Натрий-катионитный метод

Метод катионного обмена, называемый также катионитным, основан на свойстве некоторых естественных и искусственных химических соединений вступать в реакцию с солями жесткости воды. Реакция умягчения воды при натрий-катионировании (наиболее простом способе) состоит в замене ионов кальция и магния, содержащихся в воде, ионами натрия, присоединенными к водоумягчающему веществу - катиониту. Это присоединение осуществляется в результате пропускания через катионит раствора поваренной соли.

Из катионирующих материалов в настоящее время наиболее распространен сульфоуголь, который представляет собой бурый уголь, обработанный крепкой серной кислотой.

При умягчении воды натрий-катионитным методом температуру ее не рекомендуется поднимать выше 60 °С. Этот метод позволяет почти полностью удалить из воды накипеобразователи; остаточная жесткость умягченной воды обычно не превышает 35 мкг-экв/л. В результате такого метода умягчения воды вместо сульфатов и хлоридов кальция и магния (постоянной жесткости) образуются легкорастворимые, не обладающие способностью к накипеобразованию, сернистый натрий Na₂SO₄ (глауберовая соль) и хлористый натрий NaCl (поваренная соль); взамен бикарбонатов кальция и магния (временной жесткости) образуется эквивалентное количество хорошо растворимого в воде бикарбоната натрия (NaHCO₃)₂.

В процессе работы сульфоуголь постепенно теряет способность к обмену катионами, что определяется путем химического анализа умягченной воды. Для восстановления обменной способности сульфоуголь сначала взрыхляют и затем промывают (регенерируют) 5-10% -ным раствором поваренной соли в течение 1,5-2 ч.

В целях экономии соли целесообразно предусматривать двухступенчатую регенерацию: сначала пропускать 2% -ный раствор соли в количестве 1,2 м³ раствора на 1 м³ катионита, затем остальное количество соли в виде 7-10% -ного раствора. Скорость фильтрования раствора соли через катионит 5-7 см/мин. Скорость умягченной воды, подаваемой на отмывку, 13-17 см/мин. Первая половина воды от отмывки подлежит спуску в водосток, вторая половина используется при взрыхлении катионита или для приготовления регенерационного раствора. Удельный расход воды на отмывку принимают 4-5 м³ на 1 м³ катионита. Схема фильтра представлена на рис. 84.

Рис. 84. Натрий-катионитный фильтр

I ступени:

1 – патрубок для входа воды;

2 – катионит; 3 – корпус;

4 – патрубок для выхода воды;

5 – спуск в дренаж

Схема натрий-катионитной установки с механическими фильтрами и повторным использованием раствора соли представлена на рис. 85.

Скорость фильтрации воды в напорных натрий-катионитных фильтрах зависит от жесткости воды и качества катионита и составляет:

при общей жесткости воды до 5 мг-экв/л................. 40 см/мин;

то же, 10 мг-экв/л....................................................... 25 см/мин;

то же, 15 мг-экв/л....................................................... 17 см/мин.

Вода, поступающая на катионитовые фильтры, должна быть светлой с содержанием взвешенных веществ не более 5-8 мг/л.

Для получения глубокоумягченной воды применяется двухступенчатое последовательное натрий-катионирование.

Рис. 85. Схема натрий-катионитной установки с механическими

фильтрами и коагуляцией:

1 – подвод исходной воды; 2 – насос; 3 – бак для раствора

коагулянта; 4 – бак для промывки механического фильтра; 5 – бак

для промывки катионитного фильтра; 6 – выход умягченной

воды; 7 – солерастворитель; 8 – натрий-катионитный фильтр;

9 – осветлительный фильтр; 10 – шайбовый дозатор

Солерастворитель (рис. 86) представляет собой сосуд цилиндрической формы, в котором приготовляют концентрированный раствор поваренной соли для регенерации натрий-катионитных фильтров. Корпус солерастворителя рассчитан на рабочее давление 6 ати.

Рис. 86. Солерастворитель D_у=600 мм:

1 – слой кварца (от 5 до 10 мм);

2– слой кварца (от 2,5 до 5 мм);

3– слой кварца (от 1 до 2,5 мм);

4 – корпус; 5 – загрузочная

воронка; 6 – патрубок для подвода

воды; 7 – патрубок для спуска воды;

8 – выход раствора соли;

9 – спускная труба