Водень-натрій-катіонірованіе - особливий вид обміну іонами, під час якого відбувається фільтрування паралельного або послідовного типу, при цьому спостерігається регенерація водень-катіонних фільтрів, вона може бути нормальною або «голодної».
Така технологія успішно застосовується для зниження жорсткості, зменшення лужності і демінералізації води. Також використовується для регулювання лужної агресивності води, використовуваної в котлах. Вона підходять для зниження концентрації вуглекислоти в парі і зниження витрат на продувку котлів.
Принцип дії
Під час водень-катионирования задіяні катіони водню Н +. У Ліотропні ряду водень розташований перед такими елементами, як кальцій, магній, натрій, залізо, калій і іншими. Коли відбувається процес фільтрації води, що проходить через катионит з позитивними іонами водню, катионит вбирає в себе все катіони, що присутні у воді, заміщаючи їх еквівалентним об'ємом іонів водню. У той же час відбувається розкладання бікарбонатів, що впливають на карбонатну жорсткість води. Під час цієї реакції відбувається викид діоксиду вуглецю. При водневому катіонірованіе істотно падає рН, так як в фільтраті утворюються кислоти.
Спільно з пом'якшенням води відбувається її демінералізація, а також зниження електропровідності.
Відповідно до Ліотропні поруч позитивно заряджені іони водню спочатку витісняють з катіоніту позитивні іони натрію, потім сорбованих іони натрію витісняються під впливом іонів магнію і кальцію. Тобто оскудеваніе ионита відбувається поступово і пошарово: вгорі з'являється зона поглинання плюсових іонів кальцію і магнію, відразу під нею відбувається поглинання позитивних іонів натрію. Обидві ділянки переміщаються вниз, до нижнього краю катіонітного шару.
Всю роботу фільтра можна розділити на два основних етапи:
1. Абсолютна поглинання катіонів (якщо є достатня висота катіонітного шару), фільтрат пом'якшується, адже позитивні іони кальцію і магнію припинені, кислотність розчину на цей момент дорівнює різниці між сумою всіх катіонів і зруйнованим аніоном з негативним зарядом НСО3-.
2. Коли зона поглинання добирається до нижнього краю катіонітного шару, в фільтрат просочується все більше позитивних іонів натрію, концентрація його стає приблизно такий же, яка була у вихідній воді. До цього періоду катионит вже не може поглинати позитивні натрієві іони, він стає перепоною тільки для іонів натрію і магнію, іноді ще заліза і марганцю, якщо вони є в достатній кількості. Так що частково цю технологію можна вважати і деманганации, і знезалізнення. Потім рівень позитивних NA + починає рости, адже калієві і магнієві іони з + зарядом видавлюють з катіоніту раніше затримані іони натрію +. Також витісняються і водневі позитивні іони.
Ось так і відбуваються одночасно катіонірованіе воднем і натрієм. При майже повній видаленні перш зупинених іонів Na + їх стане менше в фільтраті, тоді в нього отримають доступ іони кальцію і магнію (позитивно заряджені), з урахуванням Ліотропні ряду першими підуть магнієві позитивні аніони.
У процесі фільтрування кислотність теж не буде постійною. Спочатку вона знизиться практично до нульового рівня, потім почне збільшуватися лужність фільтрату, це буде відбуватися до тих пір, поки вона не стане такою ж, як у вихідній воді. Вона буде зберігатися на цьому рівні, поки не почнуть проскакувати іони жорсткості.
Робота водень-катіонітних фільтрів залежить від схеми. Вони будуть діяти до проскакування натрію і магнію, якщо мова йде про «голодної» регенерації.
Умови використання способу:
Паралельна схема водень-катионирования з економічний точки зору вигідніше, ніж паралельного водень-натрій-катионирования за умови, що обробляється вихідна вода, сумарна концентрація кальцію в якій не вище 2 ммоль / л.
Іноді треба знизити тільки карбонатну жорсткість (лужність). У такій ситуації застосовують «голодне» відновлення катионита. Під час звичайного водень-катионирования надлишок кислоти для відновлення більше, ніж стехиометрический кількісний показник в 1,3-2,5 рази. Під час «голодної» регенерації умовно кількість кислоти, яка бере участь у відновленні катионита вважається таким же, як стехиометрическое кількість або менше.
При такій реакції у верхній частині катионита будуть розташовуватися іони Н +, а нижче розмістяться затримані Са2 +, Na +, Mg2 +. У верхньому шарі реакції з позитивним іоном будуть проходити так само, як і при стандартному водень-катіонірованіе. В результаті з'являються іони Н мінеральних кислот заміняться на позитивно заряджені іони кальцію, натрію і магнію. Фільтрат отримує іони, які раніше були у вихідній воді, але при цьому розпадаються бікарбонати, вуглекислий газ видаляється, затримуються іони кальцію і магнію (позитивні), так як вони пов'язані з НСО3-.
При проведенні водень-катионирования методом «голодної регенерації» слід проводити її з урахуванням властивостей вугільної кислоти. При наявності сильних кислот її дисоціація нейтралізується. А що виникає у верхній частині катионита СО2 розчиняється у воді і починає проходити крізь невідновлені ділянки катионита. При відсутності в фільтраті сильних кислот в нижній частині катионита починається часткова дисоціація Н2СО3> Н + + НСО3-, водневий іон замінюється натрієвих, утворюється вторинна лужність вже очищеної води.
Умови застосування водень-катионирования з «голодної» регенерацією (наведені в порядку зменшення її ефективності):
0 <К <0,2; 0 <К А - будь-який; 10> А> I; I> А> 0,3. При значеннях К> I, А> 10 і 10 <А <0,3 применение метода нецелесообразно. Тут До і А характеризують відповідно катіонний і аніонний склад вихідної води:Схожі статті