Омекотяване на водата, натриева катионизация

Целта на натриевото катионизиране е да премахне йони от водата, които причиняват нейната твърдост, т.е. калций и магнезий. Самият процес се описва със следните реакции: 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 → Ca[K]2 + Na2SiO3, 2Na [K] + MgSiO3 → Mg[K]2 + Na2SiO3, където [K] е неразтворим катион обменна матрица.

Основни изисквания към водата преди подаване към натриево-катионобменни филтри:

Параметър	Мерна единица рев.	Кол
суспендирани твърди вещества	mg/l	≤ 8
Chroma	град.	≤ 30

Натриевото катионизиране може да се извърши на един или два етапа, в зависимост от изискването за твърдост на водата на изхода на инсталацията:

до 0,05 ... 0,1 mg-eq / l - според едноетапна схема;
до 0,01 mg-eq / l - по двустепенна схема.

Помислете за работата на едностепенна инсталация за N-катионен обмен:

Водата, преминавайки през слой катионит, омекотява и отива в резервоара за съхранение, откъдето вече се изпомпва към потребителя. Такава схема избягва образуването на киселинни отпадъчни води и в резултат на това използването на киселинно устойчиво оборудване и материали.

Едноетапното N-катионизиране, в сравнение с двустепенното, има редица недостатъци, които ограничават използването му:

омекотяване на водата не повече от 0,05 mg-eq/l,
непълно използване на работния обменен капацитет на филтъра,
повишена консумация на сол за регенерация.

работадвустепенна инсталация за N-катионен обмен.

Преминавайки през N-катионитните филтри на 1-ви етап, твърдостта на водата намалява до 0,1 ... 0,2 mg-eq / l, след това, преминавайки през филтрите на 2-ри етап, тя намалява до 0,02 ...

Последователността на такова филтриране позволява максимално използване на работния капацитет на двата филтъра: значителна част от солите на твърдостта се задържат върху филтрите на първия етап, вторият етап намалява остатъчната твърдост след предишните катионобменници и действа като бариера, задържайки солите на твърдостта в случай на техния пробив. По този начин регенерацията на филтрите от първия етап се извършва не след началото на пробива на калциеви и магнезиеви катиони, което изисква внимателен контрол, а според прогнозното количество вода, преминало през тях.

Регенериране на Na-катионитни филтри.

Регенерацията на N-катионобменниците се извършва чрез преминаване на разтвор на натриев хлорид през смолата и се описва със следните реакции: Ca[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + CaCl2, Mg[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + MgCl2.

Солите на калциевия и магнезиевия хлорид, образувани в резултат на йонообмен, се отстраняват добре при преминаване на регенериращия разтвор и по-нататък в процеса на измиване на филтъра.

Процесът на регенерация на натриево-катионни обменни инсталации се състои от няколко етапа:

Разрохкване/обратно промиване - продължава приблизително 10-15 минути и има за цел да разрохка уплътнените слоеве на катионобменника и да отстрани внесените суспендирани частици;

Пропускането на разтвора за регенериране е процес на възстановяване на заместени Na + йони до Ca 2+ и Mg 2+ йони. Времето на изтичане на регенериращия разтвор зависи от работоспособността на филтъра, концентрацията на солевия разтвор, необходимата степен на омекване и варира от 25 до 40 минути.

Консумацията на сол pNaCl за регенерация може да бъдеизчислява се по формулата: pNaCl = S ⋅ a ⋅ hk ⋅ epNa/1000, kg, където S е филтърната площ, m2, hk е височината на катионобменния слой, m, epNa е работният обменен капацитет на катионобменния филтър при Na-катионизация, g-eq/m3, а е специфичният разход на сол за 1 g-e q на работния обменен капацитет на катионобменника, g/g-екв. За едностепенна инсталация a = 150…200, g/g-eq, за двустепенен филтър I степен a = 120…150 g/g-eq, за степен II a = 300…400 g/g-eq.

За по-пълно преминаване на процесите на йонно заместване по време на регенерация и филтрация се използва методътпротивотокова катионизация.

Това се дължи на факта, че в процеса на регенерация отгоре надолу, най-пълното заместване на Ca 2+ и Mg 2 йони с Na + йони се извършва в горните слоеве на катионобменния филтър, докато долните слоеве, тъй като горните се регенерират, все повече и повече концентрират заместените Ca 2+ и Mg 2+ йони. Това от своя страна затруднява процеса на регенерация и води до факта, че долните слоеве не се регенерират напълно. Същият противойонен ефект се наблюдава и по време на работа на филтъра, вместо заменените магнезиеви и калциеви катиони действат само натриеви катиони - повишената им концентрация в долните слоеве на катионообменника инхибира йонообменния процес, което води до намаляване на полезния обменен капацитет на катионообменния филтър и в резултат на това качеството на водата на изхода от инсталацията.

Този ефект, който се отразява негативно на работата на филтъра, се елиминира чрез противотокова катионизация - омекотената вода и регенериращият разтвор се подават в различни посоки, като по този начин се осигуряват условия за най-пълно омекотяване на водата по време на процеса на филтриране.