Пом’якшення води аніоноване
Пом'якшення води натрій-хлор-іонуванням
Як показує назву цього методу обробки води, він ґрунтується на застосуванні катіоніту в Na-формі та аніоніту в С1-формі; регенерація обох іонітів проводиться розчином кухонної солі (рис. 20.16).
Мал. 20.16. Схеманатрій-хлор-іонування води
1,4 - подача вихідної та відведення пом'якшеної води; 2 - натрій-катіонітовий фільтр; 3 - хлор-іонітовий або спільний натрій-хлор-іонітовий фільтр
Хлор-іонування здійснюється після попереднього натрій-катіонування. На натрій-катіонітних фільтрах протікають реакції, розглянуті вище та оброблювана вода пом'якшується, в ній залишаються тільки солі натрію: NaHC 03, Na 2 S О4, NaCl, NaN О3. При пропуску натрій-катіонованої води через сильноосновний аніоніт у хлор-формі протікають реакції обміну аніонів, що містяться в Na-катіонованій воді, на іони хлору, що знаходяться в аніоніті, а саме:
В результаті сорбції іона НСОз- знижується лужність оброблюваної води, вона мінімальна на початку робочого циклу, а потім поступово підвищується. Кінець робочого циклу хлор-аніонного фільтра встановлюють за зростанням лужності фільтрату до заданої величини.
Практика показала, що застосування слабоосновних аніонітів в описаній технології Na-Cl-іонування виявилося неможливим, оскільки після двох-трьох регенерацій кухонною сіллю аніоніти цього типу не відновлюють своєї обмінної ємності. Втілення в життя цієї технології зустріло і низку інших труднощів. Для продовження терміну служби сильноосновного аніоніту, наприклад АВ-17-8, необхідно, щоб у схемах Na - Cl -іонування оброблювана вода не містила заліза та органічних речовин. У підземних водах дуже часто міститься двовалентне залізо, і тодіпотрібно вихідну воду попередньо знезалізувати. Поверхневі води, для яких обов'язкова коагуляція з метою видалення органічних речовин, зазвичай при необхідності знизити лужність обробляються на очистці вапном, після чого вони не потребують Na-С1-іонування.
Метод натрій-хлор-іонування слід застосовувати у виняткових випадках при співвідношенні аніонів у вихідній воді
та сумарної концентрації сульфатів та нітратів не більше 3 мг-екв/л.
У котельнях зазвичай потрібне глибоке пом'якшення води, для чого застосовують два ступені натрій-катіонування води. У разі Na-С1-іонування після натрій-катіонітних фільтрів першого ступеня ставляться фільтри другого ступеня, де натрій-катіонування поєднується з хлор-іонуванням, при цьому вниз фільтра завантажується катіоніт, а зверху поміщається аніоніт типу АВ-17. У процесі регенерації фільтра другого ступеня розчином кухонної солі іони натрію регенерують катіоніт, а іони хлору аніоніт.
Витрата солі приймається рівним 100-120 кг/м3 аніоніту. Регенераційний розчин готується обов'язково на пом'якшеній воді. Витрата води на відмивання 3-4 м3/м3. Швидкість фільтрування приймається 15-20 м/год, кількість фільтрів - 2-3. При відключенні хлораніонітного фільтра при лужності 1,0-1,5 мг-екв/л середня лужність за робочий цикл виходить значно нижче. Натрій-хлор-іонітний фільтр розраховується як натрій-катіонітний першого ступеня, а необхідний обсяг аніоніту визначається при робочій обмінній ємності аніоніту за іоном НСО3-280-300 г-екв/м3. Шар аніоніту у фільтрі приймається мінімально необхідним, число-регенерацій - не більше 2 разів на добу кожного фільтра. Шар катіоніту - як різниця загальної висоти шару завантаження Я0& стандартного фільтра мінус шар аніоніту, але неменше 0,5 м-коду.
Жорсткість пом'якшеної води дорівнює 0,01 мг-екв/л, лужність - до 0,2 мг-екв/л. Іоніти зазвичай регенерують 5%-ним розчином кухонної солі.
Для регенерації катіонітових фільтрів першого ступеня використовують відпрацьований розчин після регенерації фільтрів II ступеня.
Об'єм аніоніту у фільтрах другого ступеня
На установках продуктивністю від 5 до 50 м3/год натрій-хлор-іонітовий метод пом'якшення води має ряд переваг у порівнянні з водень-натрій-катіонітовим методом: витрачається лише один реагент - кухонна сіль, відпадає необхідність у кислотному господарстві, не потрібно антикорозійного захисту обладнання , трубопроводів та спеціальної арматури. Зменшується кількість обладнання, спрощується контроль за роботою та експлуатацією водопом'якшувальної установки. Недолік методу - зростання хлоридів у пом'якшеній воді на величину, еквівалентну її лужності.
Пом'якшення води амоній-іонуванням
вода пом'якшення іонування
При амоній-катіонуванні оброблювана вода фільтрується через шар катіоніту, відрегенерований солями амонію NH 4 C 1 або ( NH 4)2 S 04. Іон амонію, що міститься в катіоніті, обмінюється на катіони Ca ( II ), Mg ( II ), Na присутні у природній воді, при цьому протікають наступні реакції у напрямку зліва направо:
Як видно з реакцій обміну, у фільтраті утворюються солі амонію, що відповідають аніонам, що є у воді. Амоній-катіонована вода пом'якшується, а лужність її має таку ж величину, як і у вихідної води.
При нагріванні води в казані солі амонію розкладаються:
Аміній і вуглекислота, що утворюються при розкладанні бікарбонату амонію, відносяться парою, а в котловій воді повинні залишатися соляна і сірчана кислоти. Щоб уникнутикорозії під дією кислот застосування амоній-катіонування в енергетичній практиці завжди поєднується з натрій-катіонуванням. У процесі натрій-катіонування карбонатна жорсткість перетворюється на бікарбонат натрію, який у котлі розкладається з утворенням соди та їдкого натру:
Вуглекислота відноситься парою, а сода і їдкий натр нейтралізують кислотність води, що виникає при термічному розкладі солей амонію. Щоб запобігти надмірному зниження лужності котлової води, поєднання амоній-катіонування з натрій-катіонуванням здійснюють з розрахунком отримати в пом'якшеній воді концентрацію іонів НСО3- на 0,3-0,7 мг-екв/л більше концентрації іонів амонію.
Пар котлів, що живляться NH 4 - Na-катіоновані водою, завжди містить велику кількість аміаку. Враховуючи цю обставину, амоній-катіонування води не слід застосовувати, коли в тепловій схемі котельної установки є апарати (теплообмінники тощо) та деталі з латуні або мідних сплавів або коли пара використовується для гарячого водопостачання або відкритих систем теплопостачання. На всіх підприємствах, де в парі не повинен утримуватись аміак, від методу амоній-катіонування води доводиться відмовлятися.
Комбінування процесів амоній і натрій-катіонування можливе із застосуванням схем паралельного або спільного NH 4 - Na-катіонування. Вибір схеми визначається якістю вихідної води.
Схема паралельного NH 4 - Na-катіонування застосовується при
де Жк — карбонатна жорсткість вихідної води, мг-екв/л; умовна тому, що вона відповідає тільки змісту NaHC 03пом'якшеної води.
Якщо у вихідній воді практично немає натрію, рівняння набуде вигляду
Ступінь обміну жорсткості на натрій (при спільному амоній-натрій-катіонуванні) або частка води, що надходить на натрій-катіонітні фільтри в схемі паралельного амоній-натрій-катіонування, США, % визначаються з рівняння
При розрахунку катіонітних фільтрів у схемах паралельного або спільного амоній-натрій-катіонування слід користуватися з таблиць 20.4 і 20.5 наступними розрахунковими даними: висота шару і крупність зерен катіоніту, швидкість фільтрування, втрати напору на фільтрах, інтенсивність і тривалість.
Регенерація амоній-катіонітних фільтрів проводиться розчином сульфату або хлориду амонію. Застосування сульфату амонію (використовується сорт для сільського господарства) коштує дешевше, але при його використанні є небезпека загіпсовування катіоніту (випадання CaS О4 на зернах катіоніту). Для регенерації готують 2-3%-ний розчин сульфату амонію і пропускають його, а також воду для відмивання зі швидкістю не менше 10 м/год.
Питома витрата сульфату амонію приймається рівним 200 г/г-екв жорсткості, що видаляється, при повторному використанні розчину (при двоступінчастій схемі) - 140 г/г-екв.
Робочу обмінну ємність амоній-катіоніту приймають на 10-15% більше, ніж натрій-катіоніту. Питома витрата води на відмивання продуктів регенерації — 5 м3 на 1 м3 катіоніту.
Вибір діаметра, кількості та інші розрахунки амоній- катіонітних фільтрів ведуться аналогічно до розрахунку натрій-катіонітних фільтрів.
При проведенні процесу спільного амоній-натрій-катіонування фільтр регенерується змішаним розчином сульфату амонію та хлористого натрію. Концентрація сульфату амонію має перевищувати 2—3%,кухонну сіль розчиняють у цьому ж обсязі.
Склад регенераційного розчину визначається залежно від величини амн4.
Відносна концентрація NaCl , % суми витрати реагентів ( NH 4)2 S 04+ NaCl , визначається з рівняння
Витрата реагентів на одну регенерацію при спільному амоній-натрій-катіонування визначиться з рівнянь: витрата сульфату амонію Q nNH 4, кг,
витрата кухонної солі QpNa , кг,
де V - обсяг катіоніту у фільтрі, м3; Ер - робоча обмінна ємність катіоніту (при спільному катіонуванні приймається як при NH 4 - Na-катіонування), г-екв/м3; qp - Питома витрата реагентів, г/г-екв.
Витрата води на регенерацію амоній-катіонітного фільтра і NH 4 - Na-катіонітного фільтра розраховується так само, як і для натрій-катіонітного фільтра, однак, з урахуванням того, що регенераційний розчин сульфату амонію повинен мати концентрацію не більше 2-3% і витрата води на відмивання становить 5 м3 на 1 м3 катіоніту.
Методи глибокого пом'якшення води
Іншим прикладом отримання глибоко пом'якшеного фільтрату є протиточне катіонування, про яке вказувалося вище. Сутність протиточного катіонування полягає в тому, що вода, що пом'якшується, прямує через шар катіоніту знизу вгору, в той час як регенеруючий розчин і відмивна вода пропукаються через катіоніт у звичайному напрямку - зверху вниз.
Протиточне катіонування реалізується у фільтрах з гідравлічно затиснутою (див. рис. 20.13) завантаженням. Регенерація фільтра проводиться без попередніх промивок, що розпушують. Результати роботи таких фільтрів показали: можливе підвищення швидкості протиточного фільтрування до - 25 м/год; при пом'якшенні вод середньої жорсткості (до 10 мг-екв/л) залишкова жорсткість фільтрату неперевищує 0,01 мг-екв/л, тобто одержуваний ефект не поступається ефекту двоступінчастого катіонування; при деякому зниженні питомої витрати солі на регенерацію (до 165 мг-екв/л) ємність поглинання фільтра зменшується, але ефект пом'якшення не знижується; повинна бути передбачена можливість зворотного промивання дренажу струмом води від водопроводу, так як під час робочого циклу пом'якшення дренажні ковпачки, розташовані в шарі катіоніту, частково забиваються дрібними зернами; можливо-протиточне катіонування без розпушує промивання за вантажні перед її регенерацією.
Мал. 20.18.Визначення питомої витрати сірчаної кислотиqKна регенерацію водень-катіонітних фільтрів залежно від необхідної жорсткості фільтрату (ЖФ) тазагального солевмісту вихідної води в мг-екв/л(а)івід сумарного вмісту аніонів сульфатівіхлоридів(б)
1 - 5 мг-екв/л; 2 - 7,0; 3 - 10; 4 - 15; 5 - 20, 6,7 - при прямоточній та протиточній регенерації
Алексєєв Л.С., Гладков В.А. Поліпшення якості м'яких вод. М., Будвидав, 1994 р.
Алфьорова Л.А., Нечаєв А.П. Замкнуті системи водного господарства промислових підприємств, комплексів та районів. М., 1984.
Аюкаєв Р.І., Мельцер В.3. Виробництво та застосування фільтруючих
матеріалів для очищення води Л., 1985.
Вейцер Ю.М., Мііц Д.М. Високомолекулярні флокулянти у процесах очищення води. М., 1984.
Єгоров А.І. Гідравліка напірних трубчастих систем у водопровідних очисних спорудах. М., 1984.
Журба М.Г. Очищення води на зернистих фільтрах. Львів, 1980.