книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

Суммарная рабочая площадь Na+ -катионитовых фильтров оп­ ределяется по формуле

Крисч [Т П(fB3p - f /рег + /0тм)]

Скорость фильтрования воды через катионит при нормальной

Жесткости фильтрата, мгэкб/л

/ — 5; 2 — 7; 3 — 10; 4 - 15; 5 - 2 0 .

10 мг-экв/л — 15 м/ч, до 15 мг-экв/л— 10 м/ч. Величина скоро­ сти фильтрования, вычисленная по формуле (130) должна быть не менее 3 м/ч, но не превышать указанные величины.

На рис. 60 приведен график для определения жесткости воды, умягченной Na+ -катиенированием. Количество рабочих катиони­ товых фильтров I ступени следует принимать не менее двух; ре­ зервных — один.

Потери напора, состоящие из сумм потерь в коммуникациях фильтра, дренажа и катионите, принимаются по табл. 42.

Таблица 42. Общие потери напора в катионитовых фильтрах

(СНиП 11-Г. 3—70)

В открытых катионитовых фильтрах слой воды над катиони­ том принимается 2,5—3 м, скорость фильтрования не более 15 м/ч. Интенсивность взрыхления катионита при крупности зе­ рен 0,3—0,8 мм составляет 3 л/сек-м2, а при крупности зерен 0,5— 1,1 мм — 4 л/сек-м2.

Регенерационные растворы при жесткости умягченной воды до 0,2 мг-экв/л приготовляются 2— 5-процентной концентрации.

При глубоком умягчении воды предусматривается двухступен­ чатая регенерация фильтров: сначала пропускается 2-процент­ ный раствор поваренной соли в количестве 1,2 м3 раствора на 1 м3 катионита, а затем остальное количество в виде 7— 10-про- ценгного раствора. Скорость фильтрования раствора соли через катионит 3—5 м/ч.

Отмывка катионита после регенерации производится неумягченной водой до тех пор, пока содержание хлоридов в фильтра­ те не будет равно содержанию их в промывной воде. Удельный расход воды на отмывку принимается 4— 5 м3 на 1 м3 катионита.

Ыа+-катионитовые фильтры II ступени рассчитывают на про­ пускание всего полезного расхода воды. Высота слоя катионита при этом принимается 1,5 м, скорость фильтрования не более 60 м/ч, удельный расход соли для регенерации катионита 300— 400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости, потеря на­ пора в фильтре 13— 15 м. При расчете фильтров II ступени жесткость поступающей воды принимают равной 0,1 мг-экв/л, рабочую емкость поглощения катионита определяют по формуле

а” принимается по графику, приведенному на рис. 61, для удельного расхода соли 400 г на 1 г-экв удаленных из воды со­ лей жесткости. Определяя значение коэффициента Рыа , концен­ трацию натрия в умягчаемой воде принимают равной сумме концентраций в исходной воде кальция, магния, натрия и калия.

где am и аса— концентрация натрия и катионов жесткости в регенерационном растворе в конце цикла регенерации с под­

становкой в него принятого выше значения а".

Регенерацию катионитовых фильтров следует производить технической поваренной солью. Расход поваренной соли на одну регенерацию Ыа+-катионитового фильтра I ступени определяют по формуле:

Рс = /•"•EpaVrf кг, (134)

где f — площадь одного фильтра, м2; Н — высота слоя катиони­

та в фильтре, м\ Е^аб — рабочая обменная способность катиони­ та, г-экв!мъ\d — удельный расход соли на 1 г-же рабочей об­ менной емкости катионита, принимаемый 120— 150 г/г-экв для фильтров I ступени и 150— 200 г/'г-экв при одноступенчатой схеме.

Н+-катионирование воды. При Н+ -катионировании воды об­ менными ионами служат катионы водорода. В процессе фильтро­ вания воды через Н-катионит поглощение катионов Са2+ и M g2+ сопровождается переходом в воду эквивалентного количества Н+-ионов.

Разрушение анионов НСОз в воде при Н+-катионировании и удаление С 0 2 приводит к снижению солесодержания воды.

В работе Н-катионитового фильтра отмечаются два основных периода. Первый период характеризуется полным поглощением всех катионов. Фильтрат не обладает жесткостью и его кислот­ ность (в мг-экв/л) равна сумме всех катионов без учета щелоч­

ности (НСОГ) воды, либо сумме всех катионов за вычетом со­

держания НСОГ-ионов (при наличии ОН” и СОз~ионов за выче­ том суммы этих анионов). Второй период обусловлен проскоком ионов Na+ в связи с тем, что первоначально поглощенные из во­ ды ионы Na+ далее вытесняются более сильно связанными с ки­ слотными группами смолы двухвалентными катионами. Увели­ чение концентрации ионов Na+ в фильтрате, вследствие того что Са2+и M g2+ наряду с вытеснением Н+-ионов вытесняют и ионы натрия, является заключительным этапом Н + -катионирования воды. Происходит одновременное Н+ и № +-катионирование во­ ды. Выравнивание концентрации ионов. Na+ в фильтрате и исход­ ной воде наступает уже при проскоке катионов жесткости. Опи­ санные процессы приводят к постепенному снижению кислотнос­ ти фильтрата, поэтому кислотность Н+ -катионированной воды остается постянной лишь при отсутствии Na+ в исходной воде. При работе Н+-катионита до проскока катионов жесткости сред­ няя кислотность фильтрата равна некарбонатной жесткости во­ ды, т. е. разности между общей ее жесткостью и щелочностью.

В зависимости от схемы иоиитной обработки воды Н+-катио- нитовые фильтры могут работать как до проскока ионов натрия, так и до проскока катионов жесткости.

Эффект умягчения воды при Н+-катионировании обычно та­ кой же, как и при Ыа+-катионировании. Он зависит от полноты регенерации катионита, природы ионита и состава исходной воды.

Как уже было сказано, Ыа+-катионирование воды вследствие высоких значений абсолютной и относительной щелочности фильтрата, а также в результате того, что сухой остаток воды и содержание свободной С 0 2 после катионирования практически не изменяется, в качестве самостоятельного процесса применя­ ется сравнительно редко. В большинстве случаев катионирова-

ние сочетается с другими видами ионного обмена, которые обеспечивают снижение щелочности и солесодержания воды. Наибольшее распространение для умягчения воды получило

Н+—Na+- и NH^—Na+ -катионирование.

При параллельном Н+— Ыа+-катионировании вся умягченная вода разделяется на два потока, один из них пропускается через Н+-катионитовые, а второй — через Ыа+ -катионитовые фильтры. Оба фильтрата смешиваются. При этом кислая Н+-катиониро- ванная вода нейтрализуется щелочной № +-катионированной во­ дой. Образующаяся свободная углекислота удаляется из сме­ шанной воды отдувкой в декарбонизаторе.

Соотношение расхода воды, подаваемой на Н+-катионитовые и Na+ -катионитовые фильтры, при умягчении воды параллель­ ным Н+— На^-катионированием, следует определять отношением в умягченной воде карбонатных и некарбонатных солей и требуе­ мой щелочности умягченной воды.

Расход воды, подаваемой на Н+-катионитовые фильтры,

Расход воды, подаваемой на Ыа+-катионитовые фильтры, оп­

где <7П0Л— полезная производительность Н+— Na+ -катионитовой

лочность исходной воды, мг-экв/л', а — остаточная щелочность умягченной воды, мг-экв/jv, А — суммарное содержание в умяг­ ченной воде анионов сильных кислот (сульфатов, хлоридов, ни­ тратов и др.), мг-экв/л.

Обменная емкость Н+-катионита зависит также от природы поглощаемых катионов, обусловливающей различную длину ра­ ботающего слоя. От природы поглощенных катионов зависит и степень регенерации Н+-катионита: чем меньше обменная ем­ кость катионита по данному катиону, тем легче регенерируется насыщенный им катионит.

При умягчении и химическом обессоливании воды режим ре­ генерации и расход кислоты на обработку истощенного Н+ -ка­ тионита определяются условиями вытеснения ионов Са2+и Mg2+.

Увеличение содержания С1_ и SC>4~-HOHOB в Н+-катионируемой воде вызывает необходимость дополнительного расхода кислот, а в некоторых случаях требует применения двухступенчатого или противоточного катионирования исходной воды.

Регенерацию Н+-катионитовых фильтров следует производить 1— 1,5-процентным раствором серной кислоты. Скорость про­ пускания регенерационного раствора серной кислоты через слой катионита должна быть не менее 10 м/ч с последующей отмыв­

тионита, зависящий от удельного расхода кислоты; Ск — общее содержание в воде катионов кальция, магния, натрия и калия, г-экв/мъ\qy — удельный расход воды на отмывку катионита по­ сле регенерации (4— 5 м3 воды на 1 м3 объема катионита в фильтре); Е ПОлн — паспортная полная обменная способность ка­ тионита в нейтральной среде, г-экв/м3.

Для определения необходимой площади фильтров скорость фильтрования на Н+ -катионитовых фильтрах (при снижении кислотности фильтрата до нуля) находят по формуле

где Т0 — продолжительность работы фильтра до снижения кис­

где Н — высота слоя катионита в фильтре, м\ Н7н — в соответ­ ствии с формулой (138).

Потеря напора в Н+-катионитовых фильтрах принимается аналогично Ыа+-катионитовым фильтрам.

Если умягчению подвергается вода с повышенным солесодержанием (более 700— 1000 мг/л), рекомендуется производить по­ следовательное Н+ и Na+ -катионирование с удалением свобод­ ной углекислоты после Н+-фильтров и пропусканием воды через две ступени Na+-катионитовых фильтров.

При достижении щелочности фильтрата Н+-катионитовых фильтров 0,5— 0,7 мг-экв/л последние выключаются из работы. Фильтры таких установок рассчитываются так же, как и для пре­ дыдущих схем.

Удаление углекислоты из Н+-катионированной воды или из смеси Н+-катионированной и Ыа+-катионированной воды преду­ сматривается в дегазаторах с загрузкой из колец Рашига 25Х Х25Х З мм или с деревянной хордовой насадкой из брусков.

Впатенте США приводятся рекомендации по обработке воды

сбольшой жесткостью и повышенной концентрацией ионов Na+. Исходную воду рекомендуется направлять на катионитовые фильтры в № +-форме, где происходит снижение концентрации Са2+ и Mg2+ до < 30 мг/л. Частично умягченная вода затем по­

ступает на слабокислотный (карбоксильный) катионит в Na+" или Н+-форме, при фильтровании через который соли жестко­ сти полностью удаляются. Регенерация катионита, содержащего Карбоксильные группы, производится веществами, способными образовывать комплексные соединения с Са2+ и M g2+, напри­ мер, лимонной или триметилендиаминтетрауксусной кисло­ той и др.

ОН-анионирование декатионированной воды. При ОН-аниони- ровании воды в качестве основного реагента для перевода анио­ нита в ОН~-форму применяется едкий натр. В табл. 68 приведен удельный расход NaOH на регенерацию сильноосновного (АВ-17) и среднеосновного (ЭДЭ-10П) анионитов, наиболее широко используемых на станциях водоподготовки:

При расчете анионообменных процессов используются следую­ щие, установленные на основе практического опыта нормы: про­ должительность фильтроцикла при расчете анионитовых филь­ тров I ступени — 20—22 ч на установках с ручным управлением и 9— 10 ч — на автоматизированных установках; продолжитель­ ность простоя анионитовых фильтров на регенерацию и отмыв­ ку — 2— 2,5 ч на одноступенчатой установке.

Рабочая обменная способность анионита в фильтре I ступени

определяемый в зависимости от удельного расхода щелочи; при удельном расходе щелочи 60 г на 1 г-же поглощенных сульфа­

тов и хлоридов аI можно принимать 0,8—0,9. Еа — полная об­ менная способность анионита, г-экв/м3 анионита в рабочем со­ стоянии (табл. 41); q — удельный расход воды на отмывку анио­ нита в м3на 1 м3 анионита, принимаемый 7,5 мг/мг при повторном использовании вод и 10 мг/м? без их использования; Ск — кон­ центрация сульфатов и хлоридов в обрабатываемой воде,

г •экв/м? .

Расчетная скорость фильтрования воды через анионитовые фильтры I ступени определяется по формуле

где Ла — высота загрузки анионитовых фильтров I ступени, рав­ ная 2,5 м; А — содержание анионов сильных кислот в исходной воде, мг-экв/л; Т — продолжительность работы каждого фильт­ ра между регенерациями, ч

Рис. 64. Фильтры: