Ионный обмен. Деминерализация (деионизация).

Главная > Статьи > Страница11

Деионизация воды- название процесса, обеспечивающего снижение заряженных ионов в воде до пренебрежительно малых концентраций. Альтернативное название процесса деионизации воды — деминерализация. Деионизация воды — обычно процесс из двух стадий. На первой стадии извлекаются все катионы, на второй — все анионы. Иногда, применяют систему «полировки» (глубокой деионизации), заполненную смешанной ионообменной средой ( «mixed bed»).

Вода с растворенными ионами/минералами проходит последовательно через колоны с катионообменной и анионообменной смолой, в которой к шарикам катионообменной смолы слабо прикреплены «обменные» ионы водорода (SO3-H/COO-H), к шарикам анионообменной смолы — ионы гидроксильной группы (N-OH/NH2-OH).

Ионный обмен в H-OH форме. Структурная схема ступенчатой системы ионообменной деминерализации воды. Последовательность размещения оборудования.

Схемы стадий деминерализации.

Решение о последовательности стадий, типоразмерах колонн и применяемых смолах осуществляется на основе оценки качества сырой воды, требований  к обработанной воде и длительности цикла между двумя регенерациями.

Варианты:

  1. Сильнокислотный катионит — Сильноосновный анионит.
  2. Сильнокислотный катионит — Дегазатор*- Сильноосновный анионит.
  3. Сильнокислотный катионит — Дегазатор*- Слабоосновный анионит — Сильноосновный анионит.
  4. Слабокислотный катионит — Сильнокислотный катионит — Дегазатор*- Слабоосновный анионит — Сильноосновный анионит.

*Дегазация.

Процесс ионообменной деминерализации на стадии после «катионного обмена» часто требует применения дегазатора для удаления растворенного углекислого газа. После катионного обмена в Н-форме присутствующие в исходной воде  ионы бикарбоната и карбоната превращаются в угольную кислоту или газообразный диоксид углерода (углекислый газ). Применение дегазатора (стадии дегазации) с одной стороны снижает ионную нагрузку на сильноосновную анионообменную смолу, с другой — снижает потребление каустической соды для регенерации.

Ионы кальция, магния и натрия в составе карбонатов и бикарбонатов обменивается на ионы водорода в катионообменной смоле.  Водород объединяется с анионом бикарбоната HCO3 с образованием угольной кислоты H2CO3 и углекислого газа СО2 (H2CO3= СО22О).

Практически в одном из самых распространенных вариантов дегазатор представляет собой безнапорную колону с нерегулярными насадками (кольца Рашига, насадки Палля, другие подобные насадки), в которую изливом сверху поступает вода из катионообменной колоны, а в нижнюю часть подается компрессором воздух. Распыление воды («дождевание») и перемешивание капель воды с воздухом на поверхности насадок создает достаточные условия для извлечения углекислого газа в воздух за счет разности парциального давления СО2. При таком варианте дегазации остаточное количество углекислоты в воде не превышает 10 мг/л. Растворимость СО2 в воде при атмосферном давлении и температуре воды 25°C  составляет около 1,5 гр/л.

Задача окончательной «полировки» минерального состава требует дополнительно применения напорной колоны со смолой смешанного действия.

Ионный обмен. Ионообменная смола смешанного действия.

Деминерализация (деионизация) с применением сильнокислотного катионита в H-форме и сильноосновного анионита в OH-форме. Режимы сервиса, раздельной регенерации, промывки и смешивания.

Примеры применяемых ионообменных смол.

Н-катионирование.

Amberlite IRC86 (слабокислотный катионит), Amberlite IR120H или Amberjet 1000H (сильнокислотный катионит).

ОН-анионирование.

Amberlite IRA96 или IRA67 (слабоосновной анионит), Amberlite IRA402 или Amberjet 4200 OH или 4600 OH (сильноосновной анионит).

Качество обработанной воды.

Электропроводимость 0,2…1 мкСм/см при противоточном способе регенерации смол.

Остаточный кремний 5-50 мкг/л (в зависимости от исходного содержания кремния и количества регенерационного раствора щелочи).

Значения остаточной минерализации (электропроводимости) ниже значений, получаемых при с деминерализации воды методами обратного осмоса или дистилляции.

Контроль рН не осуществляется так как технически возможность измерения рН при электропроводности ниже 5 мкСм/см недоступна.

Регенерация.

Катионообменная смола регенерируется раствором сильной кислоты (HCl или H2SO4), анионообменная смола регенерируется   раствором каустической соды (NaOH).

 

Смешанная смола («mixed bed») для финишной деминерализации воды.

Если задача требует максимальной степени деминерализации воды, близкой к полностью чистой воде, после первичной системы ионообменной деминерализации устанавливают емкость со смесью катионообменной и ионообменной смол.  Технология регенерации предусматривает разделение смол на слои с послойным восстановлением каждой из смол, соответственно, растворами кислоты и щелочи. В процессе работы смолы должны находится в смешанном состоянии.