Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Водоснабжение

Натрий-катионитовый метод умягчения воды

Натрий-катионитовый (Na-катионитовый) метод применяют для умягчения подземных и поверхностных вод с содержанием взвешенных веществ не более 8 мг/л и цветностью до 30 град.

Жесткость воды может быть снижена при одноступенчатом Na- катионировании до 0,05—0,1, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л.

Процесс Na-катионирования может быть представлен следующими реакциями обмена:

где [К] — нерастворимая матрица полимеров.

Процесс обработки воды на катионитовых фильтрах состоит из следующих последовательных операций:

  • • фильтрования воды через слой катионита до момента достижения предельно допустимой жесткости фильтрата;
  • • регенерации истощенного катионита, включающей: а) взрыхление слоя катионита; б) спуск водяной подушки во избежание разбавления регенерационного раствора; в) пропуск через катионит соответствующего регенерационного раствора; г) отмывку катионита.

Высоту слоя катионита в фильтрах первой ступени принимают в зависимости от жесткости умягчаемой воды от 2—2,5м. Большую высоту принимают при жесткости воды, превышающей 10 мг-экв/л. Объем катионита WK определяют по формуле

где q — расход умягчаемой воды, м3/ч; Жо — общая жесткость исходной воды,г-экв/м3; п — число регенерации каждого фильтра в течение суток (принимается равным 1—3).

Рабочую обменную емкость катионита а при Na-катионирова- нии вычисляют по зависимости

где aNa — коэффициент эффективности регенерации (зависит от удельного расхода регенерирующего раствора); (3Na — коэффициент, учитывающий снижение обменной емкости катионита по ионам Са2+ и Mg2+ вследствие частичной сорбции ионов Na; еп — полная обменная емкость катионитов, определяемая по заводским паспортным данным, г-экв/м3 (см. табл.35.1); qy — удельный расход воды на отмывку катионита (принимается равным для сульфоугля — 4, для КУ-2 — 6м33 катионита); Жо — общая жесткость исходной воды, г-экв/м3.

Коэффициенты aNa и pNa принимают по табл. 35.2 и 35.3 в зависимости от удельного расхода поваренной соли на регенерацию катионита ас (г/г-экв е^а) и соотношения концентрации натрия CNa (г-экв/м3) и общей жесткости Ж (г-экв/м3) в исходной воде.

Таблица 35.2

ас

100

150

200

250

300

_«bia_

0,62

0,74

0,81

0,86

0,9

С№/Ж°„сх

0,01

0,05

0,1

0,5

1

5

10

Рыа

0,93

0,88

0,83

0,7

0,65

0,54

0,5

Площадь катионитовых фильтров первой ступени F определяют по формуле

где Н — высота слоя катионита в фильтре, м.

Скорость фильтрования воды через катионитовые фильтры первой ступени принимают в зависимости от жесткости исходной воды (табл. 35.4).

Таблица 35.4

Общая жесткость воды, мг-экв/л

Скорость фильтрования, м/ч

До 5

25

5-10

15

10-15

10

При выключении фильтров на регенерацию или ремонт допускается кратковременное увеличение скорости фильтрования по сравнению с указанными выше значениями.

Количество катионитовых фильтров первой ступени принимают: рабочих — не менее двух, резервных — один. После истощения рабочей обменной емкости катионита его отключают на регенерацию. Длительность этого процесса составляет около 2 ч, из них взрыхление — 20—30, фильтрование регенерирующего раствора — 15—30, отмывка — 30-60 мин.

Взрыхляют слой катионита перед регенерацией восходящим потоком неумягченной воды или отмывочной водой от предыдущей регенерации. Интенсивность подачи воды для взрыхления принимают 4—5 л/(с-м2). Воду для взрыхления подают специальным насосом или из бака. Насосных агрегатов для взрыхления должно быть: рабочих — один или два, резервных — один. Объем бака рассчитывают на запас воды для обеспечения одной дополнительной промывки сверх расчетного числа.

После спуска водяной подушки катионит регенерируют фильтрованием через него раствора технической поваренной соли. Расход соли Р на одну регенерацию Na-катионитового фильтра первой ступени определяют по формуле:

где /ф — площадь фильтра, м2; hK — высота слоя катионита в фильтре, м; а — удельный расход соли на 1 г-экв рабочей обменной емкости катионита (для фильтров первой ступени в двухступенчатой схеме принимается равным 120—150, в одноступенчатой — 150-200 г/г-экв).

Концентрация регенерационного раствора соли принимается

5— 8%. Скорость фильтрования раствора NaCl через катионит 3—4м/ч.

В процессе регенерации происходят реакции:

Поваренная соль применяется для регенерации из-за ее доступности, а также вследствие того, что получающиеся при этом хорошо растворимые соли СаС12 и MgCl2 легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой.

Катионит после регенерации фильтров первой ступени отмывают неумягченной водой до тех пор, пока содержание хлоридов в фильтрате не станет примерно равным содержанию их в отмывочной воде. Скорость фильтрования воды при отмывке принимают равной

6— 8 м/ч. В целях экономии возможно половину отмывочной воды направлять в водосток, а вторую половину — в баки для использования ее при взрыхлении катионита или для приготовления регенерационного раствора. Удельный расход воды на отмывку 5—6 м33 катионита.

Выбор методов катионирования воды и состава очистных сооружений определяется требованиями к умягченной воде, составом примесей, растворенных в исходной воде, и технико-экономическими соображениями.

Наиболее простой является схема одноступенчатого катионирования (рис. 35.6). Вода, пройдя Na-катионитовые фильтры 2, поступает в сборный бак 5, откуда насосом 7 подается потребителю. При работе по этой схеме отсутствуют вода и растворы с кислой средой, необходимость в применении кислотостойкой арматуры, труб и защитных покрытий фильтров отпадает.

Схема одноступенчатого Na-катионирования имеет недостатки, лимитирующие ее применение: невозможность глубокого умягчения воды (до 0,01-0,02 мг-экв/л); высокий удельный расход соли на регенерацию (200—230 г/г-экв); неполное использование емкости поглощения катионита.

Более глубокое умягчение воды, экономию соли и увеличение фильтрацикла достигают двухступенчатым Na-катионированием (рис. 35.7). В этом случае в фильтрах первой ступени вода подверга-

Схема одноступенчатого Na-катионирования

Рис. 35.6. Схема одноступенчатого Na-катионирования:

1, 7 — подача исходной и отвод умягченной воды; 2 — Na-катионитовые фильтры; 3 — бак с раствором поваренной соли; 4 — бак с частично умягченной водой для взрыхления катионита; 5 — бак умягченной воды; б — насос

ется умягчению до остаточной жесткости 0,1 мг-экв/л при обычной скорости фильтрования 10—25м/ч. Затем умягченная вода пропускается через фильтры второй ступени катионитовой установки, в которой жесткость предварительно умягченной воды удается снизить до 0,01 мг-экв/л.

Схема двухступенчатого Na-катионирования воды

Рис. 35.7. Схема двухступенчатого Na-катионирования воды:

1,5 — Na-катионитовые фильтры первой и второй ступеней; 2,4 — баки с раствором соли для регенерации фильтров первой и второй ступеней; 3 — бак с водой для взрыхления катионита; б — насос; 7 — бак для умягчения воды

Поскольку количество солей жесткости, поступающих на фильтры второй ступени, незначительно, высоту слоя катионита принимают 1,5 м, а скорость фильтрования увеличивают до 40 м/ч. Кроме того, наличие фильтров второй ступени создает своеобразный барьер, препятствующий «проскоку» удаляемых катионов. Поэтому Na-катионитовые фильтры второй ступени часто называют барьерными. При их наличии упрощается эксплуатация установки, поскольку катионитовые фильтры первой ступени отключаются на регенерацию не по проскоку ионов Са2+ и Mg2+, требующему тщательного контроля жесткости воды после этих фильтров, а по количеству воды, пропущенной через них. Небольшое повышение количества солей жесткости после фильтров первой ступени неопасно, поскольку они будут задержаны барьерными фильтрами. Сорбционная емкость фильтров и срок их полезной работы при двухступенчатом катионировании увеличиваются.

В связи с тем что фильтры второй ступени несут небольшую нагрузку по снижению жесткости воды, период их работы до регенерации сравнительно большой — 150—200 ч. Катионит в фильтрах второй ступени отмывают фильтром первой ступени. Удельный расход соли для фильтров первой ступени составляет 120—150 г/г-экв, второй ступени 300—400 г/г-экв задержанных катионов жесткости.

В целом достигается экономия за счет снижения удельного расхода соли на регенерацию фильтров первой ступени до 120— 150 г/г-экв поглощенных катионов (вместо 200—230 г/г-экв при одноступенчатом катионировании).

Фильтры второй ступени, наоборот, регенерируют с применением повышенных удельных расходов соли (300-400 г/г-экв поглощенных катионов). Однако эти фильтры регенерируются сравнительно редко, поэтому общий расход соли при двухступенчатом Na-катионирова- нии уменьшается по сравнению с ее расходом на установках одноступенчатого Na-катионирования. Таким образом, применение двухступенчатого Na-катионирования вызывает необходимость установки дополнительных фильтров, но уменьшает эксплуатационные расходы и значительно повышает эффект умягчения воды. Такая схема особенно целесообразна при умягчении вод высокой жесткости (более 8-10 мг-экв/л). Показатели работы Na-катионитовых фильтров приведены в табл. 35.5.

Если карбонатная жесткость исходной воды превышает допустимую щелочность умягченной воды, то необходимо прибегать к дополнительным мерам по доведению щелочности до допустимых пределов. Наиболее простым мероприятием в этом случае является подкисление воды серной или соляной кислотой с последующим удалением выделяющейся при нейтрализации щелочности свободной углекислоты. Такой прием применим, если увеличение солесоТаблица 35.5

Основные показатели работы напорных фильтров при Na-катионитовом методе

умягчения воды

Показатель

Одноступенчатое

Na-катионирование

Двухступенчатое Na-катионирование

I ступень

II ступень

Содержание взвешенных веществ в исходной воде, мг/л

<5-8

<5-8

<5-8

Цветность исходной воды, град.

<30

<30

<30

Жесткость воды, г-экв/м3 исходной умягченной

до 15 0,05-0,10

до 15 0,1

  • 0,1
  • 0,01

Высота слоя катионита, м

2,5

2,5

1,5

Скорость фильтрования умягчаемой воды, м/ч:

при регенерации или ремонте при нормальной работе фильтров

  • 20-35
  • 10-25
  • 20-35
  • 10-25

до 50 до 40

Количество фильтров

Рабочих — два,

резервных — один

Рабочих — два,

резервных — один

Рабочих — два, резервных — один

Интенсивность взрыхления загрузки фильтра, л/(см2)

4-5

4-5

4-5

Продолжительность взрыхления, мин

20-30

20-30

20-30

Удельный расход NaCl на регенерацию, г/г-экв

150-200

120-150

300-400

Концентрация регенерационного раствора соли,%

5-8

5-8

8-12

Скорость фильтрования, м/ч: раствора соли воды при отмывке

  • 3-4
  • 6-8
  • 3-4
  • 6-8
  • 3-4
  • 6-8

Удельный расход воды на отмывку, м33

5-6

5-6

5-6

Потери напора в фильтре, м

4-7,5

4-7,5

13-15

Взрыхление загрузки фильтра

Неумягченной и отмывочной водой

Приготовление раствора NaCl

На неумягченной воде

Отмывка загрузки фильтра после регенерации

Неумягченной водой

Фильтратом первой ступени

держания воды за счет подкисления не препятствует дальнейшему ее использованию. Чаще снижение щелочности воды достигается применением Н—Na-катионирования или смешанного способа умягчения — реагентно-катионитового. В последнем случае карбонатная жесткость исходной воды устраняется известкованием, а затем вода проходит Na-катионирование.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы