1.2.5.1 Натрий-катионирование
Натрий-катионитный метод умягчения воды основан на способности некоторых нерастворимых в воде веществ (сульфоуголь, синтетические смолы), отрегенерированных поваренной солью, обменивать подвижно расположенный катион Na+ на Са2+ и Mg2+ по следующим реакциям:
2Na Кат + Са (НСО3)2 →Са Кат2 + 2Na НС03;
2Na Кат + Mg (НСО3)2 → Mg Кат2 + 2NaHCО3;
2Na Кат + СаС12 → Са Кат2 + 2NaCl;
2Na Кaт + Mg SО4 → Mg Кат2 + Na2S04,
где Кат — катионит (сульфоуголь, катиониты КУ-2, КУ-1 и др.).
Как видно из приведенных реакций, вместо кальциевых и магниевых солей в обрабатываемой воде образуется эквивалентное количество легко растворимых натриевых солей. Карбонатная жесткость образует в фильтрате эквивалентное количество бикарбоната натрия; щелочность умягчаемой воды, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр, при натрий-катионировании не изменяется, однако pH фильтрата будет больше, чем исходной воды, за счет замены Са2+ и Mg2+ на Na+ — более сильнощелочной катион.
Метод натрий-катионирования рекомендуется применять для артезианской или осветленной воды с содержанием взвешенных веществ не более 5—8 мг/л и цветностью не более 30°, если не требуется снижение бикарбонатной щелочности и допустимо увеличение солесодержания обрабатываемой воды за счет обмена кальция и магния на натрий.
Для получения глубокоумягченной воды с Жо<0,02 мг-экв/л (с одновременной экономией расхода соли) рекомендуется двухступенчатое натрий-катионирование.
1.2.5.2 Натрий-хлор-ионирование
Натрий-хлор-ионитный метод основан на умягчении воды с одновременным снижением щелочности и осуществляется путем последовательного фильтрования обрабатываемой воды через натрий-катионит- ный фильтр первой ступени, хлор-анионитный фильтр и затем натрий- катионитный фильтр второй ступени.
Вторую ступень натрий-катиони- рования рационально совмещать в одном фильтре с хлор-анионирова- нием, при этом внизу загружается катионит, а сверху — сильноосновный анионит типа АВ-17 (рис. 2).
Рис. 2. Схема натрий-хлор-ионирования.
1—исходная вода; 2— натрий-катионитный фильтр первой ступени; 3 — натрий-хлор-ионитный фильтр (вторая ступень натрий-катионирования); 4-'натрий-хлор-ионированная вода
В этом методе катионит и анионит регенерируются поваренной солью NaCl (Na+ регенерирует катионит, С1~—анионит). На первой ступени катионирования происходит замещение катионов Са2+ и Mg2+ на Na+. Во второй ступени (в совмещенном натрий-хлор-ионитном фильтре) в слое анионита происходит обмен,, анионов S042-, NC>3~, N02~, НСОз-, содержащихся в обрабатываемой воде, на хлор,
а в слое катионита «проскочившие» катионы жесткости обмениваются на Na+. При этом протекают следующие реакции: в катионите
2Na Кат + Са (НСОа)2 → Са Кат2 + 2NaHC03;
2Na Кат + MgS04 → Mg Кат2 + Na2S04;
2Na Кат + СаС12 → Ca Kam2 + 2NaCl; в анионите
Ah Cl + Na2S04→Лн2504 + 2NaCl; Ah Cl + NaN03 → Ah N03 + NaCl;
Ah Cl + NaHC03→Ah HC03 + NaCl и т. д.
Методом натрий-хлор-ионирования воды можно снизить жесткость фильтрата до 0,01 мг-экв/л и щелочность до ~0,2 мг-экв/л.
В отличие от работы катионита, у которого после «проскока» катионов жесткости происходит быстрое нарастание последней, хлор-анионит большую часть рабочего цикла работает с «проскоком» ионов НС03- н фильтрат. Этой особенностью процесса хлор-ионирования часто пользуются в котельных установках, где требуется снижение щелочности только до 1 — 1,5 мг-экв/л
С отключением фильтра на регенерацию при щелочности 1,5—3 мг-экв/л среднюю щелочность фильтрата за фильтроцикл получают в требуемых пределах, что значительно увеличивает рабочую емкость поглощения анионита по иону НС03.
Метод натрий-хлор-ионирования в небольших установках (производительностью от 5 до 50 м3/ч) имеет явное преимущество перед водород- катионированием с декарбонизацией и последующим двухступенчатым натрий-катионированием. При хлор-ионировании расходуется только один реагент — поваренная соль, исключается коррозионно-активная кислота, требующая антикоррозионной защиты оборудования, трубопроводов и специальной арматуры; не требуется значительного увеличения оборудования в сравнении с наиболее простой схемой — натрий- катионирования (исключаются водород-катионитные фильтры, декарбонизатор, оборудование для хранения кислоты и приготовления регенерационного раствора, баки и насосы декарбонизированной воды и пр.).
Ограничением применения метода натрий-хлор-ионирования является недостаточный выпуск промышленностью анионитов, их высокая стоимость, а также изложенные ниже технологические условия, связанные с качеством исходной воды и содержанием С1~ в дренажных водах.
. При большем содержании анионов сильных кислот и производительности установки более 50 м3/ч применение схемы должно быть обосновано техникоэкономическим расчетом, возможно, что в этих случаях эта схема будет более рентабельной, чем водород- катионирование с декарбонизацией.
В промышленных условиях при хлор-ионировании имело место снижение емкости поглощения анионита и нарушение гидродинамики фильтрующего слоя (сопротивление возрастало до 1,5 кгс/см2) в связи с загрязненностью регенерационного раствора солями жесткости. Это явление происходило в результате выпадения осадка карбоната кальция в объеме анионита и вызывало необходимость приготовления регенерационного раствора на умягченной натрий-катионированной воде. По этой же причине использование регенерационного раствора после хлор-анионитных фильтров на натрий-катионитных фильтрах первой ступени возможно только в случае повышенной минерализации исходной воды, когда относительная доля бикарбонатного иона сравнительно небольшая.
Как показала практика эксплуатации, применение в схемах натрий- хлор-ионирования низкоосновных анионов невозможно, так как емкость поглощения анионитов типа АН-31, АН-18 и др. после 2—3 циклов поваренной солью не восстанавливается (фильтр не регенерируется) .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|