Катионитовый фильтр для воды принцип работы

Обновлено: 16.05.2024

В технологии водоподготовки применяются два основных процесса для удаления из воды ионизированных примесей: катионирование и анионирование. В зависимости от обменного иона процессы и аппараты называют: натрий-катионирование, натрий-катионитный фильтр; H (водород)-катионирование, H-катионитный фильтр; OH-анионирование, OH-анионитныйт фильтр. Полученная в этих процессах вода соответственно называется: Na-катионированная вода, H-катионированная вода, OH-анионированная вода. Процесс Na-катионирования имеет самостоятельное значение и используется для умягчения воды, в то время как процессы H- и OH-ионирование реализуются совместно в схемах обессоливания воды.

Na-катионирование. - этот процесс применяют для умягчения воды путем фильтрования ее через слой катионита в натриевой форме. При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ , обуславливающие жесткость исходной воды, задерживаются катионитом в обмен на эквивалентное количество ионов Na + . Остаточная жесткость фильтра при Na-катионировании может быть получена при надлежащих условиях регенерации фильтра на уровне 5 – 10 мкг-экв/дм 3 , что является определяющим при реализации этого процесса

Процесс умягчения ухудшается при наступлении проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре необходимо регенерировать, восстановить его способность к обмену ионами. Регенерацию истощенного катионита проводят пропуском через него 6 – 10 % раствором NaCl. Вследствие относительно большой концентрации ионов Na + в регенерационном растворе происходит замена ими поглощенных ранее катионов Ca 2+ и Mg 2+ .

Несмотря на то, что процесс обмена ионов, в том числе и при регенерации ионита, характеризуется эквивалентностью, для качественной регенерации ионитов расход реагента выбирается с определенным избытком NaCl. При подаче раствора соли в фильтр лучше будет отрегенерирован верхний слой катионита, контактирующий со свежим раствором. По мере прохождения раствора в глубинные части катионита условия регенерации будут ухудшаться вследствие повышения концентрации в регенерационном растворе ионов Ca 2+ и Mg 2+ , вытесненных из верхних слоев катионита при обеднении регенеранта ионами Na + . Аналогичное действие проявляется за счет загрязнения раствора технической NaCl ионами Ca 2+ и Mg 2+ .

Эффект регенерации катионита при выбранном расходе реагента повышается с увеличением продолжительности контакта раствора соли с катионитом, поэтому скорость пропуска регенерационного раствора ограничивают пределами 4 - 6 м/ч при высоте слоя катионита 1.5 - 2.0 м. Скорость ниже 4.0 м/ч не используется по гидродинамическим условиям работы фильтра.

Процесс регенерации натрий катионитных фильтров состоит из следующих циклов:

Цикл 1 - Взрыхление обратным током воды. Неочищенная вода снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды, взрыхляет ("поднимает") её и вымывает накопленные механические загрязнения. Загрязненная вода поступает в дренаж.

Цикл 2 - Концентрированный регенерационный раствор поступает через засасывающую линию проходит через фильтрующую засыпку, химически восстанавливает её фильтрующую способность. Далее отработанный регенерирующий раствор поступает в дренаж.

Цикл 3 - Обработка прямая промывка – сброс промывной воды и уплотнение загрузки. Назначение данной промывки - сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чистой воды. Кроме того, прямая промывка за счет большой скорости потока воды несколько уплотняет слой фильтрующей среды.

Цикл 4 - В этом цикле бак для хранения регенерирующего раствора заполняется входной водой, при этом уровень раствора растет заданной или максимальной отметки. Уровень воды в баке задается либо блоком управления фильтра, либо срабатыванием запирающего поплавкового клапана. Сначала раствор имеет малую концентрацию регенерата, но, по мере его растворения, концентрация достигает максимума.

H-катионирование. Обработка воды методом H-катионирования предназначается для удаления всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода Н + . Вода за H-катионитными фильтрами содержит избыток ионов водорода и вследствие этого имеет кислую реакцию, поэтому эта технология применяется совместно с другими процессами ионирования - Na-катионированием или анионированием.

В работе H-катионитного фильтра можно выделить два основных периода:

Полное поглощение всех катионов.

Появление нарастающей концентрации иона Na + . В этот период концентрация иона Na + постепенно возрастает, а кислотность начинает снижаться за счет уменьшения количества вытесняемых ионов H + . К моменту достижения начального содержания иона Na + в исходной воде его поглощение прекращается, но происходит обмен в катионите ионов Ca 2+ и Mg 2+ исходной воды на сорбированный катионитом ион Na + до его полного вытеснения. В этот момент появляется проскок жесткости.

Параллельно с указанными выше изменениями концентрации катионов кислотность фильтрата после проскока ионов Na + сначала уменьшается и достигает нуля, затем появляется возрастающая щелочность, достигающая исходных значений при обмене ионов Ca 2+ и Mg 2+ на Na + . Эффект умягчения воды при H-катионировании обычно столь же полный, как и при Na-катионировании.

Работа фильтра до проскока ионов Na + или ионов жесткости зависит от технологической схемы его использования, соответственно изменяется его рабочая обменная емкость при работе до проскока ионов Na + или жесткости.

Для регенерации истощения H-катионита используется H₂SO₄ концентрацией 1.0 - 1.5%, регенерации характеризуется следующими реакциями:

R2Ca + nH + → 2RH + Ca 2+ + (n - 2)H + .

R2Mg + nH + → 2RH + Mg 2+ + (n - 2)H + ,

RNa + nH + → RH + Na + + (n - 1)H + .

Ограничение концентрации раствора H₂SO₄ связано с возможностью выделения на зернах регенерируемого катионита трудно растворимого CaSO₄. Следующим мероприятием для борьбы с загипсовыванием катионита является ограничение времени контакта регенерационного раствора с катионитом, что реализуется на практике увеличением скорости пропуска 1.5% раствора H₂SO₄ до не менее 10 м/ч.

Значения оптимального удельного расхода серной кислоты в зависимости от содержания в исходной воде Cl - и SO₄ 2- ионов, определяющих величину противоионного эффекта, применительно к H-катионитным фильтрам 1 ст. при параллельном токе и противотоке. Помимо экономии серной кислоты, при противотоке снижается содержание ее в сбросных регенерационных водах, что облегчает нейтрализацию сбросов.

Анионирование воды - ведется с целью замены удаляемых анионов на ион гидроксила ОН - . При сочетании ОН-анионирования с Н-катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов в обмен на ионы ОН - и Н + , осуществляется химическое (ионитное) обессоливание воды.

Высокое значение pH в зоне обмена на анионите способствует диссоциации слабых кислот H₂CO₃ и H₂SiO₃ и переводу их в ионизированное состояние, поэтому они также могут участвовать в реакциях анионного обмена, но лишь при использовании сильноосновных анионитов:

ROH + H + + HCO 3- → RHCO 3 + H₂O,

С учетом значений обменных емкостей слабоосновных и сильноосновных анионитов, а также способности только последних сорбировать анионы слабых кислот, схемы химического обессоливания обычно включают две ступени анионирования: на первой в фильтры загружается слабоосновный анионит, удаляющие ионы SO₄ 2- и Cl - на второй ступени в фильтры загружается сильноосновный анионит, предназначенный для обескремнивания воды.

Согласно ряду селективности в анионитном фильтре 1 ступени первыми проскакивают в фильтрат ионы Cl - , поэтому время выхода на регенерацию этого фильтра сопоставляют с концентрацией хлоридов; отключение анионитных фильтров 2 ступени на регенерацию проводят на основании контроля фильтрата по кремнекислоте.

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

RCl + nOH - → ROH + Cl - + (n - 1)OH - ,

RHCO₃ + nOH - → ROH + HCO₃ - + (n - 1)OH - ,

RHSiO₃ + nOH - → ROH + HSiO₃ - + (n - 1)OH - .

Избыток щелочи при регенерации слабоосновных анионитов при поглощении ими анионов сильных кислот достаточен в двукратном размере против стехиометрического количества, т.е. 80 г/г-экв. Для регенерации анионита, насыщенного анионами кремниевой кислоты, требуется повышенный избыток NaOH (n = 10 - 20), обеспечивающий последующее кремнесодержание фильтрата на уровне 0.1 мг/дм 3 . Для снижения удельного расхода щелочи регенерацию параллельно-точных анионитных фильтров 2 и 1 ступеней проводят последовательно, либо используют противоточную или ступенчатопротивоточную технологию.

Вода используется практически в каждом промышленном процессе, ее чистота и качество играет важную роль в производстве, поэтому к качеству воды предъявляются высокие требования.

Вода уникальна по составу в зависимости от источника и практически всегда требует обработки.

Эксплуатация натрий-катионитовых фильтров в режиме параллельнотока имеет ряд серьезных недостатков:

- многоступенчатость в случае необходимости глубокого умягчения воды (до жесткости 0,01 мг-экв/л);

- значительный расход реагентов на регенерацию, превышающий стехиометрию в 2–3 раза;

- образование минерализованных сточных вод, составляющих 10–30% от производительности установки и имеющих солесодержание 3–10 г/л;

Одним из основных направлений снижения удельных расходов реагентов, сокращения металлоемкости оборудования и объемов сброса солевых сточных вод является применение технологии противоточного натрий-катионирования.

Эффект улучшения качества фильтрата и снижения расхода реагентов при противотоке достигается за счет того, что в первую очередь свежим раствором регенерируются наименее загрязненные выходные слои смолы. При этом избыток реагента в этих слоях, обеспечивающий глубину очистки воды, превышает расчетные в несколько раз. Кроме того, по мере продвижения регенерационного раствора в более истощенные слои создается равновесие между концентрацией десорбируемых ионов в растворе и слое, что исключает нежелательные повторные процессы сорбции-десорбции, характерные для параллельнотока.

Использование противотока в одну ступень позволяет получить минимальную остаточную концентрацию катионов жесткости. Причем нарастание последней идет плавно по мере истощения материала загрузки. При параллельнотоке минимальное и сравнительно высокое содержание удаляемых ингредиентов достигается уже при 40–60% истощения материала загрузки и далее резко возрастает.

Для реализации преимуществ противоточного ионирования необходимо обеспечить неподвижность слоя ионита во время рабочего цикла и регенерации, одновременно позволяя ему расширяться в период взрыхления. Нарушение распределения слоев смолы служит причиной серьезного ухудшения качества фильтрата и нивелирование эффекта противоточной технологии.

Имеется ряд систем противоточного ионирования, предусматривающих подачу обрабатываемой воды как сверху вниз, так и в противоположном направлении [1].

Условно все противоточные системы можно разделить на погружные коллекторные и с плавающим слоем.

За рубежом погружные коллекторные системы используются очень широко и предполагают устройство нижнего, среднего и верхнего дренажа. Средний дренаж скрыт в верхнем слое смолы и предназначен для вывода регенерационного раствора. Обрабатываемая вода подается сверху, регенерационный раствор – снизу. Во время регенерации слой смолы поддерживается в компактном состоянии потоком воды или сжатого воздуха. Эта конструкция позволяет взрыхлять верхний слой смолы, не нарушая нижние слои.

- громоздкость и сложность надежного крепления среднего дренажа;

- значительные трудности в обеспечении надежного блокирования среднего дренажного устройства;

- нерациональное использование полезного объема фильтра;

- низкая допустимая скорость фильтрования.

Перед регенерацией уплотненный слой катионита опускается к нижнему дренажу и происходит его разрыхление, что, по мнению разработчиков технологии, позволяет исключить стадию взрыхления. Периодически, по мере прироста потери напора в фильтре, для эффективного взрыхления смола перегружается в специальную колонну обратной промывки.

Наряду с компактностью и эффективностью серьезным недостатком данной технологии является необходимость постоянного прижатия слоя к верхней дренажной системе, т. е. поддержания постоянного расхода воды, поступающего на фильтр. В противном случае наблюдается ухудшение качества обработанной воды. Последнее весьма существенно, т. к. одной из специфических особенностей эксплуатации отечественных установок умягчения воды является значительное колебание нагрузок в течение суток.

Особый интерес представляет процесс прижатия слоя смолы к инертной загрузке, который осуществляется водой снизу с высокой скоростью и по сути близок к взрыхляющей промывке. Эта операция позволяет эффективно удалять загрязнения в виде высокодисперсной взвеси, включая мелкие фракции смолы, накопившиеся в верхнем слое. По данным, приведенным в [3], эффект очистки существенно превосходит традиционную взрыхляющую промывку. Линейная скорость потока, подаваемого для зажатия слоя, в несколько раз превышает этот показатель для традиционного взрыхления.

Подача исходной воды осуществляется двумя потоками. Первый направляется снизу вверх в центральную трубу со скоростью, обеспечивающей вытеснения из нее в свободное пространство вспомогательного слоя смолы. Через 2–3 минуты второй поток направляется сверху вниз через верхнее распределительное устройство, слой инертного материала, вспомогательный слой смолы. Далее совместно с первым потоком исходной воды, которая на выходе из центральной трубы меняет свое направление, проходит через основной слой сверху вниз. Обработанная вода выходит из фильтра через нижнее распределительное устройство.

Регенерация осуществляется в направлении снизу вверх при подаче смеси исходной воды и воздуха в центральную трубу. Струя вновь вытесняет вспомогательный слой смолы в свободное пространство и зажимает его основной слой. Далее водовоздушная смесь проходит через слой инертного материала и выходит из фильтра через верхнее распределительное устройство. Через 1 минуту после подачи водовоздушной смеси через нижнее распределительное устройство в центральную трубу поступает регенерационный раствор, который последовательно проходит два слоя смолы и слой инертного материала. Отработанный регенерационный раствор выводится из фильтра через верхнее распределительное устройство.

Отмывка ионита производится обработанной водой по линии подачи регенерационного раствора со скоростью 8–15 м/ч. Продолжительность отмывки составляет 20–40 минут. Перед включением фильтра в работу производится доотмывка ионита в рабочем режиме.

- неполное использование сечения фильтра за счет устройства внутри его цилиндрической перегородки и соответственно уменьшенный объем катионита;

- увеличение металлоемкости фильтра;

- увеличения числа технологических операций и сложность поддержания гидравлических режимов в рабочем цикле при наличии двух потоков обрабатываемой воды;

- неоправданное разбавление отработанного регенерационного раствора, что усложняет его утилизацию;

- необоснованно принятая скорость отмывки смолы.

Эффективность применения зарубежных технологий в существенной степени определяется применением специальных марок катионитов с низкой степенью неоднородности зерен загрузки, т. е. моносферы и жестким ограничением таких показателей качества исходной воды, как содержание механических и биологических примесей, соединений железа. В связи с тем что отечественной промышленностью не налажен выпуск моносферы, представляется актуальным рассмотрение технологии противоточного ионирования как на основе импортных монодисперсных смол, так и на основе отечественных полидисперсных.

Кроме того, в отдельных случаях в связи с высоким уровнем загрязнения исходной воды механическими и биологическими примесями, а также органическими соединениями возможна значительная кольматация не только верхнего слоя смолы, но и глубинных слоев, что также приводит к росту гидравлического сопротивления слоя. Источником загрязнения слоя смолы соединениями железа может быть и раствор поваренной соли даже после стадии осветления на механических фильтрах.

Анализ существующих вариантов систем противоточного умягчения воды привел нас к мнению о предпочтительности использования фильтров, оборудованных нижним и верхним дренажом и фильтрацией в рабочем цикле в направлении сверху вниз, а регенерационного раствора и отмывочной воды – снизу вверх. Фильтр загружается смолой на 85% и инертным материалом. В качестве фильтрующей загрузки может использоваться как импортная полидисперсная или монодисперсная, так и отечественная полидисперсная смола. Регенерация фильтра производится после прижатия слоя смолы к верхнему распределительному устройству в направлении снизу вверх, отмывка – в том же направлении и с той же скоростью. Особенностью технологии является периодическая перегрузка смолы в емкость взрыхляющей промывки в количестве, необходимом для эффективного удаления из нее механических, биологических и органических примесей.

Рекомендуемая скорость фильтрования при жесткости исходной воды до 10 мг-экв/л – до 40 м/ч.

Противоточные фильтры оборудованы:

- смотровыми стеклами в нижней и верхней частях корпуса;

- штуцерами в нижней и верхней частях корпуса для перегрузки смолы.

Фильтры имеют внутреннее антикоррозионное покрытие эпоксидной смолой.

Обрабатываемая вода с содержанием взвешенных веществ до 8 мг/л пропускается через противоточный фильтр, загруженный смолой и инертным материалом. В начальный период гидравлическое сопротивление слоя смолы не должна превышать 0,8 кгс/см 2 . Регенерацию и отмывку производят в противотоке. По мере нарастания гидравлического сопротивления слоя, связанного с его загрязнением, гидроперегрузке подлежит от 20 до 80% объема смолы. Взрыхляющую промывку всего объема смолы осуществляют одним потоком воды, последовательно проходящим противоточный фильтр, а затем емкость обратной промывки.

Требуемая жесткость химочищенной воды – 15 мкг-экв/л.

В настоящее время фактическая производительность водоподготовительных установок не превышает 10 м 3 /ч. В эксплуатации находятся только противоточные фильтры первой ступени, обеспечивающие при обработке требуемую глубину умягчения. Фильтры второй ступени демонтированы. Основные стадии процесса умягчения, регенерации и отмывки катионита представлены на рис. 1.

Стадии процесса умягчения воды на противоточных натрий-катионитовых фильтрах

- рабочая динамическая обменная емкость КУ-2-8 – 1 100–1 200 г-экв/м 3 ;

- удельный расход поваренной соли на регенерацию – 100–110 г/г-экв;

- жесткость умягченной воды в течение основной части фильтроцикла не превышает 10–15 мкг-экв/л;

- удельный расход воды на отмывку составляет 3,5–4 объема на объем загрузки.

Данные эксплуатации фильтров показали, что требуемая глубина умягчения, составляющая 10 мкг-экв/л, достигается в одну ступень. Это исключает необходимость использования фильтров второй ступени.

Рабочая динамическая обменная емкость смолы колеблется в пределах от 1 000 до 1 300 г-экв/м 3 в зависимости от корректности проведения регенерации, в особенности стадии прижатия слоя к верхнему дренажу и подачи именно в таком режиме раствора соли. Кроме того, на обменную емкость смолы оказывает влияние количество пропущенной соли и ее концентрация.

Удельный расход соли на регенерацию по данным эксплуатации составляет 90–100 г/г-экв удаленных солей.

Расход воды на собственные нужды не превышает 4 объемов на объем смолы. Для сравнения можно сказать, что для параллельноточных фильтров даже при условии использования последних порций отмывки для взрыхления фильтров расход воды на собственные нужды равен 5,5–6,0 объемам загрузки. В условиях использования в качестве исходной водопроводной воды это особенно существенно. При этом в себестоимость умягченной воды входит не только стоимость водопроводной воды, но затраты на сбрасываемые сточные воды. А стоимость сброса в московскую городскую канализацию сопоставима со стоимостью водопроводной воды.

Перепад давления при максимальных нагрузках, соответствующих скорости фильтрования 40 м/ч – 1,0–1,2 кгс/см 2 , при фактических нагрузках – 0,4–0,6 кгс/см 2 .

После эксплуатации противоточных фильтров в течение отопительного сезона 2001–2002 годов фильтры были вскрыты, и обнаружено загрязнение верхних слоев загрузки соединениями железа. Для отмывки загрузки 50% объема было перегружено в емкость обратной промывки и произведена отмывка одним потоком воды, последовательно проходящим противоточный фильтр с интенсивностью 1,25–2,5 л/м 2 •с, а затем емкость обратной промывки с интенсивностью 2,5–5,0 л/м 2 •с. Контроль осуществлялся по количеству железа, присутствующему в катионите. До промывки в катионите присутствовало 1,85 г/л загрузки, после отмывки – 0,96 г/л загрузки.

Кроме того, интерес для нас представляло установление баланса сорбированных за фильтроцикл и десорбированных при регенерации солей жесткости, а также снятие выходной кривой регенерации. Для этого производился непрерывный отбор отработанного регенерационного раствора в течение стадий регенерации и отмывки и в пробах определялась жесткость и содержание хлоридов. Зная объем пропущенных при регенерации и отмывке растворов и жесткость каждой пробы, мы имели возможность рассчитать количество деворбированных при регенерации солей жесткости. В большинстве проведенных нами регенераций этот баланс имел сопоставимые значения. Например, если в рабочем цикле сорбировано 3 952 г-экв солей жесткости, то при регенерации десорбировано 3 884 г-экв.

Полученные результаты по качеству отработанного регенерационного раствора при регенерации противоточного фильтра показали, что, несмотря на снижение удельных расходов соли на регенерацию по сравнению с параллельноточными фильтрами, в сточных водах присутствует повышенное содержание хлоридов по сравнению с нормой сброса в московскую городскую канализацию. Следовательно, проблема утилизации отработанного регенерационного раствора или его разбавления остается актуальной.

На основе полученных данных построены выходные кривые регенерации и отмывки (рис. 5). По этим выходным кривым может быть выбрана соответствующая технология утилизации сточных вод или их разбавления.

В целом полученные в промышленных условиях результаты эксплуатации противоточных натрий-катионитовых фильтров показали их эффективность как с точки зрения получения высоких технологических параметров самих фильтров, так и с точки зрения существенного сокращения расхода воды на собственные нужды, объема сточных вод и количества сбрасываемых со сточными водами солей.

Литература

1. Кишневский В. А. Современные методы обработки воды в энергетике / ОГПУ. Одесса, 1999.

2. Балаев И. С., Кусманов Б. К., Бондарев Н. Т. Водоподготовка: новая противоточная технология // Аква-терм. 2001. Июль. С. 46–47.

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №2'2003

распечатать статью -->

Обсудить на форуме

Предыдущая статья

Следующая статья

Фильтры большей производительности необходимо подбирать по рекомендациям наших специалистов

ФИЛЬТРЫ Н-КАТИОНИРОВАНИЯ, ОН-АНИОНИРОВАНИЯ

Назначение

Относятся к фильтрам насыпного типа и предназначены для обессоливания и опреснения обрабатываемой воды. Эффективная работа фильтров обусловлена их правильной эксплуатацией. Состоят из собственно фильтров и баков для регенерационных растворов.

Принцип действия

Ионообменный метод опреснения и обессоливания основан на последовательном фильтровании воды через H-катионитовый, а затем HCO₃ - , OH - или СО₃ 2- -анионитовый фильтр. В H-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Ca (II), Mg (II) и Na (I), обмениваются на водород-катионы:

Как правило, при пропускании воды после Н-катионитовых фильтров через ОН-анионитовые фильтры аниониты образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН - :

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО₂ (при прохождении воды через Н-катионитовый фильтр) удаляется в декарбонизаторе .

Фильтры оснащены блоками автоматической регенерации по таймеру или по объему прошедшей воды и приготовления регенерационного раствора, марки CLACK. Регенерация фильтров включает в себя взрыхление и отмывку ионита от механических примесей, приготовление раствора кислоты (для фильтров Н-катионирования) или щёлочи (для фильтров ОН-анионирования) и подачу его в слой ионита, отмывку смолы от остатков регенерационного раствора. Замена фильтрующего слоя производится через 7-10 лет. Обслуживание фильтров заключается в периодическом заливе реагентов в баки для регенерации и периодической проверке правильности установки текущего времени на таймере блока управления и кратности включения процесса регенерации.

2. двухступенчатое II NA-катионирование.

1. Одноступенчатое I NA-катионирование

2. двухступенчатое II NA-катионирование.

Подготовка воды на ТЭЦ производится по схеме см рисунок. В этом случае обрабатываемая вода поступает на NA-катионитовый фильтр I ступнеи, в котором происходит удаление основного количества ионов Са и Мд. Оставшиеся катионы жесткости поглощаются фильтром II ступени.

1. Одноступенчатое I NA-катионирование

Назначение.

Натрий-катионитные фильтры предназначены для получения умягченной воды, используются в схемах водоподготовительных установок электростанций, промышленных и отопительных котельных, различных технологических процессов.

Типы фильтров

По способу проведения регенерации фильтры бывают :

При параллельноточном способе регенерации обрабатываемую воду и регенерационный раствор пропускают через фильтр в одном и том же направлении.

а — работа; б — регенерация; (стрелками показаны направления рабочих потоков)

2. противоточные — ФИПр

При противоточном способе регенерации обрабатываемую воду и регенерационный раствор пропускают через фильтр в противоположных направлениях.

а — работа; б — регенерация; (стрелками показаны направления рабочих потоков)

По схеме умягчения:

1. Одноступенчатое I NA-катионирование

2. двухступенчатое II NA-катионирование.

Подготовка воды на ГРЭС и ТЭЦ производится по схеме см рисунок. В этом случае обрабатываемая вода поступает на NA-катионитовый фильтр I ступнеи, в котором происходит удаление основного количества ионов Са и Мд. Оставшиеся катионы жесткости поглощаются фильтром II ступени. В ряде случаев воду после Na-катионитного фильтра I ступени подкисляют, в результате чего при взаимодействии ионов Н+ с бикарбонатами НС03

образуется свободная углекислота. Для её удаления из обрабатываемой воды между I и II ступенями Na-катионирования устанавливают декарбонизатор.

Устройство и принцип работы

Фильтры натрий-катионитные представляют собой вертикальный сосуд из цилиндрической обечайки с приваренными к ней эллиптическими днищами в который частично загружается катионитом или сульфоуглем.

Фильтр состоит (см рисунок) из следующих основных элементов:

Корпус с эллиптическими днищами

Порядок установки

Установите на заранее подготовленый фундамент фильтр вертикально на опоры и закрепите.
Cмонтируйте фронт трубопроводов обвязки, арматуру и манометры в соответсвии с проектом или сборочным чертежом. Соедините отводящие и подводящие вентили 5,6,7,8,9,10 и вентили 11,12 трубопроводами по проекту и закройте их.
Заполните фильтр водой, для чего откройте вентиль 11 полностью, затем плавно открывая вентиль 8, заливайте водой до ее выхода через вентиль 11.
Закройте вентиль 11 после заполнения фильтра водой.

Откройте поочередно вентиль 12 и краники 14, спустите оставшийся воздух.

Закройте вентиль 12 и краники 14 при вытекании из них воды потом закройте вентиль 8.

Произведите гидроиспытание фильтра пробным давлением 0,9 МПа (9 кгс/см2).

Устраните дефекты возникшее при монтаже, выявленные при гидроиспытании.

Подготовка к работе

Слейте воду из натрий-катионитного фильтра, для чего откройте вентиль 11, затем вентиль 9 (см.рис.) до полного вытекания воды.
Закройте вентили 9 и 11.
Снимите заглушку штуцера 4 и крышку люка 20 и проверьте надежность крепления и исправность колпачков 15.

Примечание: Допускается в целях сохранения целостности дренажных колпачков поставлять их в отдельном деревянной ящике.
На монтаже необходимо установить колпачки на ложное дно. Монтаж колпачков произвести через указанные штуцер и люк, головку втулки
колпачка держать через отверстие в приварите нижнего днища.

Поставьте и закрепите заглушку штуцера 4 и крышку люка 20.
Отверните гайку и снимите крышку люка 19.
Загрузите в натрий-катионитный фильтр через люк 19
Примечание: при гидрозагрузке катионита открыть вентиль 9 для удаления излишка воды.
Поставьте крышку люка 19 и заверните гайку.
Произведите отмывку катионита (см.п.п.10.7. — 10.13).

Порядок работы фильтра

Техническое обслуживание

Меры безопасности

Вскрытие люков разрешается производить только при полном отсутствии давления в фильтре.
Необходимо следить, чтобы перед вскрытием люков и загрузкой катионита вентили были закрыты.
Перед закрытием люков необходимо убедиться в отсутствии внутри посторонних предметов.

Ионитные параллельно-точные фильтры второй ступени представляют собой вертикальные однокамерные аппараты. Каждый фильтр состоит из корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, трубопроводов и запорной арматуры, пробоотборного устройства и фильтрующей загрузки.

Фильтры натрий-катионитные параллельно-точные первой ступени ФИПа I, предназначены для обработки воды с целью удаления из нее ионов-накипеобразователей (Са 2+ и М 2+ ) в процессе катионирования. Фильтры используются на водоподготовительных установках промышленных и отопительных котельных.

Пример условного обозначения фильтра производительностью 20 м 3 /ч для умеренного климата (У) и категории размещения при эксплуатации (4) по ГОСТ 15150-69: ФИПа I – 1,0-0,6 Na У4. Диаметр — 1000 мм., рабочее давление — 0,6 МПа.

Устройство

Рис. 1. Фильтр натрий-катионитовый параллельно-точные 1-ой ступени ФИПа I

Стальной цилиндрический корпус с эллиптическим верхним и нижним днищами, днища приварены к цилиндрической обечайке фильтра. Корпус фильтра снабжен верхним люком, предназначенным для загрузки фильтрующего материала и периодического осмотра его поверхности и лазом Ду 400 мм для проведения внутренних монтажных работ.

Принцип работы

Номенклатура и общая характеристика фильтров ФИПа I

Фильтры натрий-катионитовые параллельно-точные II-ой ступени ФИПа II

Устройство

Ионитные параллельно-точные фильтры второй ступени представляют собой вертикальные однокамерные аппараты. Каждый фильтр состоит из корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, трубопроводов и запорной арматуры, пробоотборного устройства и фильтрующей загрузки.

Рис. 2. Фильтр натрий-катионитовый параллельно-точные 2-ой ступени ФИПа II

Цикл работы ионитных параллельно-точных фильтров второй ступени состоит из следующих операций:

катионирование (анионирование);
взрыхление;
регенерация;
отмывка.

Как показывает опыт эксплуатации, неагрессивные жесткие воды при дополнительной обработке на натрий-катионитовых фильтрах изменяют свою коррозионную активность вследствие изменения индекса насыщения от положительных величин до отрицательных. В этих условиях даже сравнительно небольшое содержание кислорода в воде ( 1 — 4 мг / л) может сильно интенсифицировать коррозию стальных труб. [22]

Назначение, устройство и принцип работы осветителей, натрий-катионитовых фильтров и их разновидностей ( водород-кат. [16]

В зависимости от требуемой глубины умягчения воды следует устанавливать натрий-катионитовые фильтры одной или двух ступеней. [17]

Осветленную воду из бака 10 насосом 9 подают в натрий-катионитовый фильтр 8, где она умягчается и с остаточным напором поступает к потребителям или сливается в резервуар. [18]

Наиболее высокие результаты по подготовке воды достигаются при использовании натрий-катионитовых фильтров , резко снижающих жесткость воды. [19]

Блок ХВО состоит из двух механических осветлительных фильтров, двух трупп трехступенчатых натрий-катионитовых фильтров , регенерационных баков и насосов. [20]

Взрыхление выполняют так же при помощи задвижек, как и в натрий-катионитовом фильтре . Для разрыхления используют отмывочную воду, собираемую в специальный бак, или, если бака нет, неумягченную осветленную воду. [21]

Как показывает опыт эксплуатации, неагрессивные жесткие воды при дополнительной обработке на натрий-катионитовых фильтрах изменяют свою коррозионную активность вследствие изменения индекса насыщения от положительных величин до отрицательных. В этих условиях даже сравнительно небольшое содержание кислорода в воде ( 1 — 4 мг / л) может сильно интенсифицировать коррозию стальных труб. [22]

По истечении определенного промежутка времени катионы натрия замещаются катионами кальция и магния и натрий-катионитовый фильтр начинает пропускать жесткую воду. Натрий-катионит истощился и для восстановления умягчающей способности его необходимо подвергнуть регенерации. [23]

Морская вода подвергается предварительной коагуляции и осветлению на механических фильтрах, умягчению на натрий-катионитовых фильтрах 1 — й 2-ой ступеней, загруженных катионитом КУ-2, Глубокое доумягчение морской воды осуществляется на натрий-катионитовых фильтрах 3 — й ступени ( также загруженных КУ-2), после чего умягченная вода попадает в деаэратор ППГУ. [24]

Какое количество воды можно умягчить за промежуток времени от регенерации до регенерации в натрий-катионитовом фильтре , загруженном глауконитом в количестве 1 2 м3, емкость поглощения которого равна 280 т / град на 1 м3 материала; общая жесткость исходной воды равна 21 0 градус. [25]

Как уже упоминалось, возможно рапа или сухие соли найдут применение на ТЭЦ для регенерации натрий-катионитовых фильтров . [26]

Относительная кон нтра — ствах УДаляется двуокись углерода, а затем: ция ( NH soif в растворе вода доумягчается в натрий-катионитовых фильтрах . [29]

Образующиеся в результате ионного обмена соли хлорида кальция и магния хорошо удаляются при пропуске регенерационного раствора и далее в процессе отмывки фильтра.

Рассмотрим работу одноступенчатой N-катионитовой установки:

Вода, проходя сквозь слой катионита, умягчается и направляется в накопительный бак, откуда уже подается насосами потребителю. Такая схема позволяет избежать образование кислых стоков и, как следствие, использовать кислотостойкое оборудование и материалы.

Одноступенчатое N-катионирование, в сравнении с двухступенчатым, имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение:

умягчение воды не более 0,05 мг-экв/л,
неполное использование рабочей обменной емкости фильтра,
повышенный расход соли на регенерацию.

Такие вещества, как кальций и магний, будут прилипать к катиониту, как металл к магниту. Из этого и следует, что обмен ионами — это и есть основное назначение и устройство натрий-катионитового фильтра.

Суть работы заключается в наполнителе, которым является специальная гелиевая смола, которая полностью состоит из шариков натрия.

Таким наполнителем набивается специальный картридж, и он же способен удерживать все вредные примеси.

Этому процессу способствует специальная реакция, которая происходит между натрием и солями, и благодаря ей же возникает удерживающая вредные минералы корка.

Такие вещества, как кальций и магний, будут прилипать к катиониту, как металл к магниту. Из этого и следует, что обмен ионами — это и есть основное назначение и устройство натрий-катионитового фильтра.

При встрече воды, которая наполнена вредными минеральными солями, с шариками смолы, заполненными натрием, происходит быстрая замена.

Основное преимущество такого обмена заключается в том, что это вполне естественная и очень быстро протекающая реакция, которая не требует подключение никакого дополнительного оборудования.

Натрий меняется местами с минералами, которые, в свою очередь, основательно прилипают к поверхности картриджа.

Еще одна отличная особенность — это возможность регенерации натрий-катионитовых фильтров, а именно восстановление этих картриджей.

Такого типа прибор относится к группе химических очистителей. У любого потребителя возникнет вопрос – как же так получается, что производство питьевой воды связано с химикатами? Но процесс реакции здесь заложен в восстановлении, и при производстве питьевой воды картридж меняют, а не восстанавливают, потому соляные растворы в питьевую воду не попадают.

Регенерация na натрий катионитовых фильтров

Самым уязвимым местом фильтров натрий катионитовых фипа является их невозможность работать непрерывно, без каких-либо затрат и обслуживания. Они требуют восстановления и частого. И чем более загрязненная вода, тем чаще придется менять картриджи или восстанавливать. Замены делают при производстве питьевой воды, восстанавливают во всех остальных случаях.

Эксплуатации и обслуживание

В состав натрий-катионитовых установок для умягчения воды входят фильтры первой и второй ступени, баки запаса воды и раствора соли, насосы, трубопроводы, запорно-регулирующая арматура.

Общий вид и схема обвязки натрий-катионитнова фильтра:

1 — воздушник; 2 — распределительное устройство, 3 — лаз; 4 — корпус; 5 — дренажное устройство; 6 — дренажный колпачок; 7 — манометр; 8 — сборник воды.

Фильтр для натрий-катионирования представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, состоящий из корпуса 4, верхнего распределительного 2 и нижнего дренажного 5 устройств, трубопроводов, запорной арматуры и фильтрующей загрузки.

При эксплуатации фильтров необходимо выполнять следующие операции:

В процессе обслуживания фильтров необходимо брать пробы воды, раствора соли, производить анализы, следить за давлением воды, ее температурой. Для предупреждения потерь катионита вследствие его пептизации (т. е. разложения) под воздействием горячей воды температуру воды перед фильтром ограничивают. При использовании сульфоугля температура воды не должна превышать 40°С, для КУ-2-8 — 80°С.

жесткости) образуются легкорастворимые, не обладающие способностью к накипеобразованию глауберовая и поваренная соли. Пройдя Nа — катионитний фильтр второй ступени, умягченная вода направляется в деаэратор питательной воды.

Обмен катионами происходит в строго эквивалентных (равнозначных) количествах. Вот почему процесс обмена между катионами в фильтре происходит до тех пор, пока катионит не истощится, т. е. перестанет умягчать воду. Для восстановления обменной способности катионита необходимо удалить из него удержанные им катионы кальция и магния, что делается путем так называемой регенерации (восстановления) первоначальных свойств катионита.

Регенерация состоит в том, что через слой истощенного катионита пропускается: для Н-катионитовых фильтров 1 — 1,5 % — ный раствор серной кислоты, а для Na-катионитовых фильтров 5 — 10 % — ный раствор поваренной соли.

Отмывка катионита от остатков соли и хлоридов сырой водой. Длительность отмывки — 60-80 минут.

Фильтр катионитовый, устройство.

Он представляет собой вертикальный цилиндр со сферическими днищами, внутрь которого насыпается катионит. Катионитовый фильтр — основные элементы:

Корпус с эллиптическими днищами

Верхнего распределительного устройства

Нижнего распределительного устройства

Трубопровод и запорная арматура по фронту фильтра.

Размеры и количество натрий катионитных фильтров выбираются после определения общей площади фильтрования так, чтобы каждый фильтр имел не более трех регенераций, продолжительность фильтрации должна составлять около 8 часов. Число регенераций зависит от скорости процесса очистки, от количества катионита в фильтре, обменной емкости катионита и жесткости исходной воды.

Читайте также: