8,5 - 0,1,
Углекислый калий - 0,1 - 16,0
выбрано на основании того, что, если вода имеет в основном временную жесткость, то используется максимальное количество гидроокиси калия (8,5 мас.%) и минимальное количество углекислого калия (0,1 мас.%).

В том случае, когда жесткость воды определяется в основном постоянной жесткостью, то гидроокись калия используется в минимальном количестве (0,1 мас.%), а углекислый калий в максимальном количестве (16,0%).

При других соотношениях временной и постоянной жесткости воды используются соотношения гидроокиси калия и углекислого калия внутри указанных пределов.

Индикатор введен в состав для умягчения воды для того, чтобы изменять цвет воды при передозировке состава.

Если состав для умягчения воды введен неправильно (передозирован), то его компоненты остаются в свободном (не прореагировавшем) состоянии, что сразу же отразится на pH воды. Оно будет выше нормы. Чтобы исключить употребление такой воды, в состав для умягчения воды введен индикатор изменения цвета умягчаемой воды в зависимости от pH. В качестве такого индикатора может быть использован фенолфталеин. Он бесцветен при pH менее 8,2, а при pH 8,2 - 10,0 имеет розовую окраску, свыше 10,0 - малиново-красную.

Его можно использовать в составах для умягчения воды, имеющей исходную pH менее 8,2.

Однако имеются природные воды pH до 9, тогда необходимо использовать тимолфталеин. Он при pH менее 9,4 бесцветен, при pH 9,4 - 10,6 - синий, а при более высоком pH - темно-синий (до фиолетового).

Количество используемого индикатора определяется тем, что для умягчения воды общей жесткостью порядка 6-8 мг-экв/л требуется применять верхний концентрационный предел индикатора (добавка состава для умягчения воды к умягчаемой воде мала), а нижний концентрационный предел - для умягчения воды с жесткостью порядка 25-30 мг-экв/л, т.к. в данном случае добавка состава к воде значительно выше.

Расход индикатора в определенной местности для умягчения воды с определенной жесткостью желательно выбрать таким, чтобы в суточной дозе употребляемой для питьевых целей воды содержание индикатора в воде не превышало бы 0,9-1,5 мг на 3 л воды или 0,3-0,5 мг/л. Такая доза индикатора безвредна для человека.

При передозировке состава для умягчения воды умягчаемая вода будет иметь окраску, не исчезающую во времени. Чтобы исправить ошибку в дозировке состава для умягчения воды, достаточно долить к умягчаемой воде дополнительную порцию исходной жесткой воды до исчезновения окраски воды.

Исходя из вышеизложенного в состав для умягчения воды введен индикатор в количестве 0,005 - 0,042 мас.%. Нижний концентрационный предел индикатора применим для умягчения воды с высокой общей жесткостью - порядка 30 мг-экв/л и верхний концентрационный предел - для использования в составе для умягчения воды для умягчения вод с общей жесткостью порядка 6-8 мг-экв/л.

Жесткая вода в составе введена для того, чтобы в нем образовалась взвесь из нерастворимых соединений кальция и магния, предостерегающая потребителя состава от желания выпить этот состав.

Кроме того, при использовании состава для умягчения воды эти нерастворимые соединения служат затравкой, ускоряющей процесс умягчения воды и ее последующего отстаивания.

Жесткость используемой жесткой воды в пределах 4-30 мг-экв/л выбрана исходя из того, чтобы изготовитель состава мог использовать практически любую жесткую воду.

Пример 1. 8,5 гидроокиси калия, 0,1 г углекислого калия растворяют в 91,358 г жесткой воды (общая жесткость 4 мг-экв/л). Получают мутную суспензию с осадком. К полученной суспензии добавляют 0,042 г фенолфталеина. Суспензия приобретает ярко-малиновую окраску, постепенно переходящую в слабо-розовую. Удельный вес суспензии 1,046 г/см³.

Пример 2. 16,0 г углекислого калия, 0,1 гидроокиси калия растворяют в 83,894 г жесткой воды (общая жесткость 30 мг-экв/л). Получают мутную суспензию с осадком. К полученной суспензии добавляют 0,006 г фенолфталеина. Суспензия приобретает устойчивую малиновую окраску. Удельный вес суспензии 1,1 г/см³.

Пример 3. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что в качестве индикатора используется тимолфталеин. Суспензия приобретает устойчивую темно-синюю окраску.

Пример 4. Аналогичен примеру 2 и отличается тем, что в качестве индикатора используется тимолфталеин. Суспензия приобретает устойчивую темно-синюю окраску.

Пример 5. 4,25 гидроокиси калия и 8,0 г углекислого калия растворяют в 87,744 г жесткой воды (общая жесткость 12 мг-экв/л). К полученной суспензии добавляют 0,006 г тимолфталеина. Суспензия приобретает темно-синюю окраску. Удельный вес суспензии 1,072 г/см³.

Пример 6. 1,0 гидроокиси калия и 10,0 г углекислого калия растворяют в 88,992 г жесткой воды (общая жесткость 7,2 мг-экв/л). К полученной суспензии добавляют 0,008 г фенолфталеина. Суспензия приобретает устойчивую малиновую окраску. Удельный вес суспензии 1,066 г/см³.

В таблице приведены сведения, подтверждающие возможность использования предлагаемого состава для умягчения жесткой воды.

Источники информации
1. Краткий справочник химика. Составитель В.И. Перельман. Издание 6. Государственное научно-техническое издательство химической литературы. М.: 1963, с. 366-370.

2. Ф.И. Белан. Водоподготовка. М.: Энергия, 1979.

Изобретение предназначено для умягчения воды в бытовых условиях. Состав для умягчения воды содержит гидроокись калия, углекислый калий, воду общей жесткостью 4 - 30 мг-экв/л и индикатор цветовой окраски воды в зависимости от рН при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидроокись калия 8,5 - 0,1; углекислый калий 0,1 - 16,0; индикатор цветности 0,006 - 0,042; жесткая вода - остальное. В качестве индикатора цветности воды используют фенолфталеин или тимолфталеин. 1 табл.

Состав для умягчения воды, отличающийся тем, что он содержит гидроокись калия, углекислый калий, воду с общей жесткостью 4 - 30 мг-экв/л и индикатор фенолфталеин или тимолфталеин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроокись калия - 8,5 - 0,1
Углекислый калий - 0,1 - 16,0
Индикатор - 0,006 - 0,042
Жесткая вода - Остальноее