Умягчение воды катионитами

Катиониты

Катиониты и их действие. Для умягчения воды применяют - фильтрование ее через катионит. В качестве катионита используют сульфоуголь. В составе катионитов находятся подвижные ионы водорода или натрия, способные обмениваться на ионы, находящиеся в воде и обусловливающие ее жесткость.

При прохождении воды через фильтр, наполненный натриевым катионитом, на поверхности его зерен происходит реакция обмена по схеме, показанной на рис. 4. На рис. 4, а показана поверхность катионита 1, покрытая одновалентными ионами 2 натрия. Вправо от поверхности находится вода, в которой имеются двухвалентные ионы 3 кальция и магния. После прохождения воды через катионит (см. рис. 4, б) ионы кальция и магния оказываются поглощенными (адсорбированными) поверхностью катионита, а соответствующее эквивалентное количество ионов натрия из катионита поступает в воду. Как видно из схемы, после фильтрования ионы кальция и магния, обусловливающие жесткость воды и образующие накипь, переходят из воды в катионит, а ионы натрия из катионита переходят в воду, которая после этого становится мягкой и не дает отложений даже при длительном кипении. Вода после умягчения натриевым катионитом и нагревания становится слабощелочной, так как при этом образуется сода Na₂CО₃. Чем больше карбонатная жесткость воды, тем больше щелочность умягченной воды. Такая вода со щелочной средой не действует на чугун, но заметно действует на алюминий. Важнейшие показатели качества катионитов приведены ниже.

Рис. 4. Схема обмена ионов на поверхности натриевого катионита: а - до умягчения; б - после умягчения

Обменная емкость поглощения. Этот показатель определяет количество катионов, которое может поглотить катионит в течение цикла фильтрования. Емкость поглощения выражают количеством граммэквивалентов катионов, задержанных 1 м³ катионита, набухшего после пребывания в воде. Полная емкость поглощения показывает количество миллиграммэквивалентов солей жесткости, которое может поглотить определенное количество катионита до того момента, когда жесткость умягчаемой воды станет равной жесткости исходной. Рабочая обменная емкость поглощения катионита показывает количество граммэквивалентов или миллиграмм-эквивалентов солей жесткости, которое может поглотить то же количество катионита до проскока в умягченную воду солей кальция и магния в количестве более 0,03 мгэкв/л.

Набухаемость катионита. Этот показатель выражается в процентах и показывает, на какую величину объем катионита становится больше после пребывания в воде.

Химическая стойкость и механическая прочность. Эти показатели характеризуют долговечность работы катионита. Химическая стойкость катионита для умягчения воды не имеет особого значения. Но во время работы катионитового фильтра зерна катионита подвергаются постепенному истиранию. Поэтому механическая прочность катионита является важным эксплуатационным показателем и непосредственно связана с величиной износа катионита в процессе эксплуатации фильтра (годовой износ сульфоугля равен 5-7%).

Каждый катионит, находящийся в соприкосновении с водой, требует определенного времени на процесс обмена ионов. Это обусловливает определенную скорость воды через катионит. Чем больше жесткость воды, тем большее время требуется для обмена ионов. Таким образом, допустимая скорость фильтрования уменьшается с увеличением жесткости воды (см. табл. 9).