Задать вопрос
mail@ncwt.ru (напишите нам)
8 (800) 555-32-60 (звонок по России бесплатный)
8 (343) 201-38-01 (Телефон головного офиса)

Водород-натрий-катионирование воды

Водород-натрий-катионирование – особый вид обмена ионами, во время которого происходит фильтрование параллельного или последовательного типа, при этом наблюдается регенерация водород-катионных фильтров, она может быть нормальной или «голодной».Водород-натрий катионирование.jpg

Такая технология успешно применяется для снижения жесткости, уменьшения щелочности и деминерализации воды. Также используется для регулировки щелочной агрессивности воды, используемой в котлах. Она подходят для снижения концентрации углекислоты в паре и снижения расходов на продувку котлов.

Принцип действия

Во время водород-катионирования задействованы катионы водорода Н+. В лиотропном ряду водород расположен перед такими элементами, как кальций, магний, натрий, железо, калий и прочими. Когда совершается процесс фильтрации воды, проходящей через катионит с положительными ионами водорода, катионит вбирает в себя все катионы, что присутствуют в воде, замещая их эквивалентным объемом ионов водорода. В то же время происходит разложение бикарбонатов, влияющих на карбонатную жесткость воды. Во время этой реакции происходит выброс диоксида углерода. При водородном катионировании существенно падает рН, так как в фильтрате образуются кислоты.

Для удаления получившегося диоксида углерода можно провести дегазацию, после чего в воде останутся только минеральные кислоты, содержание которых будет соответствовать наличию в исходном растворе сульфатов, хлоридов и нитратов.

Совместно со смягчением воды происходит ее деминерализация, а также снижение электропроводности.

В соответствии с лиотропным рядом положительно заряженные ионы водорода сначала вытесняют из катионита положительные ионы натрия, затем сорбированные ионы натрия вытесняются под воздействием ионов магния и кальция. То есть оскудевание ионита совершается постепенно и послойно: вверху появляется зона поглощения плюсовых ионов кальция и магния, сразу под ней происходит поглощение положительных ионов натрия. Оба участка перемещаются вниз, к нижнему краю катионитного слоя.

Всю работу фильтра можно разделить на два главных этапа:

1. Абсолютное поглощение катионов (если имеется достаточная высота катионитного слоя), фильтрат смягчается, ведь положительные ионы кальция и магния приостановлены, кислотность раствора на этот момент равна разнице между суммой всех катионов и разрушенным анионом с отрицательным зарядом НСО3-.

2. Когда зона поглощения добирается до нижнего края катионитного слоя, в фильтрат просачивается все больше положительных ионов натрия, концентрация его становится приблизительно такой же, какая была в исходной воде. К этому периоду катионит уже не может поглощать положительные натриевые ионы, он становится преградой только для ионов натрия и магния, иногда еще железа и марганцовки, если они имеются в достаточном количестве. Так что частично эту технологию можно считать и деманганацией, и обезжелезиванием. Затем уровень положительных NA + начинает расти, ведь калиевые и магниевые ионы с + зарядом выдавливают из катионита раньше задержанные ионы натрия+. Также вытесняются и водородные положительные ионы.

Вот так и происходят одновременно катионирование водородом и натрием. При почти полном удалении прежде остановленных ионов Na+ их станет меньше в фильтрате, тогда в него получат доступ ионы кальция и магния (положительно заряженные), с учетом лиотропного ряда первыми пойдут магниевые положительные анионы.

В процессе фильтрования кислотность тоже не будет постоянной. Вначале она снизится практически до нулевого уровня, затем начнет увеличиваться щелочность фильтрата, это будет происходить до тех пор, пока она не станет такой же, как в исходной воде. Она будет сохраняться на этом уровне, пока не начнут проскакивать ионы жесткости.

Работа водород-катионитных фильтров зависит от схемы. Они будут действовать до проскакивания натрия и магния, если речь идет о «голодной» регенерации.

Условия использования способа:

  • Параллельная схема водород-натрия-катионирования применяется: для получения смягченной воды, остаточная щелочность которой не превышает 0,4 ммоль/л; если превалирует карбонатная жесткость воды в исходном состоянии и ее доля в общем показателе жесткости больше половины; количественное содержание хлоридов и сульфатов в жидкости не выше 4 ммоль/литр; концентрация натрия не больше 2 ммоль/литр.
  • Последовательная схема водород-натрий-катионирования рекомендуется, если: требуемая щелочность должна находиться в пределах 0,7-1 ммоль/л; карбонатная жесткость воды не превышает половины общей жесткости; суммарная концентрация сульфатов и хлоридов не больше 4 ммоль/литр; метод может использоваться, даже если общая минерализация превышает 1000 мг/л; предельные колебания в момент фильтроцикла должны быть равны 0,5-2 ммоль/литр; концентрация сульфатов и хлоридов в первоначальной воде не должно быть выше 3,5-5 ммоль/литр.

Параллельная схема водород-катионирования с экономический точки зрения выгоднее, чем параллельного водород-натрий-катионирования при условии, что обрабатывается исходная вода, суммарная концентрация кальция в которой не выше 2 ммоль/л.

Иногда надо снизить только карбонатную жесткость (щелочность). В такой ситуации применяют «голодное» восстановление катионита. Во время обычного водород-катионирования излишек кислоты для восстановления больше, чем стехиометрический количественный показатель в 1,3-2,5 раза. Во время «голодной» регенерации условно количество кислоты, участвующей в восстановлении катионита считается таким же, как стехиометрическое количество или меньше.

При такой реакции в верхней части катионита будут располагаться ионы Н+, а ниже разместятся задержанные Са2+, Na+, Mg2+. В верхнем слое реакции с положительным ионом будут проходить так же, как и при стандартном водород-катионировании. В итоге появляющиеся ионы Н минеральных кислот заменятся на положительно заряженные ионы кальция, натрия и магния. Фильтрат получает ионы, которые раньше были в исходной воде, но при этом распадаются бикарбонаты, углекислый газ удаляется, задерживаются ионы кальция и магния (положительные), так как они связаны с НСО3-.

При проведении водород-катионирования методом «голодной регенерации» следует проводить ее с учетом свойств угольной кислоты. При наличии сильных кислот ее диссоциация нейтрализуется. А возникающий в верхней части катионита СО2 растворяется в воде и начинает проходить сквозь невосстановленные участки катионита. При отсутствии в фильтрате сильных кислот в нижней части катионита начинается частичная диссоциация Н2СО3 > Н+ + НСО3-, водородный ион заменяется натриевым, образуется вторичная щелочность уже очищенной воды.

Условия применения водород-катионирования с «голодной» регенерацией (приведены в порядке уменьшения ее эффективности):

0 < К < 0,2; 0 < К < I; 0 < К < I;

А – любое; 10 > А > I; I >А > 0,3.

При значениях К > I, А > 10 и 10 < А < 0,3 применение метода нецелесообразно.

Здесь К и А характеризуют соответственно катионный и анионный состав исходной воды:

К = [Na+]/([Ca2+] + [Mg2+]); A = [HCO3-]/([Cl-] + [SO42-]), где [Na+], [Ca2+], [Mg2+], [HCO3-], [Cl-], [SO42-] – содержание в исходной воде, соответственно, ионов натрия, кальция, магния, гидрокарбоната, хлора и сульфата, ммоль/л.


Назад в раздел