Натрий-катионирование воды

Самый распространенный метод умягчения воды – натрий-катионирование. Метод основан на способности ионообменных материалов обменивать на ионы кальция и магния ионы других веществ, не образующих накипь на теплонапряженной поверхности (трубные экраны котлов, теплообменники, поверхности жаротрубных котлов). Веществ таких немало, но в связи с доступностью и относительной дешевизной хлорида натрия именно он был выбран в качестве реагента для регенерации катионита.Кроме того, продукты регенерации – CaCl2,MgCl2 – хорошо растворимы в воде, в отличие, например, от СаСО3 (регенерация карбонатом натрия (Na2CO3) или CaSO4 (регенерация сульфатом натрия (Na2SO4)).

Реакции обмена ионами (R – комплекс катионита, упрощенно называемый анионитной частью катионита):

2 NaR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3;
2 NaR + Mg(HCO3)2 = MgR2 + 2NaHCO3;
2 NaR + CaCl2 = CaR2 + 2NaCl;
2 NaR + MgSO4 = MgR2 + Na2SO4;
2 NaR + CaSiO3 = CaR2 + Na2SiO3.

Замена ионов кальция и магния ионом натрия гарантирует отсутствие накипеобра-зований на греющих поверхностях котлов и теплообменников.По мере пропускания воды через слой катионита количество ионов натрия, способных к обмену, уменьшается, а количество ионов кальция и магния, задержанных на смоле, возрастает, то есть катионит «истощается». Тогда его следует регенерировать – пропустить через слой катионита раствор хлорида натрия, и обменная способность катионита восстанавливается. Процессы ионного обмена обратимы. Поэтому если в воде ионов натрия становится все больше и больше по сравнению с количеством ионов кальция и магния, то процесс поглощения ионов Ca2+ и Mg2+ замедляется, то есть все больше сдвигается в левую сторону реакций (4.3)–(4.7) и может быть изображен так:

Ионы Na+, Ca2+ и Mg2+ названы противоионами. Это свойство катионитов имеет два следствия.

Первое. При увеличении минерализации обрабатываемой воды (увеличение идет, в основном, за счет увеличения содержания в воде натрия и в гораздо меньшей степени – калия) получение глубокоумягченной воды традиционным натрий-катионированием – даже двухступенчатым – становится все более проблематичным.

Второе. Обеспечивается возможность регенерации катионита 5–10%-ным раствором хлорида натрия. Концентрация иона натрия в растворе при этом заведомо и намного больше концентрации ионов кальция и магния в катионите.