Катіонірованіе

Пом'якшення Na + - Катіонірованіем

Основними рівняннями натрій-катіонірованія для кальцієвих і магнієвих солей жорсткості є:

Са (НСО3) 2 + 2NaR СаR2 + 2NaНСО3

CaSO4 + 2NaR СаR2 + NaSO4

CaCl2 + 2NaR СаR2 + 2NaCl

Mg (HCO3) 2 + 2NaR MgR2 + 2NaНСО3

MgSO4 + 2NaR MgR2 + NaSO4

MgCl2 + 2NaR MgR2 + 2NaCl,

Де R -- поліаніонів катіоніту. У рівнянні R представлений однозарядного лише формально, для спрощення запису. Фактично поліаніонів катіоніту має потенційне число зарядів, яка дорівнює кількості його функціональних груп та еквівалентно виражається через ПДОЕ віднесене до обсягу будь-якого зерна катіоніту.

У процесі натрій-катіонірованія загальне солевміст води не зменшується, залишаючись еквівалентним вихідного, а у вагових одиницях навіть трохи збільшується, але якісний склад солей зовсім змінюється тому, що катіони жорсткості (Са2 + і Mg2 +) виявляються затриманими на катіони.

Н-Na -- катіонірованіе в процесі пом'якшення води

При Н -- катіонірованіі іонітовие фільтри завантажуються катіонітів вже не в Na + - Форми, а в Н + - формі. Відповідно рівняння іонного обміну найбільш часто містяться у воді солей приймуть такий вигляд:

Са (НСО3) 2 + 2НR СаR2 + 2СО2 + 2Н2О

CaSO4 + 2НR СаR2 + Н2SO4

CaCl2 + 2НR СаR2 + 2НCl

Mg (HCO3) 2 + 2НR MgR3 + 2СО2 + Н2О

MgSO4 + 2НR MgR2 + Н2SO4

MgCl2 + 2НR MgR2 + 2НCl,

NaНСО3 + НCl NaR + СО2 + 2Н2О

NaSO4 + 2НR NаR + Н2SO4

NaCl + НR NаR + НCl

У першій частині наведених рівнянь видно, що не тільки катіони жорсткості (Са + і Mg2 +), а й інші катіони (Na +) виявилися поглиненими катіонітів. Сталося повне перетворення солей в кислоти. У присутності сильних кислот (NaSO4 і НCl) двокарбонатний іони не можуть існувати: відбувається їх перетворення на вуглекислий газ і воду, що призводить до повного знищення лужності води, бо вода, що містить кислоти, непридатна для використання. На практиці процесом Н +-катіонірованіе користуються в комбінованому процесі Н +-Na + - катіонірованія, сутність якого полягає в наступному: частина потоку води обробляють по способу Н +-катіонірованія, а другу за способом Nа +-катіонірованія. При цьому вода від першого процесу набуває сильні кислоти, які можуть нейтралізувати зайву лужність Na + катіонірованной води.

У процесі Н +-катіонірованія руйнуються бікарбонати, виділяється вуглекислий газ (СО2), і воду необхідно декарбонізіровать, тобто видалити вуглекислоту в апаратах з насадкою, званих декарбонізаторамі, шляхом продування води в протитоку повітрям.

Практично комбіноване пом'якшення проводять за однією з трьох можливих до застосування схем: паралельної, спільної і послідовною.

При паралельному пом'якшення вода ділиться на два потоки, один з яких пропускається через Н + - катіонітових фільтри, а друга - через Na + -- катіонітових фільтри. Після цього обидва потоку об'єднуються; при цьому, підкислена вода Н + - катіонного фільтра нейтралізує лужність Na + - катіонірованного фільтра за схемою

НХ + NaНСО3 NaХ + СО2 + Н2О

Вода проходить декарбонізатор, в якому відділяється і евакуюється вуглекислий газ шляхом продування повітрям. Застосування декарбонізатора призводить до розриву струменя, а тому за декарбонізатором встановлюється насос, який прокачує декарбонізірованную і нейтралізувати воду через бар'єрний Na + -- катіонітових фільтр для уловлювання проскакування жорсткості і для вирівнювання коливань величини рН змішаного потоку очищується води. У випадку зайво зниженого рН води відбувається утримання на катіон Н + іонів і обмін їх на іони Na, тобто підвищення рН. При підвищеному рН, яке після Na + - Катіонірованія може бути тільки за рахунок NaOH, відбувається перехід у воду затриманих раніше катіонітів Н + іонів і затримка на іоніте Na + катіонів, тобто відбувається ліквідація зайвої лужності.

Спільне Н + - Na + катіонірованіе проводять без розподілу води на два потоки; всю воду пропускають через один фільтр, який своєрідно регенерувати, а саме: спочатку Катіоніт обробляється кислотою, тобто переводиться в Н + -- форму, потім через фільтр пропускається розчин кухонної солі (NaCl) в кількості, недостатній для перекладу всього катіоніту в Na + форму. Таке перетворення отримує лише частину (верхній шар) завантаження. Тоді процеси, відбуваються при паралельному пом'якшення після змішування двох потоків, завершуються в одному фільтрі, як в даному випадку. Однак за цим способом відбуваються коливання величини лужності внаслідок нерівномірного (і не однакового після кожної регенерації) розподілу Na + і Н + - форми катіоніту по висоті завантаження.

Відповідно до вимог необхідно підтримувати лужність фільтрату на рівні 0,2 - 0,3 мг-екв/л з метою попередження корозії. Середня лужність води, що отримується (за цикл) за цим способом, трохи вище норми, і стоїть на рівні ~ 1 мг-екв/л. Для завершення пом'якшення води, як і за попереднього способу, вода пропускається через декарбонізатор і Na + - катіонітових бар'єрний фільтр.

Послідовне пом'якшення за допомогою Н + - Na +-катіонірованія здійснюється шляхом пропущення частини води через Н + - катіонітових фільтр, потім Na + - катіонірованную воду змішують у змішувачі з рештою частиною води, при цьому, відбувається нейтралізація придбаної при Н + катіонірованіі кислотності за рахунок лужності другий частини води. Як вже відомо з попереднього матеріалу, в цих умовах з води повинен виділиться вуглекислий газ (СО2) і, отже, для його відділення воду направляють в декарбонізатор, де повітрям виробляють отдувку вуглекислого газу. Після цього здійснюється пом'якшення всієї води на Na +-катіонітових фільтрі, а потім її пропускають через бар'єрний Na +-катіонітових фільтр другого ступеня.

Ренегерація Na + - катіонітових фільтрів

Регенерація Na + - Катіонітових фільтрів виробляють 6 - 8% водним розчином кухонної солі (NaCl). При цьому, витрата солі при пом'якшення вод з вмістом сухого залишку до 800 мг/л знаходиться в межах 2,6 - 3,5 г-екв/г-екв регенеріруемой обмінної ємності. При пом'якшення вод з вмістом сухого залишку вище 800 мг/л допускається збільшений расзод солі на регенерацію від 4,0 - 4,5 г-екв/г-екв.

З метою зменшення питомої витрати солі при регенерації іноді практикують первцю половину витратного кількості солі пропускати у вигляді 2 - 3%-го розчину, а другу половину - у вигляді 6 - 7%-го розчину.

Швидкості регенеруючих розчинів звичайно витримують на рівні 7 - 10 м/ч. після регенерації звичайно треба відмивання катіоніту від надлишку сольового розчину, , що залишився після регенерації між зернами. Повноту відмивання контролюють за утримання хлор-іонів у отмивочной воді.

Регенерація Н + - катіонітових фільтрів

Регенерація Н + - Катіонітових фільтрів (у системі Н + - Na + -- катіонірованія) здійснюється 1,5 - 2% водним розчином сірчаної кислоти (найбільш дешева); більш концентровані розчини можуть призвести до загіпсовиванію завантаження фільтрів внаслідок відкладення кристалів CaSО4. Питома витрата кислоти може складати від 1,3 - 3,5 г-екв/г-екв. Швидкість пропускання регенеруючого розчину рекомендується витримувати в межах 8 -- 10 м/ч. Сприятливою температурою регенерації слід вважати 25 - 350С.

Після того, як закінчиться пропускання розчину кислоти, слід почати відмивання катіоніту водою від надлишку кислоти з тією ж швидкістю пропускання отмивочной води, це призводить до деякого збільшення часу регенерааціі, на зате дозволяє досягти зниження витрати отмивочной води. Перші порції отмивочной води, що містять солі жорсткості, можна спускати в нейтралізатор ії в каналізацію (~ 10 хв), решту воду корисно скидати в бак з метою подальші використання для приготування розчинів кислоти в наступні регенерації.

Застосування Н + - Катіонірованія вимагає складної апаратури, виконаної у кислотостійкої виконанні. Крім того, виникає задача нейтралізації кислотних стоків від надлишків кислоти при регенерації.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.promeco.h1.ru/l