Умягчение природных вод
Ионообменные смолы
Технологии с использованием ионообменных смол применяются с 1935 года, но особенное распространение в водоподготовке получили в конце 70-х годов. Ионообменные смолы представляют собой нерастворимые высокомолекулярные соединения с функциональными ионогенными группами, способными вступать в реакции обмена с ионами раствора. Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений. Иониты имеют гелевую, макропористую и промежуточную структуру.
Гелевые иониты лишены истинной пористости и способны к ионному обмену только в набухшем состоянии. Макропористые иониты обладают развитой поверхностью из-за наличия пор и поэтому способны к ионному обмену как в набухшем, так и в ненабухшем состоянии. Гелевые иониты характеризуются большей обменной емкостью, чем макропористые, но уступают им по осмотической стабильности, химической и термической стойкости.
Иониты представлены анионитами — материалами, способными к обмену анионов, и катионитами — материалами, обменивающими катионы.
Аниониты подразделяются на:
- сильноосновные, способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;
- слабоосновные, способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;
Катиониты подразделяются на:
- сильнокислотные, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;
- слабокислотные, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН>7.
Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Эти материалы используются в пищевой, фармацевтической, медицинской промышленности и для глубокой очистки конденсата на атомных электростанциях. Выпускаются также готовые смеси ионитов для использования в фильтрах смешанного действия.
Важнейшим показателем ионообменных смол является влажность, так как в силу гидрофильности функциональных групп ионообменных смол влага, содержащаяся в смоле, является «химически связанной». Причем специальное удаление этой влаги приведет при последующем использовании смолы только к физическому разрушению гранул. «Внешняя» же влага, не связанная химически с функциональной группой смолы, как правило, удаляется перед упаковкой или с помощью центрифугирования или фильтрования.
Основными характеристиками ионообменных смол является ионообменная емкость — весовая, объемная и рабочая.
Весовая и объемная емкости являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных на готовую продукцию. В то же время, рабочая обменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).
Изготовители ионообменных смол с помощью дополнительных исследований определяют данные, на основании которых можно рекомендовать оптимальные технологии сорбции-десорбции.
С развитием мембранных методов очистки доля ионного обмена на рынке водоподготовки неуклонно сокращается. Основные причины – ужесточение требований к сточным водам, рост стоимости реагентов и изменения в законодательстве, усложняющие учёт и оборот кислот и щелочей. Однако существуют условия, при которых применение ионообменных технологий всё ещё остаётся рентабельным, особенно для питания котлов высокого и сверхкритического давления.
Метки: водоподготовка, Умягчение
