1.Термический метод. Связан с нагревом воды, снижает только временную (карбонатную) жесткость. В промышленности его используют лишь при наличии дешевых источников тепла (на ТЭЦ, например).
Основан на смещении углекислотного равновесия при нагревании воды в сторону образования карбоната кальция:
Са(НСО3)2 СаСО3↓ + СО2↑+ Н2О
Мg(НСО3)2 МgСО3↓ + СО2↑+ Н2О
Растворимость газов падает при повышении температуры, при кипячении воды из нее устраняется углекислый газ.
2. Реагентные методы. Основаны на обработке воды реагентами, образующими с кальцием и магнием малорастворимые соединения СаСО3, Са(ОH)2, Мg(ОH)2, Са3(PО4)2.
В качестве реагентов используют известь, кальцинированную соду, гидроксиды натрия и бария, ортофосфат натрия. Умягчение воды известкованием применяют при ее высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости. Кальцинированную соду применяют, если карбонатная жесткость немного больше некарбонатной. Фосфатирование применяют для доумягчения воды до значений 0,02-0,03 мг-экв/л.
3. Термохимический метод. Умягчение осуществляют с применением извести и соды или едкого натра и соды при температуре воды более 100° С (до 165° С). Термохимический метод умягчения применяется в основном при подготовке воды для питания котлов. Только в этом случае утилизируется почти все тепло, затраченное на подогрев воды.
4. Умягчение воды диализом (метод нанофильтрации) основан на разделении растворенных веществ с различными молекулярными массами под действием разных скоростей диффузии через полупроницаемую мембрану, разделяющую концентрированный и разбавленный растворы. Растворенные вещества (соли жесткости) диффундируют через мембрану в сторону разбавленного раствора, растворитель (вода) диффундирует в обратном направлении. Диализ осуществляется в мембранных аппаратах с нитро- и ацетатцеллюлозными пленочными мембранами. Достаточно дорогой способ умягчения воды, требует предварительной очистки воды. При диализе происходит удаление из воды всех солей, в том числе необходимых человеку микроэлементов.
5. Магнитный метод. Механизм воздействия магнитного поля на воду окончательно не выяснен. Существующие гипотезы объясняют влияние магнитного поля на деформацию ионов, их сближение и образование центров кристаллизации; воздействие на коллоидные примеси в воде; влияние на структуру воды. Сущность метода заключается в том, что при воздействии магнитного поля накипь образуется не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки легко удаляются. Метод эффективен при обработке кальциево-карбонатных вод.
6. Метод ионного обмена основан на обмене между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита. В качестве ионитов могут использоваться неорганические и органические материалы, способные к обмену ионов и практически нерастворимые в воде. К неорганическим природным ионитам относят цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, гидрослюды (глауконит). Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относят ионообменные смолы с развитой поверхностью. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами.
Иониты имеют плохо связанные с основной структурой материала подвижные, способные к обмену катионы (H+ или Na+) или анионы (OH–) и прочно связанные между собой высокомолекулярные ионы R. В процессе ионообменного умягчения воды происходит замена ионов H+, Na+ или OH– на ионы жесткости:
Мg2+ + 2 HR → MgR2 + 2 H+;
Са2+ + 2 NaR → CaR2 + 2 Na+;
HСO3- + ROH → RHCO3 + OH–.
Применяя совместное H – Na -катионирование, можно получить остаточную жесткость в пределах 0,05-0,005 мг∙экв/л.
7. Метод перегонки - испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.
8. Криогенный метод - вымораживание льда. Вода постепенно замораживается, когда остается примерно 10 % жидкости от первоначального количества, незамерзшая вода сливается, а лед оттаивается и превращается обратно в воду. Все соли, которые образуют жесткость, остаются в незамерзшей воде.
Методы замораживания и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды.