Натрий-катионирование
Этот процесс применяется для умягчения воды и имеет самостоятельное значение при подготовке добавочной воды для котлов низкого давления и подпиточной воды для тепловых сетей, если исходная вода имеет малую щелочность.
Обработка воды путем натрий-катионирования заключается в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы Са2+ и Mg2+, обусловливающие ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионов Na+. Протекающие реакции могут быть записаны следующим образом:
2NaR + Ca(HCO3)2 CaR2 + 2NaHCO3;
2NaR + Mg(HCО
2NaR + CaCl2 CaR2 + 2NaCl;
2NaR + MgSO4 MgR2 + Na2SO4,
где СаR2, MgR2, NaR – солевые формы катионита;
R – комплекс матрицы и функциональной группы без обменного
иона; его принято считать одновалентным.
При Na – катионировании:
– жесткость воды снижается,
– анионный состав не изменяется,
– щелочность остается постоянной.
– Суммарная концентрация катионов, участвующих в этом процессе, также остается постоянной. Однако массовая концентрация катионов в растворе несколько увеличивается, поскольку эквивалентная масса двух ионов натрия выше эквивалентных масс ионов кальция и магния, поэтому солесодержание воды несколько возрастает.
Недостаток процесса: карбонатная жесткость в процессе ионного обмена переходит в бикарбонат натрия и обусловливает высокую натриевую щелочность котловой воды, так как в котле NaHCO3 превращается в соду и едкий натр. К достоинствам относятся простота метода и дешевизна реагентов.
Регенерация истощенного Na – катионита достигается фильтрованием через него раствора поваренной соли NaCl концентрацией 6-10%. Протекающие реакции можно записать в следующей форме:
СаR2 + 2NaCl 2NaR + CaCl2;
MgR2 + 2NaCl 2NaR + MgCl2.
Процесс умягчения воды удобно представить графически:
Линия ГД (Жо)соответствует величине исходной жесткости воды. Процесс умягчения, начавшись в момент контакта воды со слоем катионита, заканчивается на некоторой глубине в плоскости аобо. Слой, в котором начинается и заканчивается умягчение воды, наз. работающим слоем или зоной умягчения.
В процессе работы верхние слои зоны умягчения истощаются. На смену им вступают в работу свежие слои катионита, расположение ниже. Таким образом, зона умягчения постепенно опускается вниз. В слое катионита постепенно образуется три зоны: истощенного катионита, умягчения, свежего катионита
. При включении фильтра в работу жесткость воды будет минимальной (точка А). Величина ее остается постоянной до момента совмещения нижних границ зоны умягчения а2б2 и слоя катионита а3б3. В момент совмещения границ (точка Б графика) появляется проскок катионов жесткости, поэтому в фильтрате жесткость начинает увеличиваться, пока в точке Д не станет равной жесткости исходной воды. Это означает полное истощение катионита. Для целей умягчения фильтр выводится из работы и останавливается на регенерацию в момент начала проскока жесткости в точке Б.Площадь АБВГ наз. рабочей обменной емкостью фильтра.
Площадь БВД – остаточная обменная емкость или неиспользованная обменная емкость. Она минимальна в том случае, когда плоскости а1б1 и а2б2 горизонтальны. В действительности зона умягчения ограничивается искривленными поверхностями, при которых проскок катионов жесткости начинается раньше вследствие гидравлического перекоса. На графике этому моменту соответствует точка Б’. В результате величина использованной емкости поглощения будет меньше (площадь А Б’ В’ Г), а неиспользованная емкость больше.
При проведении процессов умягчения и регенерации следует учитывать действие так называемых противоионов. Противоион – это тот, который вытесняется из ионита, то есть в умягчаемой воде ион Na+, а в регенерационном растворе – ионы Са2+, Mg2+. Повышение концентрации в фильтрате иона, содержащегося в катионите (продукта реакции), согласно закону действующих масс, тормозит реакции умягчения воды или регенерации катионита. Поэтому чем выше минерализация исходной воды, тем больше концентрация ионов натрия в умягченной воде и, следовательно, выше противоионный эффект, что приводит к увеличению остаточной жесткости фильтрата. Концентрация противоиона определяется не только начальным содержанием иона Na+ в исходной воде, но и тем количеством Na+, которое будет вытеснено из катионита в процессе обмена на ионы жесткости. Этот эффект необходимо учитывать при высокой жесткости исходной воды 20…30 мг-экв/кг.
Аналогичное действие оказывают противоионы в регенерационном растворе. При пропускании через фильтр раствора NaCl в нем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионов Ca2+ и Mg2+ и он обедняется ионами Na+. Увеличение концентрации противоионов (Ca2+ и Mg2+) в регенерационном растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена, то есть тормозит регенерацию ионита. В результате, по мере продвижения регенерационного раствора в нижние слои, некоторое количество катионов
Меры борьбы с противоионным эффектом при регенерации:
1. Увеличить расход соли, что сильно ухудшает экономичность процесса.
2. Противоточное катионирование (фильтрование производится снизу вверх, а регенерация – сверху вниз), при котором устраняется неблагоприятное расположение в слое ионов, так как умягченная вода перед выходом из фильтра будет соприкасаться с наиболее хорошо отрегенерированными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Метод противоточного катионирования позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям.
3. Применение двухступенчатого катионирования. В этом случае в фильтрах первой ступени вода умягчается до остаточной жесткости 0,05…0,2 мг-экв/кг, а во второй ступени до 0,03…0,01 мг-экв/кг. Наличие фильтров второй ступени создает своего рода барьер, препятствующий “проскоку” удаляемых катионов при случайных отклонениях в работе фильтров первой ступени (несвоевременное отключение на регенерацию, нарушение гидравлического режима, приводящее к гидравлическому перекосу и увеличенному проскоку удаляемых катионов в фильтрат). При наличии барьерных фильтров второй ступени упрощается эксплуатация установки, так как фильтры первой ступени могут отключаться на регенерацию не по проскоку ионов Са2+ и Мg2+, требующему тщательного контроля жесткости воды после этих фильтров, а по количеству воды, пропущенной через них. Небольшое повышение жесткости воды после первой ступени будет снято фильтрами второй ступени.
Эффект от применения двухступенчатого и противоточного Na-ка-тионирования в отношении уменьшения удельного расхода соли на регенерацию и снижения остаточной жесткости фильтрата практически одинаков. В зависимости от качества исходной воды и схемы ее обработки можно применять то или другое или оба эти мероприятия.
studfiles.net
Умягчение воды натрий катионированием
Умягчение воды натрий катионированием
Целью натрий-катионирования является удаление из воды ионов, обуславливающих ее жесткость, т.е. кальция и магния. Сам процесс описывается следующими реакциями:
2Na [K] + Ca(HCO3)2 → Ca[K]2 + 2NaHCO3,
2Na [K] + Mg(HCO3)2 → Mg[K]2 + 2NaHCO3,
2Na [K] + CaCl2 → Ca[K]2 + 2NaCl,
2Na [K] + MgCl2 → Mg[K]2 + 2NaCl,
2Na [K] + CaSO4 → Ca[K]2 + Na2SO4,
2Na [K] + MgSO4 → Mg[K]2 + Na2SO4,
2Na [K] + CaSiO3
2Na [K] + MgSiO3 → Mg[K]2 + Na2SiO3,
где [K] – не растворимая матрица катионита.
Основные требования к воде перед подачей на натрий-катионитовые фильтры:
| Параметр | Ед. изм. | Кол-во |
| Взвешеннаые вещества | мг/л | ≤ 8 |
| Цветность | Град. | ≤ 30 |
Натрий-катионирование может проводиться по одно или двухступенчатой схеме, в зависимости от требования по жесткости воды на выходе установки:
- до 0,05…0,1 мг-экв/л – по одноступенчатой схеме;
- до 0,01 мг-экв/л – по двухступенчатой схеме.
Рассмотрим работу одноступенчатой N-катионитовой установки:
Вода, проходя сквозь слой катионита, умягчается и направляется в накопительный бак, откуда уже подается насосами потребителю. Такая схема позволяет избежать образование кислых стоков и, как следствие, использовать кислотостойкое оборудование и материалы.
Одноступенчатое N-катионирование, в сравнении с двухступенчатым, имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение:
- умягчение воды не более 0,05 мг-экв/л,
- неполное использование рабочей обменной емкости фильтра,
- повышенный расход соли на регенерацию.
Работа двухступенчатой N-катионитовой установки.
Проходя через N-катионитовые фильтры I ступени, жесткость воды снижается до 0,1…0,2 мг-экв/л, затем, проходя через фильтры II ступени, снижается до 0,02…0,01 мг-экв/л.
Последовательность такой фильтрации позволяет использовать максимально полно рабочую емкость обоих фильтров: значительная часть солей жесткости задерживается на фильтрах I ступени, II ступень снижает остаточную жесткость после предшествующих катионитов и выступает в качестве барьерной, задерживая соли жесткости в случае их проскока. Таким образом, регенерацию фильтров I ступени проводят не после начала проскока катионов кальция и магния, что требует тщательного контроля, а по расчетному количеству прошедшей через них воды.
Регенерация Na-катионитовых фильтров.
Регенерация N-катионитов осуществляется путем пропуска раствора хлорида натрия через смолу и описывается следующими реакциями:
Ca[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + CaCl2,
Mg[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + MgCl2.
Образующиеся в результате ионного обмена соли хлорида кальция и магния хорошо удаляются при пропуске регенерационного раствора и далее в процессе отмывки фильтра.
Процесс регенерации натрий-катионитовых установок складывается из нескольких этапов:
- Взрыхление/обратная промывка – длится примерно 10-15 минут и имеет целью взрыхлить уплотнившиеся слои катионита и удалить принесенные взвешенные вещества;
Пропуск регенерационного раствора – процесс восстановления замещенных ионов Na+ на ионы Ca2+ и Mg2+.
Время пропуска регенерационного раствора зависит от рабочей емкости фильтра, концентрации солевого раствора, требуемой степени умягчения и варьируется от 25 до 40 минут.Расход соли pNaCl на одну регенерацию можно вычислить по формуле:
pNaCl = S ⋅ a ⋅ hk ⋅ epNa/1000, кг, где
S – площадь фильтра, м2,
hк – высота слоя катионита, м,
epNa – рабочая обменная емкость катионитового фильтра в случае Na-катионирования, г-экв/м3,
а – удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита, г/г-экв.
Для одноступенчатой установки a = 150…200 , г/г-экв, для двухступенчатой на фильтры I ступени а = 120…150 г/г-экв, для II ступени a = 300…400 г/г-экв.Для более полного прохождения процессов ион-замещения при регенерации и фильтрации используют метод противоточного катионирования.
Обусловлено это тем, что в процессе регенерации сверху вниз наиболее полно замещение ионов Ca2+ и Mg2 на ионы Na+ происходит в верхних слоях катионитового фильтра, в то время как нижние слои, по мере регенерации верхних, более и более концентрируют в себе замещенные ионы Ca2+ и Mg2+. Это, в свою очередь, ухудшает процесс регенерации и проводит к тому, что нижние слои оказываются не полностью регенерированы. Тот же противоионный эффект наблюдается и в процессе работы фильтра, только взамен замещаемых катионов магния и кальция выступают катионы натрия – их повышенная концентрация в нижних слоях катионита затормаживает ионообменный процесс, что приводит к уменьшению полезной обменной емкости катионитового фильтра и, как следствие, качеству воды на выходе установки.
Данный эффект, негативно влияющий на работу фильтра, устраняется методом противоточного катионирования – умягчаемая вода и регенерационный раствор подаются в разных направлениях, тем самым обеспечивая условия для наиболее полного умягчения воды в процессе фильтрации.
Статью подготовил:
Руководитель ПТО
OOO “CАТ”
Макаров Василий А.
8-905-282-32-19
Нужна консультация? Свяжитесь с нами!
Телефон: +7 905 282 32-19
Email: [email protected]
satspb.net
КАТИОНИТ — СМОЛЫ
Полифункциональный ионит. Это самый распространенный вид ионообменной смолы для водоподготовки.
Внешний вид
По внешнему виду катионит больше всего напоминает зерна пшена правильной круглой формы, но только чуть меньше в диаметре. Классический размер гранул отсеивается в диапазоне от 0,29 мм до 1,29 мм. Это самый эффективный размер для водоподготовки, так как рабочей поверхностью катионообменных смол является внешняя оболочка гранулы на которой сосредоточены ионы обмена, соответственно нужно было определить оптимальное соотношение массы к поверхности и сопоставить с производственными возможностями.
Цвет катионита, заявленный ГОСТом определяется в гамме от желтого до темно-коричневого цвета. Стоит добавить, что у отечественных ионообменных смол это как правило светло-желтый или желтый цвет с полупрозрачной структурой. На солнечном свету на воздухе гранулы просвечиваются, при помещении в воду – темнеют. Поверхность зерна прочная, ровная и гладкая, без трещин и зазубрин. Новые гранулы имеют определенную влажность, примерно 50%, уточнить можно в паспорте, это относится скорее к содержанию влаги внутри гранулы, но и внешняя влага тоже помогает гранулам не рассыпаться по поверхности. Можно даже слепить небольшую пирамидку
Классификация катионитов
Катионообменные смолы являются синтетическими органическими ионитами. Существуют еще и неорганические (природные), но применение их – это тупиковый путь развития в современной водоподготовке. Органические моно молекулы стирола и дивинилбензола составляют матрицу, к которой прививаются химическим путем фиксированные ионы (ионогенные группы). Кислотный тип ионогенных групп -СООН; -SО3Н; -РО4Н2 и определяет заряд ионита, а характер обмениваемых ионов как катионов.
Можно приводить различные деления видов, сосредоточимся лишь на важных с точки зрения распространения и областей применения этого вида ионообменной смолы.
Сильнокислотные и слабокислотные катиониты. В классике сильнокислотный может удалять жесткость (ионы жесткости) в водных растворах при любых значениях pH, но эффективно работают при показателях 2-14pH. Самые распространенные – сильнокислотные: это КУ-2-8 для технических водных растворов и КУ-2-8чС для питьевой воды. Слабокислотные работают в щелочной среде с показателями 7-14pH, но на практике при определенных условиях улавливают ионы и в более кислой среде. О методах удаления жесткости можно прочитать здесь подробнее.
Принцип работы
Принцип работы в фильтре основывается на ионном обмене. На поверхности катионита сосредоточены потенциал образующие ионы. Они имеют отрицательный заряд. Ионы диффузного слоя присутствуют рядом. Самые распространенные соли жесткости – это кальций и магний. Из водного раствора ионит на свою поверхность улавливают ионы солей, отдавая в воду натрий или водород. Каждая гранула ионита накапливает сторонние заряды до определенного предела (проскока). Теперь ионообменник нужно освободить от ненужных заряженных частиц. Пропускается раствор кислоты или поваренной соли, который снимает жесткие ионы с поверхности смолы и отправляет их в дренаж, свободное место занимает водород или натрий. Это называется регенерацией (восстановлением). Смола ионообменная вновь готова к работе.
Схематически процесс изображен на этих рисунках:
Характеристики катионита
Приведены в нижеследующей таблице:
Области применения
Как и все ионообменные смолы, катионит был специально разработан для водоподготовки. Там, где есть потребность в умягчении водных растворов применяется метод обессоливания. Марки КУ-2-8 в водородной (Н+) форме и КУ-2-8 (Na+) в натриевой форме используются в основном в тепловой энергетике и в других технолоических сферах, где есть необходимость в технической воде. КУ-2-8чС используется в водоочистке питьевых, деионизованных и демирализованных вод. О его применении в деминерализаторе можно прочитать в этой статье.
Влияние на окружающую среду
Как ионо-высокоемкий сильнокислотный сорбент с высокой температурной и химической стойкостью, механической прочностью, катионит не имеет класса опасности и может перевозиться любим видом транспорта. Упаковка в полипропиленновые мешки по 20кг позволяет исключить просыпание и загрязнение окружающей среды при доставке. Его, как и все ионообменные материалы не следует есть, не допускать попадания в глаза и не давать детям. При контакте имеет смысл вымыть руки или использовать бытовые силиконовые перчатки.
smoly.ru
Натрий-катионирование – умягчение жесткой воды
Самый распространенный метод умягчения воды – натрий-катионирование. Метод основан на способности ионообменных материалов обменивать на ионы кальция и магния ионы других веществ, не образующих накипь на теплонапряженной поверхности (трубные экраны котлов, теплообменники, поверхности жаротрубных котлов). Веществ таких немало, но в связи с доступностью и относительной дешевизной хлорида натрия именно он был выбран в качестве реагента для регенерации катионита.Кроме того, продукты регенерации – CaCl2,MgCl2 – хорошо растворимы в воде, в отличие, например, от СаСО3 (регенерация карбонатом натрия (Na2CO3) или CaSO4 (регенерация сульфатом натрия (Na2SO4)).
Реакции обмена ионами (R – комплекс катионита, упрощенно называемый анионитной частью катионита):
2 NaR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3;
2 NaR + Mg(HCO3)2 = MgR2 + 2NaHCO3;
2 NaR + CaCl2 = CaR2 + 2NaCl;
2 NaR + MgSO4 = MgR2 + Na2SO4;
2 NaR + CaSiO3 = CaR2 + Na2SiO3.
Замена ионов кальция и магния ионом натрия гарантирует отсутствие накипеобра-зований на греющих поверхностях котлов и теплообменников.По мере пропускания воды через слой катионита количество ионов натрия, способных к обмену, уменьшается, а количество ионов кальция и магния, задержанных на смоле, возрастает, то есть катионит «истощается». Тогда его следует регенерировать – пропустить через слой катионита раствор хлорида натрия, и обменная способность катионита восстанавливается. Процессы ионного обмена обратимы. Поэтому если в воде ионов натрия становится все больше и больше по сравнению с количеством ионов кальция и магния, то процесс поглощения ионов Ca2+ и Mg2+ замедляется, то есть все больше сдвигается в левую сторону реакций (4.3)–(4.7) и может быть изображен так:
MgR2 + 2Na+ = 2NaR + Mg2+.
Ионы Na+, Ca2+ и Mg2+ названы противоионами. Это свойство катионитов имеет два следствия.
Первое. При увеличении минерализации обрабатываемой воды (увеличение идет, в основном, за счет увеличения содержания в воде натрия и в гораздо меньшей степени – калия) получение глубокоумягченной воды традиционным натрий-катионированием – даже двухступенчатым – становится все более проблематичным.
Второе. Обеспечивается возможность регенерации катионита 5–10%-ным раствором хлорида натрия. Концентрация иона натрия в растворе при этом заведомо и намного больше концентрации ионов кальция и магния в катионите.
www.sibecolog.ru
Натрий-катионирование
Этот процесс применяется для умягчения воды и имеет самостоятельное значение при подготовке добавочной воды для котлов низкого давления и подпиточной воды для тепловых сетей, если исходная вода имеет малую щелочность.
Обработка воды путем натрий-катионирования заключается в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы Са2+иMg2+, обусловливающие ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионовNa+. Протекающие реакции могут быть записаны следующим образом:
2NaR+Ca(HCO3)2CaR2+ 2NaHCO3;
2NaR + Mg(HCО3)2 MgR2 + 2 NaHCO3;
2NaR + CaCl2 CaR2 + 2NaCl;
2NaR + MgSO4 MgR2 + Na2SO4,
где СаR2,MgR2,NaR– солевые формы катионита;
R – комплекс матрицы и функциональной группы без обменного
иона; его принято считать одновалентным.
При Na– катионировании:
– жесткость воды снижается,
– анионный состав не изменяется,
– щелочность остается постоянной.
– Суммарная концентрация катионов, участвующих в этом процессе, также остается постоянной. Однако массовая концентрация катионов в растворе несколько увеличивается, поскольку эквивалентная масса двух ионов натрия выше эквивалентных масс ионов кальция и магния, поэтому солесодержание воды несколько возрастает.
Недостаток процесса: карбонатная жесткость в процессе ионного обмена переходит в бикарбонат натрия и обусловливает высокую натриевую щелочность котловой воды, так как в котле NaHCO3превращается в соду и едкий натр.К достоинствамотносятся простота метода и дешевизна реагентов.
Регенерация истощенного Na– катионита достигается фильтрованием через него раствора поваренной солиNaCl концентрацией 6-10%. Протекающие реакции можно записать в следующей форме:
СаR2+ 2NaCl2NaR+CaCl2;
MgR2+ 2NaCl 2NaR+MgCl2.
Поваренная соль применяется для регенерации вследствие ее доступности. Получающиеся при этом хлориды кальция и магния хорошо растворимы и легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой.
Процесс умягчения воды удобно представить графически:
Линия ГД (Жо)соответствует величине исходной жесткости воды. Процесс умягчения, начавшись в момент контакта воды со слоем катионита, заканчивается на некоторой глубине в плоскостиаобо. Слой, в котором начинается и заканчивается умягчение воды, наз.работающим слоем или зоной умягчения.
В процессе работы верхние слои зоны умягчения истощаются. На смену им вступают в работу свежие слои катионита, расположение ниже. Таким образом, зона умягчения постепенно опускается вниз. В слое катионита постепенно образуется три зоны: истощенного катионита, умягчения, свежего катионита. При включении фильтра в работу жесткость воды будет минимальной (точка А). Величина ее остается постоянной до момента совмещения нижних границ зоны умягченияа2б2и слоя катионитаа3б3.В момент совмещения границ (точка Б графика) появляется проскок катионов жесткости, поэтому в фильтрате жесткость начинает увеличиваться, пока в точке Д не станет равной жесткости исходной воды. Это означает полное истощение катионита. Для целей умягчения фильтр выводится из работы и останавливается на регенерацию в момент начала проскока жесткости в точке Б.
Площадь АБВГ наз. рабочей обменной емкостью фильтра.
Площадь БВД – остаточная обменная емкость или неиспользованная обменная емкость. Она минимальна в том случае, когда плоскости а1б1и а2б2горизонтальны. В действительности зона умягчения ограничивается искривленными поверхностями, при которых проскок катионов жесткости начинается раньше вследствие гидравлического перекоса. На графике этому моменту соответствует точка Б’. В результате величина использованной емкости поглощения будет меньше (площадь А Б’ В’ Г), а неиспользованная емкость больше.
При проведении процессов умягчения и регенерации следует учитывать действие так называемых противоионов. Противоион – это тот, который вытесняется из ионита,то есть в умягчаемой воде ионNa+, а в регенерационном растворе – ионыСа2+,Mg2+. Повышение концентрации в фильтрате иона, содержащегося в катионите (продукта реакции), согласно закону действующих масс, тормозит реакции умягчения воды или регенерации катионита. Поэтому чем выше минерализация исходной воды, тем больше концентрация ионов натрия в умягченной воде и, следовательно, выше противоионный эффект, что приводит к увеличению остаточной жесткости фильтрата. Концентрация противоиона определяется не только начальным содержанием ионаNa+в исходной воде, но и тем количествомNa+, которое будет вытеснено из катионита в процессе обмена на ионы жесткости. Этот эффект необходимо учитывать при высокой жесткости исходной воды 20…30 мг-экв/кг.
Аналогичное действие оказывают противоионы в регенерационном растворе. При пропускании через фильтр раствора NaCl в нем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионовCa2+иMg2+и он обедняется ионамиNa+. Увеличение концентрации противоионов (Ca2+иMg2+) в регенерационном растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена, то есть тормозит регенерацию ионита. В результате, по мере продвижения регенерационного раствора в нижние слои, некоторое количество катионовCa2+иMg2+остается невытесненным, поэтому регенерация катионита протекает менее полно.
Меры борьбы с противоионным эффектом при регенерации:
1. Увеличить расход соли, что сильно ухудшает экономичность процесса.
2. Противоточное катионирование (фильтрование производится снизу вверх, а регенерация – сверху вниз), при котором устраняется неблагоприятное расположение в слое ионов, так как умягченная вода перед выходом из фильтра будет соприкасаться с наиболее хорошо отрегенерированными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Метод противоточного катионирования позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям.
3. Применение двухступенчатого катионирования. В этом случае в фильтрах первой ступени вода умягчается до остаточной жесткости 0,05…0,2 мг-экв/кг, а во второй ступени до 0,03…0,01 мг-экв/кг. Наличие фильтров второй ступени создает своего рода барьер, препятствующий “проскоку” удаляемых катионов при случайных отклонениях в работе фильтров первой ступени (несвоевременное отключение на регенерацию, нарушение гидравлического режима, приводящее к гидравлическому перекосу и увеличенному проскоку удаляемых катионов в фильтрат). При наличии барьерных фильтров второй ступени упрощается эксплуатация установки, так как фильтры первой ступени могут отключаться на регенерацию не по проскоку ионовСа2+иМg2+, требующему тщательного контроля жесткости воды после этих фильтров, а по количеству воды, пропущенной через них. Небольшое повышение жесткости воды после первой ступени будет снято фильтрами второй ступени.
Эффект от применения двухступенчатого и противоточного Na-ка-тионирования в отношении уменьшения удельного расхода соли на регенерацию и снижения остаточной жесткости фильтрата практически одинаков. В зависимости от качества исходной воды и схемы ее обработки можно применять то или другое или оба эти мероприятия.
studfiles.net
Умягчение воды водород-натрий-катионированием
Умягчение воды водород-натрий-катионированием
Задачей водород-натрий-катионирования, аналогично натрий-катионированию, является умягчение воды. Главным отличием от предыдущего метода заключается в том, что в качестве обменных катионов выступают не только катионы Na+, но и катионы H+.
Происходящий процесс на водород-катионитовом фильтре представлен следующими реакциями:
2Н [K] + Ca(HCO3)2 → Ca[K]2 + 2H2O + CO2,
2Н [K] + Mg(HCO3)2 → Mg[K]2 + 2H2O + CO2,
2H [K] + CaCl2 → Ca[K]2 + 2HCl,
2Na [K] + MgCl2 → Mg[K]2 + 2HCl,
2Na [K] + CaSO4 → Ca[K]2 + H2SO4,
2Na [K] + MgSO4 → Mg[K]2 + H2SO4,
2Na [K] + CaSiO3 → Ca[K]2 + H2SiO3,
2Na [K] + MgSiO3 → Mg[K]2 + H2SiO3,
2Na [K] + Na2SO4 → 2Na[K] + H2SO4,
2H [K] + NaCl → Na[K] + HCl,
где [K] – не растворимая матрица катионита.
Как видно из реакций, вода, проходя сквозь водород-катионитовый фильтр, приобретает кислую среду, при этом выделяется углекислота. После удаления оксида углерода (IV) в дегазаторе, на выходе получают воду с концентрацией минеральных кислот, эквивалентной концентрации хлоридов и сульфатов в исходной воде и низкой карбонатной щелочностью. В случае фильтрования воды через натрий-катионитовый фильтр щелочность воды не меняется. Смешивая фильтраты после H- и Na-катионитовых фильтров можно получать воду с различной щелочностью.
Водород-натрий-катионирование возможно реализовывать по нескольким схемам, выбор которых определяется качеством, предъявляемым к воде.
Рассмотрим их.
Параллельное H – Na-катионирование.
Применяется в водоподготовке с качеством исходной воды со средней и малой минерализацией и с содержанием:
Cl– + SO42- Na+
Вода параллельно фильтруется через H-катионитовый и Na-катионитовый фильтры, после чего фильтраты смешиваются. Смешение кислого и щелочного потоков происходит в такой пропорции, что бы на выходе щелочность воды не превышала 0,4 мг-экв/л.
Для более глубокого умягчения воды с жесткостью на выходе менее 0,01 мг-экв/л, воду после дегазатора доумягчают на барьерном Na-катионитовом фильтре.
- Результатом обработки воды по данной схеме будет снижение:
- общей жесткости до 0,1 мг-экв/л;
- общей щелочности до 0,4 мг-экв/л;
- общего солесодержания;
- общей жесткости до 0,01 мг-экв/л с условием применения барьерного Na-катионитного фильтра.
Вывод на регенерацию фильтров производят по началу проскока катионов жесткости (порядка 0,5 мг-экв/л).
Последовательное H – Na-катионирование.
Применяется в водоподготовке с высокой жесткостью и повышенной минерализацией исходной воды.
Вода разделяется на два потока, один из которых проходит через H-катионитовый фильтр, после потоки смешиваются и направляются в дегазатор. В дегазаторе удаляется оксид углерода (IV). Затем вода направляется на Na-катионитовый фильтр и, в случае глубокого умягчения воды, далее на барьерный Na-катионитовый фильтр.
- Результатом обработки воды по данной схеме будет снижение:
- общей жесткости до 0,01 мг-экв/л;
- общей щелочности до 0,7 мг-экв/л;
- общего солесодержания.
Регенерация H-катионитового фильтра начинается по превышению общей жесткости после смешения потоков перед Na-катионитовыми фильтрами, которая составляет от 0,8 до 1,0 мг-экв/л, что позволяет экономить кислоту на регенерациях.
Последовательное H – Na-катионирование с «голодной» регенерацией Н-катионитового фильтра.
Применяется в водоподготовке для воды, принадлежащей к гидрокарбонатному классу (где преобладающим анионом является HCO3– ) и с солесодержанием до 3 мг/л.
Отличительной особенностью данной схемы является то, что регенерация Н-катионитного фильтра осуществляется меньшим количеством кислоты, чем при обычной регенерации. Для того, что бы процесс регенерации водород-катионитного фильтра прошел успешно, т.е. что бы все катионы жесткости были заменены на ионы водорода и удалены, необходимо затратить кислоты в 2-2,5 раза больше теоретического. В случае «голодной» регенерации расход кислоты берется равным удельному теоретическому расходу, т.е. 1 г-экв/г-экв. Для H2SO4 − 49 г/г-экв, для HCl – 36.
Такая регенерация обеспечивает перевод в Н-форму лишь верхние слои катионита, нижние же слои остаются неотрегенерированными и содержат катионы Ca (II), Mg (II) и Na (I).
В процессе фильтрации в верхних слоях катионита идут все вышеприведенные реакции, т.е. образование минеральных кислот с выделением CO2. В нижних слоях ионообмен описывается следующими реакциями:
Ca/Mg[K]2 + 2HCl → 2H[K] + Ca/MgCl2,
Ca/Mg[K]2 + H2SO4 → 2H[K] + Ca/MgSO4,
Na[K] + HCl → H[K] + NaCl.
Находящаяся в равновесной концентрации с CO2 угольная кислота в реакцию ионообмена может вступать только тогда, когда прореагировали все сильные кислоты. Этот процесс происходит не до-конца и в самых нижних слоях катионита:
Ca/Mg[K]2 + 2H2CO3 → 2H[K] + Ca/Mg(HCO3)2.
- Процесс восстановления карбонатной жесткости завершится не успевает и на выходе фильтрат имеет:
- малую карбонатную жесткость, численно равную щелочности,
- углекислоту, чья концентрация увеличена на величину снижения щелочности,
- пониженное общее солесодержание в результате удаления карбонатной жесткости.
Влияние Na+ на эффект очистки воды.
- В силу того, что ионы натрия принимают активное участие в ионообменных процессах, то его концентрация в исходной воде оказывает непосредственное влияние на качество очистки:
- при малых концентрациях общая жесткость воды на выходе из H-катионитного фильтра примерно равна некарбонатной жесткости исходной воды и на протяжении всего фильтроцикла изменяется незначительно, как и общая щелочность, равная 0,3−0,5 мг-экв/л.
- При высоких концентрациях катионов натрия в начале и конце фильтроцикла жесткость воды падает, в середине растет некарбонатная жесткость. Щелочность воды снижается вначале рабочего цикла фильтра, затем растет и в среднем составляет 0,7−0,8 мг-экв/л.
Вода поступает на H-катионитовые фильтры «голодной регенерации», т.е. регенерируемые стехиометрическим количеством кислоты, где происходит понижение карбонатной жесткости. Далее вода поступает на дегазатор для удаления оксида углерода (IV) и затем проходит одну ли две ступени Na-катионитовых фильтров, на которых устраняется некарбонатная жесткость.
В случае непостоянного качества исходной воды и невозможности строгого соблюдения технологического режима эксплуатации установок с фильтрами, работающими по схеме «голодной регенерации», что грозит возможным проскоком кислого фильтрата и колебаний щелочности, после H-водородных фильтров ставят ступень с буферными не подлежащими регенерации фильтрами.
Высота слоя катионита в таких фильтрах берется от 2 м, скорость прохождения потока – до 40 м/ч. Взрыхляющая промывка осуществляется умягченной водой, подвод кислоты для регенерации не предусмотрен.
Такая схема позволяет избежать кислых стоков и получить на выходе глубоко умягчённую воду с общей щелочностью менее 0,7 мг-экв/л.
Расчет фильтров для ВПУ.
Расход воды на Н- и Na-катионитовые фильтры.
QNa = Qп – QН,
QН = Qп*(Щ – Щу/А1 + Щ), где
Qп − производительность ВПУ, м3/ч;
QNa − производительность Na-катионитовых фильтров, м3/ч;
QH − производительность H-катионитовых фильтров, м3/ч;
Щу − требуемая щёлочность на выходе из установки, мг-экв/л;
Щ – щелочность воды до обработки (исходной воды), мг-экв/л.
Объем катионита в Н- и Na-катионитовых фильтрах.
VН = 24* QН*(Ж о – СNa)/n*eН,
VNa = 24* QNa*Ж о/n*eNa, где
VН − объем катионита в H-катионитовых фильтрах, м3;
VNa − объем катионита в Na-катионитовых фильтрах, м3;
СNa − концентрация в исходной воде ионов натрия, мг/л;
n – количество регенераций каждого фильтра за сутки, 1…3;
eNa и eН − рабочие обменные емкости Na- и H-катионита, мг-экв/л.
eН = aН*Eп – 0,5*qу*Ск, где
aН − коэффициент эффективности, зависит от стехиометрического количества кислоты, затрачиваемого на регенерацию;
Eп − паспортная емкость катионита, мг-экв/л;
qу − удельный расход воды на отмывку катионита, принимается равным 4…5 м 3/ м 3 катионита в фильтре;
Ск − содержание в исходной воде всех катионов, выраженное в г-экв/л;
Общая площадь всех катионитовых фильтров.
АН=VH/hк, м2;
АNa=VNa/hк, м2;
где
hк − высота слоя катионита в фильтре, 2 – 2,5 м.
Количество фильтров.
Количество фильтров на установке ВПУ должно быть не менее двух – одна линия всегда в работе.
Статью подготовил:
Руководитель ПТО
OOO “CАТ”
Макаров Василий А.
8-905-282-32-19
satspb.net
|
Представительство в г. Москва |
Представительство в г. Санкт-Петербург |
|
Представительство в г. Казань |
Представительство в г. Архангельск |
|
Представительство в г. Астрахань |
Представительство в г. Белгород |
|
Представительство в г. Барнаул |
Представительство в г. Бийск |
|
Представительство в г. Биробиджан |
Представительство в г. Братск |
|
Представительство в г. Брянск |
Представительство в г. Владивосток |
|
Представительство в г. Владимир |
Представительство в г. Вологда |
|
Представительство в г. Волгоград |
Представительство в г. Воронеж |
|
Представительство в г. Екатеринбург |
Представительство в г. Дзержинск |
|
Представительство в г. Иваново |
Представительство в г. Ижевск |
|
Представительство в Иркутской области |
Представительство в г. Йошкар-Ола |
|
Представительство в г. Калининград |
Представительство в г. Калуга |
|
Представительство в г. Кемерово |
Представительство в г. Киров |
|
Представительство в г. Краснодар |
Представительство в Краснодарском крае |
|
Представительство в г. Красноярск |
Представительство в г. Комсомольск-На-Амуре |
|
Представительство в г. Курган |
Представительство в г. Курск |
|
Представительство в г. Липецк |
Представительство в г. Магнитогорск Телефон: +7 (351) 951-70-05 e-mail: [email protected] |
| Представительство в г. Махачкала Телефон: +7 (8722) 52-20-15 e-mail: [email protected] |
Представительство в г. Мурманск |
|
Представительство в г. Набережные Челны |
Представительство в г. Нижний Новгород |
|
Представительство в г. Новороссийск |
Представительство в г. Новосибирск |
|
Представительство в г. Новый Уренгой |
Представительство в г. Омск |
|
Представительство в г. Оренбург |
Представительство в г. Орел |
|
Представительство в г. Пенза |
Представительство в г. Пермь |
|
Представительство в г. Псков |
Представительство в г. Ростов-На-Дону |
|
Представительство в г. Рязань |
Представительство в г. Самара |
|
Представительство в г. Саранск |
Представительство в г. Саратов |
|
Представительство в Свердловской области |
Представительство в г. Симферополь |
|
Представительство в г. Смоленск |
Представительство в г. Ставрополь |
|
Представительство в г. Сыктывкар |
Представительство в г. Тамбов |
|
Представительство в г. Тверь |
Представительство в г. Тольятти |
|
Представительство в г. Томск |
Представительство в г. Тула |
|
Представительство в г. Тюмень |
Представительство в г. Улан-Удэ |
|
Представительство в г. Ульяновск |
Представительство в г. Уфа |
|
Представительство в г. Хабаровск |
Представительство в г. Чебоксары |
|
Представительство в г. Челябинск |
Представительство в г. Череповец |
|
Представительство в г. Чита |
Представительство в г. Сургут |
|
Представительство в г. Южно-Сахалинск |
Представительство в г. Ярославль |
him-kazan.ru