4. Сувни водород катионитли фильтрлар ёрдамида юмшатиш

КУ-2, КУ-1 ва сульфокўмирнинг Е қиймати ўзгаришига сувнинг туз миқдори ва ундаги С_НСО3^-/ А нисбатан қийматининг ортиб бориши таъсири. а-КУ -2 катионит; б-КУ-1 катионит; в- сульфакўмир;
Бу расмдаги 1_а, 1_б, ва 1_в чизиқлар орқали туз миқдори литрида 1 мг-экв, 2_а, 2_б ва 2_в туз миқдори литирида 15 мг-экв бўлган сувларни КУ-2, КУ-1 ва сульфокўмирли катионитларда юмшатиш жараёнида катионитларнинг ишчи ион алмаштириш ҳажми (Е) қандай ўзгариши кўрсатилган. Тажрибадан аниқланишича, туз миқдори ҳар литр сувда 1 дан 15 мг-экв.гача ортиб борганда КУ-2 катионитнинг Е қиймати 14% га, КУ-1 катионники эса 27% га камаяр экан. Таркибидаги бикарбонат ионлар бўлмаган сувларни юмшатишда сульфокўмирнинг Е катталиги КУ-2 ва КУ-1 нинг Е катталигига қараганда кичик бўлиб, бу катталик туз миқдори литрида 1 мг-экв. бўлган сув учун (1_в) 200 мг-экв./м³, туз миқдори 15 мг-экв.бўлган сув учун 2 марта кичик (2_в), яъни 100 мг-экв/м³ га тенг. КУ-2 ва КУ-1 катионитларнинг Е катталиги ўзгаришига сувдаги (С_НСО3^-/ А) нсбат миқдорининг ортиб бориши деярли таъсир қилмайди. Аммо бу нисбатнинг ортиб бориши сульфокўмирнинг ишчи ион алмаштириш ҳажми ошишига катта таъсир кўрсатиди, яъни сув таркибида (С_НСО3^-/ А) нсбати 0 дан 1 гача ортиб борганда сульфокўмирнинг Е катталиги туз миқдори икки хил бўлган сувларда ҳам ошиб боради. Бу ҳолат графикда 1_в ва 2_в чизиғи билан тасвирланган. Расмдан кўринадики, фильтрдан ўтаётган ҳар икки хил таркибли сувларда ҳам (С_НСО3^-/ А) нисбат қиймати 0 дан 1 гача ортиб бориши билан сульфокўмирнинг Е катталиги туз миқдори 1 мг-экв.бўлган сувда 200 мгэкв/м³ дан, туз миқдори 15 мгэкв бўлган сувда эса 100 мг-экв./м³ дан 450 мг-экв./м³ гача ортиб борар экан.
Шуни такидлаш лозимки, агарда юмшатилаётган сув таркибида НСО₃^- ионлар кўп бўлса, Н-катионитли сувнинг кислоталиги камайиб таркибида СО₂ гази кўпаяди.
НСО₃^- + Н⁺ = Н₂СО₃ = СО₂ + Н₂О
Ҳосил бўлган Н₂СО₃ парчаланиши сув рНи ўзгаришига таъсир қилмайди. Агар катионитли сув таркибида <( ) бўлса, у ҳолда НСО₃^- аниони катионитли сувдаги Н катионларини тўла нейтраллаши учун етарли бўлмайди. Натижада нейтралланмай қолган Н катионлари ҳисобига сув кислоталиги ошади. Бу ҳолат сув таркибидаги кучли каслота анионларининг /SO₄^2-, Cl^-, NO₃^-/ эквивалент миқдорига боғлиқ бўлади.
Н-катионитли сувнинг кислоталиги камайиши, яъни рНи ортиши фильтратда асосан Na⁺ катионлари концентрацияси кўпайиши натижасида содир бўлади. Чунки Н-катионитли сувдаги Н ва Na катионларининг эквивалент миқдори фильтрдан ўтаётган сувдаги кучли кислота анионларининг концентрацияси йиғиндисига тенг бўлиб, уларнинг умумий миқдори ўзгармасдир:
; мг-экв./л.
Агарда Н-катионитли сувларда С_Н= С_НСО3 - бўлса, ундай сувнинг кислоталиги 0 га тенг. С_Н> - С_НСО3 бўлса, 0 дан катта ва ниҳоят С_Н< С_НСО3- бўлса, бикарбонатли ишқорийлиги катта бўлади. Сувни Н-катионитли фильтрларда юмшатиш жараёнида таркибидаги Na⁺ катионлар концентрацияси камайиши ҳамда НСО₃^- анионлари Н⁺ катионлари билан бирикиши яни Н-катионитли сувнинг бикарбонатли ишқорийлигини ошиши, асосан фильтрат қаттиқлиги оша бошлагандан кейин бошланади.
Н-катионитли фильтрлар фильтрат кислоталиги камайиши ёки фильтратга Са ёки Na катионларидан бири ўта бошлаши билан регенерациялаш учун тўхтатилади. Н-катионитларнинг ишчи ион алмаштириш қобилиятини қайта тиклаш учун регенерация реагенти сифатида H₂SO₄ ёки HCl кислотанинг суюлтирилган эритмаси ишлатилади. Уларни регенерациялашда яйратиш, регенерация эритмасини фильтрдан ўтказиш ва катионитларни ювиш операциялари Na-катионитли фильтрлардаги каби амалга оширилади.
Н-катионитли фильтрлар H₂SO₄ кислотаси билан регенерация қилинганда, катионитда ютилган катионларнинг кислота таркибидаги Н катионлари билан алмашиниши қуйидаги реакциялар натижасида содир бўлади.
R₂ICa^-+2H⁺=2RIH+Ca²⁺
R₂IMg^-+2H⁺=2RIH+Mg²⁺
RINa^-+H⁺=RIH+Na⁺
Регенерацияланиш жарёни молекуляр кўринишда қуйидагича ёзилади:
R₂ICa+H₂SO₄ =2RIH+CaSO₄
R₂IMg+H₂SO₄ =2RIH+MgSO₄
2RINa+H₂SO₄ =2RIH+Na₂SO₄
Н-катионитли фильтрларни H₂SO₄ эритмаси билан регенерациялашда кислота концентрацияси муҳим роль ўйнайди. Юқорида келтирилган реакция тенгламаларидан кўринадики, ҳосил бўлган СаSO₄ сувда кам эрувчан бирикма бўлганлиги учун регенерация жараёнида Са ва SO₄^2- ионлар концентрацияси йиғиндиси, СаSO₄ нинг эрувчанлик кўпайтмасидан ортиб кетса: яъни бўлса, катионит доначалари оралиғида СаSO₄ нинг қаттиқ ҳолатдаги кристалл бирикмалари ҳосил бўлиши бошланади. Ҳосил бўлган бу кристаллар катионит доначаларининг ўзаро бир-бири билан ёпишиб қолишига сабаб бўлади. Сув тозалаш соҳасидаги адабиётларда катионитларнинг бундай ҳолатини “гипсланиш” ҳолати дейилади. Катионит доначаларнинг “гипсланиши” фильтрнинг гидравлик қаршилигини ва уни ювишда сарфланадиган сув миқдорини оширади. Натижада регенерация жараёнида катионитнинг ишчи ион алмаштириш ҳажми тўла тикланмайди. Регенерация жараёнида катионит доначаларининг “гипсланиши” асосан қуйидаги сабабларга, яъни кислота концентрациясига ва кислотанинг фильтрдан ўтиш тезлигига боғлиқ. Регенерациялаш жараёнида катионит қатламининг “гипсланишига” йўл қўймаслик учун амалда кўп қўлланиладиган асосий усуллардан бири, Н-катионитли фильтрларни икки босқичда регенерациялашдир. Бу усулда, биринчи босқичда фильтрдан H₂SO₄ нинг суюқроқ 0,5-2% ли эритмаси ўтказилиб, катионитда ютилган Са ва Mg катионларнинг асосий қисми Н катионлар билан алмашингандан сўнг, регенерация жараёни юқори даражада бўлиши учун иккинчи босқичда катионитдан H₂SO₄ нинг қуюқроқ концентрацияли 3-4% ли эритмаси ўтказилади.
Фильтрдан H₂SO₄ нинг 0,5-2% ли эритмаси ўтиш жараёнида ҳосил бўлган Са⁺ ва SO₄^2- ионлар концентрацияси йиғиндиси СаSO₄ нинг эрувчанлик кўпайтмасидан катта бўлмаслиги сабабли катионит таркибида СаSO₄ нинг қаттиқ кристаллари ажралиб чиқишига имконият яратилмайди. Лекин бу методда айрим камчиликлар мавжуд, булардан биринчиси регенерациялаш учун сарфланадиган эритманинг миқдори бирмунча кўпайади; иккинчиси эритманинг фильтрдан ўтиш вақти узайиши ҳисобига унинг ишламаган ҳолати кўпроқ бўлади, учинчиси, регенерацияга H₂SO₄ нинг қанчалик суюлтирилган эритмаси ишлатилса Н-катионитли фильтрларнинг ишчи ион алмаштириш ҳажми тикланиши шунчалик кичик бўлади ва сув тозалаш қобилияти ҳамда унумдорлиги пасайади. Регенерация жараёнида СаSO₄ нинг қаттиқ бирикмаси ҳосил бўлмаслиги учун қандай концентрацияли эритма ишлатиш мумкинлигини аниқлаш мақсадида ўтказилган тажрибалар натижалари кўрсатишича, регенерациялаш учун энг қулай эритма Н₂SO₄ нинг 0,75% ли эритмаси эканлиги аниқланган. Аммо бундан суюқ концентрацияли эритма ишлатилганда Н-катионитнинг ишчи ион алмаштириш ҳажми тўла тикланмай регенерация даражаси кичик бўлади. Аксинча қанчалик юқори концентрацияли эритма ишлатилганда регенерация жараёнида СаSO₄ нинг ўта тўйинган эритмаси тез ҳосил бўлиши сабабли, катионит таркибида бу бирикманинг кристалланиши шунчалик тезлашади. СаSO₄ нинг кристалланиш тезлиги регенерация эритмаси ҳароратига ва эритманинг катионит қатламидан ўтиш тезлигига ҳам боғлиқ. Эритма ҳарорати қанча паст бўлиб, унинг катионитдан ўтиш тезлиги қанча секин бўлса, СаSO₄ нинг қаттиқ ҳолатда эритмадан ажралиб чиқиши ва бу бирикма таъсирида катионит қатламиларининг бир-бирига ёпишиб қолиш ҳоллари шунча тез бўлади. Шу сабабли эритманинг фильтрдан ўтиш тезлиги ва катионит билан тўқнашиш вақти тажрибада аниқланишича ўта тўйинган эритмадан СаSO₄ нинг кристаллари ажралиб чиқиш вақтидан кам бўлиши керак.
Н-катионитли фильтрларни регенерация қилиш учун хлорид кислота эритмаси ишлатилганда регенерация жараёни қуйидаги реакциялар асосида боради:
R₂ICa+2HCl=2RIH+CaCl₂
R₂Img+2HCl=2RIH+MgCl₂
Бу реакциялардан кўринадики, регенерация жараёнида Са ва Mg катионларининг сувда яхши эрийдиган CaCl₂ ва MgCl₂ тузлари ҳосил бўлади. Бу тузлар регенерация эритмаси билан биргаликда, ҳамда катионитни ювиш даврида фильтрдан осон оқиб чиқади.
Шу сабабли HCl ишлатилганда Н фильтрларни босқичли регенерация қилиш талаб қилинмайди. Аммо HCl кислота Н₂SO₄ кислотага қараганда учувчан ҳамда ўткир ҳидли бўлганлиги сабабли, инсон саломатлигига салбий таъсир этади. Шу сабабли HCl кислотаси сув тозалаш қурилмаларида Н-катионитли фильтрларни регенерация қилиш учун кенг кўламда қўлланилмайди.


Назорат саволлари:

1. 
   Н- катионитли фильтрларнинг турлари ва уларнинг ишлатилиш соҳалари.
   
2. 
   Н- катионитли фильтрлар ёрдамида сувни қандай катионлардан тозалаш мумкин?
   
3. 
   Н- катионитли фильтрларни регенерация қилиш технологияси.
   
4. 
   Сувни кетма-кет ва параллел ишлатиладиган Н ва Na катионитли фильтрларда юмшатиш усуллари.
   
5. 
   Н ҳамда Na катионитли қурилмаларнинг турлари.