1.4 Натрій-катіонування води.

Процес полягає в пропусканні води через шар катіоніту в Na -формі. Обмін іонів може бути описаний загальною формулою (для природних вод)

Nа⁺ [КАТ] + Са⁺², Mg² → Са⁺², Mg² [КАТ] + 2Nа⁺ (1.5)

На поверхні катіоніту сорбуються з води усі іони, які знаходяться в ліотропному ряді лівіше за натрій. Для природних вод - це іони кальцію і магнію. Видалення іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ є процесом зм'якшування води (усуненням жорсткості).

Рис. 1.6. Схема Na - катіонування і зміна іонного складу води

Через деякий час після початку роботи фільтру катіонові завантаження можна умовно розбити на 3 шари. У верхньому шарі усі обмінні іони натрію замінені на кальцій і магній, катіоніт знаходиться у формі Са⁺², Mg₂ [КАТ]. Тут обміну іонів немає. У середньому шарі частина обмінних іонів вже замінена на кальцій і магній, а частина ще збереглася в Na-формі. Саме тут йде обмін іонів, це - захисний шар. І, нарешті, в нижньому шарі увесь катіоніт знаходиться в Na-формі, сюди іони кальцію і магнію не доходять. На графіку праворуч від фільтру приведена зміна змісту у воді іонів жорсткості води (Ca і Mg ) і Na у міру руху води вниз по завантаженню.

Товщина захисного шару визначається по формулі

Н_зах = 0,04Vd²lnЖ_вих., м (1.6)

де V - швидкість фільтрування, м/ч; d - діаметр зерен катіоніту, мм; Жцсх - загальна жорсткість початкової води, мг-экв/л.

У міру роботи фільтру захисний шар зміщується вниз і досягши дна фільтру пропускання води припиняється і фільтр переводиться в режим регенерації катіоніту розчином NaCI.

1.5 Водневе-катіонування води.

При пропусканні води через шар катіоніту в Н-формі на поверхні іоніту сорбуються усі присутні у воді катіони і у воду поступають іони водню, наприклад - для природних вод

Н⁺ [КАТ] + Са⁺², Mg², Nа⁺ …→ Са⁺², Mg₂, Nа⁺… [КАТ] + Н⁺ (1.7)

Із стічних вод можуть видалятися іони заліза, хрому, цинку і так далі. На схемі 1.7 приведене Н-катіонування природної води. По аналогії з Na - катіонування завантаження можна розбити на шари, але їх вже буде 5. Перші три шари згори повторюють Na - катіонування, нижче вже шари з катіонітом Н⁺Nа⁺ [КАТ] та Н⁺ [КАТ]. Обмін іонів йде в 2 і 4 шарах. Графіки зміни показників якості води по висоті катіонітового завантаження приведені праворуч від фільтру. Фільтрат є слабким розчином сірчаної і соляної кислот. Лужність води переходить в кислотність через те, що іони лужності води нейтралізуються іонами водню. При цьому підвищується вміст у воді вуглекислого газу, оскільки НСО₃^- → СО₂ + Н₂О

Рис. 1.7. Схема Н - катіонування і зміна іонного складу води

Величина рН води після фільтру визначається простою формулою pH=-lg[H⁺], чим більше в початковій воді іонів [SO₄^2- ] і [Cl^- ], тим нижче рН фільтрату, найчастіше він знаходиться в межах 3-5. Через це буферні катіоніти нераціонально використовувати в Н-формі при високих концентраціях хлоридів і сульфатів. При Н-катіонуванні знижується солевміст води.

Регенерація катіоніту робиться розчином сірчаної кислоти, можливе використання і інших кислот.

1.6 ОН-аніонування води.

Як правило ОН-аніонуванню піддається вода після Н - катіонування і видалення з води розчинених газів (O₂, N₂ і CO₂). Аніоніт витягає з води аніони практично усіх солей, для природних вод обмін іонів може бути описаний реакцією

[AH]0H⁺ + S0₄^2-, Cl …→ [AH] S0₄^2-, Cl^- +0H^- (1.8)

Схема 1.8 ОН-аніонування води.

Аніоніт по висоті, через якийсь час після початку фільтрації води, може бути розбитий також на 5 шарів, склад яких повторює ліотропний ряд для аніоніта. Фільтрат практично позбавлений солей (знесолена вода), в нім тільки залишкові кількості іонів Са⁺², Mg², Nа⁺ і S0₄^2-, Cl^-. Вода після аніонування практично має нейтральну реакцію.

Регенерація аніоніта робиться розчином їдкого натрію, можливе використання і інших лугів.

11