Один из важнейших методов подготовки природной воды для промышленных нужд, и прежде всего для нужд ТЭЦ и АЭС, а также водогрейных котельных — это умягчение воды — удаление ионов кальция и магния из воды. Наиболее распространенный способ умягчения воды — технология ионного обмена, в частности технология натрий-катионирования воды. Умягчение воды — одна из современных областей применения ионообменных технологий.
Этот метод основан на способности катионообменных материалов обменивать на ионы кальция и магния катионы других веществ, соли которых не образуют накипь на теплонапряженной поверхности (трубные экраны котлов, теплообменники, поверхности жаротрубных котлов). Веществ таких немало, но в связи с доступностью, относительной дешевизной и наименьшей токсичностью ионы жесткости обменивают на ионы натрия, при этом для регенерации катионита используют хлорид натрия. Кроме того, образующиеся в этом случае продукты регенерации — CaCl2, MgCl2 — хорошо растворимы в воде, в отличие, например, от СаСО3 (регенерация карбонатом натрия (Na2CO3) или CaSO4 (регенерация сульфатом натрия (Na2SO4)).
Замена ионов кальция и магния ионом натрия гарантирует отсутствие накипеобразований на греющих поверхностях котлов и теплообменников. По мере пропускания воды через слой катионита количество ионов натрия, способных к обмену, уменьшается, а количество ионов кальция и магния, задержанных в катионите, возрастает, то есть катионит «истощается». Тогда его следует регенерировать — пропустить через слой катионита крепкий раствор хлорида натрия, в результате чего обменная способность катионита восстанавливается.
Вследствие обратимости процесса ионного обмена обеспечивается возможность регенерации катионита 5–10%-м раствором хлорида натрия. Концентрация иона натрия в растворе при этом заведомо намного больше концентрации ионов кальция и магния в катионите.
В процессе регенерации катионы натрия будут поглощаться катионитом, а взамен в раствор будут поступать катионы жесткости: