Обработка воды методом ионного обмена.

В технологии водоподготовки для удаления определенных ионов из воды применяют два процесса:

1) катионирование — удаление катионов и

2) анионирование—удаление анионов.

 

В зависимости от обменного иона процессы и аппараты получают названия:

1) Н-катионирование, Н-катионитный фильтр;

2) ОН-анионирование, ОН-анионитный фильтр и т. п.

 

Соответ­ственно называется и фильтрат, полученный в этих процессах: Н-катионированная вода; ОН-анионированная вода и т. п.

Процессы катионирования воды могут иметь вполне самосто­ятельное значение (для умягчения воды), в то время как процессы анионирования применяются лишь в комплексе с катионированием (в схемах обессоливания воды). Процессы ионирования осуществляют в различных аппаратах, но наиболь­шее распространение получили насыпные ионитные фильтры.

 

Na-катионирование. Этот процесс применяется для умягчения воды и имеет самостоятельное значение при подготовке воды малой щелочности для котлов низкого давления и подпитки воды теплосетей. При Na-катионировании воду пропускают через слой катионита, находящегося в исходном состоянии в Na-форме. При этом процессе происходит удаление из воды ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в обмен на эквивалентное количество ионов Na⁺ согласно следующим реакциям:

 

2R/Na ⁺ +Ca^{2 +} ↔R₂/Ca²⁺+2Na ⁺; (1)

2R/Na⁺ + Mg^{2 +} ↔R₂/Mg²⁺+2Na ⁺, (2)

 

где R обозначает комплекс матрицы и функциональной группы без обменного иона (его принято считать одновалентным).

Из приведенных реакций видно, что анионный состав воды при Na-катионировании остается постоянным, поэтому и сум­марная концентрация катионов, участвующих в этом процессе, также остается постоянной.

Однако массовая концентрация катионов в растворе несколько возрастает, поскольку эк­вивалентная масса иона натрия выше эквивалентных масс ионов кальция и магния. Так, при обмене ионов Са²⁺ на ионы Na⁺ солесодержание воды возрастает в 46/40 раз, поскольку вместо одного сорбированного иона Са²⁺ в раствор поступают два иона Na ⁺. Тот же пересчет при сорбции ионов магния даст увеличение солесодержания в 46/24 раза.

 

 

Таким образом, солесодержание Na-катионированной воды несколько выше солесодержания исходной. Поскольку при Na-катионировании не происходит изменения анионного со­става примесей воды, щелочность ее не изменяется. Остаточная жесткость фильтрата определяется условиям регенерации кати­онита и в лучшем случае составляет не более 5 мкг-экв/кг.

Процесс умягчения при Na-катионировании заканчивается при допустимом значении жесткости фильтрата или при наступ­лении проскока жесткости.

Ха­рактер изменения качества фильтрата показан на рис. 3.5, из которого видно, что площадь, ограниченная выходной кривой, исходной жесткостью Ж^исх₀ и ко­личеством воды Q_pa6 за рабочий цикл, выражает рабочую обмен­ную емкость всего объема кати­онита V_кат, находящегося в фильтре. Рабочую обменную емкость Е_р, г-экв/м³, катионита можно определить (при Ж_ост = 0) так:

 

(3)

 

Из рис. 3.5 видно также, что рабочая обменная емкость существенно зависит от вида выходной кривой Na-катионитного фильтра, т. е. от остроты фронта фильтрования.

Регенерация истощенного катионита производится пропус­ком через него раствора поваренной соли. Реакцию регенерации катионита раствором NaCl можно записать в следующей форме:

 

 

R₂/Ca²⁺ +nNa⁺ ↔2R/Na⁺+Ca²⁺ +(n-2)Na⁺ (4)

R₂/Mg²⁺ +nNa⁺ ↔2R/Na⁺+Mg²⁺ +(n-2)Na⁺ (5)

где п —избыток NaCl против его стехиометрического ко­личества.

Так как для регенерации используют технические реагенты, содержащие посторонние примеси (в нашем случае Са^{2 +} и Mg²⁺), то хорошо отрегенерировать фильтр не удается. Кроме того, качество регенерации существенно зависит от проявления так называемого противоионного эффекта. При ограниченном расходе соли на регенерацию лучше будут отрегенерированы участки слоя катионита, встречающиеся со свежим раствором. По мере прохождения раствора в глубь слоя условия регенерации будут ухудшаться вследствие повыше­ния концентрации ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в регенерационном растворе и его обеднения по ионам Na ⁺. Это явление носит название противоионного эффекта. Такой эффект возникает и в процессе умягчения исходной воды. Регенерацию ионита можно проводить несколькими способами, которые отличаются друг от друга сочетанием направления потока регенерационного раствора и воды.

Если регенерационный раствор проходит слой ионита в том же направлении, что и поток воды, то это прямоточная регенерация. Такая регенерация создает самые невыгодные условия для процесса умягчения, так как при этом особенно хорошо регенерируется первый по ходу воды верхний участок слоя и плохо нижний слой ионита (рис. 3.6, а), поэтому на выходе из слоя катионита умягчаемая вода, в которой резко понижена концентрация ионов жесткости, проходит через участки плохо отрегенерированного катионита и, следователь­но, не может глубоко умягчаться. Более того, это обсто­ятельство может привести в начале цикла даже к переходу некоторой части ионов жесткости из катионита в воду.

При противоточной регенерации регенерационный раствор подается в направлении, противоположном направлению

 

потока воды (рис. 3.6,6). При этом свежий регенерационный раствор хорошо регенерирует нижний слой ионита, что позволяет, с одной стороны, сохранять постоянное значение остаточной концентрации ионов в фильтрате, а с другой, получать фильтрат более высокого качества.

Кроме того, применение противоточной регенерации позволяет экономить реагенты. Однако этот вид регенерации связан с усложнением конструкции фильтров.

Для повышения качества умягчения применяют двухступен­чатую схему Na-катионирования, т. е. последовательное вклю­чение двух фильтров. При этом регенерацию их проводят раздельно прямотоком. Фильтр первой ступени регенерируется с удельным расходом NaCl, равным 1,8—2,4, а второй ступени — с расходом 6,5—7,5 г-экв/г-экв удаляемых ионов жесткости. Такая схема позволяет иметь остаточную жесткость воды после фильтра первой ступени 20—100, а после фильтра второй ступени—менее 5 мкг-экв/кг. Удельный расход соли при одноступенчатом Na-катионировании составляет 3—6 г-экв/г-экв.

Двухступенчатая схема позволяет экономить NaCl при лучшем качестве фильтрата и снизить расход воды на собственные нужды. Регенерация производится 8—10%-ным раствором NaCl. Раствор пропускается через фильтр со скоростью около 1,5 *10^-3м/с.

Н-катионирование. Назначением Н-катионирования является удаление всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода. Оно применяется в схемах совместно с другими процессами ионирования. Обмен катионов при Н-катионировании протекает согласно реакциям

 

2R/Н ⁺ +Са^{2 +} ↔R₂/Са²⁺+2Н ⁺;

2R/Н ⁺ +М_ё^{2 +} ↔R₂/Мg²⁺+2Н ⁺; (6)

R/H ⁺ +Na ⁺ ↔R/Na⁺ + H ⁺.

 

Все катионы, поступающие вместе с водой на фильтрующий слой, сорбируются в начале процесса в верхних участках этого слоя. Однако по мере срабатывания части слоя катионы, обладающие большей селективностью, вытесняют сорбирован­ные на этом участке катионы, обладающие меньшей сорбционной способностью, и последние сорбируются на последующих по ходу воды участках фильтрующего слоя.

Таким образом, образуются зоны поглощения катионов. Ближе к нижней границе слоя располагается зона поглощения ионов Na ⁺, над ней — смешанная зона поглощения Mg²⁺ и Na ⁺, а еще выше — зона поглощения Са^{2 +}, Mg²⁺ и Na ⁺. Суммарная ширина этих зон определяет высоту рабочей зоны катионита. Над ней располагается зона истощенного катионита, а под ней—свежего катионита.

При работе Н-катионитного фильтра наблюдаются два периода (рис. 3.7). В первом периоде проис­ходит полное поглощение всех катионов до момента достиже­ния зоной поглощения ионов Na⁺ нижней границы слоя катионита (до проскока Na⁺). До этого момента на каждый эквивалент поглощенных из раствора ионов Са^{2 +}, Mg^{2 +} и Na⁺ в раствор поступает один эквивалент ионов Н ⁺. Выделяющиеся в воду ионы водорода реагируют с бикарбонат-ионом:

 

Н ⁺ +НСО₃↔Н₂СО₃↔СО₂ + Н₂О. (7)

 

Таким образом, при Н-катионировании одновременно с ос­новным процессом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды. Фильтрат приобретает кислотность, равную остаточной концентрации ионов Н ⁺.

Второй период характеризуется временем после проскока ионов Na⁺ в воду. В этот период Н-катионирование постепенно прекращается и начинается вытеснение ионами жесткости ранее

 

поглощенных ионов Na⁺ в воду, т. е. процесс Н-катионирования переходит в Na-катионирование. По мере роста концен­трации ионов Na⁺ в фильтрате растет щелочность воды и в момент достижения концентрации ионов Na⁺ в фильтрате, равной исходной, щелочность восстанавливается полностью. Концентрация ионов Na⁺ в фильтрате затем становится больше исходной, так как вытесняемые его ионы подсоединя­ются к ионам Na⁺ в исходной воде, и затем постепенно приближается к исходной концентрации ионов Na⁺ по мере приближения проскока ионов жесткости (Mg²⁺).

Таким об­разом, при Н-катионировании наблюдаются два проскока ионов, сопровождающиеся резким изменением щелочности и кислотности воды.

Работа фильтра до проскока ионов Na⁺ или ионов жесткости зависит от технологической схемы его использова­ния. Соответственно изменяется и рабочая обменная емкость катионита при работе до проскока того или иного иона.

 

Регенерация Н-катионитного фильтра производится 1 — 1,5%-ным раствором серной кислоты, как более дешевой и удобной в эксплуатации, cерьезным ограничением при регенерации серной кислотой является возможное загипсовывание катионита в ре­зультате образования CaSO₄. Это обстоятельство заставляет ограничивать крепость регенерационного раствора или осущест­влять двухступенчатую регенерацию. Существенно снижается расход реагента при применении противоточной регенерации Н-катионитных фильтров (рис. 3.8).

В этом случае раствор кислоты концентрацией 0,75—1,0% пропускается в направлении, противоположном потоку воды, и отводится через дренажную систему, расположенную ниже верхней границы слоя на 0,2—0,5 м.

Отмывку ведут в том же направлении, что и пропуск кислоты, причем отмывка следует сразу же за пропуском регенерационного раствора с целью скорейшей эвакуации этого раствора из фильтрующего слоя. Затем производят взрыхление верхней части слоя. Эта часть слоя не подвергается регенерации и не участвует в процессе ионного обмена. Ее роль сводится к удержанию той небольшой части грубодисперсных веществ, которые могут попасть на Н-катионитный фильтр с осветленной водой.

Противоионный эффект заметно проявляется при Н-катионировании вод со значительным содержанием ионов SO₄ и Сl. Более того, при Н-катионировании таких вод на слабокислотных катионитах вследствие резкого по­нижения значения рН снижается обменная емкость этих катионитов за счет подавления диссоциации таких групп, как —СООН и —ОН.

Конструктивные затруднения в осуществлении чисто про­тивоточной регенерации привели к созданию схемы ступенчато-противоточной регенерации фильтров, которая является промежуточным вариантом между прямоточной и про­тивоточной регенерациями. Согласно этой схеме раствор реагента пропускается последовательно через два отдельных отсека, загруженных различным количеством ионита, как это делается при прямоточной регенерации. При этом, естественно, ионит в верхнем отсеке регенерируется лучше, чем в нижнем. Пропуск же воды осуществляется сначала через нижний отсек, а затем через верхний. Эта система регенерации позволяет получить более качественную очистку при сокращении на 30—40% количества реагента на регенерацию. Более эффек­тивна регенерация при применении двухпоточно-противоточных фильтров со средней дренажной системой. При этом часть регенерационного раствора подается снизу противотоком, а одновременно другая часть раствора подается сверху пря­мотоком. Отвод регенерационного раствора производится через среднюю дренажную систему (рис. 3.9). Взрыхление всего слоя в таком фильтре производится потоком воды снизу вверх с отводом воды через верхнюю дренажную систему. Такая регенерация позволяет получить воду очень высокого качества.

 

Анионирование воды производится с целью удаления из нее анионов; при сочетании анионирования с катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов, т. е. химическое обессоливание воды. При фильтровании через слой анионита происходит сорбция анионов согласно следующим реакциям:

 

R/ОН + Сl^- ↔R/Сl^- +ОН^-;

2R/OH + SO₄^2- ↔R₂/SO₄^2-+2OH-.

 

Переход в воду ионов ОН^- приводит к повышению ее рН, что в свою очередь сопровождается диссоциацией слабых кислот Н₂СО₃ и H₂SiO₃ и переводу их в ионное состояние. Следовате­льно, они также могут участвовать в реакциях обмена, но лишь при использовании высокоосновных анионитов:

 

R/ОН^-+Н ⁺ +НСО₃^- ↔R/НСО_з^- +Н₂О;

R/OH^- +H ⁺ +HSiO₃ ^- ↔R/HSiO₃^- + H₂O.

Следует заметить, что при анионировании кислой воды возможность повышения концентрации ионов ОН^- в воде исключается, так как эти ионы при переходе в воду связыва­ются ионами водорода.

Если высокоосновный анионит находится в Cl-форме, то из воды сорбируются ионы NO₃^-, SO₄^2- и бикарбонат-ионы

Согласно ряду селективности для анионов в анионитном фильтре при использовании низкоосновных анионитов впереди идущей является зона ионов хлора и они первыми проскаки­вают в фильтрат. Это дает возможность определять время выхода анионитного фильтра на регенерацию по концентрации хлоридов. При использовании высокоосновных анионитов впе­реди идущей является зона наименее сорбируемой кремниевой кислоты, над ней располагается смешанная зона поглощения кремниевой кислоты и бикарбонат-иона, а еще выше — смешан­ная зона этих анионов и анионов сильных кислот. По достижении фронта сорбции кремниевой кислоты нижней границы анионита начинается ее проскок, и это соответствует моменту отключения фильтра на регенерацию.

Регенерация анионитных фильтров производится обычно 4%-ным раствором NaOH, при этом происходят следующие реакции:

Остаточное содержание ионов кремниевой кислоты зависит от условий регенерации фильтра. При прямоточной регенерации для получения воды с кремнесодержанием 0,1—0,15 мг/кг SiO₃ ^2- —удельный расход щелочи должен более чем в 5 раз превышать стехиометрический (5,6 г-экв/г-экв против 1 г-экв/г-экв).

В настоящее время для анионитов применяют противоточную и ступенчато-противоточную схемы регенера­ции, позволяющие существенно (на 30—40%) уменьшить расход реагента.

По схеме ступенчато-противоточной регенерации (рис. 3.10) раствор реагента пропускается последовательно через два отсека, загруженных различным количеством анионита: в нижнем 70—75%, в верхнем 25—30%. В этом же направлении пропускается отмывочная вода. По окончании отмывки фильтр переключается на анионирование, при котором вода проходит

сначала через нижний отсек, а затем через наиболее хорошо отрегенерированный ионит верхнего отсека. При загрузке обоих отсеков высокоосновным анионитом остаточное кремнесодержание, равное 0,1 мг/кг SiO₃^2-, может быть обеспечено при удельном расходе NaOH в пределах 2—2,5 г-экв/г-экв.

Основной задачей при использовании ОН-анионитных фильтров с высокоосновным анионитом в схемах обессоливания является удаление кремниевой кислоты из воды, поэтому чрезвычайно важно для повышения емкости анионита по кремниевой кислоте уменьшать содержание более селективного бикарбонат-иона в воде, поступающей на ионирование. В схе­мах ВПУ это осуществляется путем десорбции СО₂ из кислой Н-катионированной воды в деаэраторах или декарбонизаторах.

Вопрос 9. Малосточные схемы ионитовых водоподготовок
Производство электрической и тепловой энергии на современных ТЭС сопровождается большим потреблением природной и сбросом сточных вод. Сокращение количества сточных вод ВПУ и снижение их минерализации обеспечивается путем совершенствования водоподготовительных технологий, а также утилизацией образующихся сточных вод и содержащихся в них реагентов.

К числу малосточных ионитных водоподготовительных технологий по сравнению с традиционными используемыми в схемах ВПУ, относятся:

1) применение противоточных и двухпоточно-противоточных фильтров;

2) применение комбинированных схем химического обессоливания с начальным частичным обессоливанием воды мембранными методами;

3) использование при регенерации H-катионитных фильтров в обессоливающих установках растворов NaCl и H₂SO₄ с промежуточной отмывкой для увеличения рабочей емкости катионита, снижения удельного расхода кислоты и разделения сточных регенерационных вод на "жесткие" и "мягкие".

4) сочетание в фильтрах слабо - и сильно диссоциирующих ионитов и другие.

Среди методов утилизации сточных вод и содержащихся в них реагентов основными являются:

1) удаление солей жесткости из регенерационных растворов в виде трудно растворимых CaSO₄, CaCO₃ и Mg(OH)₂ при известковании с добавлением в осветители сбросных регенерационных растворов анионитных фильтров, растворов соды или едкого натра;

2) выделение части ионов Ca²⁺ из отработанных регенерационных растворов умягчительных фильтров при регенерации последних NaSO₄ и H₂SO₄;

3) повторное использование регенерационных растворов по методу развитой регенерации;

4) использование электродиализных установок для повышения концентрации "мягких" регенерационных растворов перед их повторным использованием и другие.

На рис. 4.32 в качестве примера представлена схема малосточного умягчения с повторным использованием умягченных регенерационных вод в качестве исходной воды, обрабатываемых в осветителе известью и коагулянтом. Двухпоточно-противоточный фильтр в этой схеме регенерируется NaSO₄. Регенерационные растворы собираются в два бака. Маломинерализованные регенерационные воды (взрыхляющие, отмывочные) собираются в бак (7), где осредняются, а затем направляются в осветитель (1) для совместной обработки с исходной водой.

 

Рис. 4.32. Схема малосточного умягчения с известкованием и натрий-катионированием:
1 - осветлитель; 2 - бак известкованной воды; 3 - осветлительный фильтр; 4 - двухпоточно-противоточный Na-катионитный фильтр; 5 - бак концентрированных регенерационных вод; 6 - бак-кристаллизатор; 7 - бак умягченных регенерационных вод

 

Концентрированные регенерационные воды в количестве, равном объему исходного регенерационного раствора, собираются в бак (5), затем направляются в осветлитель (6), где частично умягчаются за счет выделения сульфата кальция и гидроксида магния.

По схеме (рис. 4.33), разработанной Самарэнерго и ВТИ, отработавшие стоки катионитных фильтров (1) направляются в отстойник (10), где происходит самопроизвольное осаждение сульфата кальция. Затем раствор поступает в отстойник (11), куда подаются щелочные стоки анионитных фильтров (4) и (5) обессоливающей установки, и происходит осаждение гидроксида магния. При необходимости в бак (11) может быть подана свежая щелочь. После отделения основной массы солей раствор смешивают в смесителе (13) с отработавшими растворами H-катионитных фильтров (2) и (3) обессоливающей установки и используют в процессах регенерации катионитных фильтров подпитки теплосети (1). При необходимости в раствор дозируют нужное количество серной кислоты.

 

Рис. 4.33. Технологическая схема умягчения подпиточной воды для открытой теплосети с утилизацией сточных вод обессоливающей установки:
1 - H-катионитные фильтры с "голодной" регенерацией и буферные фильтры; 2, 3 - H-катионитные фильтры 1 и 2 ступеней; 4, 5 - анионитные фильтры 1 и 2 ступеней; 6 - бак;7 - декарбонизатор; 8 - узел для дозирования силикатонатрия; 9 - деаэратор; 10, 11 - отстойники типа осветлителя; 12 - шламоотстойник; 13 - смеситель

 

Сульфат кальция и гидроксид магния выделяют из раствора раздельно в аппаратах-кристаллизаторах, в которых раствор подается снизу вверх и проходит через слой образовавшегося осадка, который служит затравкой и ускоряет процесс кристаллизации. Осадок отводится на шламоуплотнительную станцию или на шламоотвал (12). Фильтрат после отжима шлама подается снова в баки (10) и (11) или на смеситель (13). Шлам после отжима представляет собой товарные продукты - гипс и магнезит.

Один из приемов создания малосточных ВПУ при одновременном повышении экономичности и экологичности рабочего цикла ТЭС связан с применением устройств для конденсации водяных паров, используемых в качестве исходной воды, из уходящих дымовых газов котлов, работающих на природном газе. Таким устройством является контактный водяной экономайзер со встроенным декарбонизатором, в котором благодаря глубокому охлаждению газов в рабочей насадке при подаче на нее воды с температурой 20 - 30°С происходит конденсация водяных паров, содержащихся в уходящих газах, использование выделяющегося при этом тепла для нагрева воды до 40 - 60°С. По оценке выход воды при эксплуатации реальных энергетических котлов с контактными экономайзерами составляет около 3.5 т на 1 т расходуемого условного топлива (газа). Кроме экономии реагентов и затрат тепла при обработке получаемой воды для добавки в основной цикл или подпитки теплосети применение установок для конденсации водяных паров из уходящих дымовых газов позволяет повысить коэффициент использования газового топлива на 10 - 20%, снизить потерю тепла с уходящими газами, а также уменьшить влажность выбросов, закисление почв в зоне воздействия дымовых газов и тепловое загрязнение окружающей среды.

Противоточные технологии регенерации нового поколения реализовани в процессах Амберпак (разработка компании "Ром энд Хаас") и Апкоре (разработка компании "Дау Кемикл"), которые прошли промышленное опробование в различных энергосистемах России, показав хорошие и стабильные результаты по снижению расхода реагентов и воды собственных нужд при высокой их надежности и степени автоматизации.

Фильтр системы Амберпак (рис. 4.34) представляет собой однокамерный или многокамерный фильтр с системами верхнего и нижнего распределения и сбора, которые состоят из плат и колпачков, или из коллектора и отводов. Очистка воды осуществляется в восходящем потоке, регенерация - в нисходящем. Ионит заполняет объем фильтра практически полностью, оставляя малое свободное пространство. Для промывки ионита с возможностью перемешивания параллельно с рабочими фильтрами устанавливается открытая колонна обратной промывки, куда с периодичностью в несколько недель гидроперегружается нижний слой ионита в объеме, соответствующем высоте 400 мм.

 

Рис. 4.34. Схема Амберпак

 

После регенерации нисходящим потоком и нормальной вытесняющей отмывки окончательная отмывка ионита в рабочем фильтре осуществляется восходящим потоком с его рециркуляцией, что позволяет экономить отмывочную воду. Отсутствие в фильтре свободного объема определяет отсутствие разбавления регенерационного раствора, что повышает эффективность регенерации и уменьшает объем сточных вод. В технологии Амберпак используется специальный тип ионитов Амберджет, характеризующийся однородностью гранул (около 0.6 мм с коэффициентом однородности 1.2), что обеспечивает улучшение кинетики обмена, отсутствие забивания щелей в дренажах ионитной мелочью и улучшение условий регенерации и отмывки.

К недостаткам этой технологии, по мнению конкурирующих фирм, относятся:

1) при изменении расхода или прекращении подачи воды может наблюдаться внутрислоевое перемешивание, приводящее к снижению рабочей обменной емкости ионита и качества очищаемой воды;

2) возможность попадания мелких фракций при оседании ионита в верхнюю часть слоя с последующим выносом из фильтра;

3) необходимость выносной взрыхляющей промывки.

Технология Апкоре предполагает очистку воды в нисходящем потоке с применением монодисперсных ионитов "Дауэкс - Апкоре" и регенерацию в восходящем потоке в зажатом слое ионита. Фильтр для процесса Апкоре (рис. 4.35) загружен плавающим зернистым инертным материалом, прижимающимся к верхнему распределительному устройству, далее по высоте фильтра остается небольшое свободное пространство, ниже которого располагается ионит. Размер зерен "инерта" выбран таким, что через него при восходящем потоке свободно проходит ионитная мелочь и другие взвеси, тогда как целые зерна ионита будут задерживаться. Поскольку рабочий цикл осуществляется в нисходящем потоке, то слой ионита остается нечувствительным к изменениям нагрузки и исключается возможность внутрислойного перемешивания.

 

Рис. 4.35. Система Апкоре

 

Процесс регенерации в восходящем потоке можно разбить на 4 цикла. В 1-м цикле "зажатие" ионит прижимается в течение нескольких минут к инерту восходящим потоком воды, скорость которого зависит от гранулометрического состава ионита, его плотности, объема свободного пространства и температуры воды. Во время этой операции из верхней части слоя вымываются взвеси, задержанные во время рабочего цикла, и ионитная мелочь. На стадии регенерации процесс самоочистки ионитного слоя заканчивается. Зажатый слой ионита не разуплотняется даже при некотором снижении скорости несущего потока (регенерационного раствора). Эффект очистки усиливается за счет изменения объема зерна смолы при регенерации. Во 2-м цикле осуществляется собственно регенерация прижатого ионита в восходящем потоке регенерационного раствора.

В 3-м цикле ведется операция отмывки или медленного вытеснения продуктов регенерации по направлению и со скоростью раствора при регенерации. По завершению отмывки в режиме вытеснения подача потока воды прерывается, и слой свободно оседает в течение 5 - 10 мин. Во время оседания (4-й цикл) ионит опускается на дно послойно. Внутри движущегося вверх свободного пространства (рис. 4.36) происходит классификация зерен, и вся ионитная мелочь переходит по окончании осаждения в верхнюю часть слоя, удаляясь из фильтра в операции "зажатие". Наиболее отрегенерированная часть слоя сохраняется в неизменном состоянии в процессе оседания слоя. Таким образом, технология Апкоре характеризуется простотой конструкции оборудования при высоких его технологических показателях.

 

Рис. 4.36. Система операции "осаждение"

 

Вопрос 10. Автоматизация водоподготовительных установок. Перспективные технологии водоподготовки.

В задачи автоматизации комплекса ВПУ входят обеспечение оптимального протекания процессов водоприготовления и их надежности, а также необходимость снижения себестоимости обработанной воды путем сокращения затрат на эксплуатацию и обслуживание установок. Автоматизация ВПУ должна улучшить и ускорить, прежде всего, следующие процессы:

1. при предварительной очистке воды в осветлителе:

а) контроль и регулирование температуры обрабатываемой воды на уровне 30 - 40°C с точностью ±1°C

б) дозирование в осветлитель реагентов в заданных количествах при изменяющейся нагрузке осветлителя;

в) продувка осветлителя, при которой уровень шлама в шламоуплотнителе и самом осветлителе не превышает заданных значений;

г) регулирование нагрузки осветлителя с заданной скоростью в диапазоне 50 - 100% его номинальной производительности;

д) поддержание расхода возвращаемой в осветлитель промывочной воды осветлительных и других фильтров путем управления насосами перекачки;

1. при очистке воды в осветлительных фильтрах:

а) автоматический перевод из состояния "работа", "восстановление", "резерв" в соответствующее;

б) проведение всех операций по восстановлению фильтрующей загрузки путем ее взрыхления и промывки;

в) контроль за качеством проведения операций по восстановлению загрузки и правильностью выполнения подаваемых системой команд;

1. при ионообменной очистке воды:

а) регулирование производительности ионитной части ВПУ путем поддержания уровня в заданных пределах в баках воды после декарбонизаторов, баках обработанной воды и т.п.;

б) контроль истощения фильтров обессоливающей установки по прямым и косвенным параметрам;

в) поддержание заданного расхода воды на взрыхление и отмывку фильтров;

г) заполнение мерников реагентов, приготовление регенерационных растворов заданной концентрации к подаче их в фильтр с заданными скоростями;

д) составление технологических линий для проведения операций по восстановлению фильтров с возможностью дистанционного управления каждой операцией;

е) сигнализация состояния каждого фильтра (работа, истощение, восстановление, резерв), а также аварийная сигнализация;

ж) контроль качества обработанной воды;

з) индикация с помощью мнемосхемы положения запорных органов фильтра и узлов восстановления (по вызову оператора).

10.2 перспективные технологии водоподготовки.

Технология водоподготовки

 

Помните, что при очистке воды перед вами всегда будут стоять две задачи. Вам нужна вода питьевая и вода для бытовых нужд. Поэтому минимальная водоподготовка, которая только может быть в квартире будет состоять из очистки воды с помощью, например, электромагнитного умягчителя воды Акващит. Это будет для воды по техническим, бытовым нуждам. И очистка воды с помощью фильтра-кувшина, минимум или обратного осмоса максимум. Это уже для питьевых нужд. Тогда защита от накипи и жесткой воды будет более менее надежной.

Теперь перейдем непосредственно к технологиям водоподготовки. Выбирая ту или иную технологию, нужно знать, какие задачи она должна решать. Как понять, что выбрать? Откуда взять исходные данные для определения типа технологии водоподготовки и последовательности фильтров для воды?

Самое первое, что вы должны сделать, прежде чем будете выбирать перспективную технологию водоподготовки, это провести химический анализ воды. На его основе вы всегда сможете рассчитать и оббьем поступающей в квартиру воды и сможете наглядно увидеть ее состав, все примеси, которые придется удалять. Имея на руках эти результаты, вам будет проще понять какую технологию водоподготовки лучше использовать, какую последовательность фильтров выбрать и какой мощности должен быть тот или иной прибор.

Даже если вы берете воду из центральной системы очистки воды, она все равно будет жесткой. И здесь лучше не экономить, и провести таки химический анализ воды. Тогда вы не будете переплачивать за слишком мощный и дорогой умягчитель воды.

Все варианты технологий водоподготовки можно свети к следующему перечню:

· механическая очистка воды;

· химическая очистка воды;

· дезинфекция;

· микроочистка.

· Под химической очисткой воды понимают устранение любых органических примесей, нитратов, железа, а также остаточного хлора. Микроочистка – это получение дистиллята или же чистой и полезной питьевой воды.

· Рассмотрим более подробно варианты фильтров для воды, которые работают с применением той или иной технологии водоподготовки.

· Итак, механическая технология водоподготовки. Ее задача устранить из воды все механические твердые примеси, а также каллоиды. Здесь очистка воды может проходить в несколько этапов. Начинается она с грубой очистки. Вода может даже отстаиваться, чтобы самые большие механические примеси могли осесть. Здесь могут использовать осадочные, гравийные сетчатые фильтры для водоподготовки.

· Сетчатые фильтры включают в себя несколько сеток с разной пропускной способностью. Они используются для фильтрации, как более крупных, так и мелких твердых примесей. Основной материал для производства сеток - нержавеющая сталь. Ставят такие фильтры при первичном заборе воды самыми первыми.

· Осадочные фильтры призваны удалить очень мелкие частицы, невидимые невооруженному взгляду. Здесь фильтрующая основа – кварцевый песок, а также гравий. Иногда могут использовать гидроантрацит. Такие фильтры больше применяют для повторной очистки воды. Так очищают стоки, или готовят техническую воду на производстве.

· Фильтры с картриджами, это что-то среднее между механической фильтрацией и умягчением воды. Суть только в том, что такие фильтры устраняют очень мелкие примеси размером 150-1 микрон. Такие фильтры устанавливают для предварительной очистки в том же обратном осмосе.

· Химическая очистка воды, это скорее интересная и перспективная технология водоподготовки, предназначенная для корректировки химического состава воды, а не изменения его состояния. Это автоматическая установка умягчения воды с помощью ионного обмена, а также обезжелезивание. На данном же этапе водоподготовки устраняют из воды остаточный хлор.

· Для обезжелезивания могут использовать марганцевый цеолит. Это песок зеленого цвета, который отлично контактирует с железистыми соединениями, качественно отфильтровывая их из воды. Для того, чтобы реакция удержания железа в фильтра проходила еще лучше, неплохо было бы, если бы в воде были небольшие включения кремния.

· Другой вариант технологии водоподготовки – это использование окисления железа для очистки воды от его примесей. Это безреагентный процесс и для этого применяют специальные фильтры, где воду обдувают кислородом и под этим влиянием железо оседает на внутреннем картридже.

· В качестве умягчения воды используют ионообменные фильтры для воды. Это одна из самых распространенных технологий водоподготовки, что в быту, что на производстве. Основу такого фильтра составляет смоляной картридж. Он перенасыщен слабым натрием, который в структуре вещества легко заменить. Когда происходит контакт с жесткой водой, соли жесткости легко сменяют слабый натрий. Так и происходят непосредственно основные методы водоподготовки. Постепенно картридж полностью отдает свой натрий и забивается солями жесткости.

· В промышленности такие установки одни из самых популярных, но и самых громоздких. Это огромные баки в высоту. Но зато скорость очистки воды у них самая высокая. При этом забитые картриджи в промышленности восстанавливают, в быту меняют. Ионообменный фильтр является реагентным умягчителем, поэтому для производства питьевой воды нельзя было его использовать, до тех пор, пока не придумали сделать картридж сменным.

· Восстанавливают такой картридж с помощью с