3. Умягчение воды катионированием

Умягчение воды катионированием – один из методов умягчения (обессоливание) воды.

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-катионирования и Na-катионирование.

Натрий-катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 град. Жескость воды снижается при одноступенчатом натрийкатионированием до значений 0,05-0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом – до 0,01 мг-экв/л. Регенирация Na-катионита достигается фильтрованием через него со скоростью 3-4 м/ч; 5-8% раствора NaCI.

Достоинства NaCI (поваренная соль) регенерационного раствора:

- дешевизна

- доступность

- продукты регенерации (хорошо растворимые СаCI₂ и MgCI₂) легко утилизируются.

Водород-катионитовый метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтрации обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катиониты водорода.

При Н-катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходя процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае призводится 4-6% раствором кислоты (HCI, Н₂SO₄).

4. Катиониты

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

Энергия вхождения различных катионов в катионит по величине их динамической активности может быть охарактеризована для одинаковых условий следующим рядом: Na⁺<Mg²⁺<Ca²⁺<AI³⁺.

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 фильтра 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, соотношения солей в умягчаемой воде, значения рН, высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима эксплуатации катионитовых фильтров, удельного расхода регенерирующего реагента и от других фильтров.

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

5. 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 других аппаратах. При необходимости обеспечивать значение рН=6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешенного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Метод обессоливания воды ионным обменом основан на последовательном фильтровании воды через Н-катионитовый, а затем ОН-НСО3-, или СО3-анионитовый фильтр. В Н-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Са²⁺,Mg²⁺, Na⁺, обмениваются на водород-катионы .

В ОН-анионитовых фильтрах, которые проходит вода после Н-катионитовых, анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН^-.

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО₂ удаляется в дегазаторе.

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 мг О₂/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.