Умягчение воды — натрий-катионирование
В природных водах растворено большое количество ионов солей и минералов. Некоторые соли меняют вкус воды, ее цвет и запах. В данной статье, мы остановимся и постараемся подробнее рассказать о тех ионах, которые обуславливают жесткость воды и для чего необходимо умягчение воды.
Кратко о «солях жесткости» воды:
В понятие жесткости входит совокупность свойств воды (химических и физических), которые связаны с присутствием в воде растворенных солей, в основном, кальция (Ca) и магния (Mg).
Растворенные соли этих веществ и называют «солями жесткости».
Если в воде много солей кальция и магния, то ее называют «жесткой».
Вкус природной родниковой воды обусловлен, в основном, именно присутствием в ней солей жесткости.
Во время стирки (и при мытье головы) образующиеся нерастворимые соединения осаждаются на поверхности нитей ткани и постепенно разрушают волокна. В жёсткой воде плохо готовится мясо, овощи и крупы. Меняется цвет и природный вкус чая и напитков.
Как может происходить умягчение воды?
Часть жесткости воды может снижаться при ее кипячении. Это временная (карбонатная) жесткость. Но жесткость постоянная (некарбонатная) кипячением не устраняется, а может вызывать образование труднорастворимых отложений на нагреваемых поверхностях, в виде твердой накипи.
Все мы ее можем видеть и дома в чайнике, если используем для питья сырую воду из крана или колодца, а также на стенках труб, если приходилось менять водопровод. Накипь появляется на тэне и стенках бака стиральной машины.
Если необходимо умягчение воды в коттедже (для хозяйственно-бытовых нужд) или для производства (вода для котельных, вода для технологии) то кипячением в чайнике не обойтись. Нужна установка умягчения воды. Для умягчения воды применяются разные методы и технологии (термические, мембранные, реагентные и безреагаентные методы). Одним из наиболее простых и технологичных методов умягчения воды является метод ионного обмена.
Что такое умягчение воды методом ионного обмена?
Суть ионного обмена состоит в том, что жесткая вода пропускается через фильтрующий слой из зернистого полимерного ионообменного материала (катионита), называемого «ионообменной смолой», который «заряжен» ионами натрия. При контакте жесткой воды с зернами катионита происходит замещение ионов «солей жесткости» на ионы натрия из катионита. Т.е. ионообменная смола поглощает ионы солей жесткости и взамен в воду отдает эквивалентное количество ионов натрия. Соли натрия легко растворимы и не создают твердой накипи на нагреваемых поверхностях. В результате, обработанная вода становится умягченной.
Как происходит восстановление свойств катионита?
Когда смола истощается, наступает момент регенерации раствором поваренной соли из специального солевого бака. Длительность регенерации составляет около 2 часов. Во время регенерации процесс умягчения не происходит. Если необходимо получать умягченную воду непрерывно, тогда предлагается установка умягчения воды в исполнении дуплекс. Такая установка состоит из двух корпусов с загрузкой, которые работают попеременно, т.е. один корпус в режиме умягчения воды, а другой – в режиме регенерации или ожидания работы. Всеми режимами работы установки умягчения воды управляет контроллер управляющего вентиля.
Оператору необходимо досыпать соль в солевой бак и периодически делать замеры жесткости после установки умягчения воды.
Установки умягчения (Натрий-катионирования)
ТИПОВАЯ КОМПЛЕКТАЦИЯ установки умягчения:
- Корпус-фильтр в виде баллона из коррозионностойкого материала (стеклопластика, нержавеющей стали и т.п.).
- Блок управления (многоходовой клапан управления с контроллером) либо клапанная система с контроллерами для автоматической регенерации фильтра.
- Входной и выходной патрубок, а также дренажный патрубок для слива промывной воды.
- Центральный распределительный стояк (водоподъемная труба).
- Дренажно-распределительная система (щелевой колпачок).
- Гравийная подложка (поддерживающий слой из гравия).
- Ионообменная смола.
- Бак-солерастворитель.
Корпус фильтра изготовлен из полиэтилена высокой плотности с наружным покрытием из стекловолокна на эпоксидной смоле.
В корпусе имеется верхнее резьбовое отверстие для установки дренажно-распределительной системы, загрузки фильтрующих материалов, крепления управляющего клапана.
Дренажно-распределительная система фильтра включает в себя:
— верхний щелевой экран;
— вертикальный коллектор;
— дренажное устройство в виде одного щелевого колпачка или шести щелевых лучей.
Верхний экран служит для предотвращения выноса в канализацию ионообменной смолы
при ее обратной промывке.
В состав управляющего клапана входят:
— многоходовой клапан, переключение которого во время регенерации фильтра полностью заменяет стандартную запорно-регулирующую арматуру;
— встроенный эжектор для отбора раствора соли из бака-солерастворителя и защитный экран эжектора;
— двигатель многоходового клапана;
— адаптер для присоединения многоходового клапана ко второму фильтру;
— один крыльчатый счетчик воды специальной конструкции, монтируемый на многоходовом клапане.
В состав бака-солерастворителя входят следующие элементы:
— корпус и крышка из полиэтилена высокой плотности;
— солезаборник;
— солевая решетка;
— солевая шахта;
— переливной штуцер;
— угловая муфта и гибкий шланг для присоединения солезаборника к блоку управления;
— ареометр для измерения плотности солевого раствора;
— набор реагент-тестов для экспресс-определения общей/остаточной жесткости.
— соединительный кабель запрета регенерации (напр. в системах триплекса).
— электромагнитный и/ или обратный клапан.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ОПЦИИ):
• Насосная станция подачи исходной воды на установку умягчения.
• Фильтр патронный картриджный 5 – 10 мкм для исходной и/или умягченной воды.
• Проточный измеритель содержания общей/остаточной жесткости.
• Накопительная емкость исходной и/или умягченной воды с поплавковыми выключателями.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ:
Установка умягчения воды предназначена для удаления из воды солей растворенных ионов кальция и магния — Ca2+ и Mg2+ (солей жесткости). Удаление солей жесткости производится по методу ионного замещения ионов кальция и магния — Ca+ и Mg+, на ионы натрия Na+, соли которого не склонны к образованию нерастворимых отложений. Ионный обмен происходит в процессе контакта обрабатываемой воды с ионообменной смолой — специальной мелкозернистой средой, предварительно насыщенной катионами Na+. Процесс ионного обмена продолжается до тех пор, пока концентрация катионов Na+ в зернах смолы не снизится до критического уровня, когда ионообменные процессы значительно замедляются и прекращаются. Для восстановления первоначальных свойств смолы и повторного насыщения ее ионами Na+, необходимо провести отмывку и регенерацию – восстановление ионообменной способности. Регенерация смолы производится путем промывки насыщенным раствором поваренной соли NaCl. При этом, ионообменные процессы происходят в обратном направлении — зерна смолы насыщаются катионами Na+, а катионы Ca+ и Mg+ высвобождаются и смываются в дренажную систему. Отмывку и регенерацию смолы необходимо проводить периодически.
Режим работы установки:
Переключение фильтра из одного режима в другой происходит после того, как встроенный счетчик зафиксирует окончание пропуска заданного объема воды (что соответствует нулевому значению на табло блока управления) либо после истечения заданного периода времени.
Процесс регенерации натрий-катионитного фильтра состоит из следующих операций:
• Операция 1 – обратная промывка смолы умягченной водой, подаваемой в направлении снизу вверх. Служит для взрыхления и очистки смолы от накопившегося осадка.
• Операция 2 – обработка смолы раствором соли (осолонение) и медленная отмывка.
Концентрированный раствор (26%) из бака-солерастворителя через солезаборник по гибкому шлангу поступает в блок управления, где смешивается с умягченной водой до рабочей концентрации (7-10%), и затем подается в катионитный фильтр в направлении сверху вниз (по прямоточной схеме).
Отбор раствора из бака происходит за счет вакуума, образующегося во встроенном эжекторе под давлением воды.
После опорожнения солевого бака эжектирующая вода продолжает поступать в регенерируемый фильтр, то есть производится медленная прямоточная отмывка слоя смолы. При этом встроенный в солезаборник воздушный клапан предотвращает подсос воздуха из солевого бака в солевую линию.
• Операция 3 – быстрая прямоточная отмывка смолы умягченной водой применяется для уплотнения ее слоя и удаления из него остатков отработанного регенерационного раствора соли.
• Операция 4 – заполнение водой бака-солерастворителя. Заданный объем умягченной воды заливается в бак-солерастворитель. Этот объем определяет дозу соли на регенерацию установки.
