5. Способы регенерации ионитовых смол 5.1. Регенерация ионообменной смолы Процесс очистки воды методом ионного обмена проходит в фильтрах ионообменного действия. В промышленных установках умягчения регенерация ионообменной смолы проводится автоматически с помощью клапанов управления, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и промывания. Аналогично этот процесс происходит в фильтрах умягчения для частных и загородных домов. Домашние фильтры картриджного типа необходимо промывать самостоятельно при утрате ионообменным материалом сорбционных свойств. Регулярность промывки ионообменной смолы зависит от качества поступающей воды, интенсивности использования фильтра. Ионообменная смола представляет собой синтетическое органическое высокомолекулярное соединение, которое имеет в составе ионогенные группы, диссоциирующие в растворе и способные к обмену подвижных ионов на другие ионы, содержащиеся в водной среде. Свойства ионитов определяются природой функциональных групп: - в анионитах: -NH3-, =NH2+, =N+=, =P+=, ≡S+; - в катионитах: AsO32-, -COO, -PO32-, -SO32-. Ионообменные смолы представляют собой мелкие зерна или гранулы разных геометрических параметров и размеров в зависимости от метода получения: при полимеризации получаются практически идеальные сферы, поликонденсационные смолы имеют гранулы неправильной формы. Размеры варьируются от нескольких микрон до 1,5 мм. По структуре полимерной основы ионообменные смолы бывают гелевые (непористые) и изопористые. Величина обменной емкости ионита зависит от числа активных групп на поверхности зерен, размера пор, углублений, каналов в его структуре. 1 Ионообменные смолы применяют для деминерализации, умягчения, обескремнивания водных растворов, избирательного удаления определенных ионов. Применение ионитов в технологических процессах позволяет сократить трудоемкость многих операций, переводя их на непрерывный процесс, и получить конечные продукты в более чистом виде. Ионообменные фильтры используют в быту для получения мягкой воды, применяемой при приготовлении пищи, стирке, на другие хозяйственные нужды. 5.2. Процесс регенерирования ионообменной смолы При насыщении смолы удаляемой группой ионов до проскока их в фильтрат происходит истощение ионита. Процесс восстановления первоначальной формы ионообменной смолы называется регенерацией. В процессе водоподготовки по мере прохождения исходной воды через катионитовый слой, количество катионов Na+, способных к обмену, уменьшается, а число катионов Mg2+ и Ca2+, отсорбированных на смоле, увеличивается. Ионные процессы обратимы, поэтому по мере насыщения обрабатываемой воды Na+, замедляется поглощение ионов, обуславливающих жесткость, и ионообменная очистка теряет свою эффективность. Для этого и нужен процесс регенерации ионообменной смолы. Полезная обменная емкость катионита зависит от: - вида удаляемых из водного раствора ионов; - соотношения солевых компонентов в водном растворе; - величины рН; - высоты катионитового слоя; - скорости потока фильтруемой воды; - интенсивности эксплуатации; - расхода регенерирующего раствора. После истощения катионита его отключают на регенерацию ионообменной смолы. В промышленных установках продолжительность 2 восстановления фильтра с ионообменной смолой составляет примерно 1,5-2 часа: 1. взрыхление 15 - 25 мин; 2. фильтрование регенерата 20 - 25 мин; 3. отмывание 40 - 50 мин. Взрыхляют катионитовый слой восходящей струей исходной воды, отработанным раствором после регенерации ионообменной смолы или отмывочным водным раствором. В домашних условиях восстановление картриджа с ионообменной смолой проводится выдерживанием ионообменной смолы в регенерирующем растворе в течение 8 - 10 часов при периодическом перемешивании. Частота промывки ионитового картриджа зависит от жесткости поступающей в него воды. Первым сигналом того, что ионит исчерпал свою обменную емкость, будет образование накипи на посуде при кипячении. Существует несколько реагентов для процесса регенерации ионообменной смолы 1. Соль таблетированная для регенерации ионообменных смол В связи с доступностью и небольшой стоимостью хлорида Na, он стал основным реагентом для восстановления фильтров с ионообменными смолами, используемых при водоподготовке. Образующиеся после восстановления поваренной солью MgCl2 и CaCl2 полностью растворяются в воде, в отличие от CaCO3, образуемом при регенерации карбонатом Na, или CaSO4 при применении сульфата Na. Процесс регенерации ионообменной смолы можно представить: 3 Ca[Кат]2 + 2NaCl ↔ 2Na[Кат] + CaCl2; Mg[Кат]2 + 2NaCl ↔ 2Na[Кат] + MgCl2. Раствор технической соли NaCl в промышленных установках пропускают сквозь натриевый ионит с интенсивностью 2 - 4 м/ч. Концентрация раствора NaCl составляет 6 - 9%. При жесткости фильтрата до 0,25 мг/л берут раствор с содержанием соли 6%, при жесткости меньше 0,06 мг/л предусмотрена поэтапная регенерация разбавленным 2 - 4% хлоридом натрия в пересчете 1,1 м3 раствора на 1 м3 катионита, затем более концентрированным 8 - 10% хлоридом Na. Регенерация ионообменных смол поваренной солью наиболее часто используется в промышленности. Повышение температуры ускоряет диффузию ионов, поэтому рекомендуется нагревать умягчаемую воду и регенерирующий раствор до 35 45°С, если это допускает технологический процесс. 2. Восстановление ионообменной смолы кислотой и щелочью Кроме раствора поваренной соли промывку ионообменной смолы проводят кислотой (соляной, лимонной и т.д.) или щелочь. Это необходимо для регенерации специальных ионообменных смол, которые применяются для деминерализии воды. Данный процесс должен проводиться под контролем специалистов. Расчет соли для регенерации ионообменной смолы Расход NaCl (кг) на один цикл регенерации натриевого катионита рассчитывают по формуле: P=(V∙a)/1000 где V - количество ионообменной смолы, л; a - расход NaCl на 1 г-экв полезной ионообменной емкости ионита (для одноступенчатой системы - 160 - 210 г/г-экв; для фильтра первого этапа в двухэтапной системе равен 130 - 160, второго этапа - 250 - 350 г/г-экв). Процесс регенерации ионообменной смолы В промышленных восстановление установках сорбционной ионообменной способности 4 фильтра фильтрации, заложено в технологический процесс работы оборудования. Методику восстановления ионообменной смолы можно описать четырьмя ступенями. Прохождение водного раствора через катионитовый слой с интенсивностью 15 - 30 м/ч до появления установленной нормативным допуском жесткости в фильтрате. 1. Взрыхление ионита восходящей струей исходной воды, отработанного регенерационного раствора или промывных вод со скоростью 2 - 5 л/(с∙м2). 2. Стравливание воздуха, чтобы избежать разбавления регенерата. 3. Восстановление катионита посредством пропускания соответствующего раствора с интенсивностью 4 - 6 м/ч. 4. Отмывание катионитового слоя исходной водой (скорость потока 8 10 м/ч). Список использованных источников Кунин Р., Майерс Р. Ионообменные смолы: Москва, изд-ва иностранной литературы, 1952-215с. Перевод с английского А.Л. Козловского. Под редакцией проф. Г.С. Петрова. Рябчиков Д.И., Цитович И.К. Ионообменные смолы и их применение: изд-во Академии наук СССР, 1962. 5
