Умягчение воды методом обмена ионов

Умягчение таким методом основано на применение ионитов – твердых нерастворимых материалов обладающих свойством обменивать входящие в их состав ионы на ионы, содержащиеся в растворе (материалы, обменивающие катионы, называются катионитами; обменивающие анионыанионитами). Катиониты могут быть естественного и искусственного происхождения, минеральные и органические. К природным минеральным катионитам относятся глауконит, волонокоит и другие алюмосиликаты натрия, кальция, магния, железа и хрома, бурые угли, торф. Малая обменная способность и недостаточная стойкость природных катионитов привели к вытеснению их искусственными катионитами.

К искусственным катионитам относятся сульфинированные угли (или сульфоугли), а также синтетические смолы. Сульфоуголь приготовляется обработкой мелких зерен каменного угля серной кислоты. Катионный метод умягчения воды основан на фильтровании ее через слой ионообменного материала. Основная технологическая характеристика ионитов – обменная способность – определяется количеством ионов, извлеченных из воды в течение цикла фильтрования. В практике водообработки обменную способность выражают в г-экв задержанных ионов на 1 м³ ионита в разбухшем, то есть в рабочем состоянии. Для умягчения воды применяют катиониты, обменивающие ионы натрия или водорода на содержащиеся в воде ионы кальция и магния:

, , , .

Здесь |кат| – сложный комплекс катионита, практически нерастворимый в воде.

В воде, подаваемой на катионитовые фильтры, допускается содержание взвешенных веществ до 10–15 мг/л. При большем их содержании воду предварительно осветляют коагулированием. Скорость фильтрования допускается в пределах от 5 до 20 м/ч, рабочее давление в катионитовых фильтрах – до 6 атм. Регенерация фильтров после истощения их обменной способности производится 5–10% раствором пова­ренной соли

, .

Порядок проведения лабораторной работы

Для выполнения работы студенту выдается проба исходной воды;

1. Определить качественные показатели речной воды:

 — активную реакцию pH;

 — общую щелочность, мг-экв/л;

 — общую жесткость мг-экв/л;

 — свободную углекислоту СО₂, мг/л.

Методика определения перечисленных показателей приведена в лабораторной работе № 1.

2. Провести пробное известкование воды введением раствора известкового молока, определить оптимальную дозу извести и эффект умягчения.

Расчетную дозу извести, определенную по формуле (4.1), уточняют экспериментально, пробным известкованием, которое проводят в пяти цилиндрах, куда налита испытуемая вода. Для уточнения расчетной дозы в 1-й цилиндр добавляют количество извести, полученное по формуле (4.1), во 2-й – дозу, извести на 20 мг больше расчетной; в 3-й – на 40–50 мг больше расчетной, в 4-й – на 60 мг больше расчетной и в 5-й на 20 мг меньше расчетной. Содержимое каждого цилиндра перемешивают мешалкой 2…5 раз и оставляют в покое на 30 мин.

Каждые 5–10 мин фиксируют состояние обрабатываемой воды (помутнение, начало выпадения взвеси и т. д.). Затем фильтруют воду из пяти цилиндров и определяют в каждом жесткость. За оптимальную дозу принимают такую, при которой умягченная вода имеет жесткость в пределах 1,5–2,2 мг-экв/л.

Все данные сводятся в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Наименование	Номера цилиндров
	1	2	3	4	5
Доза извести, мг/л
Количество раствора известкового молока, соответствующее данной дозе, на 1 л, мл
Количество раствора известкового молока, соответствующее данной дозе, на 0,5 л, мл
Описание хода умягчения через 10 мин
через 20 мин
через 30 мин
Общая жесткость после умягчения, мг-экв/л

Примечание: Методика перерасчета расчетной дозы реагента в соответствующий объем заданной концентрации приведена в Приложении.

3. Определить качественные показатели обрабатываемой воды при оптимальной дозе реагента после фильтрования:

 — активную реакцию pH;

 — общую щелочность, мг-экв/л;

 — общую жесткость, мг-экв/л.

Обосновать изменение отдельных показателей качества умягченной воды и построить график зависимости жесткости обработанной воды от дозы реагента.

4. Произвести глубокое умягчение воды, пропуская частично умягченную воду через катионитовую колонку с заданной скоростью фильтрации.

Определить жесткость воды после фильтрации через катионитовую колонку.

5. Заполнить табл. 4.2.

Таблица 4.2

Наименование воды	Наименование качественных показателей
	Общая щелочность, мг-экв/л	Жесткость, мг-экв/л	Свободная углекислота, мг/л	pH
Исходная
После реагентного умягчения
После катионирования при ДР (опт) = мг/л

6. Составить отчет о проделанной работе и выполнить задание к лабораторной работе по умягчению воды:

Для питания паровых котлов парокотельного цеха, работающих при давлении 16 атм, требуется подача умягченной воды. Производительность установки 250 м³/ч.

Требуется определить:

1) эффект полного реагентного умягчения, %;

2) оптимальную дозу извести 1, мг/л;

3) годовой расход извести, т;

4) суточный расход 5%-ного раствора известкового молока, м³/сут.