Катионирование для умягчения воды
Разработчики оборудования предлагают разные способы смягчения воды для снижения жесткости, для удаления солей щелочных металлов, для устранения соединений кальция и магния. Один из эффективных способов водоочистки, солеизвлечения и умягчения носит название «катионирование»: рассмотрим, что это такое, как происходит процесс катионирования - очистки воды с помощью катионообменных фильтров.
Что такое катионирование воды
Некоторые химические вещества активно взаимодействуют с ионами солей, способны их легко извлекать из воды. На этом принципе построены технологии ионного (ионитного) обмена.
За счет присутствующих солей водный раствор обладает электропроводимостью: хорошо проводит электрический ток. Все ионочастицы (иониты), находящиеся в воде, имеют положительный или отрицательный заряд. Их делят на катионы (положительно заряженные) и анионы (отрицательно заряженные). Поскольку частицы имеют разные заряды, то притягиваются друг к другу и вступают во взаимодействие.
При добавлении в воду солей натрия (технической соли NaCl) ионы Na+ вступают в ионный обмен с кальцием и магнием. Во время такой реакции катионирования Ca и Mg замещаются ионами натрия, поэтому процесс называется натрий-катионированием, а за счет участия водорода носит название натрий-водород-катионирование.
Преимущества умягчения воды методом катионирования по сравнению с другими технологиями солеочистки:
- невысокий расход ионообменных реагентов, их длительная способность к регенерации;
- оптимальное использование объема фильтра, уменьшение горизонтальной площади пропускной поверхности, послойная загрузка реагентов;
- высокая скорость фильтрования до 40-50 м3/час, отменное качество воды на выходе;
- сокращение количества оборудования, долгий срок его службы;
- снижение объема отработанных (промывочных, сточных) вод в 3-4 раза;
- простота и неприхотливость обслуживания, исключающая дополнительные технологические операции.
Другие методы обессоливания - обратный осмос, мембранная дистилляция, электродеионизация требуют намного больших вложений средств и времени на обслуживание.
Как производится умягчение воды катионированием
В качестве ионоулавливающих фильтров выступают ионообменные смолы, насыщенные солями натрия. Они адсорбируют из воды Ca+ и Mg+, замещая их ионами Na. Натрий переходит в воду, соли оседают на гранулах смолы.
Со временем фильтр забивается осажденными веществами. После промывки и повторного насыщения натрий-ионами он вновь готов к использованию. При интенсивной промывке минерально-солевой осадок смывается в канализацию, а из солевого бака в смолу подается раствор поваренной соли. Ионообменный состав вновь готов к очистке.
В качестве смол используют эффективные фильтрующие загрузки:
- Ecotar A;
- Ecotar B;
- Ecotar B30;
- Ecomix.
Помимо солей кальция и магния смоляной фильтровальный состав удаляет другие загрязнения: растворенное железо, газы и марганец, приводит в норму мутность и цветность. При методе натрий-катионирования используют многокомпонентные смеси смол в разным размером гранул, что повышает процесс очистки и смягчения.
Что такое водород-катионирование
Во многих наших статьях, посвященных теме снижения жесткости, упоминалось, что общая жесткость складывается из разных величин: временной (карбонатной), которая удаляется длительным кипячением воды, и постоянной (некарбонатной), которую невозможно устранить без использования специальных фильтрующих элементов.
Молекулы воды Н2О содержат водород. В ионообменном процессе участвуют ионы Н+. Они замещают все катионы, присутствующие в водном растворе. При протекании реакции разлагаются бикарбонаты, от которых зависит временная жесткость, и образуется диоксид углерода. Для удаления углекислоты производят дегазацию (декарбонизацию).
При таком обмене в растворе образуются свободные минеральные кислоты и падает уровень pH (водородного показателя). При снижении pH происходит деминерализация, уменьшается электропроводность.
Разница между Na- и H-катионированием в том, что в первом случае катиониты регенерируют раствором обычной поваренной соли, что безвредно для питьевой воды, а во втором случае, при применении схемы водород-катионирования, для регенерации применяют серную кислоту. Такой способ подходит для технической воды.
При совместном H-Na-катионировании ионы водорода сначала вытесняют натрий, затем Na-ионы просачиваются в фильтрат, из-за их роста ионы магния, железа, марганца вытесняются из воды. Такой процесс очистки называется деманганацией и обезжелезиванием.
Где применяется натрий-катионирование для умягчения воды
Эффективный способ водоочистки за счет ионообмена и разные схемы катионирования применяют там, где нужна вода с допустимыми нормами жесткости 7 мг-экв/л или с показателями намного ниже ПДК на уровне 0,01-0,02 мг-экв/л.
Умягчение воды производят перед подачей:
- в водопроводы при централизованном горячем и холодном водоснабжении;
- в бытовые и промышленные отопительные системы;
- в водогрейные и паровые котлы котельных станций;
- в производственные технологические линии промышленных предприятий;
- в жилые дома и многоквартирные здания при автономном водоснабжении из скважин и колодцев;
- в медицинские, оздоровительные, санитарно-курортные учреждения;
- в пищевые комбинаты, заведения общественного питания;
- на производство безалкогольных и алкогольных напитков, бутилированной воды.
Мягкую воду используют для заправки в бытовую и производственную технику, в спецмашины, оборудование. Натрий-катионирование применяют в котельной, в энергетике, ЖКХ, многих видах промышленности.
Предприятиям выгодно иметь установки Na-катионирования: они помогут получать воду с нужными показателями, независимо от того, какие растворы поступают из централизованных источников или откуда производится водозабор. Такая вода не будет пениться, давать осадок и накипь, выводить из строя дорогое оборудование.
Для многих компаний процесс умягчения должен быть непрерывным (с использованием установок непрерывного действия). Для получения полностью обессоленной (деминерализованной) воды необходимо двухступенчатое катионирование - оно даст лучшую очистку.
Устройство фильтра для натрий-катионирования воды
Фильтрующую загрузку засыпают в напорные корпуса. Прочные металлические баллоны способны выдержать напор воды, закачиваемой под высоким давлением, и гидроудары при регенерации фильтров.
В корпусе сверху и снизу предусмотрены отверстия: верхний и нижний дренаж. Внутрь последовательно послойно засыпают:
- тонкий слой гидроантрацита или гравия;
- ионообменную смолу на высоту чуть больше половины объема корпуса.
Вода подается сверху. В верхней части баллона свободное пространство (при работе смола набухает, покрывается солями минералов, выпавшими в осадок). Над свободным пространством и под ним тонкие прослойки натрия, который вступает во взаимодействие с примесями исходного водного раствора. Через пробоотборное устройство периодически отбирают воду на анализ, проверяют концентрацию примесей.
Под действием силы тяжести вода, отдавшая соли, просачивается вниз и подается к месту использования. Соли остаются на гранулах смолы. По мере накапливания осажденного осадка запускается процесс промывки гранулированной загрузки. Напором воды примеси смываются в дренаж. После промывки не нужно дополнительно разрыхлять фильтр, это делает напор обратного (восходящего) потока воды.
Смола отдала ионы, ее нужно «подкормить». Из солевого бака раствор из таблетизированной соли «Экстра» высокого класса подается в баллон с фильтрующей загрузкой через солезаборный клапан. После загрузки реагента клапан закрывается. Насыщенная смола вновь начинает очистку. Процесс повторяется многократно: рабочие циклы чередуются в промывкой и восстановлением фильтрующего элемента.
На нашем сайте есть статья и отдельные инструкции о том, как собирать солевой бак. Это информация для иногородних клиентов, для которых мы отправляем оборудование транспортной компанией в надежно упакованном, но разобранном виде.
Установки катионирования от Diasel Engineering
Натрий-катионирование - это простой, но эффективный способ удаления солей и умягчения воды. В компании Diasel Engineering можно заказать установки ионного катионирования воды в полном комплекте, куда входят:
- баллоны для засыпки фильтровального материала;
- фильтрующие загрузки из смеси ионообменных смол;
- солевой бак с подробной инструкцией по сборке;
- мешок гравия или антрацита, мешок таблетизированной соли.
При необходимости укомплектуем систему насосной станцией и гидроаккумулятором. Процесс Na-катионирования можно настроить так, что он будет работать автоматически, без участия оператора с помощью клапанов управления, которые самостоятельно переключают рабочие режимы водоочистки и регенерацию ионита.
Заявка на подбор оборудования