Пар котлов, питающихся NH4—Na-катионированной водой, всегда содержит большое количество аммиака. Учитывая это обстоятельство, аммоний-катионирование воды не следует применять, когда в тепловой схеме котельной установки имеются аппараты (теплообменники и т. п.) и детали из латуни или медных сплавов или когда пар используется для систем горячего водоснабжения или открытых систем теплоснабжения. На всех предприятиях, где в паре не должен содержаться аммиак, от метода аммоний-катионирования воды приходится отказываться.

Комбинирование процессов аммоний и натрий-катионирования возможно с применением схем параллельного или совместного NH4—Na-катионирования. Выбор схемы обусловливается качеством исходной воды.

Схема параллельного NH4—Na-катионирования применяется при

где [Na] % содержание натрия в исходной воде в процентах ее общей жесткости, определяемая по формуле

где [Nа] и, Жо — соответственно содержание натрия и общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; αNH4 — степень обмена катионов Са (П) и Mg(II) на ион аммония, % (в схемах совместного аммоний—натрий-катионирования) или доля воды, поступающей на аммоний-катионитные фильтры, % (в схемах параллельного аммоний—натрий-катионирования), определяется из уравнения

где Жк — карбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л, Щост — условная «остаточная» щелочность умягченной воды после совместного аммоний-натрий-катионирования или после смешения потоков NH4 и Na-катионированных вод, мг-экв/л; условная потому, что она соответствует только содержанию NaHC03 в умягченной воде.

Если в исходной воде практически нет натрия, уравнение примет вид

Степень обмена жесткости на натрий (при совместном аммоний—натрий-катионировании) или доля воды, поступающей на натрий-катионитные фильтры в схеме параллельного аммоний—натрий-катионирования, сша, % определяются из уравнения

При расчете катионитных фильтров в схемах параллельного или совместного аммоний-натрий-катионирования следует пользоваться из таблиц 20.4 и 20.5 следующими расчетными данными: высота слоя и крупность зерен катионита, скорость фильтрования, потери напора на фильтрах, интенсивность и продолжительность взрыхляющей промывки.

Регенерация аммоний-катионитных фильтров производится раствором сульфата или хлорида аммония. Применение сульфата аммония (используется сорт для сельского хозяйства) обходится дешевле, но при его использовании есть опасность загипсовывания катионита (выпадения CaSО4 на зернах катионита). Для регенерации готовят 2—3%-ный раствор сульфата аммония и пропускают его, а также отмывочную воду со скоростью не менее 10 м/ч.

Удельный расход сульфата аммония принимается равным 200 г/г-экв удаляемой жесткости, при повторном использовании раствора (при двухступенчатой схеме) — 140 г/г-экв.

Рабочую обменную емкость аммоний-катионита принимают на 10—15% больше, чем натрий-катионита. Удельный расход воды на отмывку от продуктов регенерации — 5 м3 на 1 м3 катионита.

Выбор диаметра, количества и остальные расчеты аммоний- катионитных фильтров ведутся аналогично расчету натрий-ка- тионитных фильтров.

При проведении процесса совместного аммоний—натрий-катионирования фильтр регенерируется смешанным раствором сульфата аммония и хлористого натрия. Концентрация сульфата аммония не должна превышать 2—3%, поваренную соль растворяют в этом же объеме.

Состав регенерационного раствора определяется в зависимости от величины амн4.

Относительная концентрация NaCl, в % суммы расхода реагентов (NH4)2S04+NaCl, определяется из уравнения

Расход реагентов на одну регенерацию при совместном аммоний—натрий-катионировании определится из уравнений: расход сульфата аммония QnNH4, кг,

расход поваренной соли QpNa, кг,

где V — объем катионита в фильтре, м3; Ер — рабочая обменная емкость катионита (при совместном катионировании принимается как при NH4-Na-катионировании), г-экв/м3; qp — удельный расход реагентов, г/г-экв.

Расход воды на регенерацию аммоний-катионитного фильтра и NH4—Na-катионитного фильтра рассчитывается так же, как и для натрий-катионитного фильтра, однако, с учетом того, что регенерационный раствор сульфата аммония должен иметь концентрацию не более 2—3% и расход воды на отмывку составляет 5 м3 на 1 м3 катионита.

Методы глубокого умягчения воды

При необходимости получения постоянного и глубокого умягчения воды (менее 0,03 мг-экв/л) схему, приведенную на рис. 20.15, а, приходится дополнять натрий-катионитовыми фильтрами второй ступени, так как при практически приемлемой системе контроля за работой катионитовых фильтров при одноступенчатом катионировании трудно уловить начало проскока жесткости в фильтрат и, следовательно, предотвратить периодическое ухудшение его качества. Подобную схему используют, если жесткость исходной воды значительна (более 6 .8 мг-экв/л). На определенном этапе работы Н-катионитовых фильтров начинает снижаться кислотность фильтрата в результате попадания в него ранее поглощенных катионов натрия. Для устранения снижения кислотности фильтрата прибегают к двухступенчатому Н-катионированию. На Н-катионитовых фильтрах первой ступени работают до проскока в фильтрат катионов Ca(II) и Mg(II), после чего их отключают на регенерацию. Н-катионитовые фильтры второй ступени служат для задержания из обрабатываемой воды катионов Na(I), которые почти не задерживаются фильтрами первой ступени, при условии работы их до проскока Ca(II) и Mg(II). При извлечении из умягчаемой воды катионов Na(I) кислотность фильтрата сохраняется постоянной длительное время, поскольку Н-ка- тионитовые фильтры второй ступени имеют более продолжительный межрегенерационный период, потому что на них поступает вода с малым содержанием катионов (катионы Са(II) и Mg(II) уже задержаны в фильтрах первой ступени).

Фильтроцикл на Н-катионитовых фильтрах второй ступени невыгодно заканчивать в момент проскока Na(I) в фильтрат; при обнаружении проскока Na(I) на фильтры второй ступени вместо фильтрата после фильтров первой ступени целесообразней подавать исходную умягчаемую воду. Это позволяет использовать Н-катионитовый фильтр второй ступени в цикле натрий-катионирования воды, так как к моменту проскока Na(I) в фильтрат этот фильтр представляет собой как бы отрегенерированный натрий-катионитовый фильтр. Лишь после проскока в. фильтрат Ca(II) и Mg(II) фильтр второй ступени отключают на регенерацию. Таким образом, если к умягченной воде предъявляют высокие требования в отношении глубины умягчения и если вместе с тем исходная вода характеризуется значительным содержанием Na(I) и повышенной карбонатной жесткостью, то схему Н—Nа-катионитового умягчения целесообразно принимать в следующем виде. Сначала проводят двухступенчатое Н-катионирование, затем оба фильтрата смешивают и вода подается на дегазатор для удаления свободной углекислоты,, после этого вся вода поступает на натрий-катионитовые буферные фильтры.