ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водород-катионирование воды из "Обработка воды на тепловых электроносителях " При Н-катионировании воды обменными ионами служат катионы водорода. В процессе фильтрования воды через слой водород-катионита последний поглощает из нее все содержащиеся в ней катионы (Са +, Mg2+, Na+ и др.), а в воду переходит эквивалентное количество Н+-ионов. Попутно с этим основным процессом происходит разрушение (нейтрализация) Н+-ио-нами бикарбонатной щелочности воды — карбонатной жесткости—с образованием свободной углекислоты. [c.218] Истощение Н-катионита происходит послойно. Так как ионы Са Т и Mg2+ вытесняют из верхних слоев поглощенные ими ионы Na+, то в слое катионита образуются две зоны поглощения или два работающих слоя. Сверху (по ходу движения воды) образуется зона поглощения Са + и Mg +, а под нею находится зона поглощения Na+. Обе эти зоны по мере истощения Н-катионита передвигаются одна за другой по направлению к нижней границе слоя Н-катионита. [c.219] Параллельно с указанными выше изменениями содержания Na+ в фильтрате кислотность фильтрата сначала понижается и достигает нуля, а затем фильтрат приобретает щелочную реакцию, причем щелочность его постепенно увеличивается. К тому моменту, когда умягчение воды начинает происходить за счет обмена Са + и Mg + только на ионы Na+, щелочность фильтрата становится равной щелочности исходной воды и далее уже не изменяется вплоть до момента проскока жесткости. Следовательно, кислотность Н-ка-тионированной воды остается постоянной лишь при отсутствии Na+в исходной воде. При наличии в последней этих ионов кислотность фильтрата сохраняется лишь до момента проскока натрия. При работе Н-катионита до проскока жесткости средняя кислотность фильтрата равна некарбонатной жесткости воды, т. е. разности между общей ее жесткостью и щелочностью. В зависимости от схемы ионитной обработки воды (см. 6-8) Н-катионит-ные фильтры работают как до проскока натрия, так и до проскока жесткости. [c.219] Эффект умягчения воды при Н-катионировании обычно столь же полный, как и при Na-катионировании. Он зависит от полноты регенерации катионита (удельного расхода реагента), природы ионита и состава исходной воды (противоионного эффекта). [c.219] При регенерации катионита соляной кислотой получаются продукты регенерации (хлоридыСа, Mg и Na), хорошо растворимые в воде. При использовании серной кислоты один из продуктов регенерации (сульфат кальция) обладает ограниченной растворимостью в воде, что заставляет применять сильно разбавленные регенерационные растворы H2SO4 (—1,5%). Концентрация же раствора НС1 при регенерации (обычно 5—6%) выбирается по тем же соображениям, что и крепость раствора поваренной соли при регенерации Na-катионита. [c.220] При использовании серной кислоты рекомендуется ступенчатая регенерация Н-катионита сначала 1%-ным раствором H2SO4, а затем, когда основная масса Са + я Mg +) уже вытеснена и опасности гипсования катионита уже нет, более крепким (5—6%) раствором кислоты, для более полного вытеснения поглощенных катионитом ионов. [c.220] Так как после контакта с катионитом отработанный регенерационный раствор кислоты представляет собой кислый пересыщенный раствор aS04, то скорость фильтрования раствора кислоты при регенерации выбирают, исходя из условий предотвращения кристаллизации гипса, а не диффузии при обмене ионов в процессе регенерации (как при Na-катионировании). Скорость фильтрования кислоты поэтому принимают не менее 10 (до 15) ч м для сокращения времени контакта раствора с катионитом. По этой же причине (а также во избежание усиления коррозии оборудования) н не допускается повышение температуры Н-катионируемой воды и регенерационного раствора, так как оно ускоряет кристаллизацию гипса. [c.220] Наиболее сильными активными группами являются сульфогруппы (SO3H), которые диссоциируют и могут обменивать свои ионы водорода на другие катионы даже в сильно кислой среде. Катиониты с преобладанием карбоксильных групп (СООН), диссоциация которых значительно подавляется уже при небольшом понижении pH, могут эффективно работать лишь в нейтральной среде. Такие карбоксильные катиониты могут обменивать Н-ионы на Са + и Mg + воды лишь при связывании (нейтрализации) переходящих в раствор Н -ионов щелочностью (НСОз-ионами) воды. При Н-катионировании таким катионитом воды даже с небольшой некарбонатной жесткостью полное умягчение ее невозможно. Фенольные функциональные группы могут участвовать в процессе Н-катионирования лишь при высоких значениях pH среды. [c.220] Большинство катионитов имеет в своем составе все три типа перечисленных выше функциональных групп. В сильнокислотных катионитах (например, КУ-2) преобладают SO3H — группы, а в слабокислотных (например, вофатит С) — карбоксильные (и фенольные) группы. В зависимости от соотношения в структуре катионита тех или иных функциональных групп они по-разному реагируют (изменяют свою обменную емкость и глубину поглощения катионов из воды) на концентрацию противоиона (т. е. Н+ -иона) в фильтрате. [c.220] Как видно из уравнений (6-3), кислотность Н-катионированной воды т. е. концентрация в ней противоиона, определяется разностью между суммой всех анионов и щелочностью воды, т. е. зависит от суммы хлоридов и сульфатов, а при водах, не содержащих Ыа+, от некарбонатной жесткости воды. Чем больше содержание хлоридов и сульфатов (некарбонатная жесткость) в воде, тем ниже pH фильтрата на выходе из слоя Н-катионита, тем сильнее противоионный эффект, тем полнее подавляется диссоциация активных групп СООН и ОН и тем меньше, следовательно, рабочая обменная емкость Н-катионита. [c.221] При Н-катионировании раствора нейтральных солей Са, Mg или Ыа (без бикарбонатов) концентрация противоиона в фильтрате определяется концентрацией удаляемых катионов в исходной воде. Таким образом, обменная емкость Н-катионита и эффект умягчения им воды зависят лишь от концентрации нейтральных солей, а не от общей минерализации воды, так как карбонатная жесткость (бикарбонаты Са и Mg, а также На) не повышает концентрацию противоиона в фильтрате. [c.221] Обменная емкость Н-катионита (динамическая, в меньшей степени — равновесная) при прочих равных условиях зависит также от природы поглощаемых катионов, обусловливающей, в частности, различную длину работающего слоя. [c.221] Характер распределения поглощенного Са +(и Mg +) в слое нормально истощенного катионита и ионов водорода в слое нормально отрегенерирован-ного (обычным избытком кислоты) материала при Н-катионировании в основном такой же, как и при На-катионирЬвании. От природы поглощенного катиона зависит и степень легкости регенерации Н-катионита. Так, натрий легче вытесняется Н+-ионами, чем Са +. Чем меньще обменная емкость катионита по данному катиону, тем легче регенерируется насыщенный им катионит. [c.221] При умягчении и химическом обессоливании воды режим регенерации и расход кислоты на обработку истощенного Н-катионита определяются, таким образом, преимущественно условиями вытеснения Са + и Mg2+. При этом удельный расход кислоты на регенерацию Н-катионита должен обеспечивать не только достаточную рабочую емкость поглощения, но и требуемую глубину удаления из воды тех или иных катионов (жесткость, натрий), которая различна при разных схемах ионитной обработки воды (см. 6-7). При этом, так же как и при На-катионировании, в случае значительного противоионного эффекта (высокая концентрация С1 и 504 -ио-нов) повыщение эффекта удаления катионов достигается увеличением расхода кислоты и применением двухступенчатого или противоточного катио-нирования исходной воды. [c.221] На рис. 6-5 показана зависимость (по данным ВТИ) коэффициента использования рабочей обменной емкости сульфоугля в зависимости от скорости фильтрования воды. При этом за единицу принимается ОЕр при скорости фильтрования 5 м ч. При высоте слоя 2,0—2,5 м, и обычных значениях скорости фильтрования воды (до 30—40 м1ч) влиянием этого фактора можно пренебречь, так как при этом высота работающего слоя становится незначительной по сравнению с общей высотой загруженного ионита. [c.223] В зависимости от схемы установки для ионитной обработки воды и режима эксплуатации включенных в нее Н-катионитных фильтров последние могут работать (см. рис. 6-3) до проскока ионов На+ при частичном поглощении их или до проскока жесткости (средняя концентрация ионов Ыа+ в фильтрате равна содержанию их в исходной воде). В соответствии с этим рабочая обменная емкость Н-катионита будет различной и будет определяться соответствующими площадями на графике. [c.223] При работе до проскока ионов Ыа+ момент появления последнего и величина ОЕр катионита зависят от доли НСОз-иона в суммарной концентрации в воде всех анионов — А с увеличением этой доли (рис. 6-7), обменная емкость Н-катионита существенно увеличивается . [c.223] Влияние противоиона на ОЕр Н-катионита и эффект поглощения им катионов зависят не только от анионного состава воды, но и от природы функциональных групп катионита. Чем выше содержание более сильнокислотных (ЗОзН) групп, тем меньше влияние противоиона. [c.223] Вернуться к основной статье