Лекции по "Химии"

     Суды  катионит арқылы жоғарыдан төмен құйғанда бір теңдікте аяқталатын судың жұмсару процесі жүреді.  Суды жұмсартатын катионит қабатын жұмсарту аймағы деп атайды.Суды ары қарата жұмсартқанда катиониттің беткі қабатының алмасу қабілеті төмендейді. Ион алмасуға катиониттің төменгі қабаттары қатысады да, алмасу аймағы біртіндеп түседі. Бірнеше уақыт өткен соң үш аймақ байқалады: қабілеті жоғары, қабілеті жойылған жаңа катиониттер.

     Фильтраттың кермектілігі алмасу аймағы катиониттің  төменгі қабатына жеткенде тұрақты  болады. Сол кезде Са²⁺  және Mg²⁺ иондарының ерітіндіге өтуі басталады, аликвоттың кермектілігі бастапқы судың кермектілігіне тең болуы катиониттің алмасу қабілетінің жойылғанын көрсетеді. Жұмсартылған судың кермектілігін ескермей, фильтрдің алмасу сыйымдылығын Е_{р ,} г-экв/м³

     Келесі  теңдікпен көрсетуге болады.

     

     Фильтрдегі  ісінген күйдегі катиониттің  көлемі.

     

     Осы формуланы түрлендіру арқылы катиониттің  алмасу сыйымдылығын анықтауға болады, г-экв/м³

     

     Мұндағы, Ж_и –бастапқы судың кермектілігі, г-экв/м³ , Q-жұмсартылған су мөлшері, м³; h_k-катионит қабатының биіктігі, м.

     Каттиониттті  филтрдегі судың фильтрлену жылдамдығын V_к-деп алып, жұмсартылған су мөлшерін келесі формула бойынша арқылы анықтауға болады:

     

     Бұдан катиониттің фильтрдің жұмыс  жасау уақытын келесідей табамыз:

     

     Катиониттің алмасу қабілеті жойылғанда, оны реагенрациялайды, яғни алмасу қабілеті жойылған ионалмастырушы арқылы қышқыл ерітіндісін немесе ас тұзын өткізеді. 

     Суды натрий-катиондарымен жұмсарту

     Натрий-катиондау  әдісін құрамындагы салмақтың үлесі 8мг/л және колданады. Бір сатылы натрий-катиондау кезінде судың кермектілігі 0,05 . . .0,1-ге дейін, ал екі сатылы кезінде 0,01мг-экв/л дейін төмендейді. Na- катиондау процесін келесідегідей айналым реакцияларымен суреттейді.

     

     Мұндагы [К] – полимердің ерімейтін матрицасы.

     Катионның жұмыс айналым ыдысы тозғаннан  кейін ол суды жұмсарту қасиетінен айырылады және оны регенерлеу қажет. Суды катионды фильтр-операциялардан құралады: суды шекті рұқсат етілген фильтраттағы қатаңдыққа дейін катионит қабатынан сүзу, (сүзу жылд 10. . .25м/сағ аралығында) катионит қабатын жұмсартылған су ағынымен жұмсартуағыс интенсивтілігі 3-4л(см²) регенерлейтін қоспаны езілуіне жол бермеу мақсатында сулы көпшекті ағызу, катионды сәйкесінше қоспаны регенирлеп сүзіп, регенерациялау (сүзу жылд 3. . .5 м/сағ) катиондыжұмсартылмаған сумен жүзу (8. . . .10м/сағ) Регенерациялауга шамамен 2 сағ, соның ішінде қопсытуға шамамен -10....15, регенрлейтін қоспаны сүзуге -25....40, қайта жууға 30...60мин. Катиондау әдісін таңдау жұмсартылған суға деген талаптармен, жұмсартылатын судың қасиеттеріне, технико-экономикалық негіздемелерге байланысты болады. Ең қарапайымы болып бір сатылы Na-катионды фильтрациядан өтіп, жинақтау багына барады, одан тұтынушыларга насоспен беріледі. 5-суретте көрсетілген сұлба бойынша қышқылды реакциялы сулар мен қоспалар болмайды, қышқылға төзімді арматура тұрбалары мен фильтрлардың қорғау жабындары қажет  болмайды.

     

     5-сурет.Бір сатылы натрий-катиондау сұлбасы 1,7- алғашқы су берілісі және жумсартылған суды апару; 2-натрий катионды фильтр; 3-ас тұзы коспасы бар бак; 4- жұмсартылган суы бар катионды қопсытуға арналған бак; 5-жұмсартылған суы бар резервуар; 6-насос.  

     Na-катионы  регенерациялау одан 3 ...4 м/сағ жылдамдықпен 5...8% концентрациялы хлорлы натрийды сүзу арқылы жүзеге асады. Жұмсартылған судың кермектілігі 0,2мг/экв/л дейін қабылданған кезде, тұздар концентрацисы 5% ерітіндісімен 2 м³ көлемінде 1 м³ катион ерітіндісіне содан кейін тұздың қалған көлемімен 8% ерітіндісі түрінде.  Na-катиондаудың бір сатылы сұлбасы кемшіліктерге ие, ол оның қолданылуын шектейді, суды терең жұмсарта алмайды (0,01 ... 0,02 мг-экв/л) регенерацияга жұмсартылатын тұздың жоғарғы меншікті салмағы, катионды жұту ыдысын толық пайдалана алмау.

     Суды  тереңдеп жұмсарту, тұзды үнемдеу ж/е фильтроциклді ұлғайту екі сатылы Na-катиондау кезінде жүзеге асады. Бұл жағдайда І сатылы фильтрларда су 0,1 ....0,20 мг-экв/л қалдықты жұмсартуға дейін 15 ....25м/с жылдамдықпен сүзіледі. Содан кейін жұмсартылған су ІІ сатылы натрий-катионды фильтрлерге беріледі, мұнда алдын-ала жұмсартылған судың кермектілігі 0,02-0,01 мг-экв/л дейін төмендетіледі. ІІ сатылы фильтрлерге берілетін тұздар көлемі аз болғандықтан фильтрлеу жылдамдығы 40м/сағ дейін қабылданып, ал катион биіктігі 1,5 м болады. ІІ сатылы фильтрлер өзіндік барьер боп табылады. Сондықтан натрий-катионды ІІ сатылы фильтрлерді барьерлі деп атайды. Олар болған кезде қондыргыны пайдалану жеңілдей түседі, өйткені бірінші сатылы катионды фильтрлер регенерациялауга қатаңдық  тұздарының катиондарына өтуіне байланысты емес, олардың өткен судың көлеміне байланысты айырылып қалады. І сатылы фильтрден кейінгі қаттылық тұздарының көлемінің шамалы артуы қауіпті емес, өйткені олар барьерлі фильтрлармен ұсталып қалады . Жұту көлемі және пайдалы жұмыс кезеңдері ІІ сатылы катиондау кезінде артады. Өйткені ІІ сатылы фильтрлер кішкене жүкке ие, олардың регенерацияаралық  жұмыс ұзақтығы 200 сағ дейін.

     

     6-сурет. ІІ сатылы натрий катионды суды жұмсарту сұлбасы. 

     1,9- алғашқы су берілісі және жұмсартылған  суды апару; 2,6- І және ІІ сатылы натрий катионды фильтрлар; 3,5-фильтрларды регенерациялауға арналған тұз ерітіндісінің коспасы бар бак; 4-фильтрлардың жүктемелерін копсытуға арналған суы бар бак; 7- жұмсартылған су бар бак резервуар; 8-насос.

     Фильтрлерді ІІ сатылы регенерациялағаннан кейін жұмсартылмаған сумен фильтраттағы хлоридтер саны жуылган судағы шамамен теңіскенге дейін жуылды, ал қалған бөлігін катионды қопсыту кезінде қолдануға жұмсайды. 

     Сутегі  – натрий-катионды суды жұмсарту

     Суды  сутегі-катиондаумен өңдеу (H- катиондау) оны сутегі катиондары бар катиондар арқылы фильтрацияға негізделген. Процесс төмендегідей реакциямен суреттеледі.

     

     

 

     Суды H-катиондау кезінде оны pH фильтраттарда түзілетін қышқылдар арқасында біршама төмендейді (2-кесте).

     Н-катиондау  кезінде бөлінетін көміртегі оксидін (ІV) дегазациялау жолымен жоюға болады, сонда қоспауда минералды қоспалар қалады. Жоғарыда көрсетілген реакцияларда көрсетілгендей натрий катиондау кезінде иондық айналым кезінде судың сілтілігі өзгертілмейді. Сәйкесінше, Н-катионды фильтрлардың қышықл фильтраты мен Na-катион сілтілік фильтрлерді пропорционалды араластыру арқылы әр түрлі сілтіліктегі жұмсартылған су алуға болады. Н-Na-катиондау әдісінің мәні мен артықшылығы осыда. Паралельді, реттік, аралас, бірлескен Н-Na-катиондауды қолданылады.

     Паралельді  Н-Na-катиондауда (7,а-сурет) судың бір бөлігі Na-катионды фильтрлар арқылы өтеді, сосын екі ағын араласқанда олардың қалдық сілтілігі 0,4 мг-экв/л аспау қажет.

     Реттік  Н- Na-катиондау кезінде (7,б-сурет) судың бір бөлігін Н-катионды фильтрлар арқылы өткізеді, содан кейін қалған сумен араластырады, алынған қоспаны дегазаттар арқылы өткізеді, көміртегін (ІV)  оксидін жою үшін, содан кейін барлық суды натрий катионды фильтрлардан өткізеді. Судын жумсартуына жоғарғы талап қойылған кезде сұлба барьерлі фильтрлермен толықтырлады. Сұлбаның жеткіліксіздігіне жоғарғы энергиясының шығының жатқызуға болады. Реттік Н-Na-катиондау сұлбасын қаттылығы жоғарғы суларды жұмсартуға қолданылады. 

     2-кесте. Судың өңдеудің әр түрлі кесте сұлбаларындағы н-катиондау.

          

 

       

     

 

     7-сурет. Паралельді, реттік, біріккен сутегі натрий катионды суды жұмсарту сұлбасы. 

     1,11-алғашқы  су берілісі ж/е жұмсартылған  суды апару; 2-тұз еріткіш; 3-натрий катионды фильтрлар жүйесі; 4-қопсыту багі;5-дегазаттар;6- жұмсартылған су резервуары ;7-вентилятор; 8-сутегі катионды фильтрлар жуйесі; 9-қышқыл ерітіндісін сақтайтын бак; 10-насос                                                                                                         

     «Аш»  режиміндегі Н-катионды фильтрлердің Н- Na-катионды реттік сұлбасы белгілі.

     Қарапайым Н-катиондауда регенерация қажетті  теориялық мөлшерден 2,5-2 есе меншікті шығындалады. Иондар алмасу реакциясына қатыспайтын қышқылдар фильтрдан регенерация өнімдерімен бірге лақтырылып тасталады. «Аш» регенерация кезінде Н-катионды фильтрдің қышқылдың меншікті шығыны оның меншікті теориялық шығынына тең, 1г- экв/г-экв немесе гр-ға есептегенде Н₂SO₄ үшін 49г/г-экв. Бұл жағдайда сутегінің барлық иондары катионитпен, ұсталынып қалады, соның нәтижесінде лақтырылатын регенерациялық қоспа және шайынды суларда қышқыл болмайды.

     Қышқылдың «Аш» нормасымен регенирленген катиониттің  жоғарғы қабатында фильтр жұмысы кезінде иондық алмасудың барлық түрлері орын алады. Төменгі катионит қабаттарында сутегі иондары Са(ІІ) және Mg(ІІ) және Na(І) иондарында алмасады.

     

     Судың қышқылдығы жойылады, оның карбонатты қаттылығы қалпына келеді, ал Н-иондары бар қабаты бірте-бірте төмен қарай ығысады. Су құрамында бар көмірқышқылы әлсіз болғандықтан ол реакцияға тек күшті қышқылдарды алып тастағаннан кейін қатыса алады. Сондықтан фильтрат аз карбонатты қаттылыққа ие, көп көмірқышқылы болады. Жұмыс циклінің соңына қарай катионитқа енгізілген сутегі иондары катиониттан Н₂СО₃ түрінде толықтай шығарылады.

     «Аш»  регенерациялы Н-катиондау техн-сы минималды сілтілік фильтрат алуға мүмкіндік береді. Ол табиғи суларды өндеуге ұсынады.

     Алғашқы судың сапасының тұрақсыздығына пайдалану технологиясы дұрыс пайдаланбау  сілтілік денгейінің өзгеруін алдын  алу мақсатында Нөкатионды фильтрлардан кейін буферлі фильтрлар қойылады.

     И.П. Субботинамен «Аш» регенерациялы классты  табиғи суларын өндеуге арналған Гидрохимияда бұл классты суларға  басты аниондары (SO₄²-,СL-,НСО₃-)ең басты концентрацияда НСО₃ болады.Ресейдің өзендерінің 80% осы тонда жатады.