Материал: Подготовка воды для технического водоснабжения промышленных предприятий. Ионообменные методы умягчения воды. Бахметьева Л.К., Бахметьев А.В
NH4
Схема 16
г
Д
в
п.р.
Н
Na
Рис. 8. Схема установки с аммоний-катионитовым фильтром (NH4): обозначения см. рис. 3
Установки рекомендуется проектировать при невысоком содержании солей жесткости в исходной воде. Предел снижения жесткости до 0,1−0,3 мг-экв/л. Щелочность снижается примерно на величину карбонатной жесткости. Недостаток: аммоний-катионированная вода является потенциально кислой.
3.2.6.Установки с натрий- и хлор-ионированием
Сх е м а 17 (рис. 9) позволяет снизить жесткость воды до 0,01−0,02 мг-
экв/л, щелочность − до 0,2 − 0,6 мг-экв/л. Катионит и анионит могут быть загружены в один фильтр. Схема используется для умягчения воды с содержанием Сl- и
S менее 200 мг/л, а также в тех случаях, когда желательно избежать применения кислоты для снижения щелочности воды.
Схема 17
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Na |
|
|
Cl |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 9. Схема установки с натрий-хлор-ионированием: Na и Cl – натрий и хлор-анионитовый фильты
21
3.3. Опреснение и обессоливание воды
При опреснении воды солесодержание должно быть снижено до величины, делающей воду пригодной для питьевых целей (Р<1000 мг/л). Обессоливание должно обеспечивать более полное удаление растворенных солей до величины, установленной технологическими требованиями.
Данные о рекомендуемых областях применения различных методов опреснения и их эффективности приведены в табл.1.
Таблица 1
Целесообразные пределы применения основных методов опреснения воды
|
Солесодержание воды, |
|
|
|
|
||
Способ |
мг/л |
|
|
Технологическая |
схе- |
||
опреснения |
исходной |
опресненной |
ма (аппаратура) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Дистилляция |
более 10 000 |
1-50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Многоступенчатые |
|||
|
|
|
|
установки |
адиабатно- |
||
|
|
|
|
го испарения |
|
|
|
Электродиализ |
2500—15 000 |
500 -1000 |
Электродиализная |
|
|||
|
(Жобщ<40 мг-экв/л Ц<20 |
|
|
установка, |
фильтры с |
||
|
град |
|
|
активированным |
уг- |
||
|
|
|
|
лем |
|
|
|
|
Fео б щ<0,5 мг/л |
|
|
|
|
|
|
Ионный обмен |
до 2000—3000 (М8мг/л |
15-150 |
Н-катионитовые |
|
|||
|
Ц<30 град, перманга- |
|
|
фильтры, |
дегазатор, |
||
|
натная окисляемость |
|
|
анионитовые |
фильт- |
||
|
|
|
|
ры, барьерные Na- |
|||
|
02<7мг/л) |
|
|
катионитовые |
фильт- |
||
|
|
|
ры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гиперфильтрация |
3000—3500 |
300 -1000 |
Фильтр-прессные |
|
|||
|
|
|
|
аппараты |
|
|
|
Замораживание |
более 5000 |
300 -1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для обессоливания воды применяются ионообменные методы, многоступенчатая дистилляция и электродиализ в многокамерных аппаратах с ионитовым заполнением.
22
Выбор метода обессоливания должен основываться на экономическом сравнении ионитового и испарительного обессоливания. Ионитовое обесс о- ливание обычно предпочтительнее других методов при общем солесодерж а- нии менее 800−1000 мг/л.
Частичное обессоливание на одноступенчатых ионообменных установках, состоящих из катионитовых фильтров, загруженных средне - или сильнокислотными катионитом, и анионитовых фильтров, загруженных слабоо с- новным анионитом, позволяет снизить общее солесодержание до 2−10 мг/л. При этом на катионитовых фильтрах задерживается большая часть катионов, а на анионитовых фильтрах со слабоосновным анионитом — анионы сильных кислот.
II ступень катионитовых и анионитовых фильтров предназначается для дообессоливания вод, причем анионитовые фильтры II с тупени загружаются сильноосновным анионитом, который при отсутствии углекислоты, удале н- ной в дегазаторе, и анионов сильных кислот способен задержать анионы кремниевой кислоты. Еще более глубокое обессоливание (Р<0,02−0,05 мг/л) достигается на трехступенчатых ионообменных установках.
Применение ионитовых фильтров смешанного действия в качестве II ступени при двухступенчатой схеме и III ступени при трехступенчатой сх е- ме позволяет получить более глубоко обессоленную воду, однако связано со значительным перерасходом реагентов.
3.3.1. Метод ионного обмена
Метод ионного обмена применяется при исходной концентрации солей порядка 2,5-3 г/л, при мутности исходной воды не более 8 мг/л, при цветности не более 30 °С, при перманганатной окисляемости не более 7 мг/л. Глубина опреснения или обессоливания достигает предела от 15 до 150 мг/л при применении одноступенчатых опреснительных установок. Глубина может быть увеличена до 1 мг/л при применении многоступенчатых установок. Суть обессоливания ионным обменом заключается в том, что происходит обмел на специальные вещества иониты, которые эта вода пропускает (воду пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры).
Обмен катионов происходит на катионитах, а анионов – на анионитах. В зависимости от обменной способности анионитов они подразделяются на:
слабоосновные - для удаления анионов сильных кислот (НСl,
H2SO4),
среднеосновные – для удаления слабых кислот (НСО3 и т.д.),
23
сильноосновные – для удаления анионов слабых кислот (кремниевая кислота).
Установка катионово-анионитового типа (одноступенчатая) представлена на рис. 10.
Регенерационный раствор 
После
взрыхления
К
На
взрыхление
CO2
Дегазатор
Промежуточная
ёмкость
А
Резервуар
Рис. 10. Установка катионово-анионитового типа (одноступенчатая)
Катиониты и аниониты характеризуются обменной способностью, которая постепенно снижается. Регенерация катионитов осуществляется соляной или серной кислотой. Перед регенерацией обычно необходимо взрыхление загрузки. Взрыхление происходит подачей воды снизу вверх. Регенерация осуществляется 1,5-процентной соляной кислотой. Этот раствор поступает на фильтр и фильтруется с V=10 м/ч. Время фильтрации зависит от эффекта регенерации, но иногда достигает порядка 40 мин – 1,5 ч. Затем осуществляется отмывка катионита от регенерационного раствора. Отмывку осуществляют фильтратом, Vотм=10 м/ч. Обычно количество этого раствора определяют по удельному расходу на отмывку. Удельный расход воды на 1 м3 загрузки равен:
qуд = 4-5 м3/м3.
Регенерация анионитовых фильтров осуществляется, как правило, 3-4- процентным раствором кальцинированной соды. Можно делать регенерацию NaOH, но более глубокая регенерация происходит при использовании кальцинированной соды.
Перед регенерацией загрузка анионитового фильтра также взрыхляется. Время взрыхления 15 мин. Затем происходит регенерация путём пропуска регене-
24
рационного раствора в течение 1 - 1,5 ч со скоростью V = 10 м/ч. После регенерации необходима отмывка анионита от регенерационного раствора путём фильтрования воды со скоростью V = 10 м/ч в течение 3 часов. При этом из воды не удаляются соли кремниевой кислоты. Для более глубокого обессоливания применяют двух-трехступенчатые схемы обессоливания.
3.3.2. Многоступенчатая установка
Многоступенчатая установка (рис. 11) позволяет увеличивать эффективность обессоливания и снизить расходы на собственные нужды станции, увеличивая продолжительность работы этой установки. Для взрыхления фильтров 1 ступени можно использовать воды фильтров 2 ступени.
Регенерационный раствор 
После
взрыхления
К1 |
1 |
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
На
взрыхление
CO2
Дегазатор
Промежуточная
ёмкость
К2 А2
Резервуар
Резервуар
Рис. 11. Установка катионово-анионитового типа (многоступенчатая)
3.3.3. Фильтры смешанного действия
При использовании фильтра смешанного действия (рис. 12) в один фильтр загружаются и катиониты и аниониты. Фильтрование идёт со скоростью V= 50 м/ч. Толщина слоев загрузки по 0,6 м (катионита и анионита).
Через нижнее устройство пропускают кислоту, отводят через промежуточный коллектор 5, через верхнее устройство подают дистилляционную воду и также отводят через коллектор 5. Отмывку катионита сочетают с регенерацией анионита. Щёлочь подают через устройство подачи щёлочи 4, отводят через коллектор 5, воду через дренаж 6. Фильтров смешанного действия должно быть не менее 3х, при этом 2 – рабочих, 1 – на регенерации. Расчёт этих фильтров ведётся по формулам расчёта либо катионитовых, либо анионитовых фильтров. Регенерация
25