Умягчение
Метод одноступенчатого параллельно-точного Na-катионирования применяется наиболее широко. Данный процесс реализуется в фильтрах (различной конструкции и размеров в зависимости от производительности, требований к проведению самого процесса и т.п.). Сам ионообменный процесс происходит при фильтровании воды через слой ионообменной смолы (представляющей собой сильнокислотный катионит в Na-форме), загруженный в фильтр и периодически, по истощению, регенерируемый раствором поваренной соли. При этом происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на натрий (Na+) по следующей схеме:
Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество натрия (Na+). В результате получается умягченная вода, но при этом щелочность исходной воды практически не меняется в ходе обработки, а в случае ее повышенного значения вода будет обладать усиленными коррозионными свойствами вследствие разложения щелочности при нагреве. В качестве фильтрующих загрузок обычно служат сильнокислотные катиониты типа КУ2-8 или сульфоуголь, регенерируемые поваренной солью.
Недостатками данного метода является:
Повышенный (обычно трехкратный) расход реагента (соли NaCl) по отношению к стехиометрии;
Повышенный расход воды на собственные нужды;
Повышенное содержание в сбросных водах хлоридов и натрия зачастую превышающих нормы;
Для получения глубоко умягчённой воды требуется вторая ступень;
Современные способы ионирования и использование новых типов катионитов позволяют существенно оптимизировать процесс Na - катиониования – снизить расход реагентов на регенерацию, уменьшить расход воды на собственные нужды, сократить количество задействованного оборудования (фильтров). К таким методам относится противоточное катионирование, при котором поток фильтрата и регенерационного потока имеют противоположные направления. В частности, используется практически весь объем фильтра под загрузку катионита. Процент собственных нужд снижается до 3-4 %, расход соли уменьшается на 15-20 %. Появляется возможность получать фильтрат после первой ступени с качеством воды по жесткости не выше 10 –15 мкг-экв/л, то есть вторая ступень катионирования устраняется. Но данная технология требует высокой степени организации эксплуатации и желательна автоматизация технологических процессов.
Особо следует отметить, что перевод катионита из одной формы в другую непосредственно у потребителя приводит не только к повышенным трудозатратам и дополнительному расходу воды и реагентов, но и зачастую приводит к снижению эксплуатационных показателей, в первую очередь, динамической обменной ёмкости. Объяснением этому служит сама процедура перевода из Н-формы в Na-форму, при которой вначале необходимо «истощить» катионит, слив кислую воду в канализацию (что приводит не только к загрязнению сточных вод, но и к коррозии трубопроводов), а только затем дважды отрегенерировать раствором поваренной соли перевести в Na-форму. Следует отметить также, что сильнокислотный катионит в Н-форме при пропускании через него исходной воды до «истощения» кроме солей жёсткости захватывает из неё и другие ионы, в том числе ионы металлов (железа, алюминия и т.д.), которые при последующей регенерации раствором поваренной соли не удаляются. Следовательно, часть функциональных групп заблокирована, в результате чего обменная емкость катионита после таких процедур снижается. Этих негативных процессов не происходит в случае применения для процессов умягчения воды специально, в заводских условиях, изготовленных катионитов в Na-форме.
Дальнейшим усовершенствованием противоточных процессов послужила разработка ионитов в виде моносфер, т.е. смол имеющих узкий фракционный эффективный состав гранул (количество частиц эффективного размера -около 0,5-0,6 мм достигает 95 %, тогда как у обычных ионитов оно составляет примерно 40 - 45 %).
Однако, неплохих результатов можно достигнуть, если применить катиониты и с обычным грансоставом (0,3-1,2 мм), но изготавливаемыми и поставляемыми потребителям в Na-форме. Например, сильнокислотный катионит Тульсион Т-42 в Na-форме, с фракционным составом 0,3-1,2 мм.