Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Uzdatnianie wody do celów przemysłowych

„Odmineralizowanie wody”

Warszawa, 17.04.2013

Ćwiczenie wykonali:

Anna Soczyńska

Karolina Nagel

Katarzyna Skierkowska

Katarzyna Morawska

Cezary Mleczek - Połoczański

1. Wstęp teoretyczny

Odmineralizowanie wody na jonitach opiera się na wykorzystaniu zjawiska

wymiany jonów pomiędzy substancją stałą (jonitem) a otaczającym ją roztworem

(uzdatnianą wodą). Ważne jest aby zachodzący proces był odwracalny i nie

powodował znacznych zmian w strukturze ciała stałego. Jonity dzielimy w zależności

od rodzaju usuwanych z wody jonów na: kationity (wymieniają kationy) i anionity

(wymieniają aniony).

Odmineralizowanie jest procesem, w wyniku którego usuwamy z wody wszystkie

zawarte w niej sole. W odniesieniu do wymiany jonowej odmineralizowanie wody

polega na zamianie zawartych w niej kationów na jony wodorowe (z kationitu) oraz

jony wodorotlenowe (z anionitu). W zależności od użytego układu technologicznego

można uzyskać odmineralizowanie całkowite lub częściowe (bez usuwania

krzemionki).

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia było przebadanie przebiegu procesu odmineralizowania wody w

układzie szeregowym składającym się z kationitu silnie kwaśnego w formie

wodorowej, słabo zasadowego anionitu w formie wodorotlenowej oraz anionitu silnie

zasadowego w formie wodorotlenowej.

Zakres ćwiczenia obejmował:

· Przeprowadzenie procesu demineralizacji wody w zadanych warunkach

· Analizę właściwości wody przed i po uzdatnianiu

1. Metodyka

Proces odmineralizowania prowadzony był na trzech jonitach pracujących

szeregowo. Woda uzdatniana była kolejno na:

· Kationicie silnie kwaśnym pracującym w cyklu wodorowym

· Anionicie słabo zasadowym pracującym w cyklu wodorotlenowy

· Anionicie silnie zasadowym pracującym w cyklu wodorotlenowy

Prędkość filtracji na wszystkich jonitach wynosiła 6 m/h.

W surowej oraz uzdatnionej wodzie po każdym z jonitów oznaczano: twardość,

Zasadowość „f” i „m”, kwasowość ogólną i mineralną, pH, CO₂, Cl^-, SiO₃^2- oraz przewodność

elektryczną.

4. Otrzymane wyniki

Otrzymane wyniki przedstawiono w postaci tabelarycznej:

Oznaczenie	Jednostka	Surowa	Po KtH+	Po An słabym	Po An mocnym
pH	-	7,4	2,91	5,09	9,9
Twardość og.	mval/l	4,25	0,2	-	-
Zasadowość "f"	mval/l	0	0	0	0,1
Zasadowość "m"	mval/l	2,2	-	0,2	0,25
Kwasowość og.	mval/l	0,5	5,05	1,5	0
Kwasowość min.	mval/l	-	3,5	0	0
CO2	mg/l	13,2	209	66	0
Cl^-	mg/l	58,6	-	8,88	5,32
SiO3^2-	mg/l	11,2	-	-	1
Przewodność	μS/cm	535	1280	18	0,28

5. Analiza wyników. Wnioski.

Niski poziom zasadowości i kwasowości w uzdatnianych próbkach wody wodociągowej wynikać może z faktu, że udział w wodzie surowej miały wody roztopowe, w których wskaźniki te są znacząco niższe.

1. Kationit pracujący w cyklu wodorowym:

- Twardość ogólna po kationicie wystąpiła i wyniosła 0,2 mval/l, wynik ten może wskazywać na potrzebę regeneracji jonitu gdyż twardość po tym etapie procesu nie powinna wystąpić.

- kwasowość mineralna wrasta (z 0 do 3,5 mval/l), gdyż po kationicie wodorowym pojawiają się silne kwasy mineralne: kwas solny i kwas siarkowy

- kwasowość ogólna wzrasta, w wyniku wzrostu kwasowości mineralnej

- w wyniku znacznego wzrostu kwasowości oraz spadku pH do wartości

2,91, nie odnotowujemy występowania zasadowości

- pH spada w znacznym stopniu (z 7,40 do 2,91), ponieważ następuje wymiana

kationów z wody na jony H⁺ oraz powstają silne kwasy mineralne

- Zawartość CO₂ wzrasta w wyniku rozkładu węglanów występujących w wodzie surowej.

- Zawartość jonów Cl^- oraz SiO₃^2- nie była oznaczana, ponieważ w tym procesie jednostkowym nie są one usuwane

- Przewodność elektryczna po pierwszej fazie procesu wzrosła do poziomu 1280 μS/cm. Wzrost przewodności mógł wynikać z wzrostu ilości jonów H⁺ wykazujących lepsze przewodzenie prądu niż jony które one zastąpiły.

2. Anionit słabo zasadowy

- pH rośnie w wyniku pojawienia się w roztworze jonów OH^- pochodzących z anionitu oraz tworzenia zasad. Z tego samego względu kwasowość ogólna wody maleje.

- stężenie jonów Cl^- maleje w wyniku reakcji wymiany zachodzącej w kontakcie

z anionitem słabo zasadowym

-po tej fazie procesu zawartość CO₂ spada do wartości 66mg/l

- przewodność elektryczna ulega znacznej redukcji do wartości 18 μS/cm, ponieważ usuwane są zawarte w wodzie sole. Jony H⁺ i OH^- wchodzą w reakcje w których powstaje woda.

3. Anionit silnie zasadowy

- zasadowość oraz pH rośnie w wyniku pojawienia się w roztworze jonów OH^- pochodzących z anionitu. Pojawia się zasadowość alkaliczna. Z tego samego względu kwasowość ogólna wody maleje do zera.

- stężenie jonów Cl^- maleje w wyniku reakcji wymiany zachodzącej w kontakcie

z anionitem silnie zasadowym

- stężenie jonów SiO₃^2- ulega redukcji w wyniku działania silnie zasadowego

Anionitu

-zawartość CO₂ maleje w tej fazie procesu do zera, co wpływa na wzrost wartości pH do 9,9

- przewodność elektryczna w dalszym ciągu spada, ponieważ w trakcie procesu jony H⁺ i OH^- wchodzą w reakcje w których powstaje woda

Wnioski:

Zastosowanie układu szeregowego trójstopniowego miało na celu uzyskanie pełnego

odmineralizowania. Jak widać w tabeli wyników cel ten nie został osiągnięty, w

uzdatnionej wodzie nadal występują jony Cl^- oraz SiO₃^2-, a także twardość. Można stąd wysnuć wniosek, że złoże jonitowe może wymagać regeneracji.