60. Классификация методов обессоливания и опреснения воды для производственных нужд. Их сущность

 Ионный обмен (от умягчения до обессоливания и специальных процессов)

Вне зависимости от происхождения вода всегда содержит растворённые вещества, которые, растворяясь, образовывают заряженные частицы - ионы. Наличие в воде ионов приводит часто к возникновению различных проблем в промышленных, коммерческих сферах применения, а также в быту. Наиболее распространённой и нежелательной во многих случаях проблемой является присутствие в исходной воде ионов жёсткости, т.е. Кальция и магния, соли которых, например, разлагаясь при высоких температурах, приводят к образованию накипи и т.п.

Удаление солей жёсткости, частичная или глубокая деминерализация могут быть достигнуты различными способами. Однако, решение подобных задач с помощью ионообменных процессов является одним из наиболее надёжных. Основной принцип ионообменных процессов заключается в следующем: подлежащая очистке вода проходит через один или систему фильтров, заполненных ионообменными смолами (подбираемыми в зависимости от требуемой задачи - для умягчения, снижение щёлочности, обессоливание, удаление нитратов и т.д.), которые, в свою очередь удаляют из воды соответствующие ионы и обмениваются эквивалентными количествами других ионов того же заряда, выпущенных ионитом.

На сегодняшний день существует большое разнообразие ионообменных смол от различных производителей - классифицируемых как по свойствам, используемым для их изготовления материалам, так и по областям применения. Современные ионообменные смолы - это синтетические материалы, обладающие, как правило, высокой обменной ёмкостью, стабильностью в работе и способностью регенерироваться (восстанавливаться). Представляют из себя частицы сферической формы размером от 0.3 до 1.2 мм. Ионообменная смола.(ионит) может быть солью, кислотой или основанием в твёрдой форме, которые не растворяются в воде, но гидратируются.

В зависимости от знака заряда обмениваемых ионов иониты делят на катиониты, аниониты, и специальные (комплексные, адсорбентные, инертные и т.п.). Иониты состоят из полимерной матрицы и функциональных групп, которые взаимодействуют с ионами раствора. Значительно реже используются иониты природного происхождения - с неорганической матрицей. В качестве матрицы при изготовлении современных ионообменных смол применяются в основном следующие полимеры - полистирол, дивинилбензол, полиакриламид. С техническими данными наиболее широко применяемых ионообменных смол некоторых производителей вы можете ознакомится в разделе материалы для водоподготовки.

Ионный обмен применяется в большом количестве технологических процессов, которые укрупнённо можно разделить на следующие: умягчение, разделение и деминерализация.

В качестве примера можно привести пример снижения жёсткости воды с помощью ионного обмена: известно, что общая жёсткость воды (Жо) определяется суммарным содержанием в ней неё катионов кальция и магния выраженным в миллиграмм - эквивалентах на литр (мг-экв/л). Часть общей жёсткости (в предельном случае - вся) эквивалентная концентрации бикарбонат - ионов нсо3- называется карбонатной (временной) жёсткостью (Жк) и зависит от содержания связанной углекислоты. Разность между общей и карбонатной жёсткостью - это постоянная (некарбонатная) жёсткость. Схематично эти соотношения представлены на таб.1.

Таблица 1.

При ионообменном способе умягчения происходит замена солей кальция (Ca²⁺), магния (Mg²⁺) на натрий (Na⁺) по следующей схеме:

Таким образом, вместо кальция (Ca²⁺), магния (Mg²⁺), вводится эквивалентное количество натрия (Na⁺).

Данный процесс реализуется в фильтрах (различной конструкции и размеров в зависимости от производительности, требований к проведению самого процесса и т.п.). Сам ионообменный процесс происходит это при фильтровании воды через слой ионообменной смолы (представляющей собой сильнокислотный катионит в na-форме), загруженный в фильтр и периодически, по истощению, регенерируемый раствором поваренной соли.

Корпуса ионообменных фильтров малогабаритных установок, как правило, выполняются из армированного пластика либо металла с антикоррозионной обработкой. Промышленные же установки обычно изготавливаются из стали, а внутренние рабочие поверхности сосудов гуммируются. Управление технологическими операциями в современных ионообменных установках - такими как регенерация, промывка и т.п. Может осуществляться как в ручном, но чаще в полуавтоматическом или автоматическом режимах.