Сорбция кремниевой кислоты
Кремневая кислота относится к самым слабым минеральным кислотам, соли которых присутствуют в природной воде. Кремневую кислоту могут сорбировать только сильноосновные аниониты с активными группами типа четвертичных аммониевых оснований. В анионите АВ-17 и его аналогах не все функциональные группы относятся к этому типу. Поэтому емкость по кремневой кислоте составляет только часть общей емкости. Так, динамическая емкость смолы АВ-17-8 по сильноосновным группам составляет 690 экв/м3, а полная емкость — 1100 экв/м3.
В процессе обессоливания кремневую кислоту вытесняют все другие, в том числе и угольная. При сорбции имеет место практически полное хромато-графическое отделение слоя, насыщенного соляной кислотой, от слоя, заполненного ионами кремневой кислоты. Это облегчило вывод уравнения, описывающего удельную рабочую обменную емкость сильноосновного анионита в фильтре смешанного действия в зависимости от присутствия конкурирующих ионов.
Суммарная емкость анионита АВ-17-8 по анионам слабых кислот находится в пределах 500—600 экв/м3. Соответственно затраченные щелочи, не превращенные в соли угольной и кремневой кислот, используются на регенерацию слабоосновного анионита на I ступени обессоливания. Указанная емкость может быть положена в основу расчета фильтра со смешанным слоем ионитов. Например, если на фильтр подается вода с содержанием 0,2 мэкв/л угольной и 0,2 мэкв/л кремневой кислоты (или 15 мг/л), смешанный слой, в котором 1 м3 анионита АВ-17-8, может очистить 500 : 0,4 = 1250 м3 воды.
Катионит фильтра смешанного действия всегда имеет некоторую избыточную емкость, если его объем составляет У2 или даже У3 объема анионита. Поэтому катионит не будет лимитировать процессы деминерализации на фильтре, и его емкость можно не рассчитывать. Регенерируют катионит в фильтре смешанного действия при расходе кислоты 1,5—2,0 экв/экв. Избыток кислоты утилизуется для удаления из анионита фильтра смешанного действия сорбированных ионов НСО3. В таких условиях фильтрат представляет собой высокоомную воду; проскок кремния в зависимости от срока эксплуатации анионита АВ-17 колеблется в пределах 0,05—0,20 мг/л.
При более глубоком удалении кремния необходимо учитывать гидролиз анионита, не полностью отрегенерированная часть которого равномерно распределена по всему смешанному слою. Расчет такого процесса, как отмечалось ранее, затруднителен, а потому влияние гидролиза кремневой формы анионита на качество обессоленной воды определяется экспериментально. Опыты проводили на смешанном слое ионитов КУ-2-8чС и АВ-17-8чС, взятых в объемном соотношении 1 : 2. Неполнота регенерации анионита по ионам кремневой кислоты моделировалась следующим образом. Через смесь ионитов соответственно в Н- и ОН-формах пропускали Н-катионированный раствор силиката натрия, содержащего 30 мг/л ионов кремневой кислоты, с таким расчетом, чтобы на каждый 1 мл анионита приходилось 0,4, 0,2, 0,15, 0,10, 0,05 и 0,02 мэкв ионов.
Смесь ионитов извлекали затем из колонок с помощью «обескремненной» воды, хорошо перемешивали и снова заполняли колонки. Таким образом, достигали равномерного распределения ионов по высоте смешанного слоя. Через подготовленные колонки со смешанным слоем со скоростью 20 м/ч пропускали высокоомную воду, содержащую 0,5 мг/л кремневой кислоты (имитация глубокого «обескремнивания» после одноступенчатого обессоливания).
Проведенные исследования показали, что, как и при получении воды, свободной от бикарбонат-ионов, необходимая полнота регенерации анионита от гидролизующейся солевой формы резко возрастает с увеличением заданной степени удаления из воды кремния. В отличие от бикарбонатной формы, требуемая полнота регенерации ионита, насыщенного кремневой кислотой, не может быть достигнута обработкой анионита кислотой. Из-за образования в фазе ионита полимерных форм кремневых кислот требуется обработка горячей щелочью или другими реагентами, разрушающими полимерную кремневую кислоту.