Умягчение воды анионированем (стр. 1 из 2)
Умягчение воды натрий-хлор-ионированием
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. 20.16).
Рис. 20.16. 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:
В результате сорбции иона НСОз- снижается щелочность обрабатываемой воды, она минимальна в начале рабочего цикла, а затем постепенно повышается. Конец рабочего цикла хлор-анионитного фильтра устанавливают по возрастанию щелочности фильтрата до заданной величины.
Практика показала, что применение слабоосновных анионитов в описанной технологии Na—Cl-ионирования оказалось невозможным, так как после двух-трех регенераций поваренной солью аниониты этого типа не восстанавливают своей обменной емкости. Претворение в жизнь этой технологии встретило и ряд других трудностей. Для продления срока службы сильноосновного анионита, например АВ-17-8, необходимо, чтобы в схемах Na—Cl-ионирования обрабатываемая вода не содержала железа и органических веществ. В подземных водах очень часто содержится двухвалентное железо, и тогда требуется исходную воду предварительно обезжелезивать. Поверхностные воды, для которых обязательна коагуляция в целях удаления органических веществ, обычно при необходимости снизить щелочность обрабатываются на предочистке известью, после чего они не нуждаются в Na—С1-ионировании.
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 котельных установках обычно требуется глубокое умягчение воды, для чего применяют две ступени натрий-катионирования воды. В случае Na—С1-ионирования после натрий-катионитных фильтров первой ступени ставятся фильтры второй ступени, где натрий-катионирование совмещается с хлор-ионированием, при этом в низ фильтра загружается катионит, а сверху помещается анионит типа АВ-17. 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. При отключении хлор-анионитного фильтра при щелочности 1,0—1,5 мг-экв/л средняя щелочность за рабочий цикл получается значительно ниже. 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 Я0& 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
где qNa— производительность натрий-катионитовых фильтров, м3/ч; Щ — щелочность умягченной воды, мг-экв/л; [S042-] — содержание сульфат-ионов в исходной воде, мг/л; n=1...3 — число регенераций фильтра в сутки; Eп=500 — полная обменная емкость анионита по ионам НСО3- и S042-, г-экв/м3.
На установках производительностью от 5 до 50 м3/ч натрий—хлор-ионитовый метод умягчения воды имеет ряд преимуществ по сравнению с водород—натрий-катионитовым методом: расходуется только один реагент — поваренная соль, отпадает необходимость в кислотном хозяйстве, не требуется антикоррозионной защиты оборудования, трубопроводов и специальной арматуры. Уменьшается количество оборудования, упрощается контроль за работой и эксплуатацией водоумягчительной установки. Недостаток метода — возрастание хлоридов в умягченной воде на величину, эквивалентную ее щелочности.
Умягчение воды аммоний-ионированием
вода умягчение ионирование
При аммоний-катионировании обрабатываемая вода фильтруется через слой катионита, отрегенерированный солями аммонияNH4C1 или(NH4)2S04. Содержащийся в катионите ион аммония обменивается на катионы Ca(II), Mg(II), Na(I), присутствующие в природной воде, при этом протекают следующие реакции в направлении слева направо:
Как видно из реакций обмена, в фильтрате образуются соли аммония, соответствующие имеющимся в воде анионам. Аммоний-катионированная вода умягчается, а щелочность ее имеет такую же величину, как и у исходной воды.
При нагревании воды в котле соли аммония разлагаются:
Образующиеся при разложении бикарбоната аммония аммиак и углекислота уносятся паром, а в котловой воде должны оставаться соляная и серная кислоты. Во избежание коррозии под действием кислот применение аммоний-катионирования в энергетической практике всегда сочетается с натрий-катионированием. В процессе натрий-катионирования карбонатная жесткость превращается в бикарбонат натрия, который в котле разлагается с образованием соды и едкого натра:
Углекислота уносится паром, а сода и едкий натр нейтрализуют кислотность воды, появляющуюся при термическом разложении солей аммония. Чтобы предотвратить чрезмерное "снижение щелочности котловой воды, сочетание аммоний-катионирования с натрий-катионированием осуществляют с расчетом получить в умягченной воде концентрацию ионов НСО3- на 0,3—0,7 мг-экв/л больше концентрации ионов аммония.
Пар котлов, питающихся NH4—Na-катионированной водой, всегда содержит большое количество аммиака. Учитывая это обстоятельство, аммоний-катионирование воды не следует применять, когда в тепловой схеме котельной установки имеются аппараты (теплообменники и т. п.) и детали из латуни или медных сплавов или когда пар используется для систем горячего водоснабжения или открытых систем теплоснабжения. На всех предприятиях, где в паре не должен содержаться аммиак, от метода аммоний-катионирования воды приходится отказываться.
Комбинирование процессов аммоний и натрий-катионирования возможно с применением схем параллельного или совместногоNH4—Na-катионирования. Выбор схемы обусловливается качеством исходной воды.
Схема параллельного NH4—Na-катионирования применяется при
где [Na] % содержание натрия в исходной воде в процентах ее общей жесткости, определяемая по формуле
где [Nа] и, Жо — соответственно содержание натрия и общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; αNH4 — степень обмена катионов Са (П) и Mg(II) на ион аммония, % (в схемах совместного аммоний—натрий-катионирования) или доля воды, поступающей на аммоний-катионитные фильтры, % (в схемах параллельного аммоний—натрий-катионирования), определяется из уравнения
где Жк — карбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л, Щост — условная «остаточная» щелочность умягченной воды после совместного аммоний-натрий-катионирования или после смешения потоков NH4 и Na-катионированных вод, мг-экв/л; условная потому, что она соответствует только содержанию NaHC03 в умягченной воде.
Если в исходной воде практически нет натрия, уравнение примет вид
Степень обмена жесткости на натрий (при совместном аммоний—натрий-катионировании) или доля воды, поступающей на натрий-катионитные фильтры в схеме параллельного аммоний—натрий-катионирования, сша, % определяются из уравнения
При расчете катионитных фильтров в схемах параллельного или совместного аммоний-натрий-катионирования следует пользоваться из таблиц 20.4 и 20.5 следующими расчетными данными: высота слоя и крупность зерен катионита, скорость фильтрования, потери напора на фильтрах, интенсивность и продолжительность взрыхляющей промывки.
Регенерация аммоний-катионитных фильтров производится раствором сульфата или хлорида аммония. Применение сульфата аммония (используется сорт для сельского хозяйства) обходится дешевле, но при его использовании есть опасность загипсовывания катионита (выпадения CaSО4 на зернах катионита). Для регенерации готовят 2—3%-ный раствор сульфата аммония и пропускают его, а также отмывочную воду со скоростью не менее 10 м/ч.