Для очистки радиоактивных сточных вод (по солесодержанию аналогичны природной воде) методом обессоливания разработаны установки со смешанным слоем ионообменных смол, которые позволяли при удельной производительности 40–50м3 /м2 ·ч в одном фильтре обессоливать воду до удельной электропроводности около 1 мкСм/см.
В промышленности эксплуатировались установки водоподготовки единичной производительностью до 300м3 /ч с колоннами диаметром до 3,4 м.
Для очистки воды используются фильтры со сплошным слоем ионитов, для отмывки ионообменных смол от взвеси и регенератов – с псевдоожиженным. Регенерация смолы может осуществляется и в сплошном, и в псевдоожиженном слое. Все фильтры работают непрерывно с противоточным движением фаз.
Высокая эффективность противоточных колонн позволяет обходиться без паразитных потоков промывных вод. Все воды от отмывки ионообменной смолы от регенерационного агента доукрепляются им и подаются в колонны регенерации.
Установки водоподготовки такого типа имеют существенно более высокие показатели, чем фильтры периодического действия: удельная производительность (скорость раствора) может достигать 50–70м3 /ч, единовременная загрузка ионообменной смолы сокращается в 5–15 раз, а объем регенератов в 1,5–2,5 раза. Они сложнее периодических, требуют использования автоматики и управляемых вентилей. Их целесообразно использовать при производительности более 30–50м3 /ч в экологически чистых технологиях водоподготовки, когда регенераты подвергаются дальнейшей переработке.
В качестве примера на рис.3 показана схема установки производительностью 300–500м3/ч для водоподготовки подпитки умягчением вод, содержащих значительное количество взвесей. Она была создана на ТЭЦ Лисичанского НПЗ (Украина) в 90–91 гг., но в силу известных причин не была пущена в эксплуатацию. Установка водоподготовки состоит из сорбционной колонны 1 диаметром 3,4 м со сплошным слоем сорбента, колонны 2 для отмывки сорбента от извлеченных из исходного раствора взвесей, диаметром 0,6 м с псевдоожиженным слоем сорбента, регенерационно-промывной колонны 3 диаметром 0,6 м со сплошным слоем, и колонны 4 диаметром 0,6 м с псевдоожиженным слоем для окончательной отмывки от соли.
Вода подается снизу сорбционной колонны 1 , проходит через слой катионита и умягчается. Катионит насыщается в сорбционной колонне и порциями по 0,5м3 выводится из сорбционной колонны в промывную 2 . В ней он свободно опускается в потоке поднимающейся промывной воды, а затем перемещается в колонну регенерации 3 . В регенерационной колонне катионит постепенно опускается, двигаясь навстречу поднимающемуся сначала регенерационному раствору, а затем промывной воде, которая вводится снизу колонны.
7.2 Ионитовые противоточные фильтры для умягчения и обессоливания воды
В большинстве случаев ионообменный метод обработки воды обеспечивает необходимые параметры качества умягчения и/или деминерализации воды в промышленных условиях. Показатели экономической эффективности и экологичности ионного обмена напрямую зависят от выбора технологии регенерации ионитов, применяемой при эксплуатации.
Сравнение технологий с прямоточной (параллельноточной) регенерацией с противоточными свидетельствует о предпочтительности применения последних, в силу того, что при противотоке достигается более высокое качество обработанной воды при более низких значениях удельных расходах реагентов с использованием меньшего количества единиц установленного оборудования.
Ключевыми факторами, характеризующими эффективность регенерации и процесса ионного обмена в целом, являются:
удельные расходы химических реагентов
объемы потребления воды на собственные нужды
По указанным выше показателям приоритет принадлежит технологическим процессам, в которых реализуется принцип «зажатого слоя» ионита, при котором практически весь рабочий объем фильтра заполняется слоем активной смолы.
Технологии, основанные на «зажатом слое», различаются между собой по:
-надежности функционирования в широком диапазоне изменения рабочих нагрузок;
-толерантности к недостаткам предочистки (допустимому количеству взвесей, присутствующих в обрабатываемой воде);
-простоте конструктивных решений основного оборудования.
Технология UPCORE (АПКОРЕ), разработанная компанией The Dow Chemical Company, а также ее модификации в наибольшей степени отвечают современным требованиям, предъявляемым к процессам противоточной регенерации ионитов. Ее применение позволяет потребителю обеспечивать высокое качество обработки при минимальных значениях расходов реагентов и потребления воды на собственные нужды, простоте реализации и удобстве в эксплуатации в сочетании со стабильностью рабочих показателей в широчайшем диапазоне нагрузок и беспрецедентной для противоточных процессов с зажатым слоем устойчивостью к присутствию взвешенных веществ в исходной воде. [18]
8. ОБОРУДОВАНИЕ ИОНООБМЕННЫХ УСТАНОВОК
Оборудование, предназначенное для очистки природных и сточных вод от растворов, примесей, а также обессоливания и опреснения воды. Оно включает: ионообменные фильтры с обработкой воды в плотном или псевдоожиженном слое ионита; пульсац. колонны или резервуары с механич. или пневматич. перемешиванием для контактирования ионитов с водой. В фильтрах с плотным слоем загрузки в нижней части имеется днище с дренажным устройством, позволяющим пропускать только воду и задерживать твердые частицы ионита. Верхняя часть фильтра снабжена распределительным устройством для подачи и равномерного распределения воды по всему его сечению. Зернистый ионит загружают в фильтр в набухшем состоянии. Вода, подаваемая сверху вниз, проходит через слой ионита и дренаж с заданной скоростью до проскока извлекаемых примесей. При появлении примесей в фильтрате процесс очистки воды приостанавливают, чтобы восстановить первоначальное рабочее состояние ионита, т.е. регенерировать его. Процесс регенерации ионитов осуществляется пропусканием регенерирующего агента через фильтр прямотоком (сверху вниз) или противотоком (снизу вверх). После регенерации иониты отмывают от избытка регенерирующего агента и продуктов регенерации. Отмытые иониты используют для очистки следующей порции сточной воды. Цикл — фильтрация воды, регенерация и отмывка ионита — многократно повторяется. В практике очистки и обсссоливания сточных вод наиболее распространены ионообменные натрий- и водород-катионитовые фильтры: параллельно-точные типа ФИПа 1-2,0-6, ФИП-1 -2,6-6, ФИП-1-3,0-6, ФИП-1-3,4-6.
При глубокой очистке и обессиливании сточных вод после очистки с целью корректирования значения рН применяют фильтры смешанного действия (ФСД), в к-рые загружают смесь анионита и катеонита. При этом используют катиониты и аниониты с различными плотностями. На обоих концах таких фильтров предусмотрены дренажные устройства, а в середине — спец. коллекторные патрубки для введения регенерац. растворов и отмывочной воды. Фильтры смешанного действия бывают двух видов: с внутренней и выносной регенерацией. В комплект оборудования ФСД с выносной регенерацией входят, кроме рабочих фильтров, еще два регенератора. Один из них оборудован верхним, нижним и средним распределит, устройствами , другой этих устройств не имеет. Наличие двух регенераторов позволяет проводить совместную регенерацию кати-онита и анионита в одном регенераторе и раздельную в каждом из них. Преимущество очистки или обессоливания сточных вод в ФСД по сравнению с процессами катионирования и анионирования в раздельных фильтрах заключается в том, что использование рабочей обменной емкости в ФСД достигает 80—90%, тогда как в раздельных фильтрах — 60—65%. Процесс ионного обмена осуществляется при протоке очищаемой воды через смешанный слой ионитов. После проскока катионов или анионов производится раздельная регенерация катионита и анионита соответственно растворами к-ты и щелочи. Процесс регенерации может происходить только после разделения ионитов, для чего снизу вверх подается вода под большим давлением. При этом ионит с меньшей плотностью (анионит) поднимается в верхнюю часть фильтра, а с большей (катионит) остается в его нижней части. Затем через катионит снизу вверх пропускают раствор к-ты до зоны анионита, а через анионит сверху вниз — раствор щелочи. Регенерирующие растворы через анионит и катионит можно пропускать одновременно или поочередно и выводить через средние коллекторы. После окончания регенерации производятся предварит, отмывка ионита обессоленной водой, перемешивание ионитов сжатым воздухом — снизу вверх и окончат. отмывка ионитов потоком обессоленой воды сверху вниз. После отмывки фильтр включается в работу в следующем цикле.
Процесс очистки и обессоливания воды можно осуществить непрерывно (нециклично). В этом случае вместо фильтров используют пульсационные колонны (ПСК). Существует несколько типов ПСК: противоточные с псевдоожиженным слоем; прямоточные с псевдоожиженным слоем; прямоточные со сплошным слоем. Пульсация раствора необходима для равномерного распределения ионита в воде и по сечению ПСК и их перемешивания. Установка непрерывного ионного обмена состоит из неск. ПСК, каждая из к-рых предназначена для проведения одного технологич. процесса: ионного обмена, регенерации, промывки. Поскольку очистка и обессоливание сточных вод обеспечиваются последоват. их катионированием и анионированием, то полная схема такого процесса включает две установки, в одной из к-рых циркулирует катионит, а в другой — анионит. При применении ПСК в 5—20 раз сокращается необходимое колличество ионита и уменьшаются габариты установки, кроме того, появляется возможность (особенно при противотоке) получить стабильные высокие концентрации извлекаемых в-в из регенерац. растворов, сократить расход промывных вод, упростить схему регулирования и полностью ее автоматизировать.