Как показывает название этого метода обработки воды, он основывается на применении катионита в Na-форме и анионита в С1-форме; регенерация обоих ионитов проводится раствором поваренной соли (рис. 20.16).

Рис. 20.16. Схема натрий—хлор-ионирования воды

1,4 — подача исходной и отвод умягченной воды; 2 — натрий- катионитовый фильтр; 3 — хлор-аиионитовый или совместный натрий—хлор-ионитовый фильтр

Хлор-ионирование осуществляется после предварительного натрий-катионирования. На натрий-катионитных фильтрах протекают реакции, рассмотренные выше и обрабатываемая вода умягчается, в ней остаются только соли натрия: NaHC03, Na2SО4, NaCl, NaNО3. При пропуске натрий-катионированной воды через сильноосновный анионит в хлор-форме протекают реакции обмена анионов, содержащихся в Na-катионированной воде, на ионы хлора, находящиеся в анионите, а, именно:

В результате сорбции иона НСОз- снижается щелочность обрабатываемой воды, она минимальна в начале рабочего цикла, а затем постепенно повышается. Конец рабочего цикла хлор-анионитного фильтра устанавливают по возрастанию щелочности фильтрата до заданной величины.

Практика показала, что применение слабоосновных анионитов в описанной технологии Na—Cl-ионирования оказалось невозможным, так как после двух-трех регенераций поваренной солью аниониты этого типа не восстанавливают своей обменной емкости. Претворение в жизнь этой технологии встретило и ряд других трудностей. Для продления срока службы сильноосновного анионита, например АВ-17-8, необходимо, чтобы в схемах Na—Cl-ионирования обрабатываемая вода не содержала железа и органических веществ. В подземных водах очень часто содержится двухвалентное железо, и тогда требуется исходную воду предварительно обезжелезивать. Поверхностные воды, для которых обязательна коагуляция в целях удаления органических веществ, обычно при необходимости снизить щелочность обрабатываются на предочистке известью, после чего они не нуждаются в Na—С1-ионировании.

Для регенерации анионита требуется поваренная соль высокого качества с минимальным содержанием посторонних примесей; для собственных нужд анионитных фильтров должна применяться умягченная вода.

Метод натрий—хлор-ионирования следует применять в исключительных случаях при соотношении анионов в исходной воде

и суммарной концентрации сульфатов и нитратов не более 3 мг-экв/л.

В котельных установках обычно требуется глубокое умягчение воды, для чего применяют две ступени натрий-катионирования воды. В случае Na—С1-ионирования после натрий-катионитных фильтров первой ступени ставятся фильтры второй ступени, где натрий-катионирование совмещается с хлор-ионированием, при этом в низ фильтра загружается катионит, а сверху помещается анионит типа АВ-17. В процессе регенерации фильтра второй ступени раствором поваренной соли ионы натрия — регенерируют катионит, а ионы хлора — анионит.

Расход соли принимается равным 100—120 кг/м3 анионита. Регенерационный раствор готовится обязательно на умягченной воде. Расход воды на отмывку 3—4 м3/м3. Скорость фильтрования принимается 15—20 м/ч, количество фильтров — 2—3. При отключении хлор-анионитного фильтра при щелочности 1,0—1,5 мг-экв/л средняя щелочность за рабочий цикл получается значительно ниже. Натрий-хлор-ионитный фильтр рассчитывается как натрий-катионитный первой ступени, а необходимый объем анионита определяется при рабочей обменной емкости анионита по иону НСО3-280—300 г-экв/м3. Слой анионита в фильтре принимается минимально необходимым, число- регенераций — не более 2 раз в сутки каждого фильтра. Слой катионита — как разность общей высоты слоя загрузки Я0& стандартного фильтра минус слой анионита, но не менее 0,5 м.

Жесткость умягченной воды равна 0,01 мг-экв/л, щелочность — до 0,2 мг-экв/л. Иониты обычно регенерируют 5%-ным раствором поваренной соли.

Для регенерации катионитовых фильтров первой ступени используют отработанный раствор после регенерации фильтров II ступени.

Объем анионита в фильтрах второй ступени

где qNa — производительность натрий-катионитовых фильтров, м3/ч; Щ — щелочность умягченной воды, мг-экв/л; [S042-] — содержание сульфат-ионов в исходной воде, мг/л; n=1 .3 — число регенераций фильтра в сутки; Eп=500 — полная обменная емкость анионита по ионам НСО3- и S042-, г-экв/м3.

На установках производительностью от 5 до 50 м3/ч натрий—хлор-ионитовый метод умягчения воды имеет ряд преимуществ по сравнению с водород—натрий-катионитовым методом: расходуется только один реагент — поваренная соль, отпадает необходимость в кислотном хозяйстве, не требуется антикоррозионной защиты оборудования, трубопроводов и специальной арматуры. Уменьшается количество оборудования, упрощается контроль за работой и эксплуатацией водоумягчительной установки. Недостаток метода — возрастание хлоридов в умягченной воде на величину, эквивалентную ее щелочности.

Умягчение воды аммоний-ионированием

вода умягчение ионирование

При аммоний-катионировании обрабатываемая вода фильтруется через слой катионита, отрегенерированный солями аммония NH4C1 или (NH4)2S04. Содержащийся в катионите ион аммония обменивается на катионы Ca(II), Mg(II), Na(I), присутствующие в природной воде, при этом протекают следующие реакции в направлении слева направо:

Как видно из реакций обмена, в фильтрате образуются соли аммония, соответствующие имеющимся в воде анионам. Аммоний-катионированная вода умягчается, а щелочность ее имеет такую же величину, как и у исходной воды.

При нагревании воды в котле соли аммония разлагаются:

Образующиеся при разложении бикарбоната аммония аммиак и углекислота уносятся паром, а в котловой воде должны оставаться соляная и серная кислоты. Во избежание коррозии под действием кислот применение аммоний-катионирования в энергетической практике всегда сочетается с натрий-катионированием. В процессе натрий-катионирования карбонатная жесткость превращается в бикарбонат натрия, который в котле разлагается с образованием соды и едкого натра:

Углекислота уносится паром, а сода и едкий натр нейтрализуют кислотность воды, появляющуюся при термическом разложении солей аммония. Чтобы предотвратить чрезмерное "снижение щелочности котловой воды, сочетание аммоний-катионирования с натрий-катионированием осуществляют с расчетом получить в умягченной воде концентрацию ионов НСО3- на 0,3—0,7 мг-экв/л больше концентрации ионов аммония.