Работа анионитовых фильтров на Н-катионированной воде, свободной от ионов натрия

Аниониты разделяют на слабоосновные и сильноосновные. Первые функционируют только в кислой среде; щелочная и даже нейтральная среда подавляют диссоциацию активных групп, и обмена ионов в этом случае не происходит. Поэтому слабоосновные аниониты практически не сорбируют слабые минеральные кислоты, например, кремневую. Сильноосновные аниониты функционируют в широком диапазоне рН и способны к сорбции анионов сильных и слабых кислот не только из кислой, но и из нейтральной и даже слабощелочной среды.

Слабоосновные аниониты легко регенерируются (затраты реагентов 1,2—1,5-кратные от стехиометрических) и имеют большую обменную емкость при соответствующих условиях. Сильноосновные аниониты трудно регенерировать (затраты реагентов 5—10-кратные); они имеют значительно меньшую емкость. Легкая регенерация слабоосновных анионитов означает их сравнительно легкую гидролизуемость, характеризующую обратимость реакции поглощения анионов кислот. Очевидно, аниоиы сильных кислот обессоливаемой воды целесообразно сорбировать на легко регенерируемом слабоосновном анионите, который поэтому почти всегда используют на первой ступени обессоливания.

Если пренебречь гидролизом солевых форм анионита, можно считать, что сорбция сильных кислот идет по очень выпуклой, почти прямоугольной изотерме, при которой имеет место параллельный перенос фронта сорбции и практически полная отработка слоя смолы. Хорошо работающим можно считать декарбонизатор, в котором удаляется 80—90% СO2. Оставшееся количество поступает на анионит вместе с анионами сильных кислот. По мере сорбции последних и соответствующего сдвига рН диоксид углерода частично переходит в Н2СO3, диссоциирующую главным образом на ион бикарбоната и ион водорода, и бикарбонат-ионы сорбируются анионитом. В соответствии с рядом сорбируемости бикарбонат-ионы первыми переходят в фильтрат и, естественно, не могут изменить характера распределения по слою сульфат- (бисульфат-) и хлорид-ионов.

Рабочая емкость слабоосновных анионитов АН-31 по бикарбонат-ионам определяется экспериментально. По данным, она составляет 0,25 и 0,50 мэкв/мл в слое высотой 40 см при скорости пропускания воды 20 м/ч (содержание свободного СО2 соответственно 0,3 и 1,0 мэкв/л). Эти данные относятся к работе до проскока 0,05 мэкв/л (3 мг/л) ионов НСО3. Можно принять, что при высоте слоя сорбента, оставшегося свободным от анионов сильных кислот, равным или большим 50 см, средняя емкость слабоосновных смол по бикарбонат-ионам составляет 300 экв/м3.

При нормативных затратах щелочи на регенерацию слабоосновного анионита восстановленная емкость равна 1000 экв/м3, и только ее третья часть может быть использована при сорбции бикарбонат-ионов. Таким образом, фактические затраты щелочи в пересчете на сорбированные бикарбонат-ионы составляет около 5 экв/экв Ер. Сильноосновные аниониты (АВ-17 и его аналоги) имеют более высокую емкость по бикарбонат-ионам (500—600 экв/м3). На восстановление указанной емкости затрачивают 120 кг щелочи (3 кэкв), т. е. в пересчете на рабочую емкость те же 5—6 экв/экв. Следует учесть, что слабоосновные иониты совершенно не сорбируют кремневую кислоту; поэтому целесообразно расходовать емкость сильноосновных анионитов для удаления кремния, а для сорбции бикарбонат-ионов, оставшихся в декарбонизованной Н-катионированной воде, использовать слабоосновные аниониты. Если в Н-катионированной воде после декарбонизации содержится бикарбонат-ионов больше, чем анионов сильных кислот (так бывает при обессоливании некоторых бикарбонатных вод), целесообразно уже на 1 ступени обессоливания использовать сильноосновный анионит. Это особенно необходимо, если в такой воде содержатся еще и значительные количества кремневой кислоты (например, 15—30 мг/л).

Сорбция анионов как сильных, так и слабых кислот протекает на сильноосновном анионите по выпуклой изотерме. Поэтому рабочая обменная емкость по всем анионам близка к восстановленной. Сильноосновные аниониты, хотя и считаются монофункциональными, содержат много слабоосновных функциональных групп, поэтому общая обменная емкость их отличается от емкости, которая определяется наличием четвертичных аммониевых оснований, способных сорбировать угольную и кремневую кислоты. Все расчеты работы сильноосновных анионитов осложняются явлением, носящим название «старения» или «отравления» сорбента. Емкость нового (свежеприготовленного) анионита АВ-17-8 по сумме анионов угольной и кремневой кислот составляет 400—600 экв/м3 при 5-кратном количестве щелочи на регенерацию. Если на 1 ступени обессоливания использовать сильноосновный анионит, качество фильтрата улучшается, но расход щелочи на регенерацию увеличится во много раз (что и ограничивает применение таких сорбентов на 1 ступени обессоливания). Сильноосновные аниониты в солевых формах тоже гидролизуются, но значительно слабее, чем солевые формы слабоосновных анионитов.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>