Слабокислотные катионообменники для умягчения, удаления железа и pH модификации

В этой уникальной технологии для повышения качества воды используется специальный катионит для одновременного выполнения трех задач: модифицирования pH воды, умягчения и удаления растворённого железа и марганца. Катионит, используемый для этих целей, относится к слабокислотным катионообменным смолам или карбоксильным ионообменникам. Этот продукт описан в главе «Слабокислотное катионирование».

Есть два основных класса катионообменников. Сильнокислотный катионит (первый класс) используется в умягчителях воды, регенерируемых солью. Эта же смола может регенерироваться кислотой на первом этапе процесса деионизации. Слабокислотные катиониты, относящиеся ко второму классу, выполняют такие же функции, что и сильнокислотные катиониты. Однако, все слабокислотные катиониты должны первоначально регенерироваться минеральной кислотой. Затем, при использовании в специализированных многоцелевых установках, они должны регенерироваться второй раз щелочным регенерирующим раствором для получения натриевой формы смолы. Другими словами, слабокислотные катиониты не могут регенерироваться только солью. Из-за своей специфической природы и сложности регенерации слабокислотные катиониты не применяются широко для очистки воды в бытовых условиях. Данный трёхэтапный процесс чаще применяется в портативных обменных системах для обработки воды в коммунальных и коммерческих структурах.

В натриевой форме (Na⁺) слабокислотные катиониты функционируют, в основном, таким же образом, как и
сильнокислотные катиониты, при обмене ионов кальция, магния, растворённого железа и марганца, а также растворённых ионов свинца, меди, цинка и кадмия. Емкость слабокислотных катионитов намного выше, чем сильнокислотных. Кроме того, карбоксильная смола, благодаря высокому сродству с ионами водорода, отделяет ионы Н⁺ от растворённого углекислого газа, существующего в воде в виде угольной кислоты Н₂СО₃. Смола осуществляет обмен иона Н⁺ на ион натрия (Na⁺), даже если кальций и магний присутствуют на поверхности зерен слабого катионита. СО₃ в свою очередь, завершает реакцию с образованием Na₂CO₃, или карбоната натрия. Селективность слабокислотных и сильнокислотных катионитов может быть выражена следующим образом:

Слабокислотный катионит, забирая Н⁺ ионы из карбоксильной кислоты, превращается в водородную форму, приводя при этом к нейтрализации или повышению низких значений pH.

Чтобы регенерировать слабокислотный катионит до натриевой формы, необходимо осуществить процесс, состоящий из двух этапов. Для регенерации в промышленных установках слабокислотную смолу сначала обрабатывают минеральной соляной кислотой, для того, чтобы «сбросить» со смолы все осевшие катионы. За этим этапом следует щелочная регенерация каустической содой (гидроксидом натрия), которая превращает смолу в натриевую форму. Это стандартная процедура, используемая для рециклизации ионообменных материалов. Альтернативным методом является регенерация слабокислотного ионообменника лимонной кислотой, за которой следует обработка щёлочью с использованием смеси хлорида натрия и кальцинированной соды (карбонат натрия). Это метод приемлем для небольших автономных устройств, используемых в домашних условиях.

Слабокислотные катиониты восприимчивы к нагреванию и наиболее эффективны при температуре воды выше 55°F (12,8°С), смола этого типа также чувствительна к потоку, скорость которого должна быть ограничена 3,0 - 4,0 галлонами в минуту/куб. фут (11-15 л/мин/ куб. фут). Кроме того, эта смола способна увеличиваться в объёме или сжиматься в течение водородного, кальциевого и натриевого циклов, поэтому при выборе корпуса фильтра следует принять во внимание возможное изменение физического состояния смолы.