Смешанный слой ионитов, его особенности и соотношение ионитов

Для получения особо чистой воды необходимо исключить обратимость реакций ионного обмена. Это достигается с помощью смешанного слоя ионитов, когда в одном реакторе в перемешанном состоянии находятся катионит в Н-форме и анионит в ОН-форме. Если диаметр зерна равен 1 мм, то в 1 л смеси будет находиться при плотной упаковке контактов катионит — анионит. Благодаря очень близкому соседству положительно и отрицательно заряженных ионитов в смеси, состоящей из сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита, практически одновременно протекают реакции, которые в сумме обеспечивают необратимость процесса, трудно достигаемую при раздельном ионировании. Очевидно, худшие кинетические свойства одного из ионитов будут лимитировать работу всего слоя. Практически равные кинетические характеристики сорбентов КУ-2 и АВ-Л7 благоприятствуют их использованию в смешанном слое.

Испытывались и другие комбинации ионитов в смеси, такие как «слабый — слабый», «слабый — сильный», «сильный — слабый» катионит и анионит. С помощью названных комбинаций можно решать задачи ионного обмена, но для глубокой очистки воды единственно надежным является смешанный слой, состоящий. из сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита. Особо важна роль последнего, так как конечная цель — удаление из воды кремния, идущее только на сильноосновных сорбентах.

Все физико-химические и технологические особенности смешанного слоя, отличающие его работу от работы раздельных колонн с теми же ионитами, являются следствием сдвига реакции ионного обмена в сторону образования малодиссоциированного соединения — воды. Этот сдвиг обусловлен непосредственным соседством разноименных ионитов. Следует остановиться на следующих особенностях смешанного слоя ионитов.

1. Качество фильтрата после смешанного слоя не зависит от концентрации солей в исходной воде. В зависимости от исходного содержания солей меняется только объем обессоленной воды.

2. Ряд сорбируемости на смещанном слое остается тем же, что и на отдельно используемых ионитах, но селективность смешанного слоя по отношению к различным ионам сглаживается. Действительно, благодаря малой степени диссоциации» воды скорость обмена резко возрастает. При k>5 изотерма сорбции практически прямоугольна и дальнейшее увеличение констант, например до 10 и больше, не имеет значения. Выравнивание селективности означает, что смешанный слой работает с мало различающейся эффективностью при обессоливании вод разного состава.

3. В связи с проявлением электростатических сил притяжения между катионо- и анионообменными зернами при смешивании иониты занимают объем, значительно превосходящий суммарный объем ингредиентов смеси, и образуют в связи с этим более проницаемый слой с лучшей кинетикой. Это позволяет вести процесс с большей эффективностью и со скоростью, превышающей в 2—3 раза скорость раздельного ионирования.

4. Особенности, отмеченные выше, приводят и к главному технологическому преимуществу смешанного слоя: фронт сорбции перемещается без размывания и, следовательно, рабочая обменная емкость слоя практически равна емкости, восстановленной при регенерации. Таким образом только с помощью смешанного слоя можно приблизить расход реагентов при сорбции ионов натрия к расходу при сорбции щелочноземельных металлов.

5. Близкое «соседство» зерен катионо- и анионообменников позволяет устранить недостаток сильноосновных анионитов — их плохую отмываемость от щелочи, оставшейся после регенерации. Для полной отмывки анионита АВ-17 до рН фильтрата, близкого к 7, затрачивают до 100 объемов обессоленной воды на 1 объем анионита. В смешанном слое отмывка слоя приобретает принципиально другой характер: щелочь, оставшаяся в порах анионита, поглощается зернами катионита, а остатки кислоты в порах катионита сорбируются анионитом смешанного слоя. В результате рабочая емкость слоя несколько уменьшается, но потери значительно меньше тех, которых требует получение обессоленной воды, идущей на отмывку отдельных слоев ионитов.

Итак, при использовании смешанного слоя результат обессоливания не зависит от состава воды, содержания солей и скорости ионирования. Получить глубокообессоленную воду можно только с помощью смешанного слоя ионитов, в технике называемого фильтром смешанного действия; его можно использовать на любой ступени обессоливания. Предпочтительно, чтобы рабочая обменная емкость ионитов в смешанном слое была одинаковой. Выбор соотношения катионита и анионита фактически определяется емкостью, восстановленной при заданных затратах реагентов. Надо учитывать, что регенерация катионита всегда более эффективна, чем регенерация сильноосновного анионита. Так, емкость АВ-17-8 не может быть больше 600 экв/м3, а у катионита КУ-2 легко достигается емкость 1000—1200 экв/м3. Поэтому при работе с водой, не содержащей свободных кислот, оптимальным отношением катионита к аниониту является 1:2.

При обессоливании на ионообменной установке после I ступени в фильтрате, как правило, наряду с некоторым количеством нейтральных солей (0,1—0,2 мэкв/л) присутствуют и свободные кислоты — Н2С03. Следовательно, долю анионита в смешанном слое надо увеличить на сорбцию свободных кислот.

Катионит нужен хотя бы для извлечения следов натрия, из обессоленной воды и ионов натрия, извлекаемых пропускаемой водой из пор отрегенерированного, но недостаточно отмытого анионита.

Конструктивные особенности фильтра смешанного действия с регенерацией внутри реактора позволяют изменять соотношение катионита и анионита от 1:1 до 1:2. В специально выполненном фильтре для обессоливания мало минерализованной воды конструкция позволила выдерживать соотношение 1:3, при этом удлинился рабочий период фильтра. В реакторах с выносной регенерацией при выборе соотношения сорбентов исходят из соотношения ионного состава воды и восстановленной емкости ионитов.

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>