Умягчение воды катионами и их свойства

Умягчение воды катионами и их свойства

Катионитный метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде катионов – вступать в ионный обмен с растворёнными в воде солями, при этом происходит сорбция катионов  и вытеснение в раствор эквивалентного количества катионов, которыми катионит периодически насыщается при регенерации.

Остановимся на катионитовых материалах, которые наиболее часто применяются в практике умягчения воды.

К ним относятся:

I: сильнокислотные катиониты, содержащие активные сульфогруппы R-SO₃H, R-SO₃Na.

 В эту группу входят: катиониты КУ-1, КУ-2, сульфоуголь и др.

 

Реже применяются:

II: слабокислотные катиониты, содержащие активные карбоксильные группы R-COOH.

В эту группу входят: катиониты КБ-4, СГ-1, КБ-2, эмберлайт IR-50 и др.

Приведём характеристики некоторых марок катионитов.

 

Катиониты	Размер зёрен, мм	Объёмная масса в набухающем сос- тоянии, т/м3	Полная обменная способность, Еполн, г-экв/м3	Примечание
Сульфоуголь сфт 1, крупный Ку-1Г Ку-2-8 КБ-4П	0,4 - 1,8 0,3 - 2,0 0,3 - 1,2 0,3 - 1,0	0,42 0,47 0,65 0,40	570 650 170 2800	Сильнокис-ый Сильнокис-ый Сильнокис-ый Слабокис-ый

Метод противоточного катионирования

 

После того как определён межрегенерационный период (Na)Н –катионитового фильтра и фильтр отключён, необходимо эффективно провести собственно процесс регенерации фильтра который находится уже в форме     R-Ca(Mg).

 

Рассмотрим процесс регенерации раствором NaCl, когда регенер-й р-р пропускается сверху вниз. Что при этом происходит, какая реакция:

 

2R-Na + CaCl₂ → R₂Ca +

R₂Ca(Mg) + NaCl ^→_← 2Rna + Ca²⁺(Mg²⁺)

 

Причём, наиболее эффективно данная реакция будет проходить в верхних слоях катионита, когда, выделяемые в р-р противоионы → Са²⁺ (Mg²⁺), ещё практически не сдвигают реакцию в обратную сторону.

С течением времени, эффективность процесса регенерации уменьшается, т.к.

во-первых, уменьшается   С_Na⁺  в регенер-м р-ре на R-Na;

во-вторых, увеличивается С_Са²⁺_(Mg²⁺₎, вследствие их вытесняется из R₂Ca(Mg), а они сдвигают реакцию в обратную сторону, т.к.

- подавляется диссоциация R₂Ca(Mg),   и, т.о. ослабляется ионный обмен на R-Na: и возникает так называемый противоионный эффект.

Противоионный эффект приводит к тому, что нижние слои катионита так и остаются неотрегенерированными, (аналогично режиму голодной регенерации).

Устранить этот недостаток можно за счёт пропускания через катионит свежей порции регенер-го р-ра. Однако, это, естественно, увеличит его расход, и, следовательно, стоимость очистки.

И, обычно, в практических условиях, регенерационный р-р пропускают только однократно через смолу.

 

По аналогии с процессом регенерации, при умягчении воды за счёт фильтрации её через слой катионита сверху вниз, также возникает противоионный эффект, снижающий глубину умягчения воды:

 

2Rna + Ca^{2+ →}_← R₂Ca + 2Na⁺        (по мере накопления сдвиг

                                                                      реакции в обратном направлении)

 

Причём противоионами, в данном случае, уже являются ионы Na⁺

 

Для уменьшения отрицательного влияния противоионного эффекта как процесса регенерации катионита, так и для умягчения воды осуществляют подачу регенерационного р-ра и умягчаемой воды в разных направлениях, т.е.

 

1. регенир. р-р фильтруют сверху вниз, а исходную воду снизу вверх.

И, таким образом, умягчаемая вода при выходе из фильтра соприкасается с наиболее полно отрегенерированными верхними слоями катионита.

Благодаря этому обеспечивается более глубокое умягчение воды, чем при фильтровании её в этом же направлении, что и регенерационный р-р т.е. сверху вниз.

Такой метод умягчения воды получил название

Противоточного катионирования

Метод позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию.

 

Свойства ионообменных смол

 

Сильноосновные аниониты и сильнокислотные катиониты характеризуются высокой обменной способностью в широком интервале рН.

Слабоосновные аниониты способны к обмену анионов при контакте с растворами кислот при рН ~ 1-6

 

Слабокислотные катиониты характеризуются высокой селективностью к иону водорода и способны поглощать Меⁿ⁺ в слабощелочной области, где мало Н⁺

рН → 7-8

 

 

Умягчение воды катионами и их свойства

Катионитный метод умягчения воды основан на способности некоторых практически нерастворимых в воде катионов – вступать в ионный обмен с растворёнными в воде солями, при этом происходит сорбция катионов  и вытеснение в раствор эквивалентного количества катионов, которыми катионит периодически насыщается при регенерации.

Остановимся на катионитовых материалах, которые наиболее часто применяются в практике умягчения воды.

К ним относятся:

I: сильнокислотные катиониты, содержащие активные сульфогруппы R-SO₃H, R-SO₃Na.

 В эту группу входят: катиониты КУ-1, КУ-2, сульфоуголь и др.

 

Реже применяются:

II: слабокислотные катиониты, содержащие активные карбоксильные группы R-COOH.

В эту группу входят: катиониты КБ-4, СГ-1, КБ-2, эмберлайт IR-50 и др.

Приведём характеристики некоторых марок катионитов.

 

Катиониты	Размер зёрен, мм	Объёмная масса в набухающем сос- тоянии, т/м3	Полная обменная способность, Еполн, г-экв/м3	Примечание
Сульфоуголь сфт 1, крупный Ку-1Г Ку-2-8 КБ-4П	0,4 - 1,8 0,3 - 2,0 0,3 - 1,2 0,3 - 1,0	0,42 0,47 0,65 0,40	570 650 170 2800	Сильнокис-ый Сильнокис-ый Сильнокис-ый Слабокис-ый