Обессоливание воды ионитами. Удельная электропроводность растворов электролитов. Порядок определения удельной электропроводности растворов и эффективности процесса обессоливания

1 Обессоливание воды ионитами

Ионообменный метод опреснения или обессоливания воды основан на последовательной фильтрации ее через Н⁺- катионитовый и ОН^-, СО₃^2- или НСО₃^-- анионитовый фильтр. В Н⁺- катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Сa²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Fe³⁺ и другие, обмениваются на катионы Н⁺ согласно уравнениям (3)-(5):

После пропускании воды через Н⁺- катионовые фильтры, анионы образовавшихся кислот обмениваются на гидроксид-, карбонат- либо гидрокарбонат-ионы на ОН^--анионовых (или других) фильтрах по уравнениям (6)-(8):

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов углекислый газ удаляется в дегазаторе или разбрызгиванием в градирнях. На ионообменные установки подается вода, содержащая более 3 г/л соли, при этом содержание сульфатов и хлоридов не должно превышать 0,5 г/л, взвешенных веществ должно быть до 8 мг/л, цветность – до 30 ˚, перманганатная окисляемость – до 7 мг О/л. При большей окисляемости и цветности следует предусмотреть предварительное фильтрование через фильтр с активированным углем.

Изучение процесса обессоливания в лабораторных работах проводится на двух ионообменных колонках, заполненных специально подготовленными катионитом и анионитом. В исследуемой воде предварительно определяют солесодержание, мутность и величину перманганатной окисляемости. При превышении величины мутности проводят предварительное осветления коагулированием и снижение окисляемости углеванием. Контроль за эффективностью обессоливания проводят либо по величине общего солесодержания, либо по величине удельной электропроводности.

Цель работы – провести обессоливание морской воды ионообменным методом и оценить эффективность процесса обессоливания по изменению электропроводности раствора морской воды.

Ход работы

Проба воды, подготовленная соответствующим образом (по мутности и окисляемости), в объеме 200-300 мл последовательно фильтруется через катионит в Н⁺ - форме и анионит в ОН^- или HCO₃^- - форме. Скорость фильтрования устанавливается на уровне одна капля в секунду. Первые порции фильтрата (20-30) мл отбрасываются. После окончания фильтрования через анионит проводят определение солесодержания либо удельной электропроводности. Остаточное солесодержание при ступенчатом (одноступенчатом в данном случае) ионировании должно составить около 20 мг/л, что соответствует удельной электропроводности 35-45 мкОм^-1·см^-1. После окончания фильтрования проводят регенерацию ионообменников растворами соляной кислоты (5 %-ный раствор), щелочи или соды. Расход воды на промывку ионита принимают 10 м³/м³ ионита.

Удельная электропроводность растворов электролитов

Растворы кислот солей и оснований обладают способностью проводить электрический ток. Переносчиками тока в растворах электролитов являются катионы и анионы, которые образуются в результате их электролитической диссоциации. Подобно проводникам первого рода (металлам) растворы электролитов подчиняются закону Ома (уравнение 3):

Удельная электропроводность рассчитывается по уравнению (4):

Удельная электропроводность электролита является величиной обратной сопротивлению столба раствора длиной 1 см с площадью поперечного сечения в 1 см². Измеряется удельная электропроводность в См/м или ом^-1 см^-1.

Специфическая особенность растворов электролитов состоит в том, что проводящая способность зависит от индивидуальных свойств ионов, от концентрации их общего числа в единице объема раствора, поэтому электропроводность определяется концентрацией растворов.

В связи с тем, что величина удельной электропроводности сильно зависит от концентрации, пользуются величиной удельной электропроводности, отнесенной к молярной концентрации эквивалента, обозначаемой λ_v. Отношение æ/с называют эквивалентной электропроводностью. Уравнения (5)-(7) связывают удельную и эквивалентную электропроводности: