Ионообменные установки (стр. 5 из 8)

Значительно меньшее распространение в практике ионообменной очистки и обессоливания сточных вод имеет статич. метод — без протока очищаемой воды. В статических условиях процесс очистки растворов и извлечения из них в резервуарах, куда помещаются иониты — раздельно катионит и анионит. Преимущество статич. методов состоит в относительно простом аппаратурном оформлении — процесс проводится в емкостях, оборудованных перемешивающими устройствами.

Для очистки и обессоливания сточных вод применяют комплектные обессоливающие установки УЦ-2, УЦ-10, УЦ-25, произ-стыо 2; 10; 25 м/ч. Их можно использовать для обработки сточных вод, не содержащих органич. веществ и значит, количеств железа, т.к. в их составе отсутствует узел предварительной очистки воды. Помимо установок непосредственно предназнач. для ионного обмена (ионообменные фильтры, ПСК), в составе ионообменных установок должны быть емкости для хранения реагентов и очищенной воды, приготовления регенерирующих растворов, мерники и дозаторы реагентов, приборы для автоматизации процессов. Емкостное оборудование подбирают в зависимости от произ-сти установки, частоты регенерации загрузки фильтров и ПСК и др. условий. Для защиты от коррозии внутр. поверхности корпусов ионообменных аппаратов и емкостей либо гуммируют, либо покрывают кислотостойкими смолами и лаками. Гуммиров. емкости вместимостью 0,25—1 и 1—40 м серийно выпускаются. Нижние распределит, устройства трубчатого типа ионообменных фильтров, крепежные детали внутри корпуса и др. арматуру изготовляют из нержавеющей стали; верхние распределительные устройства — из полиэтилена. [18]

8.1. Противоточная регенерация ионообменных смол для водоподготовки

Рассмотрены основные технологии противоточной регенерации ионообменных смол периодического действия, применяемые в установках водоподготовки в мировой практике. Изложена хронология их появления на рынке, дан анализ достоинств и недостатков.

В последние 15 лет в России и странах СНГ среди специалистов служб эксплуатации установок водоподготовки (ВПУ) все большую популярность приобретают современные технологии водоподготовки — мембранные методы разделения (микро-, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос) в сочетании с противоточным ионированием и(или) электродеионизацией.

Первым этапом модернизации установок водоподготовки стал переход от прямоточной (параллельно-точной) регенерации ионообменных смол (ионитов) к противоточной. Этому способствовали как активное распространение мирового опыта применения схем противоточной регенерации зарубежными производителями ионообменных смол ( DowChemical , Bayer , Rohm & Haas , Purolite ), так и переход стран бывшего СССР к рыночной экономике, что заставило производителей оборудования [ОАО ТКЗ «Красный котельщик» (г. Таганрог), АО ЗиОМАР (г. Подольск), ОАО «Комсомолец» (г. Тамбов), ОАО Бердичевский машиностроительный завод «Прогресс»] расширять привычную номенклатуру изделий и осваивать выпуск фильтров с противоточной регенерацией ионообменной смолы.

Наиболее широкое распространение получили технологии водоподготовки периодического действия (непрерывные процессы представляют собой отдельную тему и в данной публикации не рассматриваются).

По оценкам зарубежных производителей ионообменных смол, в мире работают более 5 тыс. установок промышленной водоподготовки по технологиям противоточной регенерации (примерно 4 тыс. — по SCHWEBEBETT , около 700 установок водоподготовки— по UPCORE и около 600 приходится на долю всех остальных технологий водоподготовки). Часто на страницах научно-технических изданий [1—9], а также на семинарах и конференциях возникают дискуссии о возможностях или преимуществах той или иной противоточной технологии. Каждая сторона, участвующая в обсуждении, стремится доказать, что оптимальной является именно та технология, которая была данной стороной разработана (или применяется). Отдельные публикации, касающиеся сравнения эффективности различных технологий, хотя и являются достаточно объективными, но либо носят частный характер (для конкретных условий эксплуатации [2]), либо ограничиваются констатацией самых общих положений [1, 3, 8, 9], не содержат глубокого анализа и потому не могут претендовать на универсальность оценок.

К сожалению, в последнее время участились случаи, когда некоторые специалисты (в том числе и зарубежные) распространяют недостоверные сведения или публикуют статьи, служащие образцом некомпетентности, например [10].

Цель настоящей статьи состоит в проведении всестороннего анализа наиболее распространенных противоточных технологий водоподготовки (на основании изучения предпосылок их возникновения и направлений развития за последние 50 лет) и определении условий и задач, для которых возможно осуществить оптимальный выбор.

В общем случае противоточные технологии водоподготовки различаются по эксплуатационно-экономическим показателям:

степени сложности обслуживания (особенно при ручном управлении);

интервалу значений рабочей нагрузки (от 0 до максимально допустимой), в котором обеспечивается работоспособность схемы водоподготовки;

коэффициенту использования полезного объема фильтра (доля объема активной ионообменной смолы в общем объеме фильтра);

степени жесткости требований, предъявляемых к качеству предочистки воды, направляемой на ионитную часть (например, по толерантности к присутствию взвешенных твердых веществ в обрабатываемой воде);

потреблению воды на собственные нужды;

возможности корректировки объема загрузок ионообменной смолы при изменении характеристик источника водоснабжения или метода предочистки;

стоимости основного и вспомогательного оборудования водоподготовки (фильтров, насосов и пр.).

Другими словами, противоточные технологии различаются по объему капитальных затрат при создании установки промышленной водоподготовки и расходам на ее эксплуатацию.

При сравнении с прямоточной (параллельно-точной) технологией регенерации ионообменной смолы любая противоточная (при условии грамотной реализации!) обеспечивает сокращение потребления (удельных расходов) реагентов на регенерацию, повышение качества обработанной воды и снижение ее потребления на собственные нужды (за исключением схем с гидравлической блокировкой).

Рис. 1. Схема фильтра (классический вариант прямоточной технологии). [19]

ИВ — исходная вода; OS — обработанная вода; Р — реагент

В подавляющем большинстве случаев при солесодержании исходной воды до 15 мг-экв/л применение одноступенчатого противотока ( Na -катионирований или цепочки Н-ОН) позволяет гарантировать в обработанной воде остаточную жесткость ниже 5 мкг~экв/л (или электропроводность менее 2 мкСм/см) в сочетании с приемлемым удельным расходом реагентов, рассчитанным на основании стехиометрических соотношений: 120...140 % для NaCI и HCI ; 150...190 % для H2S04 и 120... 160% для NaOH. Однако в некоторых публикациях (например в [11]) приводятся значения электропроводности 6...35 мкСм/см, полученные при использовании одноступенчатой схемы водоподготовки. Подобные результаты свидетельствуют (с высокой степенью вероятности) о непреднамеренных ошибках, допущенных признанными специалистами при реализации конкретной технологии противоточной регенерации.

Рассматриваются противоточные схемы водоподготовки для деминерализации воды, основанные на цепочке, состоящей из двух фильтров (Н—ОН), и история возникновения и развития технологий противоточной периодической регенерации ионообменной смолы в области водоподготовки.

Ключевым фактором, определяющим успешную реализацию любого противоточного процесса, является обеспечение сохранности слоя ионообменной смолы в «зажатом» состоянии, без внутрислойного (продольного или осевого) перемешивания, как в режиме рабочего цикла, так и при проведении регенерации .

Классическим примером реализации процесса деминерализации или умягчения воды посредством ионного обмена является упрощенная схема, показанная на рис. 1. Обрабатываемая вода проходит сверху вниз последовательно через фильтры, загруженные катионитом (обычно сильнокислотным в Н-форме, при умягчении воды — в Na ) и анионитом (например, сильноосновным в ОН-форме). При этом объем активной ионообменной смолы составляет не более чем 60 % (часто — около 50 %) внутреннего объема фильтра. При проведении регенерации направление подачи реагентов совпадает с направлением подачи обрабатываемой воды (сверху вниз). Поэтому данная технология регенерации ионообменной смолы называется прямоточной (или параллелькоточной). Ее достоинства и недостатки общеизвестны. Однако необходимо отметить, что она обладает следующими положительными качествами: возможностью изменения рабочей нагрузки в широком диапазоне значений, свободой чередования технологических остановов с возобновлением рабочего цикла, возможностью удаления из слоя монообменной смолы загрязнений, накопленных во время работы, и фрагментов зерен смолы, образовавшихся при ее разрушении в процессе эксплуатации (благодаря операции взрыхления слоя ионообменной смолы, осуществляемой в каждом цикле), предотвращением каналообразования в слое загрузки и, наконец, исключительной простотой конструкции фильтров.

Рис. 2. Схема конструкции фильтра с гидравлической блокировкой слояионообменной смолы. [19]

ВБ — вода для блокировки; другие обозначения см. рис. 1

Преимущества противоточной регенерации перед прямоточной уже отмечались ранее, однако для ее реализации необходимо было решить техническую задачу по обеспечению «зажатого» состояния слоя ионообменной смолы и постараться сохранить при этом все достоинства, присущие прямоточной технологии водоподготовки.