На головну

 Пом'якшення води аніонірованіе - Хімія

Пом'якшення води натрій-хлор-іонірованіем

Як показує назва цього методу обробки води, він ґрунтується на застосуванні катионита в Na-формі і аніоніти в С1-формі; регенерація обох ионитов проводиться розчином кухонної солі (рис. 20.16).

Рис. 20.16. Схема натрій-хлор-іонірованія води

1,4 - подача вихідної і відведення пом'якшеної води; 2 - натрій- катіонітових фільтр; 3 - хлор-аііонітовий або спільний натрій-хлор-іонітових фільтр

Хлор-іонірованіе здійснюється після попереднього натрій-катіонування. На натрій-катіонітних фільтрах протікають реакції, розглянуті вище і оброблювана вода умягчается, в ній залишаються тільки солі натрію: NaHC03, Na2SО4, NaCl, NaNО3. При пропуску натрій-катіонірованной води через сільноосновним анионит в хлор-формі протікають реакції обміну аніонів, що містяться в Na-катіонірованной воді, на іони хлору, що знаходяться в анионите, а, саме:

В результаті сорбції іона НСОз- знижується лужність оброблюваної води, вона мінімальна на початку робочого циклу, а потім поступово підвищується. Кінець робочого циклу хлор-аніонітного фільтра встановлюють за зростанням лужності фільтрату до заданої величини.

Практика показала, що застосування слабоосновних анионитов в описаної технології Na-Cl-іонірованія виявилося неможливим, оскільки після двох-трьох регенераций кухонною сіллю аніоніти цього типу не відновлюють своєї обмінної ємності. Втілення в життя цієї технології зустріло і ряд інших труднощів. Для продовження терміну служби сільноосновним аніоніта, наприклад АВ-17-8, необхідно, щоб в схемах Na-Cl-іонірованія оброблювана вода не містила заліза та органічних речовин. У підземних водах дуже часто міститься двовалентне залізо, і тоді потрібна вихідну воду попередньо знезалізнюють. Поверхневі води, для яких обов'язкове коагуляція з метою видалення органічних речовин, зазвичай при необхідності знизити лужність обробляються на передочистки вапном, після чого вони не потребують Na-С1-іонірованіі.

Для регенерації аніоніта потрібно кухонна сіль високої якості з мінімальним вмістом сторонніх домішок; для власних потреб аніонітних фільтрів повинна застосовуватися пом'якшена вода.

Метод натрій-хлор-іонірованія слід застосовувати у виняткових випадках при співвідношенні аніонів у вихідній воді

і сумарної концентрації сульфатів і нітратів не більше 3 мг-екв / л.

У котельних установках зазвичай потрібне глибоке пом'якшення води, для чого застосовують два ступені натрій-катіонування води. У разі Na-С1-іонірованія після натрій-катіонітних фільтрів першого ступеня ставляться фільтри другого ступеня, де натрій-катіонірованіе поєднується з хлор-іонірованіем, при цьому в низ фільтру завантажується катіоніт, а зверху поміщається анионит типу АВ-17. У процесі регенерації фільтра другого ступеня розчином кухонної солі іони натрію - регенерують катіоніт, а іони хлору - анионит.

Витрата солі приймається рівним 100-120 кг / м3 аніоніта. Регенераційний розчин готується обов'язково на пом'якшеній воді. Витрата води на відмивання 3-4 м3 / м3. Швидкість фільтрування приймається 15-20 м / ч, кількість фільтрів - 2-3. При відключенні хлор-аніонітного фільтра при лужності 1,0-1,5 мг-екв / л середня лужність за робочий цикл виходить значно нижче. Натрій-хлор-іонітний фільтр розраховується як натрій-катіонітний першого ступеня, а необхідний обсяг аніоніта визначається при робочій обмінної ємності аніоніта по йону НСО3-280-300 г-екв / м3. Шар аніоніта у фільтрі приймається мінімально необхідним, число-регенераций - не більше 2 разів на добу кожного фільтра. Шар катіоніту - як різниця загальної висоти шару завантаження Я0 & стандартного фільтра мінус шар аніоніта, але не менше 0,5 м.

Жорсткість пом'якшеної води дорівнює 0,01 мг-екв / л, лужність - до 0,2 мг-екв / л. Іоніти зазвичай регенерують 5% -ним розчином кухонної солі.

Для регенерації катіонітових фільтрів першого ступеня використовують відпрацьований розчин після регенерації фільтрів II ступеню.

Обсяг аніоніта у фільтрах другого ступеня

де qNa - продуктивність натрій-катіонітових фільтрів, м3 / год; Щ - лужність зм'якшеної води, мг-екв / л; [S042-] - вміст сульфат-іонів у вихідній воді, мг / л; n = 1 ... 3 - число регенераций фільтра на добу; Eп = 500 - повна обмінна ємність аніоніти по іонів НСО3- і S042-, г-екв / м3.

На установках продуктивністю від 5 до 50 м3 / год натрій-хлор-іонітових метод пом'якшення води має ряд переваг в порівнянні з водень-натрій-катіонітових методом: витрачається тільки один реагент - кухонна сіль, відпадає необхідність у кислотному господарстві, не потрібно антикорозійного захисту обладнання , трубопроводів та спеціальної арматури. Зменшується кількість обладнання, спрощується контроль за роботою та експлуатацією водоумягчітельной установки. Недолік методу - зростання хлоридів у пом'якшеній воді на величину, еквівалентну її лужності.

Пом'якшення води амоній-іонірованіем

вода пом'якшення іонірованіе

При амоній-катіонірованіе оброблювана вода фільтрується через шар катіоніту, отрегенерірованний солями амонію NH4C1 або (NH4) 2S04. Що міститься в катионите іон амонію обмінюється на катіони Ca (II), Mg (II), Na (I), присутні в природній воді, при цьому протікають наступні реакції в напрямку зліва направо:

Як видно з реакцій обміну, в фільтраті утворюються солі амонію, відповідні наявним у воді анионам. Амоній-катіонірованной вода умягчается, а лужність її має таку ж величину, як і у вихідної води.

При нагріванні води в котлі солі амонію розкладаються:

Утворені при розкладанні бікарбонату амонію аміак і вуглекислота несуться парою, а в котельній воді повинні залишатися соляна і сірчана кислоти. Щоб уникнути корозії під дією кислот застосування амоній-катіонування в енергетичній практиці завжди поєднується з натрій-катіонуванням. У процесі натрій-катіонування карбонатна твердість перетворюється на бікарбонат натрію, який в котлі розкладається з утворенням соди та їдкого натру:

Вуглекислота несеться парою, а сода і їдкий натр нейтралізують кислотність води, що з'являється при термічному розкладанні солей амонію. Щоб запобігти надмірному "зниження лужності котлової води, поєднання амоній-катіонування з натрій-катіонуванням здійснюють з розрахунком отримати в пом'якшеній воді концентрацію іонів НСО3- на 0,3-0,7 мг-екв / л більше концентрації іонів амонію.

Пар котлів, що харчуються NH4-Na-катіонірованной водою, завжди містить велику кількість аміаку. Враховуючи цю обставину, амоній-катіонірованіе води не слід застосовувати, коли в тепловій схемі котельні установки є апарати (теплообмінники і т. П.) І деталі з латуні або мідних сплавів або коли пара використовується для систем гарячого водопостачання або відкритих систем теплопостачання. На всіх підприємствах, де в парі не повинен міститися аміак, від методу амоній-катіонування води доводиться відмовлятися.

Комбінування процесів амоній і натрій-катіонування можливо із застосуванням схем паралельного або спільного NH4-Na-катіонування. Вибір схеми обумовлюється якістю вихідної води.

Схема паралельного NH4-Na-катіонування застосовується при

де [Na]% вміст натрію у вихідній воді у відсотках її загальної жорсткості, що визначається за формулою

де [Nа] і, Жо - відповідно вміст натрію та загальна жорсткість вихідної води, мг-екв / л; ?NH4 - ступінь обміну катіонів Са (П) і Mg (II) на іон амонію,% (у схемах спільного амоній-натрій-катіонування) або частка води, що надходить на амоній-катіонітние фільтри,% (у схемах паралельного амоній-натрій-катіонування ), визначається з рівняння

де РК - карбонатна жорсткість вихідної води, мг-екв / л, Щост - умовна «залишкова» лужність зм'якшеної води після спільного амоній-натрій-катіонування або після змішання потоків NH4 і Na-катіонірованной вод, мг-екв / л; умовна тому, що вона відповідає тільки змістом NaHC03 в пом'якшеній воді.

Якщо у вихідній воді практично немає натрію, рівняння прийме вид

Ступінь обміну жорсткості на натрій (при спільному амоній-натрій-катіонірованіе) або частка води, що надходить на натрій-катіонітние фільтри в схемі паралельного амоній-натрій-катіонування, сша,% визначаються з рівняння

При розрахунку катіонітних фільтрів у схемах паралельного або спільного амоній-натрій-катіонування слід користуватися з таблиць 20.4 і 20.5 наступними розрахунковими даними: висота шару і крупність зерен катіоніту, швидкість фільтрування, втрати напору на фільтрах, інтенсивність і тривалість розпушують промивки.

Регенерація амоній-катіонітних фільтрів проводиться розчином сульфату або хлориду амонію. Застосування сульфату амонію (використовується сорт для сільського господарства) обходиться дешевше, але при його використанні є небезпека загіпсовиванія катионита (випадання CaSО4 на зернах катіоніту). Для регенерації готують 2-3% -ний розчин сульфату амонію і пропускають його, а також отмивочной воду зі швидкістю не менше 10 м / ч.

Питома витрата сульфату амонію приймається рівним 200 г / г-екв удаляемой жорсткості, при повторному використанні розчину (при двоступеневої схемою) - 140 г / г-екв.

Робочу обмінну ємність амоній-катионита приймають на 10-15% більше, ніж натрій-катионита. Питома витрата води на відмивання від продуктів регенерації - 5 м3 на 1 м3 катіоніту.

Вибір діаметра, кількості та інші розрахунки аммоній- катіонітних фільтрів ведуться аналогічно розрахунку натрій-ка тіонітних фільтрів.

При проведенні процесу спільного амоній-натрій-катіонування фільтр регенерується змішаним розчином сульфату амонію і хлористого натрію. Концентрація сульфату амонію не повинна перевищувати 2-3%, кухонну сіль розчиняють у цьому ж обсязі.

Склад регенераційних розчинів визначається залежно від величини амн4.

Відносна концентрація NaCl, у% суми витрат реагентів (NH4) 2S04 + NaCl, визначається з рівняння

Витрата реагентів на одну регенерацію при спільному амоній-натрій-катіонірованіе визначиться з рівнянь: витрата сульфату амонію QnNH4, кг,

витрата кухонної солі QpNa, кг,

де V - об'єм катіоніту у фільтрі, м3; Ер - робоча обмінна ємність катіоніту (при спільному катіонірованіе приймається як при NH4-Na-катіонірованіе), г-екв / м3; qp - питома витрата реагентів, г / г-екв.

Витрата води на регенерацію амоній-катіонітного фільтру і NH4-Na-катіонітного фільтра розраховується так само, як і для натрій-катіонітного фільтра, однак, з урахуванням того, що регенераційний розчин сульфату амонію повинен мати концентрацію не більше 2-3% і витрата води на відмивання становить 5 м3 на 1 м3 катіоніту.

Методи глибокого пом'якшення води

При необхідності отримання постійного і глибокого пом'якшення води (менше 0,03 мг-екв / л) схему, наведену на рис. 20.15, а, доводиться доповнювати натрій-катіонітових фільтрів другого ступеня, так як при практично прийнятною системі контролю за роботою катіонітових фільтрів при одноступінчастому катіонірованіе важко вловити початок проскока жорсткості в фільтрат і, отже, запобігти періодичне погіршення його якості. Подібну схему використовують, якщо жорсткість вихідної води значна (більше 6 ... 8 мг-екв / л). На певному етапі роботи Н-катіонітових фільтрів починає знижуватися кислотність фільтрату в результаті попадання в нього раніше поглинених катіонів натрію. Для усунення зниження кислотності фільтрату вдаються до двоступінчастим Н-катіонірованіе. На Н-катіонітових фільтрах першого ступеня працюють до проскока в фільтрат катіонів Ca (II) і Mg (II), після чого їх відключають на регенерацію. Н-катіонітових фільтри другого ступеня служать для затримання з оброблюваної води катіонів Na (I), які майже не затримуються фільтрами першого ступеня, за умови роботи їх до проскока Ca (II) і Mg (II). При вилученні з зм'якшувати води катіонів Na (I) кислотність фільтрату зберігається постійною тривалий час, оскільки Н-ка тіонітовие фільтри другого ступеня мають більш тривалий межрегенерационного період, тому що на них надходить вода з малим вмістом катіонів (катіони Са (II) і Mg (II) вже затримані у фільтрах першого ступеня).

Фильтроцикла на Н-катіонітових фільтрах другого ступеня невигідно закінчувати в момент проскакування Na (I) в фільтрат; при виявленні проскока Na (I) на фільтри другого ступеня замість фільтрату після фільтрів першого ступеня доцільніше подавати вихідну зм'якшувати воду. Це дозволяє використовувати Н-катіонітових фільтр другого ступеня в циклі натрій-катіонування води, так як до моменту проскакування Na (I) в фільтрат цей фільтр являє собою як би отрегенерірованний натрій-катіонітових фільтр. Лише після проскакування в. фільтрат Ca (II) і Mg (II) фільтр другого ступеня відключають на регенерацію. Таким чином, якщо до пом'якшеній воді висувають високі вимоги відносно глибини пом'якшення і якщо разом з тим вихідна вода характеризується значним вмістом Na (I) і підвищеної карбонатної жорсткістю, то схему Н-Nа-катионитового пом'якшення доцільно приймати в наступному вигляді. Спочатку проводять двоступенева Н-катіонірованіе, потім обидва фільтрату змішують і вода подається на дегазатор для видалення вільної вуглекислоти ,, після цього вся вода надходить на натрій-катіонітових буферні фільтри.

Іншим прикладом отримання глибокого пом'якшення фільтрату є протитечійне катіонірованіе, про який зазначалося вище. Сутність противоточного катіонірованія полягає в тому, що мовить м'якенькі вода прямує через шар катіоніту знизу вгору, в той час як регенеруючий розчин і відмивальна вода пропукаться через катіоніт в звичайному напрямку - зверху вниз.

Протитечійне катіонірованіе реалізується у фільтрах з гідравлічно затиснутою (див. Рис. 20.13) завантаженням. Регенерація фільтру проводиться без попередніх розпушують промивок. Результати роботи таких фільтрів показали: можливе підвищення швидкості противоточного фільтрування до- 25 м / год; при пом'якшення вод середньої жорсткості (до 10 мг-екв / л) залишкова жорсткість фільтрату не перевищує 0,01 мг-екв / л, т. е. одержуваний ефект не поступається ефекту двоступеневого катіонірованія; при деякому зниженні питомої витрати солі на регенерацію (до 165 мг-екв / л) ємність поглинання фільтра зменшується, але ефект пом'якшення не знижується; повинна бути передбачена можливість зворотного промивання дренажу струмом води від водопроводу, так як під час робітника- циклу пом'якшення дренажні ковпачки, розташовані в шарі катіоніту, частково забиваються дрібними зернами; можливо-протитечійне катіонірованіе без розпушують промивання за грузки перед її регенерацією.

Рис. 20.18. Визначення питомої витрати сірчаної кислоти qK на регенерацію водень-катіонітних фільтрів в залежності від необхідної жорсткості фільтрату (ЖФ) і загального солевмісту вихідної води в мг-екв / л (а) і від сумарного вмісту аніонів сульфатів і хлоридів (б)

1 - 5 мг-екв / л; 2 - 7,0; 3 - 10; 4 - 15; 5 - 20, 6,7 - при прямоточною і противоточной регенерації

ЛІТЕРАТУРА

1. Алексєєв Л.С., Гладков В.А. Поліпшення якості м'яких вод. М., Стройиздат, 1994 р

2. Алфьорова Л.А., Нечаєв А.П. Замкнуті системи водного господарства промислових підприємств, комплексів та районів. М., 1984.

3. Аюка Р.І., Мельцер В.3. Виробництво і застосування фільтруючих

4. матеріалів для очищення води. Л., 1985.

5. Вейцер Ю.М., Мііц Д.М. Високомолекулярні флокулянти в процесах очищення води. М., 1984.

6. Єгоров А.І. Гідравліка напірних трубчастих систем у водопровідних очисних спорудах. М., 1984.

7. Журба М.Г. Очищення води на зернистих фільтрах. Львів, 1980.

© 8ref.com - українські реферати
8ref.com