2

1. Wstęp teoretyczny

Odmineralizowanie wody polega na całkowitym usunięciu rozpuszczonych w niej soli

przy jednoczesnym wytworzeniu jonów H

+

lub OH

-

. Do odmineralizowania wody można

wykorzystywać różne metody. Między innymi proces wymiany jonowej, który polega na
zamianie występujących w wodzie kationów na kationicie kwaśnym, pracującym w cyklu
wodorowym Kt

H+

na jony wodorowe i anionów na anionicie zasadowym pracującym w cyklu

wodorotlenowym A

OH-

na jony wodorotlenowe. Teoretycznieotrzymana woda powinna być

całkowicie pozbawiona rozpuszczonych w sobie soli. Praktyka pokazuje jednak, iż zależnie
od przeznaczenia wody i związanych z nim wymagań jakości stosuje się różne układy
technologiczne złóż. Wyróżnia się przy tym pojęcia częściowego i całkowitego
odmineralizowania. W przypadku wody stosowanej instalacjach grzewczych, konieczne jest
całkowite usunięcie krzemionki w celu uniknięcia zjawiska kamienia kotłowego. Takie
odmineralizowanie nazywamy całkowitym. W przypadkach, gdzie obecność tego związku nie
wiąże się z negatywnymi skutkami, można pozostać przy odmineralizowaniu częściowym.

Przebieg procesu odmineralizowania wody można opisać następującymi reakcjami:

Kationit silnie kwaśny pracujący w cyklu wodorowym :

2KtH + Ca(HCO

3

)

2

→ Kt

2

Ca + 2H

2

O + 2CO

2

2KtH + Mg(HCO

3

)

2

→ Kt

2

Mg + 2H

2

O + 2CO

2

2KtH + CaCl

2

→ Kt

2

Ca + 2HCl

2KtH + MgSO

4

→ Kt

2

Mg + H

2

SO

4

Anionit silnie zasadowy pracujący w cyklu wodorotlenowym :

H

2

CO

3

+ 2AnOH → An

2

CO

3

+ 2H

2

O

H

2

SO

4

+ 2AnOH → An

2

SO

3

+ 2H

2

O

HCl + AnOH → AnCl + H

2

O

H

2

SiO

3

+ AnOH → An

2

SiO

3

+ 2H

2

O

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie w warunkach laboratoryjnych procesu

odmineralizowania wody metodą jonitową orazzbadanie efektu demineralizacji wody w
trójstopniowym układzie technologicznym wymienników jonitowych.

3. Zakres ćwiczenia



Przeprowadzenie analizy na wodzie surowej



Przygotowanie złóż jonitowych do badań



Przeprowadzenie próby technologicznej w układzie trójstopniowej wymiany jonowej



Analiza uzyskanych wyników

3

4. Przebieg badań

Wykonano następujące oznaczenia dla wody surowej: odczyn pH, twardości ogólnej,

zasadowości, kwasowości, wolnego CO

2

, chlorków, przewodnictwa elektrycznego oraz

krzemionki. Następnie woda surowa została przepuszczona przez kolumnę jonitową
wypełnioną silnie kwaśnym kationem z prędkością 10m/h.Po odrzuceniu pierwszych dwóch
porcji przesączu, przystąpiono do zbadania wody pod kątem: odczynu pH, twardości ogólnej,
zasadowości, kwasowości, wolnego CO

2

, chlorków, przewodnictwa elektrycznego oraz

krzemionki. Po dekationizacji wodę przepuszczono przez kolumnę wypełnioną słabo
zasadowym anionitem.Po odrzuceniu pierwszej partii przesączu oznaczono następujące
wskaźniki: odczyn pH, twardości ogólnej, zasadowości, kwasowości, wolnego CO

2

,

chlorków, przewodnictwa elektrycznego oraz krzemionki. Po wykonaniu oznaczeń wodę
przefiltrowano przez anionit silnie zasadowy i powtórzono oznaczenia.

5. Oznaczenia i obliczenia



Odczyn pH

Odczyn badanej wody oznaczano za pomocą pH-metru i wyniósł: 6,94 [-]



Twardość ogólna

Twardość wody określa się zawartością rozpuszczonych w niej soli wapnia i magnezu,
wyrażonych w mval/dm.

Do 10 ml badanej wody dodajemy HCl 0,01n tyle ile wynika z zasadowości wody w

próbce, 1 ml buforu amonowego oraz szczyptę czerni eriochromowej. Miareczkujemy 0,01 M
roztworem wersenianu dwusodowego do zmiany zabarwienia z fioletowego na niebieskie.

Obliczenia:

[

]

a - objętość 0,01 M roztworu wersenianu dwusodowego zużyta do miareczkowania
V - objętość badanej próbki wody [10 ml]

Przykładowe obliczenie twardości ogólnej dla próbki z wodą surową:

[

]

4



Zasadowość

Zasadowość jest to zdolność do zobojętniania dodawanych do wody silnych kwasów

mineralnych. Zasadowość wody wyraża się w mval/dm³.

Miareczkujemy 100 cm³ wody 0,1-normalnym kwasem solnym wobec oranżu metylowego

do zmiany zabarwienia z żółtego na pomarańczowy (zasadowość m ogólna).
Obliczenia:

[

]

a - objętość HCl użyta do miareczkowania [ml]
V - objętość badanej próbki wody [ml]

Parametr

Jednostka

Woda

surowa

KtH

AOH

słabo zas.

AOH

silnie zas.

a

[ml]

2,3

nw

0,25

0,7

Przykładowe obliczenie zasadowości dla próbki z wodą surową:

[

]



Wolny CO

2

Obliczono odejmując od kwasowości mineralnej kwasowość ogólną i mnożąc razy 44,

czyli masę molową CO

2

. W przypadku, gdy kwasowość mineralna nie występowała, to

kwasowość ogólną mnożyliśmy razy 44.



Kwasowość ogólna

Do kolby stożkowej o pojemności 300 cm

3

odmierzono 100 mlbadanej wody, dodano 3

krople fenoloftaleiny. Miareczkowano wodorotlenkiem sodowym 0,1n do odbarwienia próby.
Wyniki obliczeń uzyskano przy zastosowaniu poniższego wzoru:

 

3

1000

1

,

0

dm

mval

og

V

a

K







a – objętość wodorotlenku sodowego zużytego do miareczkowania [ml]
V – objętość próbki użytej do oznaczenia [ml]

5

Parametr

Jednostka

Woda

surowa

KtH

AOH

słabo zas.

AOH

silnie zas.

a

[ml]

0,4

4,6

2,2

nw

Przykładowe obliczenie kwasowości ogólnej dla próbki z wodą surową:

 

3

40

,

0

100

1000

1

,

0

40

,

0

dm

mval

og

K











Kwasowość mineralna

Do kolby stożkowej o pojemności 300 cm

3

odmierzono 100 mlbadanej wody, dodano 3

krople metylooranżu. Miareczkowano wodorotlenkiem sodowym 0,1n do zmiany zabarwienia
z pomarańczowego na żółty. Obliczenia wykonano korzystając z wzoru:











3

min

1000

*

1

,

0

*

dm

mval

V

a

K

gdzie:

a – objętość NaOH zużytego do miareczkowania [ml];
V – objętość próbki [ml].

Parametr

Jednostka

Woda

surowa

KtH

AOH

słabo zas.

AOH

silnie zas.

a

[ml]

nw

2,9

nw

nw

Obliczenie dla wody po KtH:













3

min

90

,

2

1000

*

1

,

0

*

90

,

2

dm

mval

V

K



Chlorki

Do kolby stożkowej odmierzono 100 ml badanej wody. Dodano kilka kropli chromianu

potasowego. Miareczkowano azotanem srebra do momentu aż zaczął wytrącać się brązowy
osad.

Obliczenia:

[

]

a = objętość AgNO

3

użyta do zmiareczkowania badanej próbki wody [ml]

6

V = objętość badanej próbki wody [100 ml]
M

Cl

= masa molowa atomu chloru [35,5]

Zawartość chlorków w wodzie surowej:

[

]



Krzemionka

Do cylindra Nesslera odmierzono 100 cm3 badanej wody. Dodno 1 ml kwasu solnego oraz

2 ml molibdenianu amonu. Po 5 minutach oznaczono na spektrofotometrze program nr. 650.
Obliczanie wyników:

[

]

gdzie:
a – wartość odczytana ze skali wzorców
V - objętość próbki zużytej do oznaczenia [ml]

[

]



Przewodność elektryczna

Oznaczenie przewodnictwa zostało wykonane na konduktometrze. Wartość przewodności

to iloczyn wartości uzyskanej w badanej wodzie i wartości uzyskanej w roztworze
wzorcowym KCl 0,1n ,czyli:

z = 418,18 ∙ 1,32 = 552 [µS/cm]

Podobne badania wykonaliśmy dla wody po przejęciu przez kationit i anionity.

7

6. Wyniki badań odmineralizowania wody metodą wymiany jonowej

Oznaczenia Jednostki

Woda

surowa

Całkowite odmineralizowanie

KtH

AOH słabo zas.

AOH silnie zas.

odczyn

pH

7,36

2,75

4,60

8,81

twardość og. mval/dm

3

4,50

0

0

0

Zasadowość

mval/dm

3

2,30

nw

0,25

Z

F

=0,50

Z

M

=0,70

Kwasowość mval/dm

3

0,40

K

og

=4,60

K

M

=2,90

K

og

=2,20

nw

Wolny CO

2

mg/dm3

17,60

74,80

96,80

0

Chlorki

mg/dm3

42,60

42,60

26,60

0,25

Krzemionka mg/dm3

9,20

9,20

9,20

0

Przewodność µS/cm

552,00

1355,00

18,00

12,00

7. Wnioski

Po przejściu przez cały układ technologiczny, z wody został całkowicie usunięty

zawarty w niej dwutlenek węgla

.

Analizując wyniki odczytu, można zauważyć znaczący

spadek pH wody po przejściu przez kationit. Spowodowały go zawarte w wodzie kwasy
mineralne utworzone przez przedostający się do wody jon wodorowy H

-

.Następnie pH

wzrosło dzięki usuniętym anionom. Ostatecznie wskaźnik ten podniosło odgazowanie
badanej wody, czyli pozbycie się z niej wolnego dwutlenku węgla.Przewodność wody
surowej świadczy o stosunkowo dużym jej zasoleniu. Wzrasta ona po przejściu przez jonit
wodorowy z powodu zawartych w niej kwasów mineralnych.Fakt wyraźnie nieusuniętej
przewodność wody oraz zawartości krzemionki po trójstopniowym przepuszczeniu przez
jonity możeświadczyć o tym, iż w badanej wodzie nadal znajdują się sole oraz o tym, że w
warunkach laboratoryjnych ciężko jest je usunąć całkowicie. Otrzymane wyniki nie
odbiegają znacząco od wartości oczekiwanych.