Ионообменные установки (стр. 6 из 8)

Первыми противоточнымн технологиями, появившимися на рубеже 50—60-х годов прошлого века, были такие, в которых «зажатие» слоя ионообменной смолы при регенерации осуществлялось подачей дополнительного потока воды, направленного сверху вниз, навстречу потоку реагента. Такие технологии получили название «противоточные технологии с гидравлической блокировкой (зажатием) слоя» (рис. 2). В рабочем цикле обрабатываемая вода подается c вepxy вниз через распределительное устройство, расположенное в верхней части фильтра (на схеме не показано), проходит через слой ионообменной смолы и инертный материал и через нижнее распределительное устройство выводится фильтра. Слой ионообменной смолы заполняет до 60 % объема цилиндрической части фильтра. Среднее дренажное устройство либо заглублено в слой ионообменной смолы своими распределительными элементами, либо размещается целиком в верхнем слое ионитовой загрузки. При регенерации поток реагента подается снизу вверх, (для обеспечения «зажатого» состояния слоя через верхнее распределительное устройство сверху вниз навстречу потоку реагента) подается дополнительный блокирующий поток воды. Оба потока выводятся из фильтра через среднее распределительное устройство. Очевидно, что расход воды в блокирующем потоке должен существенно превышать расход воды в потоке реагента (иначе слой ионообменной смолы разуплотнится и будет перемешиваться). Этим обстоятельством определяется значительное потребление воды на собственные нужды . В то же время данная схема водоподготовки позволяет выбрать способ взрыхляющей промывки: либо всего слоя загрузки (с обязательной последующей двойной регенерацией), либо только верхних слоев ионообменной смолы (при подаче воды на взрыхление через среднее распределительное устройство, которое заглублено в слой ионита).

Наиболее широко известная и апробированная из отечественных противоточных технологий водоподготовки, предложенная потребителям в конце 80-х — начале 90-х годов прошлого века [5, 7, 12], относится по своему техническому уровню именно к данному (первому) поколению технологий противоточной регенерации ионообменной смолы.

Следующим этапом в развитии противоточной технологии водоподготовки стало применение воздушной (пневматической) блокировки слоя ионообменной смолы, что позволило в значительной степени снизить потребление воды на собственные нужды. Конструкции фильтров, последовательность и тип операций при проведении рабочего цикла и регенерации в технологиях с воздушной блокировкой полностью идентичны соответствующим решениям, применявшимся в схемах с гидравлической блокировкой. Отличие состоит лишь в том, что блокировка слоя ионообменной смолы осуществляется не водой, а подаваемым под давлением с большим расходом потоком воздуха.

Недостатками технологий с использованием блокировки обоих видов являются низкое значение коэффициента использования полезного объема фильтра, сложность регулирования технологических параметров и управления технологическими потоками в процессе регенерации ионообменной смолы (особенно вручную), а несомненными достоинствами — возможность проведения взрыхляющих промывок без перегрузки ионита в дополнительную емкость, а также возможность останова и возобновления работы установки водоподготовки в любой момент рабочего цикла.

Еще одним типом противоточной технологии водоподготовки, реализуемой в фильтрах, конструкция которых представлена на рис. 3, является ECONEX с перемещаемым слоем инертного материала [13]. Особенность конструкции такого фильтра по сравнению со стандартным прямоточным состоит в том, что помимо нижнего распределительного устройства аппарат оснащается еще и верхним. Отличительной чертой этой технологии является наличие в фильтре, над слоем активного ионита, плавающей инертной загрузки, которая обеспечивает «зажатое» состояние слоя ионообменной смолы при проведении регенерации.

Рис. 3. Схема конструкции фильтра с перемещаемым слоем инертного материала. Обозначения см. на рис. 1 [19]

Рабочий цикл проводится в направлении сверху вниз, а регенерация — снизу вверх. В случае необходимости проведения взрыхляющей промывки слой инертного материала удаляется из рабочего фильтра в дополнительную емкость, а после ее завершения возвращается в рабочий фильтр для проведения регенерации (как минимум двойной). Возможность проведения взрыхляющей промывки ионообменной смолы непосредственно в рабочем фильтре является несомненным достоинством рассматриваемой технологии водоподготовки, существенно повышающим ее толерантность к присутствию взвешенных твердых веществ в обрабатываемой воде. К недостаткам можно отнести: низкое значение коэффициента использования полезного объема фильтра, так как значительный объем фильтра заполнен инертной загрузкой; включение в технологическую схему дополнительной емкости для гидроперегрузки ионообменной смолы; сложность автоматизации процесса работы установки из-за необходимости тщательного контроля за отсутствием остатков перегружаемого инертного материала в запорно-регулирующей арматуре; дополнительные расходы воды на собственные нужды и реагентов на проведение двойных регенераций.

Революционным прорывом в противоточных технологиях водоподготовки стала SCHWEBEBETT , разработанная и предложенная к внедрению компанией BAYER в 60—70-е годы прошлого века [14], Впервые было предложено заполнить активной ионообменной смолой практически весь объем фильтра. В его верхней части (непосредственно между ионообменной смолой и верхним распределительным устройством) размещается относительно узкий (до 300 мм высотой) слой плавающего инертного материала, поэтому между смолой и этим материалом остается небольшая зона свободного пространства (необходимая для «дыхания» ионообменной смолы при переходе из одной рабочей формы в другую). По технологии SCHWEBEBETT регенерация ионообменной смолы проводятся сверху вниз, а рабочий цикл - снизу вверх (рис. 4).

Начиная с 70-х годов прошлого века в мире было создано около 4 тыс. промышленных установок водоподготовки для деминерализации воды (с технологической цепочкой; основанной на схеме Н—ОН), использующих технологию SCHWEBEBETT .

Простота проведения регенераций по рассматриваемой технологии не вызывает сомнений, однако в некоторых случаях могут возникать осложнения в режиме рабочего цикла фильтра. Во-первых, чтобы исключить (или по возможности минимизировать) вероятность транспортировки катионитной мелочи (возникающей при разрушении зерен ионообменной смолы в процессе эксплуатации) в фильтр с анионитом, инертный материал подбирался таким образом, чтобы воспрепятствовать выносу из фильтра практически любых дисперсий (взвесей). Во-вторых, вследствие гидроклассификации наиболее крупные (и тяжелые) зерна ионообменной смолы сосредотачиваются в донной части фильтра, а наиболее мелкие (и, соответственно, легкие) — в верхней. В результате в рабочем цикле при подаче исходной воды, содержащей взвеси, снизу вверх взвешенные вещества распределяются по всей высоте слоя ионообменной смолы.

Совокупность изложенных факторов приводит к тому, что взвеси практически не вымываются из фильтра, их количество возрастает от цикла к циклу, что приводит к росту гидравлического сопротивлений фильтра и ухудшению качества регенерации ионообменной смолы.

Чтобы решить эту проблему потребителю необходимо:

либо наладить работу предочистки (например, осветлителей и фильтров) таким образом, чтобы практически исключить присутствие взвесей в воде, поступающей на ионирование (что в условиях России до пос леднего времени или являлось недостижимой мечтой, или требовало резкого увеличения капитальных и/или эксплуатационных затрат на предочистку);

либо периодически очищать ионообменную смолу от взвесей: перегружать ее в дополнительную емкость, проводить взрыхляющую промывку, загружать в технологический фильтр и осуществлять двойную регенерацию (что также приводит к дополнительным затратам реагентов и воды на собственные нужды).

Именно из результатов анализа опыта эксплуатации SCHWEBEBETT был сделан вывод о том, что при использовании противоточной технологии необходимо предъявлять значительно более жесткие требований к качеству предочистки по сравнению с прямоточной.

В третьих, необходимо поддерживать слой ионообменной смолы в «зажатом» состоянии на протяжении всего рабочего цикла. Для этого нужно соблюдать определенное минимальное значение расхода обрабатываемой воды и не допускать произвольных остановов и пусков фильтра в работу.

Специалисты BAYER достаточно быстро осознали недостатки, присущие технологии водоподготовки SCHWEBEBETT . Поэтому в результате работ по ее совершенствованию (с конца 60-х н до начала 80-х годов прошлого века) появились технические решения для противоточной регенерации, запатентованные под названиями UFTBETT , RINSEBETT и MULTISTEP (последняя раз работка предназначалась главным образом для финишной очистки деминерализованной воды). На рис 5 представлены конструктивные особенности фильтров, предназначенных для реализации указанных процессов. Фильтр, применяемый для технологии UFTBETT, представляет собой двухкамерную конструкцию (что увеличивает стоимость его изготовления на 30...50 %), в которой верхняя камера практически полностью заполнена активной ионообменной смолой, а нижняя - не более чем на 50 % полезного объема. В верхних частях обеих камер располагается плавающая инертная загрузка. Обрабатываемая вода поступает сначала в нижнюю, а затем в верхнюю камеры. Регенерация осуществляется в обратном направлении — сверху вниз. Благодаря тому, что объем загрузки ионообменной смолы в нижней камере фильтра не превышает 50 % ее объема, в ней можно проводить взрыхляющую промывку слоя смолы. Обвязка фильтра дает возможность перегрузки ионообменной смолы из верхней камеры в нижнюю (для удаления взвесей и мелочи из слоя смолы взрыхляющей промывкой материала, находящегося в нижней камере). Кроме того, недостатком данной технологии водоподготовки (помимо удорожания конструкции) является необходимость установки арматуры на соединительных трубопроводах между камерами, так как обеспечение надежной и бесперебойной ее работы в присутствии транспортируемой твердой фазы — весьма непростая задача в условиях промышленной эксплуатации.