Пом’якшення води іонообмінним методом

Мета: ознайомитись з принципом методу пом’якшення води, заснованого на іонному обміні.

 

 

Теоретична частина

 

Жорстка питна вода гіркувата на смак і має негативний вплив на органи травлення (за нормами ВООЗ оптимальна жорсткість води становить
1,0-2,0 мг-екв/л). У побутових умовах надлишок солей жорсткості призводить до заростання нагріваючих поверхонь, відкладенню солей на сантехніці та виведення її з ладу, зниження терміну служби і поломки побутових приладів.

У харчовій промисловості жорстка вода погіршує якість продуктів, викликаючи випадання солей при зберіганні, утворення патьоків на поверхнях і т.п. Тому жорсткість води, використовуваної для приготування різних продуктів, чітко регламентована і знаходиться на рівні 0,1-0,2 мг-екв/л.

В енергетиці випадкове короткочасне попадання жорсткої води в систему виводить з ладу теплообмінне обладнання, трубопроводи.

Процеси вилучення з води солей Сa²⁺ і Mg²⁺ у водопідготовці називають пом'якшуванням. Щодо селективного видалення солей жорсткості або пом'якшення води може виробляється трьома методами:

- реагентним пом'якшуванням;

- іонним обміном;

- нанофільтрацією.

Найбільш просто зниження жорсткості до практично будь-яких значень забезпечується іонним обміном. Продуктивність даного методу пом'якшення практично не обмежена.

Пом'якшення води може проводитися методами Na-катіонування, H-Na-катіонування (паралельне або послідовне) або Н-катіонування з регенерацією на сильно- або слабокислотному катіоніті.

Пом'якшення води проводиться шляхом її контактування з сильнокислотним катіонітом в Na-формі, в результаті чого з води видаляються катіони Ca²⁺ і Mg²⁺ і заміщаються іоном Na⁺. Солевміст води при цьому практично не змінюється, оскільки катіони кальцію, що мають вагу 1 мг-екв/л, рівний 20, заміщаються катіоном натрію з вагою 1 мг-екв/л, рівним 23. Оскільки аніонний склад не змінюється, розчин залишається практично нейтральним. Лужність води і рН може збільшитися на 0,1-0,2 одиниці, в залежності від вмісту солей жорсткості у вихідній воді.

Принципова схема установки пом'якшення води практично аналогічна механічній. Принципова відмінність установок пом'якшення полягає в наявності системи приготування солі та його подачі у фільтр.

 

Поруч з корпусом фільтру встановлюється бак-солерозчинник. Солерозчинник являє собою ємність, зазвичай з помилковим дном, в яку завантажується запас гранульованої (таблетованої) солі. Під час робочого циклу в бак подається необхідна кількість пом'якшеної води. Ця кількість регулюється часом заповнення і клапаном рівня. За час очищення води відбувається розчинення солі з утворенням насиченого розчину концентрацією 20-26%. Блок управління забезпечений ежектором для підсосу сольового розчину при регенерації, що забезпечує досить стабільне співвідношення вода:розчин солі=2:1 при різному тиску води. При включенні регенерації засмоктується насичений розчин і розбавляється до 8-10%.

Блок управління у таких системах пом'якшення води, на відміну від аналогічних для механічних фільтрів, містить додаткові клапани для заповнення, солерозчинник і ежектор для засосу сольового розчину. Регенерація може проводитися після закінчення заданого проміжку часу або після пропуску певної кількості очищеної води. Другий варіант більш ефективний. Для його реалізації в блоці керування встановлюється лічильник кількості пропущеної води. При наладці установки визначають обсяг води, який може пом'якшити фільтр. Його вводять в блок управління, і регенерація кожен раз проводиться, коли фільтр обробить задану кількість води. Це дозволяє забезпечувати постійну високу якість пом'якшення при мінімальній витраті солі.

Для великих установок пом'якшення води солерозчинник або вузол мокрого зберігання солі встановлюється єдиний на всі фільтри. Використання в установках пом'якшення води таких вузлів дозволяє використовувати звичайну сіль, що дає суттєву економію.

На рис. 9.1 та 9.2 наведено приклади пом’якшувальних установок, що діють за принципом H-Na-катіонування та Н-катіонування, відповідно.

 

Рис. 9.2. Схема установки пом’якшення води

за принципом паралельного Н-Na-катіонування

Рис. 9.2. Схема установки за принципом Н-катіонування:

1 – водень-катіонітовий фільтр; 2 – дегазатор; 3 – вентилятор;
4 – насос перекачки очищеної води; 5 – бак води для розрихлення; 6 – насос подачі води на роз рихлення фільтру; 7 – бак зберігання кислоти; 8 – бак-мірник кислоти; 9 – ежектор; 10 – лінія відкачки повітря вакуум-насосом; 11 – злив кислоти від транспортних засобів; В – водопровід; В1 – пом’якшена вода;
В2 – хімічно очищена вода; В3 – вода на роз рихлення фільтру;
В4 – збір відмивної води; К – стічні води

Завдання

1. Напишіть хімічні рівняння реакцій, що відбуваються під час пом’якшення води за принципом Н-катіонування.

Контрольні питання:

1. В чому полягає сутність пом’якшення води та з якою метою його проводять?

2. Перерахуйте відомі вам методи пом’якшення води та надайте їм стислу характеристику.

3. Наведіть переваги пом’якшення води іонообмінним методом.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Закон України «Про охорону навколишнього природного середовища» затверджений Постановою Верховної Ради України від 26.06.1991 р. за №1268-XII зі змінами від 17.05.2012 р. за №4713-VI.

2. Закон України «Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення» затверджений Постановою Верховної Ради України від 24.02.1994 р. за №4005-XII зі змінами від 02.10.2012 р. за №5316-VI.

3. Водний Кодекс України 6 червня 1995 року зі змінами і доповненнями.

4. ДСанПіН 2.2.4-171-10 «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» зареєстровано в Міністерстві юстиції України 1 липня 2010 р. за №452/17747.

5. Белая М.Л., Левадный В.Г. Молекулярная структура воды. М.: Знание 1987. – 46 с.

6. Бернал Дж. Д. Геометрия построек из молекул воды. Успехи химии, 1956, т. 25, с. 643-660.

7. Бульенков Н.А. О возможной роли гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на разных уровнях их иерархии. Биофизика, 1991, т.36, в.2, с.181-243.

8. Зацепина Т.Н. Свойства и структура воды. М.: изд-во МГУ, 1974. –
280 с.

9. Наберухин Ю.И. Структурные модели жидкости. М.: Наука. 1981. –
185 с.

10. ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. – введ. 24.05.74. – М.: Издательство стандартов. – 7 с.

11. ГОСТ 18164-72 Вода питьевая. Метод определения сухого остатка. – введ. 09.09.72. – М.: Издательство стандартов. – 4 с.

12. ГОСТ 23268.5-78 Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Метод определения ионов кальция и магния. – введ. 01.01.80; с изменен. 04.1983. – М.: Издательство стандартов. – 13 с.

13. ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа. – введ. 09.10.72. – М.: Издательство стандартов. – 8 с.

14. ГОСТ 23268.12-78 Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Метод определения перманганатной окисляемости. – введ. 01.01.80; с изменен. 09.1983. – М.: Издательство стандартов. – 5 с.