Натрий-хлор-ионитовый метод умягчения.

Как показывает название этого метода обработки воды, он основывается на применении катионита в Na-форме и анионита в С1-форме; регенерация обоих ионитов проводится раствором поваренной соли.

Рис. Схема натрий—хлор-ионирования воды. 1,4 — подача исходной и отвод умягченной воды; 2 — натрий- катионитовый фильтр; 3 — хлор-аиионитовый или совместный натрий—хлор-ионитовый фильтр Хлор-ионирование осуществляется после предварительного натрий-катионирования. На натрий-катионитных фильтрах протекают реакции, рассмотренные выше и обрабатываемая вода умягчается, в ней остаются только соли натрия: NaHC03, Na2SО4, NaCl, NaNО3. При пропуске натрий-катионированной воды через сильноосновный анионит в хлор-форме протекают реакции обмена анионов, содержащихся в Na-катионированной воде, на ионы хлора, находящиеся в анионите, а, именно:

 

Для регенерации анионита требуется поваренная соль высокого качества с минимальным содержанием посторонних примесей; для собственных нужд анионитных фильтров должна применяться умягченная вода.

Метод натрий—хлор-ионирования следует применять в исключительных случаях при соотношении анионов в исходной воде и суммарной концентрации сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/л.

В случае Na—С1-ионирования после натрий-катионитных фильтров первой ступени ставятся фильтры второй ступени, где натрий-катионирование совмещается с хлор-ионированием. В процессе регенерации фильтра второй ступени раствором поваренной соли ионы натрия — регенерируют катионит, а ионы хлора — анионит.

Расход соли принимается равным 100—120 кг/м3 анионита. Регенерационный раствор готовится обязательно на умягченной воде. Расход воды на отмывку 3—4 м3/м3. Скорость фильтрования принимается 15—20 м/ч, количество фильтров — 2—3. Натрий-хлор-ионитный фильтр рассчитывается как натрий-катионитный первой ступени, а необходимый объем анионита определяется при рабочей обменной емкости анионита по иону НСО3-280—300 г-экв/м3. Слой анионита в фильтре принимается минимально необходимым, число- регенераций — не более 2 раз в сутки каждого фильтра. Слой катионита — как разность общей высоты слоя загрузки стандартного фильтра минус слой анионита, но не менее 0,5 м.

Жесткость умягченной воды равна 0,01 мг-экв/л, щелочность — до 0,2 мг-экв/л. Иониты обычно регенерируют 5%-ным раствором поваренной соли.

Для регенерации катионитовых фильтров первой ступени используют отработанный раствор после регенерации фильтров II ступени.

Объем анионита в фильтрах второй ступени

 

 

20. Умягчение воды последовательным Н-Na-катионированием с «голодной» регенерацией Н-kat фильтров.

В отличие от обычных Н-катионитных фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н-форму, при «голодном» режиме регенерируются, т. е. переводятся в Н-форму, только верхние слои, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы Ca(II), Mg(II) и Na(I).

В верхних слоях катионита, отрегенерированного «голодной» нормой кислоты, при работе фильтра имеют место все реакции ионного обмена, приведенные выше. В нижележащих, неотрегенерированных слоях катионита ионы водорода образовавшихся минеральных кислот обмениваются на ионы Ca(II), Mg(II) и Na(I) по уравнениям

 

 

т. е. происходит нейтрализация кислотности воды и при этом восстанавливается ее некарбонатная жесткость, а зона слоя, содержащего ионы Н+, смещается постепенно книзу.

Технология Н-катионирования с «голодной» регенерацией обеспечивает получение фильтрата с минимальной щелочностью (исключение сброса кислых стоков при регенерации и кислого фильтрата в рабочем цикле). Она рекомендуется для обработки природных вод определенного состава и при использовании катионита средне- или слабокислотного типа при условиии правильного осуществления режима регенерации.

В процессе Н-катионирования с «голодной» регенерацией происходит частичное умягчение воды и существенное снижение ее щелочности; в результате удаления карбонатной жесткости достигается уменьшение общего солесодержания воды; концентрация углекислоты увеличивается на величину снижения щелочности. На эффект очистки воды влияет присутствие в исходной воде ионов натрия. Когда концентрация натрия невелика, общая жесткость фильтрата по величине близка к некарбонатной жесткости исходной воды и незначительно изменяется на протяжении рабочего цикла фильтра, так же как и общая щелочность фильтрата, которая составляет 0,3—0,5 мг- экв/л. Когда в исходной воде много натрия, щелочность фильтрата от начала рабочего цикла снижается, затем возрастает и в среднем за цикл составляет 0,7—0,8 мг-экв/л; в начале и конце рабочего цикла получается глубокоумягченный фильтрат, появление некарбонатной жесткости наблюдается в средней части фильтроцикла.

 

 

где [Na+], [Са2+], [Mg2+] — концентрации в воде соответственно ионов натрия, кальция и магния, мг-экв/л; [НС03~], [С1~], [S042-] — концентрации в воде соответственно бикарбонатов, хлоридов и сульфатов, мг-экв/л; Жо — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л.

В случае Н-катионирования с «голодной» регенерацией весь поток умягчаемой воды последовательно проходит через Н-катинитовые фильтры, регенерируемые стехиометрическим количеством кислоты, затем через дегазатор для удаления оксида углерода и далее через одну или две ступени натрий-катинитовых фильтров. Стехиометрический расчет режима регенерации Н-катионита позволяет устранить из воды лишь карбонатную жесткость, некарбонатная жесткость удаляется при Nа-катионировании. По этой схеме отсутствуют кислые стоки и можно получить глубоко умягченную воду с остаточной щелочностью Що<0,7 мг-экв/л. Эту схему используют для умягчения вод, содержащих до 3 г/л солей при различной концентрации натрия, но карбонатная жесткость должна быть не менее 1 мг-экв/л.