В) Анионирование

Анионирование воды производится с. целью обмена содержащихся в ней анионов на обменные ионы анионита. На слабоосновные анионитные фильтры вода посту­пает после Н-катионитных фильтров, поэтому кислот­ность воды перед анионированием равна сумме концен­траций анионов сильных кислот SO4₂^-, CI^- и NO₃^- (мг-экв/кг) в воде, поступающей на обессоливание. Анионирование Н-катионированной воды применяется в схемах химического обессиливания воды. В этом слу­чае в качестве обменных ионов используются такие, ко­торые с катионом водорода образуют_воду или свобод­ную углекислоту, удаляемую из воды путем декарбони­зации "или термической деаэрации. К таким обменным анионам относятся ОН^-, СО₃^2- и НСО₃^-.

Слабоосновные аниониты при анионировании способны обменивать свои активные обменные анио­ны только на анионы сильных кислот (SO4₂^-, CI^- и NO₃^- ) для удаления которых из воды они и применяются. На­пример:

SO4₂^- + → 2 R ⁺| ОН^- → R₂ ⁺| SO4₂^- + 2 ОН^-

SO4₂^- + → R₂ ⁺| СО₃^{2 -} → R₂ ⁺| SO4₂^- + СО₃^2-

SO4₂^- + → 2 R ⁺| Н СО₃^{2 -} → R₂ ⁺| SO4₂^- + 2 Н СО₃ ^-

В результате проведенных реакций анионирования Н-катионированной воды общее солесодержание ее сни­жается до 50—100 мкг/кг.

Слабоосновные аниониты характеризуются неодина­ковой способностью к поглощению различных анионов; для большинства из них справедливым является следую­щий ряд: SO₄^{2 -} > NO₃^- > Cl^-, в котором каждый преды­дущий анион поглощается более активно и в большем количестве, чем последующий. Так, например, рабочая обменная емкость по аниону SO₄^{2 -} на 40—50% больше, чем по аниону Cl^-. А это значит, что анион Cl^- проска­кивает в фильтрат раньше, чем анион SO₄^{2 -} . Поэтому в схемах полного химического обессоливания анионитные фильтры первой ступени (слабоосновные) приходит­ся выключать на регенерацию по проскоку в фильтрат аниона Cl^-. При частичном же обессоливании воды, когда в ней допускается относительно высокое остаточ­ное солесодержание, рабочую обменную емкость слабо­основного анионита можно существенно увеличить, вы­ключая анионитный фильтр на регенерацию в момент проскока в фильтрат анионов SO₄^{2 -} , если содержание аниона Cl^- в частично обессоленной воде не превышает допустимого.

Анионы слабых кислот (HSiO₃^-, HCO₃^- и др.) не вступают в обменные реакции со слабоосновными анионитами. Сильноосновные аниониты способны извлекать из воды все содержащиеся в ней анионы как сильных, так и слабых кислот. Однако сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных; поэтому они при­меняются главным образом для поглощения анионов кремниевой кислоты в установках для полного химиче­ского обессоливания и обескремнивания воды:

HSiO₃^- + R⁺ | OH^- → R⁺ | HSiO₃^- + OH^-

Кремнесодержание воды, пропущенной через сильно­основный анионитный фильтр, в пересчете на SiO₃^2- сни­жается до 20 мкг/кг и ниже в зависимости от режима работы фильтра.

Глубокое обескремнивание и высокая кремнеемкость анионитов достигаются лишь при определенных значе­ниях рН фильтруемой воды. Лучшие результаты получаются в том случае, когда в исходной воде находится сама кремниевая кислота, а не ее соли. В результате обмена активного аниона с анионом кремниевой кисло­ты происходит полное обеокремнивание воды:

H₂SiO₃^- + R⁺ | OH^- → R⁺ | HSiO₃^- +Н₂О

Пропускание раствора соли кремниевой кислоты со­провождается появлением в фильтруемой воде гидроксильного иона (противоиона), тормозящего процесс по­глощения иона кремниевой кислоты:

Na ₂SiO₃^- + 2 R⁺ | OH^- → R₂⁺ SiO₃^2- + 2 OH^- + 2 Na⁺

Образование гидроксильного противоиона сказывает­ся как на остаточной концентрации кремниевой кислоты в фильтрате, так и на величине кремнеемкости анионита. Например, при фильтровании воды, содержащей 10 мг/кг SiO₃^2- в виде H₂SiO₃ , кремнеемкость анионита в 2,5 раза больше, чем при фильтровании раствора Na ₂SiO₃ с та­ким же содержанием SiO₃^2- . Поэтому для глубокого обескремнивания воды важно наиболее полное удаление из нее всех катионов, в том числе и катиона натрия, до поступления ее на сильноосновные анионитные фильтры.

Рабочая кремнеемкость в значительной степени за­висит также от концентрации кремниевой кислоты в исходной воде и концентрации HSiO₃^- в фильтрате в момент отключения фильтра на регенерацию, а имен­но: она тем выше, чем выше концентрация кремниевой кислоты в исходной воде перед сильноосновным анионитным фильтром и допускаемый проскок кремниевой ки­слоты в фильтрат.

После замены обменных анионов анионами раство­ренных в воде электролитов анионит истощается и теря­ет способность обменивать ионы. Регенерация анионита достигается фильтрованием через слой истощенного анионита растворов NaOH, Na₂CO₃, NаHCO₃ или NH₄OH, например:

R₂ ⁺| SO4₂^- + 2 NaОН → 2 R⁺ | OH^- + Na ₂SO₄

R₂ ⁺| SO4₂^- + Na₂CO₃ → R₂ ⁺| СО₃^{2 -} + Na ₂SO₄

R₂ ⁺| SO4₂^- +2 NаHCO₃ → 2 R ⁺| Н СО₃^{2 -} + Na ₂SO₄

R₂ ⁺| SO4₂^- +2 NH₄OH → 2 R⁺ | OH^- + (NH₄)₂SO₄

Расход щелочи для регенерации слабоосновных анионитов достаточен в двукратном количестве против стехиометрического, т. е. 2 г-экв/г-экв. При повторном использовании щелочных отмывочных вод для регенерации анионита расход реагента можно снизить на 15— 30%. Необходимая концентрация регенерационного раствора составляет 2—4%. Отмывку анионитов и при­готовление регенерационного раствора следует произво­дить на Н-катионированной воде.

Сильноосновные аниониты регенерируются 4%-ным раствором едкого натра. Использование для этой цели бикарбоната натрия или соды невозможно вследствие недостаточно глубокой регенерации ими анио­нита и увеличения концентрации противоиона (HCO₃^-, CO₃ ^2-) в процессе анионирования воды.

Эффект глубокого обескремнивания достигается лишь при больших расходах едкого натра на регенерацию анионита. Для большинства сильноосновных анионитов удельный расход едкого натра на регенерацию превосхо­дит стехиометрический в несколько раз. Например, для анионита АВ-17 он составляет 500 г/г-экв или 12,5 г-экв/г-экв, а для анионита ЭДЭ-10П 76СГ г/г-экв или 19 г-экв/г-экв. Путем повторного использования регенерационных и отмывочных вод после регенерации сильно­основного анионита для регенерации слабоосновного анионита общий удельный расход щелочи на регенера­цию анионитов может быть снижен до 70—80 г/г-экв всех поглощенных анионов.

На глубину обескремнивания воды и на кремнеем­кость анионитов оказывают также влияние следующие факторы: концентрация регенерационного раствора, на­чальная концентрация HSiO₃^- в Н-катионированной во­де, скорость фильтрования воды, содержание других анионов и свободной СО₂, а также солей в Н-катиониро­ванной воде.

Некоторые аниониты с течением времени «стареют» вследствие окисления их растворенным в воде кислоро­дом и загрязнения органическими веществами. В ста­реющих анионитах изменяются их технологические ка­чества и снижается рабочая обменная емкость.

Как правило, анионит должен поглощать из воды только анионы кислот, не вступая при этом в ионный обмен с катионами. Если же в анионите в результате окисления появляются активные группы, способные к катионному обмену, анионит приобретает способность по­глощать из воды не только анионы кислот, но и катионы водорода, т. е. становится амфотерным. В этом случае вместо обычной реакции, например, с соляной кислотой

R⁺ | OH^- + HC1 → R⁺ | C1^- + Н₂О

протекает следующая реакция:

^Н+

R⁺ | OH^- + HC1 → R⁺ | + OH^-

C1^-

где символом

^Н+

R⁺ |

C1^- обозначен стареющий истощенный анионит. При регенерации его едким натром происходит обмен ионов по уравнению

^Н+ Na ⁺

R⁺ | +2 NaОН → R⁺ | + Na C1 + Н₂О

C1^- OH^-

При последующем фильтровании через анионит Н-катионированной воды происходит обогащение филь­трата солями:

Na ^{+ Н+}

R⁺ | + 2НC1 → R⁺ | + Na C1 + Н₂О

OH^- C1^-

Для того чтобы предотвратить загрязнение анионитов органическими веществами, необходимо тщатель­но очищать от них воду перед подачей ее на анионитные фильтры. Кроме коагуляции, это достигается дополни­тельным фильтрованием обессоливаемой воды через активированный уголь. Недостаток активированного угля как сорбента органических веществ состоит в малой емкости его по органическим веществам и сложности ре­генерации.

В последнее время освоено промышленное производ­ство стойких против окисления нестареющих макросетчатых анионитов, обладающих способностью поглощать органические вещества, не снижая при этом заметно ионообменной способности. Удаление сорбированных органических веществ из высокопористых анионитов до­стигается периодической промывкой их горячим раство­ром поваренной соли или другими реагентами.

Поиск по сайту: