Вода, методы очистки воды

Декарбонтзация  Н-катионированной воды

Удаление диоксида углерода из декарбонизаторов основано на стремлении растворенного в воде диоксида углерода прийти в соответствие с парциальным давлением этого газа в продуваемом воздухе. Одним из наиболее распространенных является способ декарбонизации с помощью вентиляторных градирен с насадками из деревянных реек или колец Рашига.

Практика работы обессоливающих установок показала, что остаточное количество углекислоты составляет, как правило 10-20% от исходного. После декарбонизации Н-катионированная вода. Содержащая исходное количество анионов сильных кислот и кремнекислоты, а также 10-20% исходного кольчества углекислоты, подается на анионитовые фильтры.

Работа анионитовых  фильтров на Н-катионированной воде

Низкоосновные аниониты функционируют только в кислой среде, поэтому они практически не сорбируют слабые минеральные кислоты, напремер кремневую. Высокоосновные аниониты функционируют в широком диапазоне значений рН и способны к сорбции анионов сильных и слабых кислот не только из кислой, но и из нейтральной и даже из слабощелочной среды. Низкоосновные аниониты легко регенерируются и имеют большую обменную емкость при соответствующих условиях, а высокоосновные аниониты регенерируются труднее и имеют значительно меньшую емкость. Легкая регенерация низкоосновных анионитов означает их сравнительно высокую гидролизуемость, характеризующую обратимость реакции поглощения анионов. Очевидно, что анионы сильных кислот обессоливаемой воды целесообразно сорбировать на легкогенерируемом низкоосновном анионите, который почти всегда используют на первой ступени обессоливания. Ряд сорбируемости имеет вид: SO₄^2->(HSO₄^->Cl^->HCO₃^-.

Хорошо работающим можно считать декарбонизатор, удвляющий 80-90% угольной кислоты. Оставшаяся кислота поступает на анионит вместе с анионами сильных кислот. По мере сорбции последних и соответствующего сдвига значений рН происходит частичный переход СО₂ в Н₂СО₃, диссоциирующую главным образом на гидрокарбонат-ион и ион водорода, и сорбция гидрокарбонат-ионов анионитом. В соответствии с рядом сорбируемоти гидрокарбонат-ионы первыми переходят в фильтрат и, естественно, не могут изменить характер распределения сульфат и хлорид-ионов по слою.

Т.к низкоосновные  аниониты совершенно не сорбируют кремнекислоту, то для этого целесообразно использовать высокоосновные аниониты. А для сорбции  основных количеств углекислоты, оставшейтя в декарбонизированной Н-катионированной воле, использовать низкоосновные аниониты.

Влияние проскока натрия в Н-катионированную воду на работу анионообменника

В Н-катионированной воде в зависимости от её исходного  состава, полноты регенерации катионита, скорости потока и других причин может  содержаться некоторое количество менее сорбируемых катионов натрия. Проскок натрия в фильтрат дает возможность более полно использовать восстановленную при регенерации емкость катионита, но при этом ухудшится работа анионитового фильтра из-за обратимости реакции.

Если ограничить усредненный  проскок после катионита величиной 0,1-0,2 мк-экв/л, то после первой ступени  анионированная вода будет иметь  такое же солесодержание. По-видимому, в обессоленной воде присутствует смесь  гидросиликата и гидрокарбоната натрия. Кремневая кислота из исходной оды полностью перейдет в фильтрат, а угольная может быть задержана низкоосновным анионитом в связи с малым использованием восстановленной емкости из-за размытости фронта сорбции гидрокарбонат-ионов. Обессоленная вода после низкоосновного анионита может быть слегка кислой за счет гидролиза отработанной солевой формы смолы или за счет гидрокарбонат-ионов, вытесняемых в фильтрат конкурирующими анионами. Получить воду лучшего качества при одноступенчатом ионировании невозможно.

 Вторая ступень обессоливания

Обессоленную воду получают на второй ступени обессоливания. Для  этого используют последовательно  соединенные фильтры с сильнокислым катионитом. Глубина обессоливания  ограничена очень трудной отмываемостью  слоя высокого анионита от избытка щелочи, оставшейся после регенерации, и обратимостью процесса из – за гидролиза солевых форм анионита, усиленного или за счет проскока ионов натрия после катионообменника, или за счет остаточной щелочи в порах анионита.

Анионирование на второй ступени рассчитывают по выходу в фильтрат наименее сорбированного аниона – гидросиликата. Кремневая кислота может находится  в нескольких формах – мономерной, полимерной, коллоидной.

5. Смешанный слой ионитов

Для получения особо  чистой воды необходимо исключить обратимость реакций ионнобмена. Это достигается с помощью смешанного слоя ионитов, когда в одном реакторе в перемешанном состоянии находится катионит в Н-форме и анионит в ОН-форме. Благодаря очень близкому соседству положительно и отрицательно заряженных ионитов в смеси, протекают реакции:

RH + NaCl = RNa +  HCl;  ROH + HCl =RCl + H₂O

ROH + NaCl = RCl+ NaOH; RH+ NaOH = R Na + H₂O

Особенности смешанного слоя заключаются в следующем :

1. Качество фильтрата после прохождения через смешанный слой не зависит от концентрации солей в исходной воде.
2. Ряд сорбируемости на смешанном слое остается тем же, что и на отдельно используемых ионитах.
3. в связи с проявлением электростатических сил притяжения между катионно – анионообменными зернами иониты при смешивании занимают объем, значительно превосходящий объем и образуют более проницаемый слой.
4. Фронт сорбции перемещается без размытия. С помощью смешанного слоя можно приблизить расход регенерирующих агентов при сорбции ионов щелочноземельных металлов.

Смешанный слой получил наибольшее распространение для окончательной очистки воды, т.е. для очистки от гидрокарбонатов и гидросиликатов. 

Отличительной чертой ионообменных процессов является наличие стадий регенерации. Особенностью самого процесса регенерации является потребность в избытке регенерирующего реагента. Величина этого избытка определяется степенью вогнутости изотермы десорбции и кинетической процесса. Вторичные загрязнения – это хорошо растворимые соли. При умягчении воды ионитами сброс солей в водоемы в 2,5 – 3 раза больше, чем вынос из них. При обессоливании природных и сточных вод в водоем сбрасывают в 4-5 раз больше, чем извлекают из очищаемой воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Проблема водоподготовки, как средства получения воды необходимого качества, не так проста как кажется на первый взгляд. Глобальное загрязнение окружающей среды продуктами жизнедеятельности человека, сточными водами промышленности и сельского хозяйства приводит к изменению человеческого мировоззрения на проблему получения для хозяйственно – питьевых целей качественной воды.

 Очевидно, что нарушение  санитарных требований при организации  водоснабжения и в процессе  эксплуатации водопровода влечет  за собой санитарно – эпидемиологическое  неблагополучие. Упоминая проблему  качества воды, люди отдают высокому уровню развития индустрии очистки  воды, которая делает возможным превращение загрязненной, плохо очищенной воды  в ту, которой мы пользуемся ежедневно.

Казалось бы, что централизованные системы водоснабжения в соответствии со своим предназначением, делает все необходимое, чтобы качество воды удовлетворяло потребителя. 

Фильтрующие материалы  делают возможным удаление растворенного  в воде железа при концентрациях  выше 4-5 мг в литре, без коррекции  значения рН очищенной воды или иными  словами, без дозирования реагентов щелочной природ, а также сопутствующего марганца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Алексеев Л. С. Контроль качества воды. – М. ИНФРА. 2004- 153 с.
2. Ласкорин Б. Н. Ионообменные мембраны и их применение. М. Атом. Издат. 1961 – 162 с.
3. Бобрышов О. В., Богатырев К. С.  Ионообменные методы очистки веществ.-  Воронеж.  Изд-во. Ворон. Ун-та. 1984-370 с.
4. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. – Л. Химия. Ленинград. Отделение. 1982-168с.
5. Кульский Л. А. Комплексное использование водных ресурсов. – М. Высшая школа. 2005 - 108с.