Na-катионирование

Этот процесс применяют для умягчения воды путем фильтрования ее через слой катионита в натриевой форме. При этом ионы Ca2+ и Mg2+, обусловливающие жесткость исходной воды (далее ионы жесткости), задерживаются катионитом в обмен на эквивалентное количество ионов Na2+.
Процесс умягчения при Na-катионировании заканчивается при наступлении проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре надо регенерировать, т.е. восстанавливать его способность к обмену ионами. Регенерацию истощенного катионита проводят пропуском через него 6- 10%-ного раствора NaCl. Вследствие относительно большой концентрации ионов Na+ в регенерационном растворе происходит замена ими поглощенных ранее катионов Ca2+ и Mg2+.
Регенерацию ионита в фильтрах можно проводить несколькими способами, которые отличаются друг от друга направлениями потоков обрабатываемой воды и регенерационного раствора. При совпадении направлений этих потоков, подаваемых обычно сверху вниз, регенерацию называют прямоточной, такая регенерация создает невыгодные условия для процесса умягчения из-за распределения ионов Na+ и ионов жесткости в слое отрегенерированного материала. На выходе из слоя катионита умягчаемая вода, в которой резко снижена концентрация ионов жесткости, проходит через участки плохо отрегенерированного катионита и поэтому не может глубоко умягчаться. Кроме того, такое обстоятельство может привести к переходу некоторой части ионов жесткости из катионита в воду.
При противоточной регенерации регенерационный раствор подается в направлении, противоположном потоку обрабатываемой воды, при этом наиболее полно регенерируются выходные (по воде) слои катионита. Это позволяет не только сохранить постоянное значение остаточной концентрации ионов в фильтрате, но и получить фильтрат более высокого качества при сниженных избытках реагента и, следовательно, меньших объемах сточных вод. Эффективная противоточная технология позволяет сократить число ступеней очистки воды за счет повышения качества фильтрата. К недостатку противоточной регенерации относится усложнение конструкции фильтра, связанное с недопущением перемешивания слоев ионита при подаче раствора или воды в нижнюю часть фильтрата.
Кроме того, в современных конструкциях противоточных фильтров, особенно при практически полном их заполнении ионитом, более сложными путями реализуется удаление сорбированных слоев примесей и измельченных частиц смолы. Это требует более качественной предварительной подготовки воды перед подачей ее на противоточные фильтры.
Для сокращения расхода реагентов с использованием прямоточной технологии регенерации применяют двухступенчатую схему Na-катионирования, т.е. последовательное включение двух фильтров. Фильтр первой ступени регенерируется с относительно наибольшим избытком NaCI (n=1,8-2,4), поэтому остаточная жесткость фильтрата получается высокой (около 0,1 мг-экв/дм3). Фильтр второй ступени регенерируется с 6,5-7,5-кратным избытком соли, поэтому остаточная жесткость воды снижается от 100 до 5 мкг-экв/дм3. Технико-экономические расчеты показали, что несмотря на увеличение числа фильтров в двухступенчатой схеме последняя имеет преимущества перед одноступенчатой схемой за счет снижения расхода NaCl при равноценном качестве умягченной воды.
______________
* Текст приводится по изданию:
А.С.Копылов, В.М.Лавыгин, В.Ф.Очков, "Водоподготовка в энергетике"
(М., Издательство МЭИ, 2003 г.)