44. Умягчение воды ионным обменом.
Катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых катионитами, обменивать содержащиеся в них активные группы катионов (натрия, водорода и др.), на катионы кальция или магния, находящиеся в воде.
В настоящее время большое распространение получили ионообменные смолы, которые получают на основе синтетических полимеров. Ионнообменные смолы – это сетчатые, трёхмерные полимеры, не растворяющиеся в воде, но ограниченно набухающие в ней и содержащие группы, способные к обмену ионов.
Умягчаемую воду фильтруют через слой катионита, при этом катионы кальция и магния из воды переходят в катионит, а в воду переходят катионы натрия или водорода.
После Na-катионирования получается фильтрат со щелочной средой, а после Н-катионирования – фильтрат с кислой средой. Смешивая оба фильтрата в определенной пропорции, можно получить практически полностью умягченную воду.
Каждый обменный катионит обладает определенной обменной способностью, которая выражает то количество катионов, которое может задержать (обменять) катионит в течение фильтроцикла. Обменной емкостью катионита называют максимальное количество ионов (в мэкв/л или мэкв/г), поглощаемое 1 г катионита обменным путем.
45. Схемы катионных установок.
В зависимости от требований потребителя применяются следующие схемы катионных установок:
1 ‒ одноступенчатое Na-катионирование применяется для неглубокого умягчения воды. Остаточная жесткость фильтра составляет 0,05 - 0,1 мг-экв/л;
Одноступенчатое Na-катионирование
2 ‒ двухступенчатое Na-катионирование применяется для глубокого умягчения воды. Остаточная жесткость после второй ступени составляет не более 0,01 мг-экв/л. Фильтры первой ступени отключаются на регенерацию при достижении жесткости фильтрата 0,1 мг-экв/л, что позволяет более полно использовать обменную емкость ионита в первой степени. Фильтры второй ступени является «барьерными» ‒ для задержки проскока жесткости с 1-го степени;
Двухступенчатое Na-катионирование
3 ‒ Н-Na-катионирование применяется для одновременного умягчения и снижения щелочности вод, например, при подготовке воды для подпитки тепловых сетей. Возможны два варианта схем:
параллельное Н-Na-катионирования,
последовательное H-Na-катионирования.
В обоих вариантах обязательно применение Na-катионитных фильтров второй ступени («буферные» фильтры для задержки проскоков жесткости и кислотности из фильтров первой ступени.
Схема параллельного H-Na-катионирования
Более надежно последовательное Н-Na-катионирование.
Последовательное Н-Na-катионирование
При такой схеме полнее используется обменная емкость Н-фильтров. Расход воды через Н-фильтров определяется по той же формуле, что и в предыдущей схеме, расход через Na-фильтры равен общему расходу воды.
Недостатком схемы является увеличение напора насосов для продавливания воды через 3 ступени фильтров.
Иногда вместо Н-Na-катионирования может применяться двухступенчатое Na-катионирование с подкислением серной кислотой. Но при этом в воде увеличивается содержание сульфатов-ионов и усиливается ее коррозионная агрессивность.
Na-катионирование также заметно увеличивает коррозионную агрессивность воды, так как из воды удаляются ионы Ca2+ и Mg2+ способны образовывать защитные пленки на поверхности металла.