Умягчение воды катионированием (стр. 5 из 6)

Н-катионитовые фильтры регенерируют 1 ... 1,5%-ным раствором серной кислоты. Регенерационный раствор серной кислоты фильтруют через слой катионита со скоростью не менее 10 м/ч с последующей его отмывкой неумягченной водой, пропускаемой через катионит сверху вниз со скоростью 10 м/ч. Расход 100%-ной кислоты, кг, на одну регенерацию Н-катионитового фильтра qк

где а — площадь одного Н-катионитового фильтра, м2; qУД — удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв.

Процесс регенерации Н-катионитовых фильтров описывается следующей реакцией:

Методы известково-катионитовый и частичного катионирования

Известково-катионитовый метод умягчения воды (рис. 20.17) является смешанным способом и относятся к реагентно-катионитовому. Карбонатную жесткость исходной воды устраняют известкованием, затем вода поступает на последующее натрий-катионированпе. Известкование применяют для снижения щелочности (или карбонатной жесткости). Введение в воду гашеной извести в виде известкового молока или раствора вызывает нейтрализацию свободной углекислоты по уравнению

Рис. 20.17. Схема известково-иатрий-катионитового умягчения воды.

1,9 — подача исходной и отвод умягченной воды; 2 — аппаратура для коагулирования воды; 3 — дозатор известкового молока; 4 — смеситель (реактор); 5 — осветлитель со слоем взвешенного осадка; 6 — скорый осветлительный фильтр; 7,8 — натрий-катионитовый фильтр I и II ступени; 15 — промежуточный резервуар; 11 — повысительный насос; 12 — фильтр для осветления солевого раствора; 13 — бак мокрого хранения поваренной соли; 14 — бак известкового молока с гидравлическим перемешиванием

Затем добавление извести в большем количестве вызывает распад бикарбонатов Са (НС03)2 + Са (ОН)2 = 2СаС03 + 2Н20.

Известкованием устраняют из воды и некарбонатную жесткость при рН> 10,2... 10,3. При значительном содержании Na(I) в; умягчаемой воде, если оно более 20% от суммарного содержания Ca(II) и Mg(II), целесообразно применять реагентно-катионитовое умягчение (известкование — натрий-катионирование). При регенерации водород-катионитовых фильтров кислотой в количестве, недостаточном для полного вытеснения катионов, катионит в фильтре будет находиться в двух формах: в. верхней части — в Н-форме, в нижней — в Ca(II) и Mg(II) - формах. При фильтровании воды через такой фильтр в верхней части фильтра все растворенные соли в результате обмена1 катионов на Н-ион будут превращаться в кислоты

При этом угольная кислота будет распадаться с образованием Н20 и С02. В нижних слоях фильтра будет иметь, место реакция обмена между Са и Mg-катионитами и кислотой

в результате чего все некарбонатные соли будут оставаться в воде, а карбонатные удаляться из нее. Такой метод позволяет удалять только соли карбонатной жесткости, снижая щелочность воды до 0,4 .. . 0,5 мг-экв/л.

Частичное катионирование можно применять при умягчении; воды в том случае, если потребитель не предъявляет высоких- требований к жесткости воды. Часть воды поступает на умягчение, затем умягченная вода смешивается с исходной в пропорциях, определяемых качеством воды, необходимым потребителю.

Коэффициент разбавления

Расход исходной воды

Расход фильтрата

где Жтр — требуемая жесткость воды, мг-экв/л; Жф — жесткость фильтрата; Ки — исходная жесткость; Qo— общий расход воды; qф — расход фильтрата; Qw— расход исходной воды, т. е. воды, не подвергшейся умягчению.

Катионитовые фильтры, вспомогательные устройства катионитовых установок

Катионитовые фильтры бывают напорные и открытые. Напорные катионитовые фильтры (горизонтальные, вертикальные) состоят из цилиндрического корпуса, дренажной системы для отвода из фильтров умягченной воды и подачи на него воды для взрыхления катионита, распределительной системы для подачи в фильтр регенерационного раствора и сборной системы для отвода из фильтра воды при взрыхлении катионита и распределения по площади фильтра умягчаемой воды (см. рис. 20.13). Наиболее широко применяют напорные фильтры, главным образом вертикальные. Открытые катионитовые фильтры применяют только на установках большой производительности (более 500 м3/ч) и только при одноступенчатом катионировании.

Напорные катионитовые фильтры выпускают серийно отечественной промышленностью семи типоразмеров различных диаметров и с различной высотой загрузки катионитов, рассчитанные на рабочее давление 0,6 МПа и рабочую температуру до 60°С (табл. 20.9). Фильтр оборудуют необходимым количеством задвижек (или гидравлических затворов) и вентилей для управления работой фильтра, отбора проб воды. Кроме того, каждый фильтр снабжают следующей контрольно-измерительной аппаратурой: расходометром для измерения производительности фильтра, счетчиком для замера общего количества умягченной воды и двумя манометрами, один из которых показывает давление воды до фильтра, другой — после него. Вся аппаратура сконцентрирована с одной стороны фильтра, называемой фронтом фильтра.

В катионитовых фильтрах поддерживающие слои обычно не устраивают, а применяют щелевые или колпачковые дренажи, не требующие их устройства.

Для предотвращения коррозии внутреннюю поверхность корпуса и все детали катионитовых фильтров, соприкасающиеся с агрессивной средой, либо изготовляют из коррозионно-стойких материалов, либо надежно защищают специальными покрытиями. При использовании для изготовления Н-катионитовых фильтров обычной листовой стали внутреннюю поверхность корпуса фильтра гуммируют, оклеивают винипластовой фольгой или пластикатом, окрашивают перхлорвиниловым или бакелитовым лаком.

В состав катионитовых водоумягчительных установок кроме фильтров входят вспомогательные устройства для регенерации и отмывки фильтров в процессе их эксплуатации. На водоумягчительных установках малой производительности с расходом поваренной соли меньше 0,5 т/сут ее можно хранить в сухом виде в неотапливаемых складах и растворять в проточных солерастворителях непосредственно перед регенерацией натрий-катионитового фильтра. Они представляют собой металлические цилиндрические резервуары с двумя полусферическими днищами, рассчитанные на рабочее давление до 0,6 МПа. В нижней части солерастворителя укреплено дренажное устройство в виде коробки со щелями у основания. Над ним расположены гравийные подстилающие слои с уменьшающимися кверху размерами зерен, на которые загружается поваренная соль в количестве, необходимом для одной регенерации.

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

(20.32)

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. 20.19. 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.