Vandens minkštinimas

Vandens minkštinimas - procesas kurio metu iš vandens šalinami kietumą sudarantys kalcio ir magnio jonai. Esami naudojami vandens minkštinimo metodai skirstomi į reagentinį , katijonitinį ir sudėtinį.

Minkštinimo metodai

Reagentinis minkštinimas procesas kurio metu į minkštinamąjį vandenį įterpiama reagentų, surišančių kalcio ir magnio jonus į mažai tirpius kalcio ir magnio junginius, kurie iš vandens pašalinami per filtrus.

Katijonitinis minkštinimas procesas kurio metu minkštinamame vandenyje esantys kalcio ir magnio jonai, vandenį košiant pro dirbtinį užpildą, ekvivalentiškai keičiami katijonito jonais (dažniausiai natrio ir vandenilio jonai), nekietinančiais vandens. 

Sudėtinis minkštinimas, kai kartu naudojamas katijonitinis ir reagentinis minkštinimas.

Minkštinimo vandens poreikis

Kalcio ir magnio metalų jonų buvimas, dažniausiai bikarbonatų, chloridų ir sulfatų pavidalu, vandenyje sukelia įvairias problemas: 
Vanduo turintis didelę Ca ir Mg jonų koncentraciją sukelia kalkių nuosėdas, kurios mažina vandentiekio vamzdynų hidraulinį pralaidumą. 
Kaitinant vandenį Ca ir Mg hidrokarbonatai skyla į karbonatus kurių dalėles nusėda vandenyje. Šildymo sistemose naudojamas vanduo turi būti apdorotas, kad nuosėdos nenusėstų vamzdynuose ir nesumažintų hidraulinio pralaidumo.Kietame vandenyje esantys kalcio ar magnio jonai palieka netirpių nuosėdų dangą ant vonios ir dušo paviršių.
Pagrindinės problemos dėl kieto vandens pasijaučia buityje bei naudojant vandenį prausimuisi. Apkalkėję buitiniai prietaisai suvartoja daugiau vandens ir elektros energijos, taip pat ilgainiui dėl kalkių gali atsirasti gedimai. Kietas vanduo sausina odą, todėl žmonėms, kurių oda yra problematiška,  kietas vanduo gali turėti įtakos jų odos sausėjimui. Naudojant kietą vandenį skalbimui sunaudojama daugiau buitinės chemijos.

Vandens kietumo lygis
Vandens kietumas matuojamas ištirpusių Ca ir Mg druskų kiekiu – mg-ekv/l . Ribinės CaCO3 vertės vandenyje:

Minkštas vanduo:  0-1 mg-ekv/l
Vidutinio minkštumo vanduo: 1-2 mg-ekv/l
Silpnai kietas vanduo: 2-3 mg-ekv/l
Vidutinio kietumo vanduo: 3-4 mg-ekv/l
Kietas vanduo: 4-6 mg-ekv/l
Labai kietas vanduo: >6 mg-ekv/l

Su geriamuoju vandeniu žmogaus gauna nuo 1 iki 10 proc. reikalingų per parą mikroelementų kiekio, tačiau jų perteklius vandenyje sąlygoja įvairias ligas. Lietuvoje geriamojo vandens kokybę reglamentuoja Lietuvos higienos normos HN 24:2017„Geriamojo vandens saugos ir kokybės reikalavimai“ bei ES Tarybos direktyvos 98/83/EB „Dėl žmonėms vartoti skirto vandens kokybės“ reikalavimus, tačiau nei vienas reglamentas neapibrėžia koks turi būti ruošiamo geriamojo vandens kietumas. Vilniuje centralizuotu vandentiekiu tiekiamas kietas vanduo, kurio kietumas svyruoja tarp 4,8-7,5 mg-ekv/l.

Buityje naudojami minkštinimo filtrai
Vandens valymas - buityje dažniausiai naudojami katijonitiniai filtrai su gamintojų siūlomu užpildu. Kietas vanduo filtruojamas pro katijonitą, vykstant cheminės jonų mainų reakcijos Ca ir Mg druskos skyla, o išvalytas vanduo prateka pro užpildą.Nevalytas vanduo patenka į filtrą, prateka pro filtruojančio užpildo sluoksnį ir išvalytas patenka vartotojui.
Vandens minkštinimo filtre vyksta papildomi procesai: 
 Atbulinis praplovimas, kai vanduo per filtrą prateka priešinga tekėjimo kryptimi, išplaudamas susikaupusius mechaninius nešvarumus į kanalizaciją. 
Cheminė regeneracija -kurios metu atstatomos užpildo savybes. Ciklą sudaro du etapai - Regeneravimo tirpalo keitimas ir plovimas.

Katijonitinio minkštinimo jonų mainų reakcijos

Užpilde esantis katijonitas atstatomas jį regeneruojant. Dažniausiai vanduo minkštinamas keičiant Ca ir Mg katijonus Na arba H katijonais pagal tai, kokiu reagentu (valgomosios druskos, retais atvejais sieros rūgsties tirpalu). Valgomosios druskos tirpalu atgaivintas katijonitas tampa Na katijonitu, o sieros rūgšties tirpalu – H katijonitu. Košiant minkštinamą vandenį pro Na- katijonitą, vyksta šios jonų mainų reakcijos:

2 Na(K)+Ca(HCO3)2/Mg(HCO3)2→Ca(K)2/Mg(K)2+2NaHCO3 ,

2 Na(K)+CaCl2/MgCl2→Ca(K)2/Mg(K)2+2NaCl ,

2 Na(K)+CaSO4/MgSO4→Ca(K)2/Mg(K)2+Na2SO4 ,

Minkštintame vandenyje atsiranda NaHCO3; o kiekis ekvivalentiškas pašalintam karbonatiniam vandens kietumui. NaHCO3 yra nepatvarus junginys ir greitai skyla:

2 NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2 ,

Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2 ,

Katijonitinio minkšinimo metu naudojant Na katijonitą pašalinus kietumą pagausėja šarmų. Šarmingumo dydis lygiavertis pašalintam iš vandens karbonatiniam kietumui.

Šaltiniai 

Technologijos
Vanduo