Умягчение (обессоливание) воды катионированием

Катионирование – процесс обработки воды методом ионного обмена, в результате которого происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), находящихся в объеме катионита, различают два вида катионирования: Н–катионирование и Na–катионирование.

1) Натрий–катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 градусов. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий–катионировании до значений 0,05 – 0,1 мг–экв/л, при двухступенчатом – до 0,01 мг–экв/л.

Достоинства NaCl (поваренной соли) как регенерационного раствора:

• дешевизна;

• доступность;

• продукты регенерации (хорошорастворимые CaCl2 и MgCl2) легко утилизируются.

Катиониты

Иониты, в зернах которых при ионообменном процессе происходит обмен катионов, называют катионитами.

Каждый катионит обладает определенной обменной емкостью выражающейся количеством катионов, которые катионит может обменять в течение фильтроцикла. Обменную емкость катионита измеряют в грамм–эквивалентных задержанных катионов на 1 м3 катионита, находящегося в набухшем (рабочем) состоянии после пребывания в воде, т. е. в таком состоянии, в котором катионит находится в фильтре. Различают полную и рабочую обменную емкость катионита.

Полной обменной емкостью называют то количество катионов, которое может задержать 1 м3 катионита, находящегося в рабочем состоянии, до того момента, когда жесткость фильтрата сравнивается с жесткостью исходной воды.

Рабочей обменной емкостью катионита называют то количество катионов, которое задерживает 1 м3 катионита до момента «проскока» в фильтрат катионов. Рабочая обменная емкость катионита зависит от вида извлекаемых из воды катионов, cоотношения солей в умягчаемой воде, значения рН, высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима эксплуатации катионитовых фильтров, удельного расхода регенерирующего реагента и от других факторов.

Обменную емкость, отнесенную ко всему объему катионита, загруженного в фильтр, называют емкостью поглощения.

Водород–катионитовый метод

Данный метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтровании обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н–катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходе процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н–катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).

Обессоливание воды ионным обменом

Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н–катионирования и ОН–анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита.

Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно–или двухступенчатое Н–катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН–анионированием на слабо–, а затем на сильноосновном анионите.

При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происходит быстрое истощение емкости сильноосновного анионита. Для уменьшения истощения сточную воду после катионитового фильтра дегазируют в специальных дегазаторах с насадкой из колец Рашига или в других аппаратах. При необходимости обеспечивать значение рН ~ 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Требования к воде, подаваемой на Н–ОН фильтры:

• взвешенные вещества – не более 8 мг/л;

• общее солесодержание – до 3 г/л;

• сульфаты и хлориды – до 5 мг/л;

• цветность – не более 30 градусов;

• окисляемость перманганатная – до 7 мгО2/л;

• железо общее – не более 0,5 мг/л;

• нефтепродукты – отсутствие;

• свободный активный хлор – не более 1 мг/л.

Если исходная вода не отвечает данным требованиям, то необходимо провести предварительную подготовку воды.

В соответствии с необходимой глубиной обессоливания воды проектируют одно–, двух– и трехступенчатые установки, но во всех случаях для удаления из воды ионов металлов применяют сильнокислотные Н–катиониты с большой обменной способностью.