Сорбция кремниевой кислоты

Кремневая кислота относится к самым слабым минеральным кислотам, соли которых присутствуют в природной воде. Кремневую кислоту могут сорбировать только сильноосновные аниониты с активными группами типа четвертичных аммониевых оснований. В анионите АВ-17 и его аналогах не все функциональные группы относятся к этому типу. Поэтому емкость по кремневой кислоте составляет только часть общей емкости. Так, динамическая емкость смолы АВ-17-8 по сильноосновным группам составляет 690 экв/м³, а полная емкость — 1100 экв/м³.

В процессе обессоливания кремневую кислоту вытесняют все другие, в том числе и угольная. При сорбции имеет место практически полное хромато-графическое отделение слоя, насыщенного соляной кислотой, от слоя, заполненного ионами кремневой кислоты. Это облегчило вывод уравнения, описывающего удельную рабочую обменную емкость сильноосновного анионита в фильтре смешанного действия в зависимости от присутствия конкурирующих ионов.

Суммарная емкость анионита АВ-17-8 по анионам слабых кислот находится в пределах 500—600 экв/м³. Соответственно затраченные щелочи, не превращенные в соли угольной и кремневой кислот, используются на регенерацию слабоосновного анионита на I ступени обессоливания. Указанная емкость может быть положена в основу расчета фильтра со смешанным слоем ионитов. Например, если на фильтр подается вода с содержанием 0,2 мэкв/л угольной и 0,2 мэкв/л кремневой кислоты (или 15 мг/л), смешанный слой, в котором 1 м³ анионита АВ-17-8, может очистить 500 : 0,4 = 1250 м³воды.

Катионит фильтра смешанного действия всегда имеет некоторую избыточную емкость, если его объем составляет У2 или даже У3 объема анионита. Поэтому катионит не будет лимитировать процессы деминерализации на фильтре, и его емкость можно не рассчитывать. Регенерируют катионит в фильтре смешанного действия при расходе кислоты 1,5—2,0 экв/экв. Избыток кислоты утилизуется для удаления из анионита фильтра смешанного действия сорбированных ионов НСО₃. В таких условиях фильтрат представляет собой высокоомную воду; проскок кремния в зависимости от срока эксплуатации анионита АВ-17 колеблется в пределах 0,05—0,20 мг/л.

При более глубоком удалении кремния необходимо учитывать гидролиз анионита, не полностью отрегенерированная часть которого равномерно распределена по всему смешанному слою. Расчет такого процесса, как отмечалось ранее, затруднителен, а потому влияние гидролиза кремневой формы анионита на качество обессоленной воды определяется экспериментально. Опыты проводили на смешанном слое ионитов КУ-2-8чС и АВ-17-8чС, взятых в объемном соотношении 1 : 2. Неполнота регенерации анионита по ионам кремневой кислоты моделировалась следующим образом. Через смесь ионитов соответственно в Н- и ОН-формах пропускали Н-катионированный раствор силиката натрия, содержащего 30 мг/л ионов кремневой кислоты, с таким расчетом, чтобы на каждый 1 мл анионита приходилось 0,4, 0,2, 0,15, 0,10, 0,05 и 0,02 мэкв ионов.

Смесь ионитов извлекали затем из колонок с помощью «обескремненной» воды, хорошо перемешивали и снова заполняли колонки. Таким образом, достигали равномерного распределения ионов по высоте смешанного слоя. Через подготовленные колонки со смешанным слоем со скоростью 20 м/ч пропускали высокоомную воду, содержащую 0,5 мг/л кремневой кислоты (имитация глубокого «обескремнивания» после одноступенчатого обессоливания).

Проведенные исследования показали, что, как и при получении воды, свободной от бикарбонат-ионов, необходимая полнота регенерации анионита от гидролизующейся солевой формы резко возрастает с увеличением заданной степени удаления из воды кремния. В отличие от бикарбонатной формы, требуемая полнота регенерации ионита, насыщенного кремневой кислотой, не может быть достигнута обработкой анионита кислотой. Из-за образования в фазе ионита полимерных форм кремневых кислот требуется обработка горячей щелочью или другими реагентами, разрушающими полимерную кремневую кислоту.