Анионирование воды

В схемах химического обессоливания применяют анионирование кислой Н-катионированной воды. В качестве обменных ионов используются анионы, которые с катионом водорода образуют воду или свободную углекислоту. Углекислоту затем удаляют их воды путем декарбонизации или термической деаэрации. К таким обменным ионам относятся , , .

Реакции, протекающие при обмене содержащихся в кислой воде анионов на обменный ион ОН^- можно записать следующими уравнениями:

ROH + Cl^- Û RCl + OH^-

2ROH + Û R₂SO₄ + 2 OH^-.

Если обменным ионом является анион НСО , то

RHCO₃ + Cl^- Û RCl + ,

где R – сложный радикал анионита, не подвергающийся растворению в воде и играющий роль катиона.

Если обрабатывается Н-катионированная вода, то перешедшие в воду анионы вступают в реакцию с ионами Н⁺

К реакциям поглощения из воды анионов сильных кислот способны все аниониты как сильноосновные, так и слабоосновные. Удаление из воды анионов слабых кислот происходит только сильноосновными анионитами, причем обменным ионом должен быть только ион .

Особое значение имеет удаление из воды анионов кремниевой кислоты. Обескремнивание является радикальной мерой борьбы с заносом проточной части турбин установок высокого и сверхвысокого давления. На предочистке в осветлителях удаляют коллоиды кремниевой кислоты, но недостаточно. Глубокое обескремнивание возможно на сильноосновных анионитах, которые способны извлекать из воды все анионы сильных и слабых кислот. Но они имеют более высокую стоимость, поэтому на ТЭС извлечение анионов сильных кислот производится с помощью слабоосновных анионитов, а сильноосновные используются во второй ступени для поглощения анионов слабых кислот, в том числе кремниевой.

Существенное отличие анионного обмена от катионного состоит в отсутствии противоионного эффекта. При анионировании в обрабатываемой воде появляются конкурирующие анионы ОН^-, которые тут же связываются катионами водорода, образуя малодиссоциированные молекулы воды

Важной характеристикой сильноосновных анионитов является их кремнеёмкость. Под рабочей кремнеёмкостью анионита понимают количество , г-экв, которое поглощает один кубический метр анионита. Она зависит от рН воды, природы обменного иона, начальной концентрации в обрабатываемой воде, удельного расхода щелочи на регенерацию и т.д. Для глубокого обескремнивания важно наиболее полное удаление из воды всех других катионов, кроме водорода Н⁺. Если в воде находится сама кремниевая кислота, то протекает реакция:

Если в воде находится соль кремниевой кислоты, то

.

При этом в фильтрате образуется эквивалентное количество противоиона , тормозящего поглощение кремниевой кислоты. Наличие в воде свободной углекислоты, более сильной, чем кремниевая, также уменьшает кремнеёмкость анионита. Поэтому перед обескремниванием свободную углекислоту удаляют в декарбонизаторе, который устанавливается перед фильтром с сильноосновным анионитом.

Для регенерации истощенных анионитов могут применяться щелочи в зависимости от обменного аниона и технологической схемы обработки воды. В схемах глубокого и полного обессоливания используется только едкий натр . Раствор щелочи концентрацией 4% пропускается через слой анионита, в котором протекают реакции:

Аниониты, подобно катионитам, характеризуются неодинаковой способностью к поглощению различных анионов. Согласно ряду селективности для низкоосновных анионитов впереди идущей является зона ионов хлора и они первыми проскакивают в фильтрат. По концентрации хлоридов фильтр выводится на регенерацию. При использовании высокоосновных анионитов впереди идущей является зона наименее сорбируемой кремниевой кислоты. Над ней располагается смешанная зона поглощения кремниевой кислоты и бикарбонат-иона, а ещё выше – смешанная зона этих анионов и анионов сильных кислот. По величине допускаемого проскока кремния фильтр выводится на регенерацию.

При отмывке анионита требуется большой расход отмывочной воды до 10 – 11 м³/м³, поэтому применяют мероприятия, позволяющие снизить расход воды на собственные нужды фильтров. Например, повторное использование отмывочной воды для приготовления регенерационного раствора щелочи, проведение противоточной и ступенчато-противоточной регенерации и т. п.

Некоторые марки анионитов обнаруживают склонность к окислению растворенным в воде кислородом, вследствие чего происходит «старение» анионитов. В них снижается емкость поглощения, усиливаются амфотерные свойства. Аниониты поглощают также органические вещества, присутствующие в воде, что также снижает обменную ёмкость и усиливает амфотерные свойства (т.е. способность поглощать катионы водорода). Поэтому обрабатываемая вода должна тщательно освобождаться от органических загрязнений при коагуляции.