Юг Аква Системы
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ
ТЕЛ./ ФАКС:
+7(905)402-11-48
E-MAIL:
  
  

Na+ -катионирование (умягчение)

В практике водоподготовки одной из наиболее актуальных задач является снижение жесткости воды (умягчение). Общая жесткость – показатель качества воды, характеризующий общее содержание солей кальция и магния. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи на внутренней поверхности котлов и теплообменных аппаратов, что снижает эффективность их работы, а также вызывает образование мелкокристаллических белесых отложений на сантехнике, трубопроводной и запорной арматуре, что приводит к преждевременному выходу оборудования из строя.

Существует множество способов борьбы с отложениями солей жесткости (умягчения) – кипячение воды, подкисление, добавление комплексообразователей (в т.ч. комплексонов типа солей полифосфоновых кислот). В настоящее время одним из наиболее распространенных способов умягчения воды является метод ионного обмена. Умягчение воды ионным обменом основано на способности искусственных полимерных материалов (катионитов) которые имеют в своем составе обменные ионы Na+, Н+, обменивать их на ионы Са2+, Мg2+.

Реакция обмена:

2 Na-R + Ca (HCO3)2 = Ca-R2 + 2 NaHCO3 2 H -R + MgCl2 = Mg-R2 + 2 HCl,

где R – полимерная матрица катионита.

К катионитам относятся такие материалы как сульфоугли, катионнобменные синтетические смолы отечественного и импортного производства (КУ-2-8, Lewatit, Purolite и т.д.) Важнейшей характеристикой катионита является обменная емкость – количество ионов Na+ или H+ в объеме (в 1л катионита), способных обмениваться на ионы жесткости (Са2+, Мg2+), или, что то же самое – количество жесткости, которое может быть поглощено 1 л катионита. Общую емкость катионита в фильтре называют также полной обменной емкостью (в дальнейшем емкостью) катионита.

Различают два метода умягчения - Na+ - катионирование и H+ - катионирование в зависимости от того какие обменные ионы имеет в своем составе катионит. Условия применения этих методов различны. Иногда их применяют последовательно и/или проводят умягчение воды в несколько ступеней. Наибольшее распространение получило Na+ -катионирование, настолько, что именно этот метод стали называть умягчением. Ниже мы будем рассматривать именно Na+ -катионирование.

В процессе пропускания воды через слой катионита его емкость истощается, и, наконец, наступает момент, когда весь катионит содержит на своей поверхности ионы Ca2+ и Mg2+, связанные с полимерной матрицей. В этом случае необходимо выполнить регенерацию катионита (восстановление ионообменной способности). При Na+-катионировании катионит регенерируют раствором хлорида натрия (поваренной соли). При регенерации происходит обратный обмен:

Ca-R2 + 2 NaCl = 2 Na-R + CaCl2

Расход соли на одну регенерацию зависит от жесткости исходной воды, но, как правило, варьируется в пределах 120-180 грамм на 1л катионита. Поэтому не всегда применение этого метода является экономически целесообразным, так как расход соли на регенерацию при высокой жесткости исходной воды (и следовательно высокие эксплуатационные затраты на приобретение соли) могут стать определяющим фактором для использования других методов водоподготовки. Например, в зависимости от целей применения умягченной воды таким методом может быть дозирование комплексонов, использование обратного осмоса с предварительным дозированием комплексонов или периодическое подкисление воды перед подачей на установку обратного осмоса.

Следует отметить, что при Na+ - катионировании общее солесодержание или минерализация воды снижается или незначительно, или наоборот может повышаться - в зависимости от соотношения ионов магния и кальция в исходной воде.

При расчете катионитовых фильтров необходимо учитывать следующие факторы:

  • диапазон линейных скоростей фильтрования, применимых для используемого материала загрузки;
  • пиковый расход обрабатываемой воды (максимальный расход воды через фильтр в единицу времени);
  • полную обменную емкость катионита (количество ионов кальция и магния, способных связываться с матрицей катионита до момента регенерации) и продолжительность фильтроцикла (время между двумя регенерациями).

Устройство и принцип действия автоматического напорного фильтра-умягчителя показан ниже на рисунке:

Установка состоит из корпуса 1, блока управления 2, дренажно-распределительной системы 3, слоя поддерживающего материала 4, ионообменной загрузки (катионита) 5, бака для соли 6. В режиме работы вода подается сверху вниз, проходит через слой ионообменной загрузки, где происходит обмен ионов жесткости на ионы натрия, и собирается в слое поддерживающего материала, откуда по дренажной трубе поступает на выход из фильтра.

Режим промывки состоит из 5 стадий:

  • 1-я обратная промывка — предназначена для взрыхления слоя катионита, и механической отмывки от накопившихся на поверхности примесей;
  • солевая промывка – предназначена для обмена ионов жесткости на ионы натрия из регенерирующего реагента (соли);
  • 2-я обратная промывка — предназначена для отмывки катионита от остатков регенерационного раствора, чтобы соль не попала в очищенную воду;
  • прямая промывка — предназначена для уплотнения слоя загрузки после взрыхления и отмывки от промывных вод.
  • наполнение солевого бака;

Выход установки в режим регенерации осуществляется по сигналу импульсного водосчетчика или по встроенному в блок управления таймеру (различные модификации установок).

В режиме промывки на выход фильтра поступает исходная «жесткая» вода, поэтому в случае опасности попадания исходной воды (продолжительность промывки около 30 мин), в схемах с использованием таких фильтров необходимо предусматривать клапан или задвижку с автоматическим приводом для запрета подачи неочищенной воды.

Другой способ предотвратить попадание «жесткой» воды — использование установок умягчения типа TWIN или POLYPLEX. Такие установки состоят из двух и более отдельных корпусов, что позволяет при промывке одного из фильтров пользоваться очищенной водой, которая протекает через другой (другие) фильтры. Установка таких систем наиболее оправдана при непрерывном режиме водопотребления.

В некоторых случая (например для котельного оборудования) применяют двухступенчатое Na+ - катионирование. При этом умягченную воду после первой ступени подают на вход второй ступени. За счет использования двухступенчатой схемы возможно достичь общей жесткости не более 10 мкг/л.

Тел./факс: +7(905) 402-11-48 info@vodarus.ru
Оборудование для водоподготовки, г. Краснодар
© «ЮгАкваСистемы», 2011 г.