Реагентные методы умягчения воды имеют ряд существенных недостатков. Они не дают достаточной степени умягчения, требуют значительного расхода реактивов и сложны по технологическому осуществлению. В настоящее время в практике водоподготовки стал широко применяться ионообменный метод умягчения воды. При этом обработка воды не сопровождается образованием осадка, отпадает необходимость непрерывного дозирования реагентов, достигается значительная степень умягчения, уменьшается солесодержа-ние обработанной воды.[ ...]
Сущность процесса ионного обмена. В середине XIX в. было открыто свойство почв обменивать в эквивалентных количествах входящие в их состав ионы на другие ионы, содержащиеся в почвенном растворе. Способность к ионному обмену была позднее открыта и у некоторых природных алюмосиликатов (глауконитов, бентонитов). Первый искусственный минеральный ионообменный материал был получен в начале XX в., но из-за малой механической и химической стойкости и недостаточно высокой способности к ионному обмену он не нашел широкого применения в практике. Несколько позднее обработкой бурых углей серной кислотой был получен сульфоуголь, обладающий способностью к обмену катионов. Первый полимерный ионообменник, синтезированный Адамсом и Холмсом в 1935 г., положил начало большому количеству работ по синтезу новых ионообменных материалов, по изучению их свойств и применению в различных отраслях хозяйства. Наиболее широко используются ионообменные материалы в практике подготовки природных и очистки производственных сточных вод. Природные, искусственные и синтетические материалы, способные к обмену входящих в их состав ионов на ионы контактирующего с ними раствора, называются ионитами. Иониты, содержащие подвижные катионы, способные к обмену, называются катионитами, а обменивающие анионы — анионитами. Наибольшее практическое значение для очистки воды имеют органические полимерные иониты, которые являются полиэлектролитами. В этих соединениях одни ионы (катионы или анионы) фиксированы на углеводородной основе (матрице), а ионы противоположного знака являются подвижными, способными к обмену на одинаковые по знаку заряда ионы, содержащиеся в растворе.[ ...]
Диссоциация анионита в воде идет по схеме Р+С1 ±К++С1 , где И+ — фиксированный на матрице катион активной группы, условно принятый за однозарядный. Высокоосновные аниониты способны к обмену в кислой, нейтральной и щелочной средах. Низкоосновные —■ только в кислой среде.[ ...]
Скорость обмена зависит от размера иона, величины его заряда и способности к гидратации. Она увеличивается с повышением заряда иона и уменьшением степени гидратации. Рабочая обменная емкость катионитов по иону №+ примерно в два раза меньше, чем по ионам Са2+ или Мц2+. Аниониты имеют большую избирательность к сульфат-иону по сравнению с хлорид-ионом. Рабочая обменная емкость по сульфат-иону на 40—50% выше, чем по хлорид-нону. На рабочую обменную емкость влияет скорость фильтрации через ионитовый фильтр. При значительной скорости фильтрования воды рабочая обменная емкость заметно уменьшается. Эта зависимость рабочей обменной емкости от скорости фильтрования является общей для всех видов ионитов. Обычно рабочая обменная емкость составляет около 60% от полной, но в зависимости от режима фильтрования может изменяться. Высота слоя, при которой происходит снижение жесткости исходной воды до заданной величины, называется высотой защитного слоя ионита. На рабочую обменную емкость ионитов влияет и их фракционный состав. Чем меньше размер зерен, тем выше скорость обмена ионов. Размер частиц основной рабочей фракции большинства марок ионитов составляет 0,5 мм.[ ...]
Так как химическая реакция обмена протекает практически мгновенно, то кинетика ионного обмена определяется скоростью диффузии ионов через слой раствора (при концентрации его менее 0,1 г-экв/л) или скоростью диффузии ионов в фазе ионита (при большей концентрации раствора). В сильно набухшем полистирольном ионите ионообменное равновесие наступает через несколько секунд. На скорость диффузии ионов влияют размер зерен ионита, температура, степень поперечной связанности ионита. Таким образом, благоприятные факторы для работы ионообменных установок: оптимальный диаметр зерен ионита, достаточно высокий коэффициент набухания ионита, большая плотность активных групп в фазе ионита. Иногда для более полного использования ионита обработка воды ведется во взвешенном слое ионита. Обработка воды на катионитах называется катионированием, а на анионитах — аниони-рованием.[ ...]
Основные марки синтетических ионитов отечественного производства, применяющихся при обработке воды. 1. Катионит универсальный КУ-2-8 представляет собой сульфированный сополимер стирола с 8% дивинилбензола. Это сильнокислотный сульфокатио-нит. Выпускается в виде сферических гранул желтого или коричневого цвета. Нерастворим в органических растворителях, выдерживает нагревание до 120° С, устойчив к действию кислот, щелочей и некоторых окислителей. Имеет высокую механическую прочность. Удельный объем набухшего ионита в Н-форме до 2,9 мл/г. Полная обменная емкость в статических условиях по 0,1 н. раствору ЫаОН составляет 4,9 мг-экв/г. Применяется для умягчения, обессолива-ния воды и для очистки производственных сточных вод от катионов тяжелых металлов.[ ...]
Кроме указанных синтетических ионитов в практике водопод-готовки используется сульфоуголь (катионит). Он представляет собой продукт обработки бурого угля серной кислотой. По внешнему виду это черные зерна неправильной формы с предельными размерами фракций от 0,3 до 1,55 мм. Полная обменная емкость сульфо-угля в статических условиях составляет 1,8—1,9 мг-зкв/г. Допустимая температура обрабатываемой воды в нейтральной и слабокислой среде 60, в слабощелочной 30—40° С. Низкая обменная емкость и недостаточно высокая химическая и термическая устойчивость ограничивают применение этого материала для обработки воды.[ ...]
Растворы, образующиеся при регенерации, представляют отход производства. Умягченная вода имеет повышенную щелочность, поэтому ее дополнительно обрабатывают кислотами или смешивают с Н-катионированной водой. При высокой исходной щелочности (более 3 мг-экв/л) и магниевой жесткости применяется комбинированный метод умягчения воды. Щелочность снижается предварительным известкованием, а затем вода подается на Ыа-катионитовый фильтр. Остаточная жесткость воды, умягченной Ка-катионирова-нием, уменьшается до 0,01 мг-экв/л и ниже.[ ...]
Вернуться к оглавлению