Вопрос 23. H-Na-катионирование

Н-катионирование существляется методом Н-катионирования при фильтровании исходной воды через слой слабокислотного (карбоксильного) катионита в Н-форме (RН). В процессе Н-катионирования на карбоксильном катионите одновременно удаляется жесткость и щелочность исходной воды, характеризующиеся значительной временной жесткостью, т.е. содержанием, в основном, Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. В процессе обработки методом Н-катионирования образуется слабая угольная кислота, образующая воду и СО2.

В результате ионного обмена из воды удаляются катионы Ca2+, Mg2+ и НСО3-, а вода обогащается ионами Н+ в соответствии с реакциями:

Са(НСО3)2 + RH → 2Н2СО3 + Ca(R)2

Mg(НСО3)2 + RH → 2Н2СО3 + Mg(R)2

Н2СО3 ↔ СО2↑ + Н2О

Углекислый газ удаляется из воды физическим способом – на дегазаторе (декарбонизаторе). Регенерация слабокислотного катионита производиться стехиометрическим количеством кислоты. Стоки регенерации имеют практически нейтральный рН.

Восстановление регенерирующей способности смолы осуществляется посредством пропуска раствора кислоты, при этом протекают обратные реакции:

2Н+ + RCa → Ca2++ RН

2Н+ + RMg → Mg2++ RН

Удаленные в ходе регенерации катионы жесткости отводятся в канализацию.Для регенерации ионообменной смолы используются серная (H2SO4) кислота с концентрацией 0,5-1% или соляная (HCl) кислота с концентрацией 1-4 %

Обработанная таким способом вода может использоваться для хозяйственно-питьевых нужд, в системах отопления и горячего водоснабжения, для подпитки котельных установок, в технологических линиях пищевых производств (производство пиво-безалкогольных напитков, соков, водок).

Для получения глубоко умягченной воды для теплоэнергетической отрасли предлагаются двухступенчатые схемы обработки воды – H-Na-катионирования. При двухступенчатой схеме подготовки воды - H-Na-катионирования позволяют получить глубоко умягченную воду с жесткостью не более 0,01 мг-экв/л и щелочностью не более 0,5-1 мг-экв/л.

Так же могут использоваться схемы параллельного H-Na-катионирования и последовательного H-Na-катионирования.

При параллельном H-Na-катионирование часть раствора очищает­ся Н-катионированием на сильнокислотном катионите, а другая часть умягчается Na-катионированием на таком же ионите. В во­де, прошедшей через катионит в Н-форме, удаляются все катионы и вместо них в воду поступает катион водорода, рН раствора становится равным 2,5-4,0 в зависимости от солесодержания. Бикарбонаты полно­стью разрушаются и присутствуют в виде растворенной углекислоты. В воде, прошедшей через катионит в Na-форме, катионы солей жестко­сти заменены на натрий, рН не меняется. Обработанные растворы сме­шиваются в расчетных соотношениях и подаются на декарбонизатор, где удаляют углекислоту. Очищенная вода может иметь остаточную щелочность Щост менее 0,35 мг-экв/л.

Параллельное H-Na-катионирование используется тогда, когда не­обходимо иметь остаточную щелочность Щост менее 0,35 мг-экв/л; в исходной воде карбонатная жесткость составляет более 50%, а сумма концентраций солей сильных кислот - менее 5-7 мг-экв/л.

Последовательное H-Na-катионирование заключает­ся в пропускании части питающего раствора через катионит в Н-форме, смешении подкисленного раствора с исходным, декарбонизации и умягчении всего потока на катионите в Na-форме. При подкислении воды при Н-катионировании частично разрушается бикарбонат-ион, и связанная с ним жесткость становится некарбонатной. Щелочность пе­ред Na-катионированием поддерживается на уровне 0,7-1,0 мг-экв/л. Поскольку степень извлечения жесткости на Н-катионировании особого значения не имеет, регенерация кислотой может осуществляться без избытка. Такой способ умягчения используется для сильноминерализо­ванных вод с солесодержанием более 1 г/л, когда карбонатная жесткость менее 50% от общей, а щелочность 0,7-1,0 устраивает потребителя.