Выполнение работы

Процесс умягчения воды. Перед началом выполнения работы определяют карбонатную, некарбонатную и общую жесткость водопроводной (исходной) воды. (Методика определения жесткости приведена в лабораторной работе № 5).

Исходная вода через задвижку №1 подается на фильтр сверху вниз со скоростью фильтрования порядка 10-15 м/ч. Умягченную воду отбирают в сосуды по 500 мл с небольшим промежутком между отборами (3-5 проб). По окончании процесса умягчения задвижки 1-2 закрывают.

Выполняют анализ отобранных проб натрий-катионированной воды по жесткости и по щелочности.

Процесс умягчения воды происходит по следующим реакциям обмена:

Ca(HCO₃)₂+2NaR  CaR₂+2NaHCO₃ (1.34)

Mg(HCO₃)₂+2NaR  MgR₂+2NaHCO₃ (1.35)

CaCl₂+2NaR  CaR₂+2NaCl (1.36)

MgSO₄+2NaR  MgR₂+Na₂SO₄ (1.37)

По мере пропуска воды через фильтр происходит ее умягчение, т.е. катионы жесткости Сa²⁺ и Mg²⁺ замещаются на натрий-ионы. Остаточная жесткость воды при умягчении её методами катионного обмена обычно составляет 0,015–0,020 мг-экв/дм³ (15-12 мкг-экв/дм³). Со временем слой катионита истощается и начинается проскок катионов Сa²⁺ и Mg²⁺ в фильтрат.

В технологии водоподготовки не допускается остаточная жесткость воды свыше 0,05 мг-экв/ дм³. Когда концентрация катионов Сa²⁺ и Mg²⁺ в фильтрате становится равной 0,05 мг-экв/ дм³ , фильтр отключают на регенерацию.

Для восстановления рабочей обменной емкости катионита из него необходимо извлечь задержанные катионы Сa²⁺ и Mg²⁺ , заменив их на обменные катионы Na⁺ . Процесс регенерации состоит из трех этапов:

• взрыхление;

• пропуск регенерационного раствора;

• отмывка катионита.

Процесс регенерации фильтра

Взрыхление катионита необходимо для устранения слежавшихся слоев и удаления из него механических загрязнений.

При взрыхлении воду подают на фильтр снизу вверх, для чего открывают задвижки 3-4.

Скорость подачи воды увеличивают постепенно, так чтобы весь катионит пришел во взвешенное состояние, исключая выброс его из фильтра.

Процесс взрыхления занимает около 10 мин.

Количество воды, необходимое для взрыхления катионита, подсчитывают по формуле:

, дм³, (1.38)

где - скорость подачи воды, м/ч;

- время взрыхления, =10 мин.

f – площадь сечения фильтра, _, м².

После окончания процесса взрыхления переходят к процессу пропуска регенерационного раствора в данном случае 10% раствора NaCl. Вследствие относительно высокой концентрации катионов Na⁺ в регенерационном растворе, поглощенные ранее катионы Са²⁺ и Мg²⁺ из диффузионного слоя катионита начинают переходить в раствор, а их место в диффузионном слое занимают катиониты Na⁺, согласно следующим реакциям:

C aR₂+2NaCl  2NaR+CaCl₂ (1.39)

MgR₂+2NaCl  2NaRl+MgCl₂ (1.40)

Определим необходимый объем 10%-го раствора соли для регенерации лабораторного фильтра.

Расход 100% NaCl на регенерацию лабораторного фильтра при удельном расходе b_NaCl = 80 кг/м³ составит:

80 кг – 1 м³ катионита

x кг – 0,0002 м³ катионита,

где 0,0002 м³ – объем катионита, загруженного в лабораторный фильтр.

Учитывая, что концентрация технической соли равна 96%, определим необходимый объем 10%-го раствора NaCl на регенерацию фильтра , мл.

Приготовленный объем 10%-го раствора NaCl пропустим через фильтр сверху – вниз через Зд 1-2.

Отмывка катионита. Данный процесс имеет целью удалить из слоя катионита продукты регенерации CaCl₂ и MgCl₂, а также избыток поваренной соли NaCl. Отмывку производят умягченной водой, полученной в процессе умягчения, подавая ее сверху вниз.

Через некоторое время после начала отмывки (примерно 5…10 минут) отбирают пробы воды и проверяют на жесткость.

Отмывку производят до значения жесткости ~ 10 мкг-экв/дм³.

Количество воды, необходимое для отмывки определяют по расходу умягченной воды, затраченной на этот процесс.

Произвести расчет расхода воды на взрыхление лабораторного фильтра по формуле (1.38) и расход поваренной соли на регенерацию катионита, загруженного в фильтр.

Провести анализы умягченной воды на остаточную жесткость и щелочность.

Полученные результаты анализов исходной и умягченной воды заносят в таблицу 1.12.

Таблица 1.12

Исходная вода	Умягченная вода
	проба №1	проба №2	проба №3
Жк= Жнк= Ж0=	Ж= Щ=	Ж= Щ=	Ж= Щ=

Проанализировать полученные результаты.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается умягчение воды методом ионного обмена?

2. Какие процессы умягчения методом ионного обмена используют на ВПУ ТЭС и АЭС?

3. Из каких процессов состоит полный цикл работы ионитных фильтров?

4. Написать реакции ионного обмена на Na-фильтре.

5. Назначение операции «взрыхления катионита».

6. Написать реакции регенерации.

7. Назначение операции «отмывка катионита» .

8. Проанализировать достоинства и недостатки натрий-катионированной воды.