Файл: Методическое пособие По рабочей профессии Аппаратчик химводоочистки.docx

Концентрация раствора соли, выходящего из проточного солерастворителя, неблагоприятная для регенерации натрий-ка- тионитовых фильтров — вначале она большая и по мере растворения соли падает. Поэтому иногда раствор соли из солерастворителя направляют в отдельный бак, где поддерживают концентрацию рассола в пределах до 10%, затем при регенерации его разбавляют. При больших расходах соли применяют мокрое хранение (рис. 20.19), при котором поступающую на водоумягчительную установку поваренную соль засыпают в большую емкость и заливают водой. Объем баков для мокрого хранения соли Vм. х, м3, рассчитывают по формуле



где q — расход воды на натрий-катионитовые фильтры, м3/сут; Жо — удаляемая при натрий-катионировании общая жесткость воды, г-экв/м3; т — срок хранения запаса соли (обычно 20...40 сут); (qуд — удельный расход соли на регенерацию катионита, г/г-экв поглощенной жесткости; р — плотность раствора соли, г/см3; С — концентрация раствора соли (обычно равна 20... 25%).

По приведенной формуле 1 т поваренной соли занимает 5... 6 м3 емкости бака. Для сокращения его объема соль можно хранить не в виде раствора, а в замоченном состоянии; необходимая при этом емкость составляет 2... 2,5 м3 на 1 т соли.

Железобетонные баки-хранилища обычно располагают вне здания с некоторым заглублением в грунт и перекрывают дощатыми щитами. При однорядном расположении хранилищ мокрой соли их располагают параллельно стене здания водоумягчительной установки, при двухрядном — между ними устраивают железнодорожную колею, а также оборудуют насосную станцию с насосами и воздуходувками. Для ускорения растворения соли применяют перемешивание воздухом, циркуляцию рассола или сочетают оба способа; при низкой температуре окружающей среды желательно применять подогретую воду. На дне емкостей-хранилищ прокладывают лоток или сборную дырчатую трубу и ограждают коробом с отверстиями, который

Рис.104. Схема солевого хозяйства. 3 — резервуар-хранилище поваренной соли; 4 — гравийно-песчаный осветлительный фильтр; 5 — слой соли; 1 — подача воды; 2 — бак постоянного уровня; 6 — отвод раствора соли на регенерацию; 7 — эжектор; 8 — расходные баки соли.

---

Обсыпают гравием или щебнем крупностью 3... 4 до 30 ... ...40 мм, что позволяет освободить рассол от грубодисперсных примесей. Более полно раствор поваренной соли осветляется на кварцевых фильтрах. Рекомендуется применять открытые фильтры со скоростью фильтрования 4... 5 м/ч при толщине слоя песка 0,6...0,8 м (размер зерен 1... 1,5 мм). Осветленный концентрированный раствор соли собирают в бак из двух отделений, используемых в качестве мерников. Целесообразно подавать рассол на катионитовые фильтры эжектором, одновременно разбавляя его до нужной концентрации. При этом на трубопроводе эжектирующей воды (давление не менее 0,40... ...0,45 МПа) устанавливают расходомер, а за эжектором автоматический концентратомер.

При Н—Nа-катионитовом методе умягчения воды установку оборудуют также кислотным хозяйством, которое должно обеспечивать месячный запас реагента (рис. 20.20). В связи с тем, что железнодорожные цистерны, в которых поставляют серную кислоту, имеют грузоподъемность до 50... 60 т (вместимость баков при плотности раствора 1,8 составляет 28... 33 м3), объем хранилищ должен обеспечивать их опорожнение. Кислотное хозяйство состоит из цистерн-хранилищ, мерников для концентрированной кислоты и вакуум-насосов.


Рис.105. Схема кислотного хозяйства.

1 — отвод 1% регенерационного раствора кислоты; 2 — эжектор; 3 — подача воды; 4 — мерный бак; 5, 7 — стационарная и железнодорожная цистерна; 6 — промежуточный бачок.

Объем цистерн для хранения серной кислоты и полезную емкость мерника, м3, определяют по формулам

 

где QH — расход воды на Н-катионитовые фильтры, м3/ч; Жо — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; qУД — удельный расход кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв; т — срок хранения запаса кислоты, сут; С — концентрация серной кислоты (принимается равной 90... 92%); ρ — плотность кислоты, г/см3; Т — фильтроцикл, ч; n — число рабочих фильтров, шт.

При проектировании установок с применением серной кислоты необходимо избегать схем, в которых кислота находится или транспортируется под давлением.

Объем баков для регенерационного раствора поваренной соли Vc, м3, и серной кислоты Ук, м3, если предусмотрено их разбавление до фильтров, рассчитывают по формулам

---

 

где qс и qк — соответственно расход поваренной соли и кислоты на регенерацию, м3.

Бак для воды, используемой для взрыхления слоя катионита, рассчитывают на последовательное проведение этой операции в двух фильтрах. Объем его, м3, определяют по формуле
 

где w — интенсивность изрыхления катионита, л/(м2-с); а — площадь одного фильтра, м2; Тв — продолжительность Взрыхления, мин.

Бак располагают так, чтобы его дно было на 4 м выше сборной воронки фильтра.

Расход воды на собственные нужды Н—Nа-катионитовых установок слагается из потребления воды на следующие технологические операции: приготовление регенерационных растворов соли и кислоты; взрыхление катионита в фильтрах перед регенерацией; отмывка катионита после регенерации. На эти цели используют осветленную, неумягченную воду. На катионитовую установку воды должно поступать Q, м3/сут,



где Qy — полезная производительность установки по умягчению воды; Q1 Q2, Q3 — соответственно расход воды на приготовление регенерационного раствора, взрыхление и отмывку катионита.

При повторном использовании отмывочной воды для взрыхления фильтров расход воды на собственные нужды сокращается на Q2.

Расчетный расход воды, м3/сут, на приготовление растворов поваренной соли Q1 и серной кислоты Q2 равен



где nиn — соответственно число Na и Н-катионитовых фильтров и регенераций каждого фильтра в сутки; а и h — площадь, м2, и высота, м, загрузки фильтра катионитом; Ер и ЕРн — рабочая обменная емкость соответственно Na и Н-катионита, г-экв/м3; qУД.с и qУД.к — соответственно удельные расходы соли и кислоты, г/г-экв, удаляемой жесткости; Сс = 5 . . . 8— средняя концентрация регенерационного раствора соли, %; Ск — средняя концентрация регенерационного раствора кислоты (в расчетах принимается равной 1%).

Расход воды на взрыхление катионита, м3/сут,



где Т= 15 — продолжительность взрыхления, мин; w — интенсивность взрыхления

---

, принимается в зависимости от крупности зерен катионита в пределах 3 ... 4 л/(м2*с). Расход воды на отмывку катионита, м3/сут,



где qуд.о — удельный расход отмывочной воды (qrA.0=4...5 м3/м3 катионита).

Фильтры со смешаной загрузкой катионита и анионита.

Смешанные загрузки действуют как фильтры с производительностью от 50 до 90 % в зависимости от размера частиц и рабочих условий. Коллоиды на них практически не задерживаются. 

Смешанная загрузка ионитов дает воду самой высокой чистоты, и упомянутые растворимые частицы анионита или катионита сорбируются зернами ионитов с противоположной химической функцией. При этом возникают сложности, связанные с регенерацией, которая в случае загрузок фильтров, состоящих только из одного вида применяемых хемосорбентов, не представляет затруднений. Смешанные загрузки ионитов регенерировать значительно труднее, так как необходимо перед регенерацией добиться разделения зерен катионита и анионита. После регенерации иониты вновь следует смешать, добиваясь первоначальной однородности. 

Для смешанных загрузок, употребляемых в ионном обмене из очень разведенных растворов ( сотые доли мг / л), при повышенной температуре и при заметной растворимости одного из ионитов, эквивалентность, определенная методом СОЕ по раствору соли, не соответствует оптимальности соотношения ионитов. В этих случаях необходимо превышение эквивалентности со стороны нерастворяющегося ионита с тем, чтобы создать запас емкости для поглощения растворяющегося ионита. 

Однако фильтр со смешанной загрузкой ионитов, по существу, являясь лишь барьерным, относительно долго может служить без регенерации. 

Э ффективность эксплуатации фильтров со смешанной загрузкой в технологической схеме получения глубоко обессоленной воды в значительной степени зависит от полноты разделения смеси компонентов на составные части. Используя различие в значениях истинных плотностей катионита и анионита, осуществить разделение шихты возможно двумя путями. 

Катионит и анионит для приготовления смешанных загрузок 1: 1 замерялись в отдельности ( по 200 мл) и после тщательного перемешивания загружались в фильтр. 

В случае определения СОЕ для смешанных загрузок ионитов в конечном итоге получается нейтрализация Н - - - и ОН - - ионов. Только в конце опыта в случае превышения емкости одного ионита над другим может наступить кислотность или щелочность равновесного раствора. В случае же оптимально (эквивалентно) подобранных отношений катионита и анионита выделения в раствор кислотности или щелочности совсем не происходит. Отсюда следует правило, что

---

Рис.106. эквивалентность, оптимальность смешанных загрузок следует определять путем такого подбора отношения ионитов, при котором получается нейтральная реакция равновесных растворов солей, находящихся в контакте со смешанными загрузками ионитов в процессе определения СОЕ. Однако такое правило действительно в части оптимальности для ионитов, нерастворимых в воде. 

Опреснительные установки.

Глобальной проблемой человечества в новом тысячелетии становится проблема получения пригодной для питья пресной воды. Например, ряд районов нашей страны располагает большими запасами подземных вод с общей минерализацией от 1 до 35 г/л, не и спользуемых для нужд водоснабжения из-за высокого содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их дальнейшего опреснения.

Обратный осмос.

При опреснении воды методом обратного осмоса морскую воду пропускают через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, существенно превышающего разницу осмотических давлений пресной и морской воды (для морской воды 25–50 атм).

Рис.107. Такие мембраны изготавливаются отечественной промышленностью из полиамида или ацетата целлюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микропоры этих мембран могут свободно проникать небольшие молекулы воды, в то время как более крупные ионы соли и другие примеси задерживаются мембраной.

Мембраны для очистки воды.

                Мембраны бытовые                       Мембраны промышленные

                                     

  Рис. 108.

 Мембраны обратного осмоса являются главными фильтрующими элементами в системах обратного осмоса. Обратноосмотическая мембрана устраняет до 96-99% всех растворенных в воде химических и минеральных отложений, а также вирусы и бактерии, пропуская лишь молекулы воды и кислорода. Мембраны состоят из высококачественного синтетического полиамидного волокна, с размерами пор до 0.0001 мкм. Немаловажно, что мембрана почти не накапливает в себе загрязнения, что обеспечивает  на притяжении длительного времени качественную очистку воды.

---