Водород-натрий-катионирование

Водород-натрий-катионирование (совместное, параллельное или последова-тельное с нормальной или «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров) – для уменьшения общей жесткости, общей щелочности и минерализации воды, а также увеличения критерия потенциальной щелочной агрессивности котловой воды, уменьшения содержания углекислоты в паре и уменьшения продувки котлов. При водород-катионировании обменные ионы – катионы водорода Н⁺. По лиотропному ряду (ряду сродства ионов к ионитам) водород стоит перед кальцием, магнием, железом, натрием, калием и др. Поэтому при фильтровании воды через слой катионита, «заряженный» ионами Н+, катионит орбирует из воды все содержащиеся в ней катионы, и в воду переходит эквивалентное количество ионов водорода. Кроме того, происходит разрушение бикарбонатов, определяющих карбонатную жесткость (щелочность) воды с образованием диоксида углерода. Процесс водород-катионирования описывается реакциями:

2HR + Ca²⁺ ↔ CaR₂ + 2H⁺; 2HR + Mg²⁺ ↔ MgR₂ + 2H⁺; HR + Na⁺ ↔ NaR + H⁺; HCO^3- + H⁺ ↔ H₂CO₃↔ H₂O + CO₂ ↑.

При Н-катионировании воды значительно снижается ее рН из-за кислот, образующихся в фильтрате. Если удалить образовавшийся диоксид углерода дегазацией, то в расторе останутся минеральные кислоты в количествах, эквивалентных содержанию хлоридов, сульфатов, нитратов в исходной воде. Наряду с умягчением воды – уменьшением жесткости воды – уменьшается минерализация: часть ее в виде CO₂ уходит, часть – превращается в воду.

Аммоний-натрий-катионирование

Аммоний-натрий-катионирование используется для достижения тех же целей, что и при натрий-хлор-ионировании. В аммоний-катионитном фильтре обменный катион – ион аммоний NH₄⁺. При фильтровании воды через катионит, регенерированный раствором сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, протекают реакции:

2 NH₄R + Ca(HCO₃)₂↔ CaR₂ + 2 NH₄HCO3; 2 NH₄R + CaCl₂↔ CaR₂+ 2 NH₄Cl; 2 NH₄R + CaSO₄ ↔ CaR₂+ (NH₄)₂SO₄. Аналогичные реакции протекают с магнийсодержащими веществами. В котле под действием высокой температуры аммониевые соли разлагаются. Аммиак и углекислый газ улетучиваются, и вода, таким образом, становится потенциально кислой. Поэтому аммоний-катионирование применяется вместе с натрий-катионированием. Образующийся при натрий-катионировании бикарбонат натрия NaHCO₃ разлагается в котле с образованием едкого натра NaОН и кальцинированной соды Na₂СО₃, которые нейтрализуют кислоты. Обычно концентрация аммония гораздо меньше концентрации бикарбоната, так что коррозии от кислот не бывает. Особенность аммоний-натрий-катионирования: так как и в воде, и в паре появляется аммиак, метод нельзя применять для обработки воды системы горячего водоснабжения и открытой системы теплоснабжения, а также при опасности аммиачной коррозии меди и ее сплавов. Аммоний-натрий-катионирование, совместное с дополнительным последующим натрий-катионированием, допускается, как правило, при содержании натрия в исходной воде менее 30–35% общей жесткости и при степени обмена на аммоний в пределах 40–90%.

Анионирование

Анионирование, как следует из названия, применяется для извлечения растворенных анионов из воды. Анионированию подвергается вода, уже прошедшая предварительное катионирование. Регенерацию анионитного фильтра проводят щелочью (NaOH). Механизм ионного обмена и влияние разных факторов на технологию процесса анионирования во многом аналогичны их влиянию на процессы катионирования. В то же время существенное отличие – исключена возможность увеличения концентрации противоиона в фильтре, так как переходящие в раствор ионы OH^-, HCO₃^-, HCO₃^- связываются ионами H⁺ с образованием слабо диссоциирующих веществ H₂O и H₂CO₃.

Декарбонизация воды

Декарбонизация – удаление оксида углерода(IV), выделяющегося в процессах водород-катионирования и анионирования. Удаление его из воды перед сильноосновными анионитными фильтрами необходимо, так как в присутствии СО₂ в воде часть рабочей обменной емкости анионита будет затрачиваться на погло-щение СО₂ по реакциями. Традиционно для удаления из воды углекислого газа используют декарбонизаторы – аппараты, заполненные различными распределителями воды (чаще – насыпными, например, кольцами Рашига, Палля и др.), называемыми насадкой, или без заполнителей, и продуваемые воздухом навстречу водному потоку. В зависимости от схемы декарбонизатор может быть установлен после первой, или второй ступени водород-катионирования, или после первой (слабоосновной) ступени анионирования. Последняя схема чаще используется в зарубежных разработках. Распространение получают эжекторные (вакуумные, струйные) аппараты. Их работа основана на создании высокоскоростного потока в эжекторном устройстве, в котором происходит вакуумирование потока с последующим подсосом воздуха в воду и его отдувкой. При небольших габаритах такая конструкция обеспечивает большую произво-дительность и высокую эффективность удаления газов. В данном случае – свободного СО₂. На небольших станциях водоподготовки и при небольшом содержании в исходной воде бикарбонатов используют схему подготовки воды без декарбонизаторов.