2.2 Очистка воды от истинно растворенных примесей.

2.2.1 Методы ионного обмена

Обработка воды методом ионного обмена заключается в фильтровании воды через слой ионообменного материала (ионита), практически нерастворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами примесей.

Иониты, обладающие свойствами обменивать катионы, называются катионитами, а иониты, обладающие свойством обменивать анионы - анионитами. Ион, который отдает ионит взамен поглощаемых ионов примесей воды, называют обменным.

1) Метод Н-катионирования основан на фильтровании воды через катионит, отрегенерированный кислотой. Протекающие при этом процессы могут быть представлены следующими реакциями:

2RH+Ca(HCO₃)₂  R₂Ca+2H₂O+2CO₂

2RH+MgCl₂  R₂Mg+2HCl

2RH+Na₂SO₄  2RNa+H₂SO₄

где R - комплекс матрицы и функциональной группы без обмен- ного иона (его принято считать одновалентным).

Назначением Н-катионирования является удаление всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода. Соли кальция (Са²⁺), магния (Mg²⁺) и натрия (Nа⁺) переходят в свободные кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃, и т.п.). При этом жесткость Н-катионированной воды снижается до 0,01 мг-экв/дм³ и ниже, а щелочность удаляется полностью, так как выделяющиеся в воду ионы водорода реагируют с бикарбонат-ионами

Таким образом, при Н-катионировании одновременно с основным процессом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды. Фильтрат приобретает кислотность, равную остаточной концентрации ионов Н⁺ (сумме присутствующих Cl^-, SO₄^2-, NO₃^-). Поэтому Н-катионированная вода является кислой и непригодной для питания паровых котельных агрегатов. В схемах химического обессоливания на ВПУ ТЭС процесс Н-катионирования применяется в сочетании с анионированием.

2) Метод ОН-анионирования основан на фильтровании воды через анионит, отрегенерированный щелочью. Взаимодействие Н-катионированной воды с анионитом можно представить в виде следующих реакций:

2RОH+ H₂SO₄  R₂SO₄+2H₂O

ROH+ HCl  RCl+H₂O

ROH+ HNO₃  RNO₃+H₂O

Переход в воду ионов ОН^- приводит к повышению ее рН, что сопровождается диссоциацией слабых кислот Н₂СО₄ и Н₂SiО₃ и переводу их в ионное состояние. Следовательно, они также могут участвовать в реакциях обмена, но лишь при использовании высокоосновных анионитов:

2RОH+H₂CO₃  RHCO₃+H₂O

2ROH+H₂SiO₃  RHSiO₃+H₂O

Анионирование производится с целью удаления из воды анионов. При сочетании катионирования с анионированием происходит химическое обессоливание воды.

Качество воды после обработки (одна ступень обессоливания):

- общая жесткость , мг-экв/дм³, не более 0,001;

- солесодержание S, мг/дм³, не более 5.

3) Метод Na-катионирования основан на фильтровании воды через катионит, отрегенерированный поваренной солью. При этом происходят следующие реакции:

2RNa+Ca(HCO₃)₂  R₂Ca+2NaHCO₃

2RNa+MgCl₂  R₂Mg+2NaCl

2RNa+СаCl₂  R₂Са+2NaCl

Назначением Na-катионирования является удаление из воды катионов кальция и магния в обмен на эквивалентное количество катионов натрия. При этом жесткость воды снижается, щелочность не изменяется, а солесодержание несколько увеличивается.

Одноступенчатым Na-катионированием можно получить воду с остаточной жесткостью до 0,1 мг-экв/дм³, в схеме двухступенчатого Na-катионирования обеспечивается остаточная жесткость фильтрата менее 0,01 мг-экв/дм³.

4) Метод Na-Сl-ионирования основывается на применении катионита в Na-форме и анионита в Cl-форме; регенерация обоих ионитов проводится раствором поваренной соли. Метод Na-Сl- ионирования используется для умягчения и снижения щелочности воды.

Сl-ионирование осуществляется после предварительного Na-катионирования. При пропуске Na катионированной воды через сильноосновный анионит в Cl-форме протекают реакции обмена анионов, содержащихся в воде, на ионы хлора, находящиеся в анионите:

2RCl+Na₂SO₄  R₂SO₄+2NaCl

RCl +NaNO₃  RNO₃+ NaCl

RCl + NaHCO₃  RHCO₃+ NaCl

В результате сорбции ионов снижается щелочность обрабатываемой воды.

Метод Na-Cl ионирования следует применять при соотношении анионов в исходной воде и суммарной концентрации сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/дм³.

Качество воды после обработки:

• общая жесткость , мг-экв/дм³, не более 0,010;

• общая щелочность , мг-экв/дм³, от 0,1 до 1,0.