|
| |
|
Главная » Публицистика 0 ... 110 111 112 113 114 115 116 ... 159 степени ионизации активных групп катионита зависит эффективность применения ионообменного процесса. Большое влияние на обменную способность катионита оказывает природа поглощаемых катионов. Любой катион может поглощаться катионитом полностью, однако величина рабочей емкости поглощения при этом будет зависеть от того, какой именно катион поглощается. Интенсивность поглощения подчиняется определенной закономерности: Na+ < NH4+ < К+ < Mg2+ < Са2+ Здесь каждый последующий катион поглощается катионитом более интенсивно, чем предыдущий. В качестве катионитов в настоящее время применяются только искусственно получаемые материалы. Из числа практически используемых катионитов в первую очередь следует указать сульфоуголь-полифункциональный катионит, получающийся сульфированием (обработка концентрированной серной кислотой при высокой температуре) природных коксующихся плавких каменных углей. По внешнему виду сульфоуголь - черный зернистый материал, состоящий из гранул неправильной формы размером от 0,25 до 1,2 мм. Обменная способность сульфоугля составляет от 200 до 300 мг-экв/л в зависимости от условий применения. Сульфоуголь применяется для Na-, Н- и ЫН4-катионирования. Благодаря доступности и дешевизне сульфоуголь получил широкое распространение в теплоэнергетике для водоподготовки. Кроме сульфоугля в настоящее время широко применяют синтетические ионообменные смолы - иониты, представляющие собой высокомолекулярные соединения, которые состоят из молекул-гигантов с огромной молекулярной массой. Ионит - твердое, практически нерастворимое в воде вещество, механически прочное и химически устойчивое. Ионообменная способность синтетических ионитов, так же как и естественных, обусловливается активными группами, закрепленными на каркасе высокомолекулярных соединений, расположенных в объеме частицы (зерна). Таким образом, всякий ионит - это нерастворимый отрицательный или положительный поливалентный ион, окруженный подвижными ионами противоположного знака. Из синтетических катионитов наиболее широкое распространение в водоочистке получили КБ-4-П2, КУ-1Г, КУ-2-8. Они обладают в несколько раз большей обменной способностью, чем сульфоуголь. Например, обменная способность КУ-2-8 при Na-катионировании составляет 800-900 мг-экв/л. Ионообменные процессы, осуществляемые на катионитах, основаны на типовых реакциях катионного обмена: К I Na -f МеОН f* К I Me -f NaOH; К I Н + МеОН К I Me -f Н2О; К I М, -f МзАн К I М2 -1- MiAh, где К-сложный радикал катионита (органический скелет), прак- тически нерастворимый в воде и играющий роль неподвижного аниона; I-знак, указывающий на способность катионита диссоциировать на нерастворимый анион и катионы Na+, Н+ или NH+; Na, Н и - подвижные обменные катионы катионита; Me и М2-катионы, подлежащие извлечению из воды в обмен на Na, Н и Mi; Ан- анионы солей в воде. Подобные процессы обмена осуществляются на практике в динамических условиях фильтрованием умягчаемой воды через слой набухшего катионита, загруженного в специальных фильтрах. Процессы углягчения могут быть представлены следующими схематическими реакциями в молекулярной форме: Na-катионирование: 2К I Na + Са(НСОз)2 Ка I Са + 2МаНСОз; 2К I Na + Mg(HC03)2 К2 I Mg + 2NaHC03; 2К I Na + CaCl2 K2 I Ca + 2NaCl; 2K I Na + MgCla K2 I Mg + 2NaCI; 2K 1 Na + CaS04 K2 1 Ca + NaaSO.; 2K I Na + MgS04 * K2 I Mg + N32804; H - катионированпе: 2K 1 H -f Са(НСОз)2 K2 I Са + 2CO2 + 2H2O; 2K I H + CaClz K2 I Ca -b 2HC1; 2K I H + CaS04 K2 I Ca + H2SO4; К I H -f NaCl К I Na + HCl; 2K 1 H + N33804 2K I Na -b HaSO*. Такой же характер бyдJyт иметь реакции Н-катионирования в отношении магниевых солей. В процессе умягчения воды Na-катионированием содержание кальция и магния в воде может быть снижено до весьма малых величин: при одноступенчатом - до 0,03 -0,05 мг-экв/л и при двухступенчатом -до 0,01 мг-экв/л. Особенность Na-катионирования заключается в том, что карбонатная жесткость умягчаемой воды, обусловленная бикарбонатами кальция и магния, переходит в бикарбонатную щелочность NaHCOs, т. е. концентрация бикарбонатных ионов не изменяется. Солесодержание фильтрата несколько возрастает в результате замещения в растворе одного иона кальция на два иона натрия с большой атомной массой. По мере фильтрования жесткой воды через слой катионита он постепенно теряет способность умягчать воду. Вся обменная способность катионита будет исчерпана тогда, когда все его активные, группы израсходуют ионы натрия и будут замещены ионами кальция и магния. Регенерация Na-катионита достигается пропусканием через него раствора с большим содержанием натрия, например 10%-ного раствора пойаренной соли: К2 I - + 2NaCI:;2KlNa + -Cl,. Получающиеся в процессе фильтрования через катионит раствора NaC] хлористые соли кальция и магния сбрасываются в дренаж с последующей отмывкой катионита от продуктов регенерации. В процессе Н-катионирования наряду с умягчением исходной воды устраняется ее природная щелочность вследствие вторичных процессов: н+ + нсо- нсОз + со,. Однако, как видно из приведенных выше реакций, получаемая в этом процессе вода имеет низкое значение рН, так как все некарбонатные соли различных присутствующих в воде катионов превращаются прн Н-катионировании в соответствующие кислоты (в основном НС1 и H2SO4). Кислотность воды в этом процессе зависит от глубины ее Н-ка-тионирования, т. е. от полноты обмена катионов металлов на катион водорода. Регенерация Н-катионита достигается пропусканием через него раствора серной или соляной кислоты: I-- + HaS042KIH + Mg Mg Задержанные катионитом ионы кальция и магния при регенерации его кислотой замещаются водородными ионами кислоты. При регенерации Н-катионита возникают вторичные процессы взаимодействия между продуктами реакции, в частности кальцием, вытесненным из катионита, и сульфатными анионами, которые могут дать в слое катионита осадок гипса, что приведет к потере эффекта регенерации. Чтобы этого не произошло, применяют, например, прогрессивно-последовательную регенерацию катионита 1-, 1,5- и 5%-ным раствором серной кислоты. Наибольшее практическое применение нашло сочетание процессов Na- и Н-катионирования. В этом случае может быть достигнута требуемая потребителем величина щелочности или кислотности благодаря взаимной нейтрализации кислой и щелочной воды. Процесс Н-Na-ка-тионирования может осуществляться по одной из описанных далее схем. 1. Параллельное Н-Na-катионирование применяют для исходной воды с малой некарбонатной жесткостью. При этом часть воды пропускается через Н-катионитный фильтр, а другая часть - через Na-катионн-тный фильтр. Затем оба фильтрата смешиваются. В результате можно получить воду с весьма малой жесткостью и близкой к нулевой щелочностью. Выделяющаяся при взаимодействии Na-катионированной воды с Н-катионированной водой углекислота удаляется на специальных дегазаторах. 2. Последовательное Н-Na-катионирование обычно применяют для умягчения воды с относительно высокой жесткостью. При этом часть обрабатываемой воды пропускается через Н-катионитный фильтр, затем смешивается с остальной частью воды, пропускается через удалитель углекислоты (дегазатор) и, наконец, вся смесь пропускается через Na-катионитный фильтр. 3. Совместное Н-Na-катионирование осуществляется в одном фильтре. При этом верхний слой катионита в фильтре отрегенерирован для работы по методу Н-катионирования, а нижний - для работы по методу Na-катионирования. Для доумягчения фильтрата после Н-Na-катионирования применя- Таблица V 12
0 ... 110 111 112 113 114 115 116 ... 159 |
