Лабораторная работа № 4

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ МЕТОДОМ -КАТИОНИРОВАНИЯ

Методом осаждения не удается получить достаточно полное умягчение воды. Для обработки природных вод на электростанциях применяют комбинированные схемы, в которых предварительная обработка воды (предочистка) осуществляется методом осаждения, а окончательная – методом ионного обмена.

Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически не растворимых в воде веществ, называемых ионообменными материалами или ионитами, изменять в нужном направлении ионный состав воды.

Обработка воды методами ионного обмена принципиально отличается от обработки воды методами осаждения тем, что удаляемые из нее примеси не образуют осадка, и такая обработка не требует непрерывного дозирования реагентов.

Процесс - катионирования заключается в обмене ионов натрия, входящих в состав катионита, на ионы кальция и магния присутствующих в исходной воде. - катионирование производится фильтрованием воды через слой - катионита.

При этом протекает следующая реакция

,

где - функциональная группа ионита без обменного иона.

Аналогичная реакция протекает с ионом .

Таким образом можно значительно уменьшить жесткость воды. Но при этом несколько возрастает солесодержание воды, т.к. два иона (масса=223=46) обмениваются на один ион (масса = 40).

После замены всех обменных катионов натрия катионами кальция и магния, катионит истощается, т.е. теряет свою способность умягчать воду. Для восстановления работоспособности катионита необходимо удержанные им катионы кальция и магния удалить из него и заменить катионами натрия. Этот процесс называется регенерацией катионита. Регенерация проводится путем фильтрования 6-10 %-ного раствора поваренной соли через слой истощенного катионита:

,

где п – избыток над стехиометрическим количеством.

Поваренная соль применяется для регенерации, в основном, вследствие ее доступности, а также вследствие того, что получающиеся при этом хорошо растворимые соли и легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой.

Эксплуатация ионитного фильтра сводится к последовательному проведению следующих операций: взрыхление, регенерация, отмывка и умягчение. Задачей эксплуатации ионитных фильтров является правильное проведение указанных операций, обеспечивающее максимальную рабочую обменную емкость фильтров при заданном качестве химически обработанной воды.

Ход работы

Сначала следует провести регенерацию истощенного ионита (для катионита марки КУ-2-8 используем 8-10 %-ный раствор ). Для этого требуется выполнить следующие операции: взрыхление, собственно регенерацию и отмывку.

1. Взрыхление. Эта операция имеет целью устранить уплотнения слежавшейся массы ионита и тем самым, обеспечить более свободный доступ регенерационного раствора к зернам ионита.

2. Регенерация. Сразу после взрыхления проводится регенерация фильтра. Она заключается в том, что на фильтр в необходимом количестве подается раствор соли, который фильтруется сверху вниз через слой фильтрующего материала. Скорость пропуска регенерирующего раствора соли через слой фильтрующего материала должна быть 3-5 м/ч.

3. Отмывка. Эта операция проводится для освобождения фильтрующего материала от продуктов регенерации (солей и ) и избытка

регенерирующего раствора ( ). Отмывка проводится исходной водой со скоростью 6 - 8 м/ч.

Расчет объема регенерационного раствора соли проводят в следующей последовательности:

1) из справочной литературы находят обменную рабочую емкость данной марки ионита в конкретных условиях, , г-экв/м³;

2) измеряют объем слоя ионита , м³;

3) определяют емкость фильтра по удаляемым ионам , г-экв/м³;

4) задавшись избытком, определяют необходимое для качественной регенерации количество обменных ионов в регенерационном растворе, , г‑экв/м³.

5) определяют объем регенерационного раствора , м³ оптимальной концентрации , %.

Для расчета объема отмывочной воды из справочной литературы находят ее удельный расход - , м³/ м³ ионита.

После регенерации включают фильтр в работу, пропуская через него водопроводную воду со скоростью 5-10 м/ч (из-за малой высоты слоя). Первую порцию фильтрата объемом 1,5 сбрасывают. Затем берут пробу - катионированной воды и определяют ее жесткость. Жесткость воды, умягченной в - катионитном фильтре, сравнивают с и .

Контрольные вопросы:

1. На чем основана обработка воды методом ионного обмена?

2. Чем отличается обработка воды методом ионного обмена от обработки воды методом осаждения?

3. В чем заключается процесс натрий-катионирования? Какие реакции протекают при этом? Почему возрастает солесодержание воды?

4. Что такое «истощение катионита»?

5. Что такое «регенерация катионита»? Чем проводится регенерация при натрий-катионировании и почему? Концентрация регенерационного раствора, опишите реакцию;

6. В чем заключается эксплуатация ионитного фильтра?