- •1.2 Исторически сложившиеся методы и схемы подготовки химически очищенной воды.
- •1.2.1 Коагуляция и осветление
- •Методы обработки поверхностных вод
- •1.2.2 Методы осаждения
- •1.2.2.1 Известкование
- •Остаточная карбонатная щелочность известкованной воды
- •1.2.2.2 Известково-содовый метод
- •1.2.2.3 Едконатровый метод
- •1.2.2.4 Термический метод
- •1.2.2.5 Внутрикотловая обработка воды
- •1.2.2.6 Магнитный метод обработки воды для паровых котлов более 100ºС
- •1.2.3 Магнитный метод обработки при подогреве воды ниже 95ºС
- •1.2.4 Обезжелезивание подземных вод
- •1.2.5 Обработка воды путем ионного обмена
- •1.2.5.1 Натрий-катионирование
- •1.2.5.2 Натрий-хлор-ионирование
- •1.2.5.3
- •Параллельное водород-натрий- катионирование
- •Водород-катионирование в схемах химического обессоливания
- •1.2.5.4 Амоний-натрий-катионирование
1.2.5.3
Сущность метода водород-катио-нирования заключается в фильтровании обрабатываемой воды через- катионит, отрегенерированный кислотой. В процессе такого фильтрования катионы, растворенные в обрабатываемой воде, обмениваются на водород.
При этом протекают следующие реакции:
2НКaт + Са (НС03)2 →Са Кат2 + 2Н20 + 2С02 ;
2НКaт + Mg (НС03)2 →Mg Кат2 + 2Н20 + 2С02 ;
Как видно из приведенных реакций, в процессе водород-катионирования (до «проскока» катионов- жесткости) вода умягчается — катионы жесткости Са2+ и Mg2+ обмениваются на водород, бикарбонатный ион, образующий так называемую карбонатную жесткость, разрушается с образованием углекислоты, а анионы солей постоянной, жесткости образуют эквивалентное количество минеральных кислот.
При более глубоком водород- катионировании до «проскока» в фильтрат натрия натрий, содержащийся в исходной воде, обменивается на водород и образуется эквивалентное количество минеральных кислот.
В зависимости от требований к качеству обработанной воды и от состава исходной воды метод водород-катионирования может осуществляться в различных схемах.
Наиболее широко водород-катионирование применяется в схемах: водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров, химического обессоливания (частичного и полного), и реже в схеме параллельного водород-натрий-катионирования.
Водород-катионирование с «голодной» регенерацией фильтров
Осуществление водород-катионирования в схеме так называемой «голодной» регенерации фильтров нашло широкое применение в котельных установках, когда требуется разрушение бикарбонатного иона со снижением только карбонатной жесткости (щелочности) до 0,7—1,5мг-экв/л,
В отличие от обычного процесса водород-катионирования (при котором берется избыток кислоты в 1,5—2 раза больше теоретического) в этом процессе расход кислоты на регенерацию соответствует теоретическому или даже несколько меньше его. При этом верхние слои от- регенерированного катионита будут содержать обменный катион водорода Н+, а в нижних слоях останутся ранее задержанные ионы Са2+, Mg2+ и Na+.
В верхних слоях катионита, отрегенерированного «голодной» дозой кислоты, происходят все обычные реакции ионного обмена, в результате которых образуются сильные минеральные кислота и, угольная кислота.
Проходя неотрегенерированные слои катионита, ионы водорода сильных минеральных кислот обмениваются на ионы Са2+, Mg2+ и Na+ по уравнениям:
Са Кат + 2НС1 →2Н Кaт +• СаС12;
Mg Кат2 + H2S04→ 2Н Кат + MgS04;
Na Кат+НСl→ Н Кат + NaCl
и т. д., происходит как бы регенерация, а затем вновь образуются те же соли, что были в исходной воде. Таким образом, можно считать, что при «голодной» дозе кислоты на регенерацию происходит только разрушение связанной углекислоты, и удаляются связанные с бикарбонатом катионы.
В присутствии сильных кислот диссоциация угольной кислоты подавлена, поэтому образовавшийся в верхних слоях С02 находится в. виде растворенного в воде uаза и проходит как бы «транзитом» неотрегенерированные слои катионита, и только когда в фильтрате уже нет сильных кислот, некоторое количество ионов водорода (угольной кислоты) обменивается в нижних слоях на натрий, чем и обусловливается появление вторичной щелочности водород-катионированной воды. Постепенно количество ионов водорода в фильтре уменьшается и перемещается в более нижние слои.
К моменту отключения фильтр» на регенерацию ионы водорода в катионите практически расходуются, полностью. Получение при водород-катионировании с «голодной» регенерацией фильтров фильтрата с минимальной щелочностью (при условии отсутствия сброса кислой воды при регенерации и кислого фильтрата в процессе водород-катионирования) зависит от качества исходной воды и расхода кислоты на регенерацию Повышение расхода кислоты на регенерацию выше оптимального приводит к получению в какой- то период фильтроцикла кислого фильтрата; недостаточная доза кислоты будет вести к повышению щелочности фильтрата и к снижению емкости поглощения катионита.
Для устранения колебания щелочности и предотвращения появления кислого фильтрата схема водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров осуществляется в две ступени, для чего после водород-катионитных фильтров устанавливаются буферные саморегенерирующиеся фильтры с высотой слоя сульфоугля 2 м и скоростью фильтрования до 40 м/ч (рис. 2-5).
Буферные фильтры как бы увеличивают нерегенерируемый слой водород-катионитного фильтра, предохраняя фильтрат от «проскоков» кислоты, создают большую надежность работы установки, обеспечивая при этом более полное использование обменной емкости катионита.
К буферным саморегенерирующимся фильтрам не допускается подвода регенерационных растворов (кислоты или соли), взрыхление их должно производиться жесткой исходной водой. Кроме того, получение постоянной величины щелочности после водород-катионитных фильтров, работающих при «голодном» режиме регенерации, достигается путем составления при наладке соответствующего графика совместной работы и регенерации установленных фильтров (обычно устанавливается не менее трех фильтров, кроме буферных).
Схема водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров имеет следующие преимущества перед схемой параллельного водород- натрий-катионирования:
- сброс в дренаж нейтральных стоков в процессе регенерации;
- теоретически необходимый расход кислоты на регенерацию водород-катионитных фильтров. Особенности процесса водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров зависят прежде всего от химического состава исходной воды, который и диктует оптимальные условия проведения процесса.
Характеристика катионного состава исходной воды:
И характеристика анионного состава:
где К — отношение, характеризующее катионный' состав исходной воды; А — отношение, характеризующее анионный состав исходной воды; Na+, Са2+, Mg2+ — содержание в исходной воде соответственно натрия, кальция и магния, мг-экв/л; НС03~, Cl~, S042- — содержание в исходной воде соответственно бикарбоната, хлора и сульфат иона, мг-экв/л; Жо — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; — сумма анионов сильных кислот, содержащихся в исходной воде, мг-экв/л.
По величине отношений К и А можно решить, как будет протекать процесс водород-катионирования с «голодной» регенерацией, и рекомендовать оптимальные условия проведения процесса.