Влияние проскока натрия в Н-катионированную воду на работу анионообменника

В Н-катионированной воде в зависимости от состава исходной воды, полноты регенерации, скорости ионирования и других причин могут присутствовать катионы натрия. Как уже было отмечено, проскок натрия в фильтрат дает возможность более полно использовать восстановленную при регенерации емкость катионита. В то же время с ростом содержания натрия в Н-катионированной воде ухудшается сорбция анионитом кислот.

Допустимая концентрация ионов натрия в Н-катионированной воде, подаваемой на анионнт, найдена экспериментально. Через колонии с аннонитами ЭДЭ-10П н АВ-17-8 (для сравнения) при высоте слоя 40 см со скоростью 10 м/ч пропускали растворы, содержащие изменяющиеся количества ионов водорода и натрия соответственно от 9,5 до 0 и от 0,5 до 10 мэкв/л.

Емкости анионитов, обусловленные слабо и сильноосновными группами, обычно приведены в паспортных данных. Проскок ионов натрия сверх 0,1—0,2 мэкв/л заметно снижает емкость слабоосновного анионита.

Проскок ионов натрия в фильтрат наступает на последней стадии Н-катионирования. Большая часть анионов будет таким образом поглощаться анионитом в благоприятных условиях. Только последние порции воды, содержащие ионы натрия, подавят диссоциацию активных функциональных групп анионита, и в фильтрат ионы натрия перейдут частично с гидроксильными анионами, частично в виде нейтральных солей.

При расчете обессоливающей установки следует сопоставить такие конкурирующие факторы, как меньший расход кислоты на регенерацию катионита и увеличение в связи с этим проскока натрия, и увеличение расхода щелочи в связи с необходимостью чаще регенерировать анионит при большем 0,2 мэкв/л проскоке натрия (так как цена щелочи на порядок выше, чем цена кислоты, обычно принимают повышенный расход последней).

Практика эксплуатации водоподготовительных установок электростанций показала, что при обессоливании вод общей минерализованностью до 5—6 мэкв/л и содержании ионов натрия до 20—25% общего содержания солей для Н-катионирования на катионите КУ-2 с проскоком последних 0,1—0,2 мэкв/л (2—4 мг/л), можно при регенерации катионита ограничиться расходом кислоты, равным 1,0—1,5 эквивалента на 1 эквивалент полной обменной емкости катионита (80—120 кг H₂SO₄ на 1 м³сорбента). Так как катионит регенерируется при этом на 50—60%, то затраты кислоты, отнесенные к сорбированным в процессе Н-катионирования ионам, составят 200—300% -от величины рабочей обменной емкости.

Без ущерба для рабочей обменной емкости слабоосновного анионита задачу практически полного перевода ионов натрия на катионит II ступени можно решать двумя путями:

• усреднением Н-катионированной воды в сборнике такого объема, чтобы сгладить концентрационную «волну» выходящего в фильтрат натрия;
• используя на I ступени последовательно соединенные в одном или в двух реакторах катионитовые колонны, первая из которых при относительно «голодной» регенерации работает в режиме сорбции ионов кальция и магния, а вторая — в режиме сорбции натрия; только после них ставится колонна с анионитом.

В последнем случае слой первого катионита можно регенерировать избыточной кислотностью, остающейся после полного удаления натрия из второго катионита. В такой комбинации можно использовать сульфоуголь для сорбции ионов кальция и магния и катионит КУ-2 для сорбции натрия или применить комбинацию из катионитов КБ-4 и КУ-2.

Для таких систем наиболее целесообразно применять метод послойного расчета. Система из двух соединенных катионитов I ступени обессоливания будет наиболее экономична и целесообразна, когда избыток кислоты на регенерацию от ионов натрия, будет равен удвоенному содержанию поглощенных ионов кальция и магния. Это соответствует примерно отношению Na (Ca+Mg) в исходной воде, равному 1-1,5.

Если ограничить усредненный проскок Na после катионита 0,1—0,2 мэкв/л, то после I ступени анионирования вода будет иметь такое же содержание минеральных веществ. Наиболее вероятно присутствие в обессоленной воде бисиликата и бикарбоната натрия. Кремневая кислота из исходной воды полностью перейдет в фильтрат; угольная, как показано, задерживается слабоосновным анионитом (малым использованием восстановленной обменной емкости из-за размытости фронта сорбции бикарбонат-ионов).

Обессоленная вода после слабоосновного анионита, когда нет проскока ионов натрия в Н-катионированную воду, может быть слегка кислой как за счет гидролиза отработанной солевой формы сорбента, так и за счет бикарбонат-ионов, вытесняемых в фильтрат конкурирующими ионами. Лучшая очистка воды при одноступенчатом ионировании не может быть достигнута при затратах реагентов, не выходящих за пределы 200—250% по отношению к ионам, сорбированным каждым фильтром.