Щелочноземельные металлы (Be, Ca, Mg, Sr)

Очистка воды от щелочноземельных металлов

Щелочноземельные элементы являются двухвалентными катионами. Кальций и магний широко распространены в грунтовых водах в результате фильтрации воды через отложения содержащих их минералов, таких как известняк, мел и доломит.

Среди щелочноземельных элементов наибольшее внимание уделяется кальцию и магнию в силу их обычного присутствия в грунтовых водах. Вода с высокой концентрацией этих минералов называется «жесткой водой» и создает проблемы, так как образует накипь на оборудовании и в трубопроводах. Для удаления кальция и магния (а также других щелочноземельных элементов) может применяться ряд методов разделения.

Умягчение по Na⁺ иону

Ионный обмен по натриевому циклу является наиболее широко применяемой технологией для промышленного умягчения воды, например, для подготовки воды для низконапорных котлов и предварительной обработки перед обратным осмосом с целью защиты мембран. Этот метод также широко используется в сферах ЖКХ: гостиницы и жилые дома, для защиты трубопроводов горячей воды и снижения расхода моющих средств. В этом процессе вода контактирует с сильнокислотной катионообменной смолой в натриевой (Na⁺) форме, где ионы жесткости кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺) обмениваются на более растворимые ионы натрия.

Умягчение/декарбонизация по иону водорода (H⁺)

Когда исходная вода имеет высокий уровень карбонатной (CO₃^2-) или бикарбонатной (HCO₃^-) щелочности, связанной с ионами жесткости кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺), может применяться высокоэффективный ионообменный процесс по водородному (H⁺) циклу для умягчения воды. Этот процесс также называется декарбонизацией, так как удаляет щелочность вместе с ионами жесткости. Процесс особенно хорошо подходит для использования перед системами обратного осмоса или двухступенчатого ионного обмена для деминерализации.

Нанофильтрация (мембранное умягчение)

Термин «мембранное умягчение» относится к процессу водоподготовки, в котором используется технология нанофильтрации (НФ) для снижения жесткости. Как и обратный осмос (ОО), НФ является процессом разделения, движущей силой которого служит давление; он использует полупроницаемую мембрану и принципы кросс-флоу фильтрации. Мембранное умягчение с использованием НФ-мембран является вариантом, когда высокая степень задержания солей не требуется или даже нежелательна. НФ-мембраны избирательно задерживают ионы жесткости, частично деминерализуя воду и удаляя 10–90% растворенных солей. Удаление жесткости с помощью НФ может составлять от 50 до 97% в зависимости от выбранной мембраны. НФ-процессы работают в диапазоне 5,2–10,3 бар, что делает их экономичным вариантом для умягчения воды.

Десолейзация (обессоливание) сиропов

Неорганические и белковые примеси содержатся в крахмальных подсластителях как из природных источников, так и в виде добавленных вспомогательных средств обработки. Эти примеси необходимо удалять для обеспечения качества и оптимизации последующих стадий обработки.

Десолейзация глюкозных сиропов способствует повышению качества продукции и необходима для изомеризации глюкозы во фруктозу при производстве кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (ВФС). Хотя кальций (Ca) и необходим для ферментативного превращения крахмала в глюкозу, он также дезактивирует фермент глюкозоизомеразу в процессе изомеризации, что делает обессоливание глюкозы критически важным при производстве ВФС. Фруктозные сиропы также необходимо умягчать по схожим причинам: хотя магний (Mg) необходим для процесса изомеризации, он может загрязнять последующие хроматографические сорбенты для обогащения.

Декальцинация (обескальцивание) тонкого сока свекловичного сахара

Разбавленный раствор сахарозы, также называемый тонким соком, получаемый из сахарной свеклы, содержит природные минералы. Ионы кальция (Ca) или известковые соли в этом тонком соке могут создавать накипь на поверхностях теплообмена испарительного и кристаллизационного оборудования, что ведет к росту энергетических и эксплуатационных затрат и снижению загрузки активов. Декальцинация этого тонкого сока с помощью ионного обмена доказала свою эффективность. Кроме того, декальцинированная меласса улучшает извлечение сахара при хроматографической переработке.

Умягчение рассола для хлор-щелочного электролиза

Использование функционализированных мембран, состоящих из фторированного полимерного субстрата с карбоксильными или сульфокислотными функциональными группами, для хлор-щелочного электролиза предъявило гораздо более строгие требования к чистоте рассола. Мембрана избирательно пропускает миграцию натрия и гидратированных ионов натрия из анодной камеры в катодную. Присутствие примесей, таких как кальций, магний, стронций, барий, оксид алюминия, диоксид кремния, сульфат и йод, попадающих в систему с солью, разбавляющей водой и используемыми химикатами, может сокращать срок службы мембран или повреждать электроды. Это приводит к повышенному потреблению энергии и более высокой стоимости замены мембран. На рынке существуют селективные ионообменные смолы для получения высокочистых рассолов, защищающие чувствительные и дорогостоящие электролизные мембраны.

Добыча тяжелой нефти (умягчение для паронагнетания)

Низконапорный пар закачивается в пласты для снижения вязкости и повышения нефтеотдачи тяжелых нефтей и битумов. Типичные объемы закачки составляют 2 барреля пара на 1 баррель нефти. Требуется водоподготовка для защиты котлов и прямоточных парогенераторов, а также для сброса попутно добываемой воды. Умягчение попутной воды с высоким содержанием растворенных твердых веществ широко применяется для производства такого пара. ООО "Мегафильтр" предлагает ряд ионообменных продуктов для этого процесса, а также технологии пакетированных слоев UPCORE™ и AMBERPACK™ для удовлетворения потребностей в водоподготовке для термических методов повышения нефтеотдачи (ПНД).

Анализ воды на жёсткость. Анализ состояния ионообменных материалов

В химической лаборатории нашей организации выполняется не только анализ воды на жёсткость, но и определяется содержание щелочноземельных металлов по отдельности, точными методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и капиллярного электрофореза.

Обменные свойства ионообменных материалов (смол, ионоселективных мембран) со временем снижаются из-за необратимого загрязнения органическими веществами и оксидами металлов. Это приводит снижению качества очищенной воды, к снижению фильтроцикла и перерасходу реагентов на регенерацию. Для определения статической (полной) и динамической обменных ёмкостей катионитов и анионитов мы проводим анализ ионообменных смол по ГОСТ 20255, ГОСТ 10898. Так же определяется степень загрязнения материалов органическими соединениями по СТО 00129840.34.37.009-2019.