Ионообменные технологии в водоподготовке

Ионообменные технологии основаны на пропускании воды через фильтрующий слой ионообменного материала, нерастворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами. При этом ионы, которые необходимо удалить, задерживаются в слое ионообменного материала.

Ионообменный материал (ионит), естественный или искусственный, содержит ионные группы, которые сбалансированы противоионами таким образом, чтобы в целом среда была электронейтральной. При пропускании воды через эти материалы определенные ионы задерживаются, а противоионы из ионита переходят в воду. Существуют различные ионно-обменные материалы, позволяющие избирательно удалять из воды те или иные микроэлементы (смолы специальной селективности).

Ионообменные смолы делятся на катиониты и аниониты, в зависимости от того какими ионами происходит обмен: катионами или анионами.

Некоторые природные материалы (глина, бокситы и др.) обладают способностью к обмену ионами, однако в настоящее время применяются в основном синтетические ионообменные смолы.

Важное свойство ионообменного материала – количество ионов, которое может быть удалено из обрабатываемой воды. Общая емкость ионообменного материала зависит от количества функциональных групп в ионообменной смоле. Фильтроцикл на ионообменном фильтре продолжают до момента проскока в фильтрат задерживаемых ионов. Тогда фильтр отключают на регенерацию, а на время регенерации вода должна проходить очистку на параллельных ионитовых фильтрах.

Регенерация заключается в пропускании через слой ионообменной смолы регенерирующего раствора. Для регенерации катионитов используют растворы поваренной соли, серной или соляной кислот (в зависимости от типа катионита). Регенерация анионитов проводится, как правило, кальцинированной содой, едким натром или гидрокарбонатом натрия. Отработанные регенерационные растворы затем утилизируются.

Научно-производственное предприятие «Национальный центр водных технологий» применяет ионный обмен на катионитовых фильтрах для умягчения воды (извлечения ионов Ca2+ и Mg2+), для удаления из воды ионов других металлов, например, Ba2+, Sr2+ и тяжелых металлов, а также для обессоливания воды. Для извлечения анионов, например, NO3-, SO42-, гуминовых кислот применяются аниониты.

Преимущества технологии

• технология позволяет эффективно снижать жесткость воды, содержание вредных ионов, а также общее солесодержание;
• ионообменные процессы могут использоваться на небольших, отдаленных объектах, где сложно применить альтернативные методы очистки воды;
• низкие капитальные затраты при внедрении технологии;

Ионный обмен – освоенный процесс, поэтому оборудование подобрано и стандартизировано. Решены вопросы управления процессом, автоматизации регенерации, предотвращения коррозии и т. д.

Недостатки технологии:

• высокие текущие расходы на обеспечение работоспособности технологии, определяются необходимостью постоянной регенерации ионообменных и анионообменных смол растворами соли, кислот и щелочей;
• хранение сильнодействующих реагентов для регенерации ионообменной смолы анионитовых фильтров ограничивает возможность использования этого метода;
• образование промывных растворов после регенерации, сброс таких промывных вод от небольших объектов, как правило, не вызывает осложнений, так как в системе канализации происходит их разбавление до безопасных концентраций.

Для больших объектов данный метод применим в комбинации с реагентным или мембранным методами умягчения (обратный осмос , ультра- и нанофильтрация ), после которых требуется удаление только «следов» солей жесткости.