Схемы ионитового обессоливания воды.
Выбор схемы ионитового обессоливания воды зависит главным образом от
качества исходной воды
её солесодержания
необходимой глубины обессоливания
применяемых ионитов
Обычно рассматривают 3 основных схемы обессоливания воды:
а) обычную; б) обращённую; в) в фильтрах со смешанным слоем ионитов.
а) обычная схама
Для данной схемы необходимо отметить так называемый противоионный эффект. Он заключается в следующем:
В аппарате 1а появляется и постепенно увеличивается концентрация Н+ ионов; которая препятствует протеканию реакции ионного обмена согласно уравнению:
2[K]H + Ca2+ →← [K]2Ca + 2H+
и ион Н+(Na+) смещает реакцию в обратную сторону.
Такого явления нет при анионном обмене, т.к. выделяющиеся в воду ОН- ионы сразу же связываются с Н+ ионами, образуя воду и это препятствует прохождению реакции ионного обмена в обратном направлении.
б) обращённая схема
в) в фильтре со смешанным слоем ионитов
.
Схема Na-катионирования
Одно-ступенчатая схема Na-катионирования является наиболее простой. При работе этой схемы отпадает необходимость в применении кислотостойкой арматуры, труб и защитных покрытий фильтров, т.к. отсутствует вода и р-ры с кислой реакцией среды.
Недостатки схемы I ступенчатого Na-катионирования
Невозможность глубокого умягчения воды (до 0,01- 0,02 мг-экв/л);
высокий удельный расход соли на регенерацию;
неполное использование ёмкости поглощения катионита;
Все эти недостатки лимитируют использование схемы I ступенчатого Na катионирования.
В связи с этим применяют 2-х ступенчатое Na-катионирование
т.е. вода при удалении солеё жёсткости подаётся на ионный обмен дважды, причём последовательно.
При этом после I ступени достигается:
СIост ~ 0,1-0,2 мг-экв/л
Vф-я = 15-25 м/ч
После II ступени: жёсткость предварительно умягчённой воды снижается до:
СIIост ~ 0,02-0,01 мг-экв/л
т.к. на фильтры II ступени поступает вода предварительно умягчённая, то:
Vф-я = до 40 м/ч Нсл. ~ 1,5 м
Т.о. достигается высокая степень умягчения.
Метод противоточного катионирования
После того как определён межрегенерационный период (Na)Н –катионитового фильтра и фильтр отключён, необходимо эффективно провести собственно процесс регенерации фильтра который находится уже в форме R-Ca(Mg).
Рассмотрим процесс регенерации раствором NaCl, когда регенер-й р-р пропускается сверху вниз. Что при этом происходит, какая реакция:
2R-Na + CaCl2 → R2Ca +
R2Ca(Mg) + NaCl →← 2Rna + Ca2+(Mg2+)
Причём, наиболее эффективно данная реакция будет проходить в верхних слоях катионита, когда, выделяемые в р-р противоионы → Са2+ (Mg2+), ещё практически не сдвигают реакцию в обратную сторону.
С течением времени, эффективность процесса регенерации уменьшается, т.к.
во-первых, уменьшается СNa+ в регенер-м р-ре на R-Na;
во-вторых, увеличивается ССа2+(Mg2+), вследствие их вытесняется из R2Ca(Mg), а они сдвигают реакцию в обратную сторону, т.к.
- подавляется диссоциация R2Ca(Mg), и, т.о. ослабляется ионный обмен на R-Na: и возникает так называемый противоионный эффект.
Противоионный эффект приводит к тому, что нижние слои катионита так и остаются неотрегенерированными, (аналогично режиму голодной регенерации).
Устранить этот недостаток можно за счёт пропускания через катионит свежей порции регенер-го р-ра. Однако, это, естественно, увеличит его расход, и, следовательно, стоимость очистки.
И, обычно, в практических условиях, регенерационный р-р пропускают только однократно через смолу.
По аналогии с процессом регенерации, при умягчении воды за счёт фильтрации её через слой катионита сверху вниз, также возникает противоионный эффект, снижающий глубину умягчения воды:
2Rna + Ca2+ →← R2Ca + 2Na+ (по мере накопления сдвиг
реакции в обратном направлении)
Причём противоионами, в данном случае, уже являются ионы Na+
Для уменьшения отрицательного влияния противоионного эффекта как процесса регенерации катионита, так и для умягчения воды осуществляют подачу регенерационного р-ра и умягчаемой воды в разных направлениях, т.е.
регенир. р-р фильтруют сверху вниз, а исходную воду снизу вверх.
И, таким образом, умягчаемая вода при выходе из фильтра соприкасается с наиболее полно отрегенерированными верхними слоями катионита.
Благодаря этому обеспечивается более глубокое умягчение воды, чем при фильтровании её в этом же направлении, что и регенерационный р-р т.е. сверху вниз.
Такой метод умягчения воды получил название