Катионитное умягчение воды

Сущность: воду фильтруют через катионитовый материал, который имеет активные группы. Получил наибольшее распространение. Фильтры называют катионитными, а фильтрующий материал – катионитом.

Типы и виды катионитов

Катиониты подразделяют:

1. по происхождению: естественного и искусственного;

2. по составу: минеральные и органические;

3. по характеру воздействия: сильнокислотные и слабокислотные.

К минеральным относятся глауконитовые пески, доломитная и мраморная крошка (вещества естественного происхождения), а также активированная окись алюминия (искусственного происхождения).

К органическим катионитам относятся различные угли (естественного происхождения), обогащенные угли парами серной кислоты, а также высокомолекулярные продукты полимеризации, в основу которых положены бензольные кольца (КУ-1, КУ-2).

Сильнокислотные катиониты способны замещать из воды ионы Са и Мg в сочетании с анионами как сильных так и слабых кислот. Такие катиониты имеют различные виды ионогенных групп. Работают в нейтральной, кислой и щелочной среде.

Слабокислотные катиониты извлекают из воды ионы Са и Мg в сочетании с анионами только слабых кислот. Содержат в своем составе одну активную ионогенную группу СООН^-. Работают при рН ≥ 7.

На практике в настоящее время используют катионитные материалы:

• сульфоуголь – универсальный ионообменный материал, способный замещать как катионы, так и анионы. При катионитном умягчении воды представляют сильнокислотный катионит, содержащий СООН^-, SО₃Н^-, ОН^-.

• КУ-1 – высокомолекулярная смола, сильнокислотный, доставляется в мешках по 10, 20 кг; используется в кислых средах при t=80⁰С.

• КУ-2 – то же, что и КУ-1, только более эффективный, может работать в любой водной среде. Наиболее эффективный среди отечественных катионитов. Отличается высокой надежностью. КУ-1 и КУ-2 бывают от желтого до бурого цвета, в воде увеличиваются в объеме до 10%, очень дорогие, но ионообменная способность высока.

• Алюмоселикаты (активированная окись алюминия) – обычно применяются для обработки природных вод, с целью обесцвечивания и осветления, а умягчение – побочный процесс.

• Также могут использоваться слабокислотные катиониты, когда карбонатная жесткость намного больше не карбонатной. Выпускают катиониты марки СГ, КБ, ОУ.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРИ КАТИОНИРОВАНИИ

1.Одноступенчатое Na-катионирование

“+” – дешевая и надежная “-” – малоэффективная схема;

Применяется для котлов низкого давления и в тех случаях, когда остаточная жесткость≥0,1мг-экв./л, тогда щелочность умягченной воды=исходной щелочности. При этом желательно чтобы Ж₀≤7мг-экв./л(оптимальное - 2-3,5). Наибольшее распространение – если не требуется малая остаточная жесткость и значение жесткости постоянно.

2.ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ Na-КАТИОНИРОВАНИЕ

Применяется при любом значении исходной жесткости. Надежная схема, которая обеспечивает постоянство велечин остаточной жесткости и умягченной щелочности:Ж_ост=0,1мг-экв/л;Щ_умягч.=Ж₀

Схема применяется для котлов среднего и низкого давления.

3.ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ Na-КАТИОНИРОВАНИЕ С ПОДКИСЛЕНИЕМ ВОДЫ

Применяется при любом значении исходной жесткости, обеспеч. остат.жесткость=0,05мг-экв/л,Щ_ум≤0,35 мг-экв/л.Схема используется для котлов среднего и высокого давления. Также применяется после реагентного умягчения воды при термохимич. умягч. воды. Применяется перед дистилляцией воды.

4.ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ HNa-КАТИОНИРОВАНИЕ

Δ – дегазатор

Надежная и эффективная схема для получения: Ж_об=0,5;Щ_ум≤0,3; Na≤2мг/л при Ж_исх≤10мг-экв/л. Конц-я анионов сильных кислот≤5мг-экв/л. Схема используется для котлов среднего и высокого давления.

5.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ HNa-КАТИОНИРОВАНИЕ

Схема работает при любых значениях Ж и содержании ионов Na и анионов кислот. Дегазатор может быть как после Na-фильтров, так и после H-фильтров. Обеспечивает те же показатели, что и Н-схема, но более надежна.

6.ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ИЛИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ HNa-КАТИОНИРОВАНИЕ В РЕЖИМЕ “ГОЛОДНОЙ” РЕГЕНЕРАЦИИ

Менее эффективна, чем 4и5 схемы. При этом: Ж₀≤7мг-экв/л(параллельное); Ж₀-любое(послед-е Hna-катионирование) Ж_нек≤1; Ж_ум=0,1; Щ_ум=0,8-1,2.

Солесодержание: S≤1500мг/л

Данная схема намного дешевле, если не требуется низкое содержание остаточной жесткости.

7.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ NaCl-КАТИОНИРОВАНИЯ

В этом случае удаляются не только HCO₃^- но и SO₄^2-. Схема представляет собой обессоливающую установку.

Ж₀≤6мг-экв/л; [Cl^-]+[SO₄^2-]=2 мг-экв/л; [HCO₃^-]/[Cl^-]+[SO₄^2-]≥1; Ж_ум=0,1 мг-экв/л; Щ_ум=Щ₀.

Схема применяется в тех случаях, когда дальнейшее использование воды при увеличении концентрации хлоридов не влияет на технологический процесс. При NaCl-катионирсвании(NaCl-ионировании) увеличивается конц-ия хлоридов в воде и вода делается нестабильной.

8.NH₄ – КАТИОНИРОВАНИЕ

Схема аналогична предыдущим, но вместо Na⁺ применяется NH₃⁺. Схема дешевле, но более требовательна по ТБ из-за образующихся паров аммиака.

В ывод: наиболее приемлимы 1,2,4 и 6 схемы.