Вода природных источников может иметь высокую жесткость (в пределах 40 °), допускаемую для хозяйственно-питьевого и технологического водоснабжения. Однако для тепловых станций и котельных, как правило, предел жесткости значительно ниже; поэтому перед подачей в паровые котлы вода должна подвергаться умягчению. В связи с этим устройства для умягчения воды, используемой на подпитку котлов, предусматриваются независимо от общего комплекса сооружений по обработке подаваемой на завод воды, и обычно располагают их в здании ТЭЦ или котельной.
Применяются следующие методы умягчения воды: реагентный, катионитовый, термический и комбинированный. Наибольшее распространение получил реагентный известково-содовый метод, применяемый для умягчения жестких и мутных вод.
Для реагентного умягчения применяется такая же схема сооружений, как и для коагулирования и осветления воды; схема включает такие аппараты: устройство для подготовки и дозирования реагентов (известь, сода, коагулянт); смеситель, камеры для осуществления реакции; отстойник или осветлитель и фильтр.
При введении в воду реагентов содержащиеся в воде соли жесткости выпадают в осадок или переходят в другие соли. В качестве реагентов, кроме извести и соды, могут применяться едкий натр и фосфорнокислый натрий. Для ускорения реакции обрабатываемую воду целесообразно подогревать до 70-80 °С. Этим методом жесткость воды может быть доведена до 2—5°.
При катионитовом методе используется способность катионитов обменивать катионы натрия или водорода, содержащиеся в них, на катионы растворенных в воде солей жесткости — кальция или магния. Соответственноэтому различают Nа — катионирование либо Н — катионирование. В результате катионного обмена соли натрия и кальция переходят вдругие соли, не обусловливающие жесткость воды, чем и достигается ее умягчение.
Процесс Nа- и Н-катионирования происходит в специальных напорных фильтрах, в которых через слой кагнонита пропускается умягчаемая вода. В качестве катионитов в большинстве случаев применяются глауконитовые пески, используемые для Nа-катионирования, и искусственный материал — сульфоуголь, используемый как для Nа-, так и для Н-катионирования. Катионирующими материалами могут быть также различные искусственные смолы.
При Nа-катионировании снижение жесткости воды сопровождается увеличением солевого состава и ее щелочности, т. е. ее рН превышает 8. В результате Н-катионироцания повышается кислотность воды, соответственно рН снижается ниже 8. Таким образом, после Nа-катионирования вода имеет повышенную щелочность (рН>8), а после Н-катионирования повышенную кислотность (рН < 7). В связи с этим после катионирования в первом случае требуется дополнительное подкисление воды, во втором случае нужно увеличить щелочность воды.
Требуемая величина рН умягчаемой воды может быть также достигнута путем одновременного фильтрования ее через Nа- и Н-катиониты. В результате процесса катионирования Nа и Н, содержащиеся в поверхностных слоях катионита, расходуются и способность катионита умягчать
воду постепенно снижается. Восстановление этой способности (регенерация) достигается путем пропуска через слои катионита концентрированного раствора поваренной соли NаСI для Nа-катиоиитов и раствора серной кислоты Н2SO4 для Н-катионитов.
При катионитовом методе умягчения вода до подачи ее в катионитованные фильтры должна быть полностью осветлена. Этот метод позволяет доводить жесткость воды до 0, 1-0, 15 °.
Для умягчения воды может быть также применен термический метод (особенно для вод, обладающих в основном карбошатной жесткостью), заключающийся в нагреве воды до температуры, превышающей 100 °С. При этом из нее полностью удаляются соли карбонатной жесткости и гипс СаSO4.
На практике часто применяют комбинированный метод умягчения воды — последовательно применяют реагентный и катионитовый методы либо реагентный и термический методы.