Обессоливание воды: назначение, методы и схемы установок

Обессоливание и опреснение воды

Под обессоливанием воды понимают процесс снижения содержания растворенных в ней солей до требуемой величины прокаленного растворенного остатка.

Различают частичное и полное обессоливание. Частным случаем обессоливания воды является опреснение , в результате которого величина солесодержания в очищен­ной воде не превышает 1000 мг/л.

Полное обессоливание обеспечивает получение в процессе обработки воды, близ­кой по качеству к дистиллированной, используемой в большинстве случаев для питания барабанных и прямоточных паровых котлов ТЭЦ и ГРЭС.

К наиболее распространенным методам обессоливания воды относятся: ионный обмен, электродиализ, обратный осмос и дистилляция. Выбор метода обессоливания определяется производительностью установки, качеством исходной и очищенной воды и осуществляется на базе технико-экономического сравнения вариантов. Ориентировоч­но, при общем солесодержании воды до 1,5-2 г/л, рекомендуется применять ионообмен­ный метод, 1,5-15 г/л – электродиализ или обратный осмос, более 10 г/л – дистилляцию и до 40 г/л – обратный осмос.

Ионообменный метод обессоливания воды основан на способности ионитов обме­нивать ионы Н + и ОН – , С0₃ 2- , НС0₃ – соответственно на катионы (Са 2+ , Mg 2+ и Na + ) и анионы (S0₄ 2- , Сl – , Si0₃ 2- ) растворенных в воде солей и реализуется путем последова­тельного пропуска обрабатываемой воды через Н-катионитовые фильтры:

H[K] + NaCl ↔ Na[K] + HCl,

и ОН, C0 ₃ или НС0₃ -анионитовые фильтры, в которых процесс обмена может быть представлен следующими уравнениями реакций:

[А] ОН + NaCl ↔ [А]Сl + Н₂0,

Схема установки для обессоливания воды

1 – Н-катионитовые фильтры; 2 – анионитовые фильтры; 3 – буферный Ыа-катионитовый фильтр; 4 – дегазатор; 5 – вентилятор; 6 – промежуточный бак; 7 – насос.

Схема установки для полного обессоливания воды с двухступенчатым катионированием и анионированием

1 – Н-катионитовые фильтры; 2 – анионитовые фильтры первой ступени (со слабоосновным ани­онитом); 3 – Н-катионитовые фильтры второй ступени; 4 – анионитовые фильтры второй ступени (с сильноосновным анионитом); 5 -дегазатор; 6 – вентилятор; 7 – бак для сбора частично обессо­ленной воды; 8 – насос.

Условия применения технологических схем обессоливания ионным обменом

Схема ионитового обессоливания воды

общее солесодержа- ние, мг/л

S0 2 _A + + Сl – , мг – экв / л

взвешен­ные веще­ства, мг/л

перманганат- ная окисляе- мость, мг0₂/л

общее солесо- держание, мг/л

кремнекис- лота, мг/л

Н-катионитовый фильтр, анионитовый фильтр со слабоосновным анионитом, дегазатор

I ст., анионитовый фильтр со слабоосновным аниони­том I ст., Н-катионитовый фильтр II ст., дегазатор; анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом

Трехступенчатая: дополни­тельно к двухступенчатой схеме фильтр со смешанной загрузкой из высококислот­ного катионита и высокоос­новного анионита (ФСД)

В зависимости от требований , предъявляемых к очищенной воде, раз­личают одно-, двух- и трехступенчатые схемы ионитового обессоливания воды. Кроме фильтров, являющихся основным оборудованием ионитовых установок, в состав по­следних входят дегазаторы для удаления избыточной углекислоты, баки для взрыхления катионитовой и анионитовой загрузки, бак для сбора воды после дегазатора, насосное и воздуходувное оборудование и реагентное хозяйство для обеспечения регенерации ио­нитовых фильтров. Вода, подаваемая на обессоливающие установки, должна быть пред­варительно очищена от механических примесей и органических веществ. При окисляе­мости воды более 7 мг 0 ₂/л в технологической схеме должно быть предусмотрено уст­ройство фильтра с активированным углем. Суммарное содержание в такой воде сульфа­тов и хлоридов не должно превышать 5 мг-экв/л.

Расчет Н-катионитовых фильтров I и II ступени производится по данным таблицы ранее аналогично, как и для водоумягчительных установок.

Технологические параметры Н-катионитовых фильтров

Высота слоя катионита, м

Полная обменная емкость по паспортным данным, г-экв/м 3 , либо при их отсутствии при загрузке фильтра:

Рабочая обменная емкость, г-экв/м 3

Скорость фильтрования, м/ч

-интенсивность подачи воды, л/с м 2

-продолжительность промывки, мин

-удельный расход серной кислоты, г-г/экв

-скорость фильтрования, м/ч

-концентрация регенерационного раствора, %

-при загрузке сульфоуглем

при загрузке катионитом КУ-2

-удельный расход отмывочной воды, м 3 /м 2 катионита

-продолжительность отмывки, мин

-продолжительность регенерации и отмывки, ч

Отмывку фильтров II ступени следует производить водой, прошедшей через анионитовые фильтры I ступени.

Воду от отмывки катионитовых фильтров II ступени следует использовать для взрыхления Н-катионитовых фильтров I ступени и приготовления для них регенерационного раствора.

Для анионитовых фильтров II ступени величину рабочей обменной емкости, г-экв/м 3 , определяют по формуле

Фильтр смешанного действия

1- подача обрабатываемой воды; 2- отвод обрабатываемой воды; 3 – подвод раствора щелочи; 4 – подвод раствора кислоты; 5 – подвод осветленной воды; 6- подвод сжатого воздуха; 7 – дренаж; 8- отвод воздуха.

Для обслуживания Н-катионитовых и анионитовых фильтров обессоливающих ус­тановок предусматривают устройство кислотного и щелочного (содового) хозяйства.

Для анионитовых фильтров в составе одноступенчатой схемы обессоливания реко­мендуется использовать в качестве реагента кальцинированную соду, гидрокарбонат на­трия или гидроксид натрия, а для фильтров в составе двухступенчатой схемы обессоли­вания возможно использование одного гидроксида натрия.

Технологические параметры работы фильтров ФСД

Скорость фильтрования, м/ч

Количество фильтров, шт, не менее

-удельный расход 100%-ной серной кислоты, кг, на 1 м 3 катионита

-удельный расход 100%-ного едкого натрия, кг, на 1 м 3 анионита

-удельный объем воды, тыс. м 3 , на 1м 3 смеси ионитов, профильтрованной через загрузку, при достижении которого следует предусматривать регенерацию ФСД

Подбор ионитов осуществляют таким образом, чтобы во влажном состоянии насыпная масса анионита была меньше, чем катионита.

Отмывку катионита следует сочетать с регенерацией анионита.

В состав щелочного хозяйства входят: бак для растворения твердого гидроксида на­трия или для приема раствора из контейнеров; цистерна для хранения запаса концент­рированного раствора гидроксида натрия; расходный бак раствора NaOH; мерник; на­сосное оборудование.

Схема щелочного хозяйства

1 – бак для растворения твердого едкого натра и для приема раствора едкого натра из контейне­ров; 2 – воронка для слива раствора едкого натра из контейнеров; 3 – подвод воды для растворе­ния едкого натра; 4 – насос; 5 – цистерна для хранения запаса концентрированного раствора ед­кого натра; 6 – сифон для заполнения цистерны; 7 – расходный бак раствора едкого натра; 8 – мер­ник; 9 – насос; 10 – насос-дозатор; 11 – трубопровод с водой, в котором образуется раствор едко­го натра; 12 – вакуум-насос; 13 – расходомер.

Вода, подаваемая на установки, должна характеризоваться следующими показате­лями: мутность – менее 0,3 мг/л; общее содержание гуминовых веществ (по перманганатной окисляемости) – не более 10 мг0 ₂ /л; железо (Fe 3+ ) – не более 0,05 мг/л.

Для обеспечения требуемого качества воды и предотвращения снижения произво­дительности вследствие забивания пор мембран взвешенными частицами, коллоидами и солями, выпавшими в осадок в процессе обессоливания, необходимо предусматривать предварительную обработку природных вод.

Выбор технологической схемы предподготоьки воды зависит от производительно­сти установки, источника водоснабжения, характеризующегося определенным составом примесей, и частично – от типа применяемых мембранных модулей.

Возможные варианты предподготовки воды рассмотрены ниже.

1. Поверхностные воды:

хлорирование → коагуляция → осаждение → фильтрование через зернистую за­грузку.

1. Вода повышенной жесткости:

известково-содовое умягчение → фильтрование через зернистую загрузку;

1. Вода с низким содержанием солей жесткости:

фильтрование через песчаную загрузку → фильтрование через цеолитовую загрузку.

В состав обратноосмотических установок, помимо мембранного аппарата, входят: насос; оборудование для предварительной и последующей обработки воды; баки для рас­твора и фильтрата; датчики и приборы автоматического управления и контроля; механи­ческий фильтр; соединительная и регулирующая арматура; элементы крепления и т.д.

Технологические характеристики существующих мембранных аппаратов для обратного осмоса, применяемых в водоподготовке, в частности для обессоливания и опреснения морских и солоноватых вод, приведены в таблице.

Технологические характеристики мембранных аппаратов

удельная поверхность мембран (плотность упаковки), м 2 /м 3

Аппарат с плоскокамерными фильтрующими элементами (ПФЭ)

Аппарат с трубчатыми фильтрующими элементами (ТФЭ)

Аппарат с фильтрующими элементами рулонного типа (РФЭ)

Аппараты с плоскими волокнами (ФЭВ)

20000-30000, наружный диа­метр волокон – 45-200 мкм

Основным элементом аппаратов для осуществления процесса обратного осмоса яв­ляются полупроницаемые мембраны (пористые и непористые), для получения которых используют различные материалы: полимерные пленки, стекло, металлическую фольгу и др.

Широкому промышленному использованию электродиализного метода мешает ряд ограничений эксплуатационного характера. К этим ограничениям относятся: «от­равление» анионообменных мембран органическими веществами, содержащимися в природных водах; «отравление» катионообменных мембран железом, марганцем, при­сутствующими в природных водах; выпадение в осадок карбоната кальция, гидрата оки­си магния и (реже) гипса в результате работы электродиализного аппарата в условиях поляризации; работа установки при предельных плотностях тока ниже оптимальных, что приводит к повышению себестоимости деминерализации воды; высокие капиталь­ные затраты и эксплуатационные расходы на отдельные компоненты промышленных электродиализных установок, включая заменяемые прокладки и мембраны.

Обработка воды производится в электродиализаторах – аппаратах, представляю­щих собой систему рабочих ячеек (дилюатных и рассольных камер), каждая из которых содержит мембраны противоположной полярности, разделенные лабиринтно-сетчатыми перегородками-прокладками или корпусными рамками с закладкой либо вваривае­мой сеткой. Прокладки и корпусные рамки с сеткой выполняют двойную функцию: на­правляют течение жидкости между мембранами и создают турбулентность потока, по­вышающую эффективность процесса.

Эта система находится между двух электродов, погруженных в электролит. Они поддерживают постоянное напряжение. На электродах происходит электрохимическая реакция, которая трансформирует электронный ток в ионный: ионы водорода Н + восста­навливаются на катоде до молекулярного водорода Н ₂ и выделяются в виде газа, а ионы гидроксила ОН – и хлор-ионы Сl – окисляются на аноде до хлора Сl ₂ и кислорода 0 ₂ и также выделяются в виде газов.

Для осуществления электродиализа требуется только электрический ток и незначи­тельное количество реагентов (кислоты, щелочи, фосфатов).

Перед электродиализными аппаратами необходима глубокая очистка воды от орга­нических веществ, соединений железа и других загрязнений. Очистка воды от взвешен­ных веществ осуществляется известными методами (коагуляцией, отстаиванием, филь­трованием, содоизвесткованием и др.). Особенно эффективно применение перед элек­тродиализными установками ультрафильтрации и фильтрования воды через специаль­ные фильтровальные патроны.

Принцип устройства электродиализной ячейки

1 – рассольная камера; 2 – камера обессоливания; 3 – анионообменная мембрана; 4 – катионообмен­ная мембрана.

На рисунке показана схема электродиализного аппарата. Камеры 1 и 2 образованы мембранами – анионооб­менными А и катионообменными К. Анионообменные мембраны пропуска­ют только анионы, катионообменные – только катионы. Катионы перемещают­ся по направлению электрического то­ка, поэтому они могут выйти из камер 2, проходя через катионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1, так как встречают анионообменные мембраны. Анионы перемещаются по направлению, противоположному на­правлению электрического тока; они тоже могут выйти из камер 2 , проходя через анионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1 , так как катионообменные мембраны преграждают им путь. Таким образом, камеры 2 получили название дилюатных, а камеры 1 , обогащающиеся солями, – рассольных.

На рисунках ниже представлены различные технологические схемы электродиа­лизных установок.

В состав таких установок входят ионитовые мембраны, получаемые из ионообмен­ных смол (ионитов). В зависимости от технологии изготовления различают гомогенные, гетерогенные и проточные мембраны.

Технологическая циркуляционная схема электродиализной установки

трубопроводы: I – исходной воды; II — дилюата; III — рассола; IV — промывного раствора; V — опресненной во­ды; VI – кислоты; VII – сжатого воздуха. 1 – фильтр предварительной обработки воды; 2 – мерник; 3 – бак ре­агента (кислоты); 4 – компрессор; 5 – фильтр с АУ; 6 – электродиализатор; 7-9 – насосы; 10 – рассольный бак; 11 – питательный бак.

Мембраны с селективной проницаемостью, используемые для электродиализа, со­держат ионогенные группы положительных ионов (анионообменные мембраны) или ионогенные группы отрицательных ионов (катионообменные мембраны). В электриче­ском поле в водном растворе анионообменная мембрана обеспечивает прохождение только анионов, а катионообменная мембрана – только катионов.

Технологическая прямоточная схема электродиализной установки

трубопроводы: I — исходной воды; II – дилюата; III — рассола; IV — сбросной воды; V — опресненной воды; VI – электрическая сеть. 1 – металлокерамический фильтр; 2 – выпрямитель; 3 – узел переполосовки; 4 – электродиалезный аппарат; 5 – фильтр с АУ; 6 – ротаметр

Мембраны должны обладать высокими селективностью, электропроводностью, диффузионным сопротивлением, достаточной механической прочностью и стойкостью по отношению к рабочей среде.

Ионообменные селективные мембраны выпускает небольшое число предприятий и фирм России, Японии, США и других стран. Изготавливают мембраны трех типов: гете­рогенные, гомогенные, биполярные. Характеристики отдельных мембран, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами, приведены в таблице.

Удельное поверхностное сопротивление в 0,1 н. растворе NaCl

Число переноса в 0,1 н. растворе

1. Катионитовые гетерогенные

МК-40 Щекинского химкомбината (по ТУ II-336-64)

Что из себя представляет обессоливание воды и какие существуют методы

Приведение показателей водопроводной воды (скважинной, колодезной) к оптимальным по количеству содержания солей — одна из основных задач подготовки питьевого ресурса. В противном случае жидкость не готова к употреблению и наносит непоправимый вред здоровью, любой технике. Для качественной обработки исходного материала используют специальные установки обессоливания воды. Они различаются по способу воздействия на жидкость.

1. Назначение и область применения метода обессоливания
2. Способы обессоливания воды
3. Ионный обмен
4. Обратный осмос
5. Электрохимический метод
6. Плюсы и минусы методов

Назначение и область применения метода обессоливания

Промышленная установка для обессоливания воды

Обессоливанием называют процесс качественного снижения концентрации минеральных примесей в жидкой среде до значений, рекомендованных ГОСТ и СанПиН. Этот показатель не должен превышать 5 мг/л. Не стоит путать метод обработки жидкости с опреснением (подготовкой морской воды).

Обессоливание — надежный метод обработки для дальнейшего использования жидкости в таких отраслях:

• фармацевтическая промышленность;
• микроэлектроника;
• отрасли медицины;
• химическая промышленность;
• теплоэнергетика;
• бытовое хозяйство и др.

Методы обработки жидкой среды подразумевают изменение агрегатного состава воды или его отсутствие. Изменение агрегатного состояния — это методы кипячения, вымораживания в течение часа и более, дистилляции. Они чаще используются в быту. Во втором случае применяют электродиализ, ионный обмен, обратный осмос.

Способы обессоливания воды

Метод обработки жидкости с примесью минеральных солей подбирается в зависимости от первоначального показателя по концентрации примесей, общих возможностей мастера/промышленного производства, целесообразности затрат на обслуживание той или иной установки.

Ионный обмен

Принцип обработки жидкой среды заключается в её прогоне через специальные ионообменные смолы. При этом анионы и катионы растворенных в жидкости минеральных примесей удаляются и замещаются ионами фильтрующего материала. При таком способе обессоливания удается почти полностью убрать из жидкой среды минеральные растворенные примеси.

Ионообменная установка представляет собой резервуар, заполненный картриджами с фильтрующим материалом. Кассеты подлежат регулярной замене, а сама смола должна быть утилизирована особым образом.

Обратный осмос

Установки часто состоят из нескольких колб, заполненных полупроницаемыми синтетическими мембранами. Принцип обессоливания жидкости заключается в том, что вода под высоким давлением проходит через поры барьера. При этом мембрана пропускает сквозь себя лишь молекулы подготавливаемой среды, но не солей. Для всех остальных примесей барьер непроницаем. Установки обратного осмоса удаляют из обрабатываемой среды растворенные соли и некоторые газы: углекислота, хлор, др.

Электрохимический метод

Суть электродиализа заключается в том, что водная среда подвергается воздействию электрического поля — её пропускают через него. В этот момент происходит перенос ионов растворенных солей: анионы распределяются к анодам, катионы — к катодам.

Установка для электродиализа имеет три камеры, образованные анодной и катодной диафрагмами. Срединный отсек — это резервуар, через который проходит обрабатываемая жидкость. Сквозь неё пропускают ток, который затем делит ионы солей на катоды и аноды.

Плюсы и минусы методов

Каждый из способов обессоливания отличается рядом преимуществ и недостатков. Особенно их должны учесть те, кто хочет апробировать методы для домашнего применения.

Ионообменные установки отличаются такими достоинствами:

• получение максимально чистой воды;
• высокая надежность;
• отсутствие реакции на степень минерализации обрабатываемой среды;
• невысокие расходы на оборудование.

К минусам ионообменного метода относятся:

• сложность утилизации отходов фильтровального материала;
• загрязнение окружающей среды;
• необходимость регулярной замены фильтров.

Расходы на обслуживание ионообменной системы меняются пропорционально концентрации солей в жидкости.

Для обратноосмотической установки характерны такие плюсы:

• инертность к начальному составу жидкости;
• простота обслуживания установки;
• отсутствие необходимости использования сложных реагентов;
• возможность сбрасывать отработанные концентраты в канализацию;
• высокое качество нейтрализации минеральных примесей;
• низкие расходы на обслуживание системы.

Минусами обратного осмоса являются:

• необходимость предварительной обработки жидкости;

• высокий объем сбросов;
• необходимость непрерывной работы установки;
• относительно высокие энергозатраты при промышленных масштабах очистки.

Установки обратного осмоса монтируют в частных домах и квартирах под кухонную мойку.

Электролиз в быту не применяется, поскольку расходы на электроэнергию и саму установку нецелесообразны.

Чаще в домашних условиях применяют термический способ обработки (кипячение) или фильтрование через угольные картриджи. Однако это лишь смягчает жидкость, но не избавляет от минеральных растворенных примесей.

Установки обессоливания воды

С каждым годом объемы пресной воды быстро сокращаются, а нехватка в ней растет. Это обусловлено антропогенным вмешательством в природные процессы, ростом населения и сильным загрязнением среды. Решать проблемы нужно уже сейчас. Применение установок для обессоливания воды – наилучший вариант решения вопроса нехватки пресной воды.

Что такое полное обессоливание воды

Воды из любого источника: водопровода, реки, грунтовых вод или океана, имеют в своем составе большое количество растворенных солей и часто не пригодны для использования в хозяйстве. Под процессом обессоливания воды из скважины подразумевают полное или частичное удаление минеральных солей из жидкости. Для морских и соленых вод применяют термин опреснение воды. Нормами СанПиН 2.1.4.1074-01 установлено максимальное солесодержание в питьевой воде на отметке 1000 мг/л. Для получения дистиллированной воды это значение не должно превышать 5 мг/л. В других различных процессах требуется вода и с более низким содержанием солей менее 1 мкСм/см.

Где необходимо применять установки обессоливания воды

Пресная вода нужна в различных областях экономики страны: для питьевого водоснабжения населения, в сельском хозяйстве, в химической и пищевой промышленностях, для санаториев и оздоровительных центров, в медицине, в микроэлектронике, для приготовления лекарств и т.д. Пресная вода должна отвечать строгим требованиям ГОСТов, СанПиНов, технических инструкций на предприятиях. Обессолить огромные объемы воды можно только с помощью профессионального оборудования для опреснения и обессоливания подземных вод и поверхностных источников.

Процессы обессоливания для получения воды с низкой электропроводностью широко применяется в фармацевтике, медицине, электронной промышленности и для многих других технологических процессов. Отдельно стоит упомянуть необходимость применения установок обессоливания воды на ТЭЦ. У паровых котлов очень жесткие требования к качеству подаваемой воды, поэтому требуется оборудования для получения обессоленной воды для ТЭЦ.

Как выбрать систему для обессоливания и воды

Выбор установки по обессоливанию воды зависит от нескольких факторов:

• Солесодержание в исходной воде;
• Требуемый объем очищенной воды в час/сутки;
• Необходимые показатели после системы получения обессоленной воды.

Также учитывается режим водопотребления, косвенные показатели, предпочтения клиентов и выделенный бюджет. В химическом анализе исходной воды должны быть представлены основные показатели, такие как мутность, цветность, запах, pH, жесткость, сухой остаток, содержание ионов, радиоактивное и бактериальное загрязнение.

Методы обессоливания пресной воды

Для небольшого объема воды применяются методы замораживания или выпаривания воды, однако они не способны гарантировать достижение нужных клиентам показателей. К основным методам подготовки обессоленной воды относят:

Каждый из методов имеет свои достоинства и находит практическое применение на производстве.

Обратноосмотическое обессоливание воды

В конце 20 века ученые открыли метод для обессоливания воды осмосом. Развитие мембранных технологий выделяет этот метод среди других, как наиболее эффективный и выгодный. Широкий модельный ряд установок обратноосмотического обессоливания воды позволяет применять эту технологию в любой сфере жизни. Непрерывный режим работы также позволяет использовать установки для получения обессоленной воды на любом производстве, где требуется круглосуточная подача подготовленной воды. Вода, подаваемая на обратноосмотическую установку для обессоливания воды, должна быть предварительно очищена и подготовлена.

Метод обессоливания воды обратным осмосом основан на мембранном разделении потока на очищенную воду и воду, где сконцентрированы все загрязняющие вещества. Специальные мембраны из синтетического волокна задерживают соли, взвешенные вещества, газы и микроорганизмы. После установки обессоленной воды поток на 99% очищается от всех примесей. Срок службы мембранных элементов достигает года при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании. Получения ультрачистой воды осуществляется на двухступенчатых обратноосмотических установках полного обессоливания воды.

Ионообменные фильтры обессоливания воды смешанного действия

Данный метод подготовки воды для обессоливания основан на работе специальных ионообменных смол – ионитов для обессоливания воды. Система обессоленной воды на основе ионообменных фильтров смешанного действия возможна в 2-х вариантах: один фильтр со смолой смешанного действия либо 2 фильтра, следующих друг за другом, со смолами в H+ и OH- форме.

В первом случае ионообменная смола задерживает все ионы и насыщается ими. После снижения эффективности в работе смолы и изменения показателей воды в худшую сторону требуется ее полная замена. Во втором случае, после насыщения фильтров аниона и катионами регенерация осуществляется с помощью реагентов: фильтр H+ – кислотным раствором, фильтр ОH- – раствором щелочи. Основными недостатками такого метода являются загрязнение окружающей среды промывными водами, большой расход реагентов и необходимость утилизации стоков после регенерации. Управление фильтрами для обессоливания воды осуществляется с помощью управляющих блоков, которые контролируют процесс работы и регенерации.

Промышленное обессоливание воды с помощью установки электродеионизации

Установка электродеионизации – эффективный метод мембранного обессоливания воды, основанный на пропускание потока через электрическое поле. Данная установка получения обессоленной воды состоит из 3 модулей: один блок для очищенной воды и два блока для рассола. Растворенные в воде вещества под действием электрического тока распределяются к полюсам и задерживаются на специальных мембранах. Отрицательно заряженные ионы идут к аноду, а положительно заряженные – к катоду. Вода в среднем отсеке имеет высокую степень очистки и может использоваться в микроэлектронике и медицине. Метод электродеионизации не получил широкого распространения за счет огромных энергозатрат на очистку большого объема воды.

Выбор оборудования для обессоливания воды – дело специалистов

Все вышеперечисленные методы обессоливания воды для производства напрямую зависят от исходного солесодержания, чем больше количество солей в воде, тем больше необходимо затратить энергии и ресурсов на ее очистку. С увеличением минеральных солей в воде возрастает расход реагентов, мембраны требуют частой химической промывки.

Если вам требуется очистить воду до нужных показателей, мы поможем правильно подобрать промышленную установку обессоливания воды. Для этого вам потребуется ответить всего на пару вопросов от наших специалистов и в ближайшее время система обессоливания воды будет у Вас. Узнать цену на установки обессоливания воды и сроки поставки можно обратившись к нашим специалистам.

Мы работаем по всей РФ, доставляем и монтируем станции обессоливания воды, а также осуществляем шеф-монтаж в любой точке страны (Москва, Санкт-Петербург, Сочи, Омск, Владивосток, Челябинск, Смоленск, Новороссийск, Ростов-на-Дону, Казань и т.д.).

Посмотреть наши контакты и оставить заявку Вы можете здесь.

Обессоливание воды

Содержание статьи

1. В каких областях необходимо обессоливание воды

При техническом, бытовом или промышленном использовании воды требуется соблюдение определенных регламентов. Потребляемая жидкость должна быть чистой, без посторонних примесей, вкуса и запаха. Неочищенная вода, используемая из скважин или водоемов, имеет в своем составе много непригодных загрязнений. Как и принципе любой источник воды. Одним из них являются солевые соединения. Удаление солевых отложений также необходимо при использовании морской воды. По нормам содержание соли в пресной воде не должно превышать 1 грамма на литр. Удаление соли – один из способов очистки воды, именуемый также деминерализацией или опреснение. Обессоливание необходимо в бытовом сегменте. Употреблять неочищенную воду крайне не рекомендуется, из-за негативного влияния на здоровье. В минимальной концентрации соленая вода даже полезна, но излишки солей жесткости ведут к разрушению организма. Кроме медицинского фактора существуют и технические рекомендации. Вода, насыщенная солями, разрушает трубы, подвергая их коррозии. Что ведет к их быстрому изнашиванию. На производстве нормы качества воды еще выше. Все сферы промышленности используют воду в технических целях и при изготовлении или обработке продукции. Обессоливание необходимо на химических и энергопредприятиях. По сути, чистая вода нужна всегда во всех сферах производства и в быту.

Рис. 1 – Станция по обессоливанию морской воды для водоснабжения города в Израиле

2. Методы обессоливания воды

Существуют несколько методов очистки воды от солевых отложений. Каждый из них применим в определенном сегменте и имеет плюсы и минусы.

2.1 Обессоливание воды «выпариванием»

Самый общеизвестный метод обессоливания – с помощью нагрева. На профессиональном языке называется дистилляция. Чаще всего этот метод применяют промышленные предприятия, где необходимо снижать соленость стоковых вод. Используется на производстве при обессоливании большого количества воды. Очищенная таким способом вода не пригодна для питья. Сам метод обработки состоит из нескольких стадий:

1. Выпаривание. Необходимо вскипятить воду. По законам физики часть воды превращается в пар, растворяя часть солевых отложений.
2. Охлаждение. Пар охлаждают, и он переходит на следующую ступень очистки.
3. Утилизация осадков.

Сочетание термического метода с другими дает высокую эффективность. Зачастую совмещение нескольких способов выпаривания дает экономический эффект в ближайшее время использования.

1. Технология очень проста и не требует больших материальных вложений и покупки дорогого оборудования.
2. Быстрое удаление любого количества соли
3. Минимальное количество солевых осадков после выпаривания.
4. Можно не использовать реагенты, которые ухудшат состав воды и негативно влияют на экологию.

1. Устраняется большая часть солей, но не вся
2. Устаревший способ
3. Не делает очищенную воду пригодную для питья.

И все же термический метод обработки, на сегодняшний день, является одним из самых применяемых, благодаря своей неприхотливости.

2.2. Обессоливание воды обратным осмосом

Еще один популярный способ – обессоливание или опреснение воды методом обратного осмоса. Сама суть очистки – пропускание концентрированной солями толщи воды в более концентрированную, через мембрану. Нагнетание происходит посредством давления. Применяется метод в особых установках. При этом происходит полное очищение воды от соли и загрязнения. Используется способ на производстве и в хозяйственных нуждах. Воду прогоняют под давлением через полупроницаемую мембрану. Для морской воды давление повышают. Для очищения воды её температура не повышают. Промышленные установки обратного осмоса для обессоливания воды включают в себя предварительную систему подготовки, насос, фильтр для финишной очистки и два блока модулей и промывки.

Рис. 3 – Схема механизма обессоливания обратным осмосом

1. Полная очистка воды от солей и других примесей.
2. Возможность использования как питьевой.
3. Отсутствие реагентов

1. Дорогостоящее оборудование.
2. При сильной солености воды необходимо периодически менять фильтры.
3. Расходы на электроэнергию.

Несмотря на высокую стоимость установок, метод обратного осмоса является самым современным и востребованным. Ведь благодаря ему можно не только сделать воду пресной, но и убрать вредные вещества, сделав воду пригодной для питья. Метод применяется в пищевой промышленности, где очень высокие стандарты качества используемой воды.

Рис. 4 – Установка обратного осмоса “Вагнер-5000” в блочно-модульном исполнении для обессоливания воды

2.3. Другие методы обессоливания воды

Существует еще несколько способов обессоливания.

Мембранный метод. Частично соединяет в себе термическую обработку и обратного осмоса. Емкость разделена на две части мембраной. Воду нагревают и пропускают через мембрану. На ней остаются все осадки, а очищенный пар оседает в следующей части емкости. Из преимуществ можно выделить быстроту такой очистки. Из недостатков – расход электроэнергии на нагрев воды.

Ионообменный метод. Экономичный способ. Возможно произвести поверхностную или глубокую очистку. В первом случае молекулы соли заменяются водородом и происходит смягчение воды. Во втором случае удаляются солевые отложения и все другие примеси. Весь процесс проводится в несколько этапов, на которых применяют разные реагенты. Сброс осадков от такой очистки запрещен. Необходимо смешение отходов очистки со стоковыми водами. Такая предосторожность необходима по экологическим показателям, потому что используется большое количество разных реагентов. Преимущества данного метода в его экономичности и полном очищении воды. Возможность быстрой очистки даже если состав резко изменился. Однако, недостатки в применении большого количества химических веществ и создании определенных условий для утилизации отходов.

Рис. 5 – Схема умягчения (снижения солей кальция и магния) методом ионного обмена

Мембранный способ. Электродиализ. В этом методе также участвует мембрана. Воду наполняют ионами электролита и пропускают через систему фильтрации под действием тока. Удаляются только часть солевых отложений, происходит незначительное смягчение воды. Преимущества в качественной очистке, минимальные материальные расходы. Из недостатков – неполное удаление соли.

3. Сравнение эффективности и затратности различных методов обессоливания воды

Каждый из вышеприведённых методов обессоливания воды имеет свои преимущества и недостатки. Важную роль играет качество и объем очищенной воды. Если необходима техническая вода, то нет смысла устанавливать допустим, ионную установку. На пищевых и фармацевтических предприятиях высокие требования и применение мембранного метода им не подходит. В данном случае целесообразно использовать другой метод.

Таблица1. Сравнение методов обессоливания воды.

Мембранный способ (с применением мембран)

Очищение от всех солей;

Очищение от других видов примесей (органики);

Низкие финансовые затраты на 1 литр обессоленой воды;

Минимальное использование реагентов;

Перед очисткой необходима предварительная подготовка воды;

Значительный расход воды в дренаж;

Контроль давления и других параметров процесса осмоса;

Очищение от солей кальция и магния;

Относительно низкая стоимость оборудования;

Использование большого количества соли для регенерации смолы;

Необходимость специально оборудованного стока для утилизации осадков;

Очистка в основном от солей кальция и магния;

Высокие требования к настройкам;

Относительная простота метода;

Очистка от газа;

Очищение воды с большим; содержанием солевых отложений;

Большое потребление электроэнергии на нагрев;

Некоторые циклы долго идут по времени, низкая производительность дистилляторов методом выпаривания.

Указанные в таблице сведения общие. Для каждого конкретного примера специалисты просчитывают все основные условия. Например, электростанция у моря позволяет использовать электроэнергию значительно меньше и дешевле. На автономных предприятиях не нужна постоянная очистка воды. Там применяется разовая. Промышленное обессоливание предполагает наличие нескольких методов очистки. Сначала удаляются механические загрязнения. Затем проводится мембранная очистка или дистилляция. И в заключении идет ионная обработка. Если правильно настроить работу каждого этапа получится быстро и экономически выгодно выводить соли из воды превращая ее в питьевую.

Для подбора оптимального метода и установки обессоливания воды Вы можете обратиться к специслистам нашей компании и мы обязательно Вам поможем.

В заключении приводим видео монтажа умягчителя воды, который используется для обессоливания воды от солей кальция и магния

Методы обессоливания воды: как правильно обессолить жидкость с помощью ионного обмена или обратного осмоса

Пресная вода – наиболее востребованный ресурс на нашей планете. К сожалению, деятельность человека резко снижает ее объемы, с каждым годом увеличивая ценность. Большинство запасов Н2О в мировом океане, соленая и непригодна для употребления. Даже если не мыслить в таком глобальном масштабе, а обратиться к регионам с достаточным количеством пресного водного запаса, выясняется, что значительная его часть содержит в составе соли металлов. Регулярное употребление такой жидкости имеет накопительный эффект, может вызывать различные патологии организма и негативно влиять на здоровье человека в целом. Сегодня существует немало фильтрационных установок и методов обессоливания воды, которые могут снижать концентрацию вредных добавок до минимума.

Что это такое

Любая питьевая влага в своем составе имеет целый набор элементов, который разнится в зависимости от места забора. Чтобы она была пригодна для непосредственного употребления, научные институты совместно с санэпидемиологическими организациями путем исследований разработали допустимые нормы концентрации каждого из веществ. Одним из таких компонентов является соль. Если ее содержание велико, водная масса считается технической (пить без обработки запрещено). Обессоливание воды – это снижение количества солевых частиц в ее составе. Исходя из дальнейшего использования, применяют полную или частичную нейтрализацию.

Для чего необходимо

В морской влаге содержится не менее 10-40 грамм соли на 1 литр. Нужно понимать отличия процесса от опреснения. Последнее – это снижение дозы солевых включений до показателя 1 мг и ниже для получения дистиллированной жидкости, пригодной к употреблению в пищу. Первое — это уменьшение параметра до 5 мг с целью формирования оптимальной для фармацевтической и химической деятельности Н2О.

Методы минимизации

Приобретение установки или фильтра для обессоливания воды требует немалых финансовых и энергетических затрат. Тип оборудования и способ опреснения выбирается исходя из выявленного загрязнения. Стоимость зависит от мощности приборов, выбранных расходных материалов (реагентов). Полное отделение солей от жидкости проводится путем перегонки, ионного обмена, электродиализа, обратного осмоса. Частичное – известкование, баритовым умягчением, Н-катионированием, вымораживанием.

Дистилляция

Для выполнения ректификации применяются разные по производительности, энергоэффективности и конструктивному исполнению испарители. Наибольшее распространение, несмотря на высокую стоимость, получили паровые и электрические дистилляторы. Это так называемые котлы низкого давления. Поступающая внутрь них Н2О разделяется на пар и концентрат с высоким содержанием солей. Периодически последний сбрасывается. Чтобы часть вредных частиц не уносилась паровым облаком, следует применять медленное кипячение.

Частичное

Один из типов химического обессоливания воды. Жидкость нужна человеку не только для употребления в качестве питания. Она еще необходима и как обязательный элемент в бытовых и промышленных процессах. Для получения такой массы не требуется проводить полную очистку от мусора и вредоносных примесей, достаточно частичного опреснения. Чаще всего умягчение происходит методом катионирования, когда выполняется замена жестких солей на катионы водородов, которые вступают в химические реакции, разрушая бикарбонатные ионы. В результате формируется соединение, которые выводится в виде газа. Степень очищения определяют исходя из количества удаленного карбоната кальция.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

Обессоливание воды ионным обменом

Применение ионообменной технологии дает эффективный результат за короткий срок, ввиду чего пользуется популярностью среди потребителей. Метод основан на осаживании примесей (катионов и ионов солей), позволяющей достичь деминерализации жидкости и полного удаления мелкодисперсных частиц. Главным элементом в процессе выступают иониты, представляющие собой нерастворимые полимеры, которые быстро вступают в реакцию с ионами того же типа. Последние под влиянием водной массы набухают и увеличиваются в размере до 2 раз, одновременно собирая все солевые фракции. Насыщенные иониты регенерируют, после чего проводят их очистку.

Электрохимический метод

Для осуществления данного процесса применяется электрическое поле, которое разделяет катионы в сторону катода, а анионы – анода. Система предполагает наличие трех резервуаров. В среднем находится состав, подготовленный к очистке или опреснению. Электрический ток, проходя через него, сортирует соли в катодный или анодный отсек. Способ является дорогостоящим ввиду постоянных затрат на электроэнергию.

Обессоливание воды методом обратного осмоса

Нехватка пресной Н2О в разных регионах заставляет ученых разрабатывать новые технологии опреснения. Инновационными методиками считаются те, в основе которых лежит мембранное очищение. Интерес к ним вызван низкими энергозатратами и при этом высокой продуктивностью. Большинство из них уже показало свою эффективность при доочистке речных и колодезных источников.

Обратноосмотическая очистка предполагает пропускание под давление жидкости через мембрану, которая становится препятствием на пути частиц мусора, солей, других вредных примесей и микроорганизмов. При этом стоит учитывать, что при использовании системы обратного осмоса, водная масса проходит полную деминерализацию и вместе с вредоносными элементами с нее вымываются все полезные для человека компоненты. Производители бутилированной продукции для придания ей состояния, приближенного к естественному, добавляют в состав газы, которые уже растворили.

Как выбрать систему для обессоливания воды

Подбор оборудования зависит от ряда факторов:

• концентрации солевых включений в исходном образце;
• необходимого расхода жидкости в час или сутки;
• требуемых параметров Н2О, полученных на выходе.

SF-mix ручной до 0,8 м3/ч

АМЕТИСТ – 02 М до 2 куб.м./сут.

Аэрационная установка AS-1054 VO-90

Кроме этого, берется во внимание частотность и периодичность эксплуатации аппаратуры, косвенные данные, предпочтения клиента, бюджет, выделенный под реализацию проекта. Для подбора оптимального оборудования нужно предоставить пробы с точки водозабора, где будут отражены мутность, цветность, уровень рН, наличие или отсутствие бактерий и микроорганизмов, количество ионов и сухой остаток. Специалисты нашей компании предоставят вам подробные консультации и, в зависимости от ваших желаний, помогут подобрать рациональную, с точки зрения цены и качества, систему доочистки.

Плюсы и минусы основных методик

1. Обессоливание воды методом ионного обмена позволяет получить максимально чистую жидкость на выходе, при этом не затрагивая степень минерализации. При этом отмечается низкая потеря объема. К плюсам также стоит отнести недорогое оборудование, а значит минимальные затраты на реализацию идеи. Среди недостатков: регулярная замена фильтрующих элементов, постоянное загрязнение среды химическими остатками и сложность переработки отфильтрованного мусора.
2. Дистилляция в отличие от предыдущего способа никак не связана с использованием или переработкой химических компонентов. Жидкость после очистки характеризуется хорошими показателями, а тепло, выделяемое в процессе можно использовать для различных бытовых или промышленных нужд. К недостаткам относят значительные траты на электроэнергию, необходимость заготавливать водный объем, а также большие финансовые вложения в обслуживание оборудования и его высокую стоимость.
3. Обратноосмотическая установка, как и все мембранные системы инертна к начальному составу воды, она проста в монтаже и обслуживании. Не требуется применение сложных и вредных компонентов. Все отходы можно смело утилизировать в канализацию. При этом на выходе получается продукт хорошего качества с нейтрализованными минеральными примесями за относительно невысокую стоимость. Среди минусов: большой объем сбрасываемой жидкости и необходимость в ее предварительной заготовке, а также беспрерывном функционировании оборудования.
4. Электролиз применяется крайне редко ввиду высоких затрат на использование электроэнергии.

Обессоливание в домашних условиях

Проблема опреснения в быту имеет несколько вариантов решения. Самый простой и доступный способ – это применение специальных фильтров. Они, как правило, не способны полностью убрать из Н2О солевые примеси (за исключением обратноосмотических систем), однако основную их часть из общего объема все же исключат. Если фильтрующих установок в наличии нет, то можно использовать следующее:

• Вымораживание – эффективная методика, которая предполагает частичное замораживание в морозильной камере. Емкость с обрабатываемой жидкостью помещают в морозилку. Затем под воздействием низкой температуры, часть влаги превращается в лед, а вторая (незамерзающий рассол с большим содержанием соляных включений) — сливается в канализацию. Далее замерзшую фракцию растапливают и, полученную в результате таяния Н2О, употребляют в качестве питья или для приготовления пищи. Чтобы получить максимально опресненный напиток, процесс надо повторить несколько раз. Данный способ называется холодной дистилляцией.
• Термическое обессоливание воды или, простыми словами, выпаривание – необходимо взять две кастрюли разного объема, в большую из которых наливают соленую жидкость, а меньшую отставляют пустой и помещают внутрь первой. Затем, предварительно закрыв всю конструкцию крышкой, ее ставят на медленный огонь. В процессе кипения, пары, лишенные солевых кристаллов, будут конденсироваться и оседать в пустой таре. Способ хоть и эффективный, однако позволяет получить относительно небольшое количество пригодной в пищу Н2О.

Опреснение в домашних условиях возможно, однако малорезультативно. Для очистки лучше приобрести специальный фильтр.

Обессоливание сточных вод

Химически загрязненные стоки крупных промышленных предприятий, также нуждаются в процедуре нейтрализации ионов и катионов. За счет высокой минерализации и повышенной жесткости, отходы производства не могут возвращаться в оборотный цикл и, тем более, в городской коллектор. Чтобы привести уровень солей в норму, реагентной обработки будет недостаточно. Здесь используют специализированное обратноосмотическое оборудование.

Бытовые установки

Для нужд частного дома специалисты рекомендуют устанавливать особые системы водоподготовки. Очищение от примесей чаще всего проводится по следующим методам:

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)

Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)

• кувшин со сменным картриджем – наиболее простой и дешевый способ очистки;
• насадка с фильтроэлементом для крана;
• встраиваемый многоступенчатый очистной комплекс – может очищать Н2О как для одного смесителя (например, для кухни), так и для всего здания (устанавливается в точке водозабора).

Ни один фильтрационный прибор, предназначенный для использования в быту, не сможет на 100% удалить соли. Однако применяя специализированное оборудование для водоподготовки, можно добиться значительного умягчения жидкости. Чтобы подобрать наиболее оптимальную систему доочистки, реагенты и картриджи к ней, необходимо четко понимать, какие именно включения в водной массе преобладают.

Если вы хотите приобрести установку водоочистки, которая будет отвечать всем существующим стандартам качества и действующим требованиям, рекомендуем вам обратиться к высококвалифицированным специалистам компании «Вода Отечества». Мы уже более 30 лет проектируем, изготавливаем, осуществляем монтаж и пусконаладку различного водоочистного оборудования для централизованных и бытовых потребителей. У нас вы получите полный комплекс услуг – от предварительной консультации менеджера до забора проб из колодца или скважины на анализ, подбора методов очистки, оптимальной фильтровальной станции, ее доставки, подключения и дальнейшего сервисного обслуживания. Наш технический и кадровый потенциал позволяет нам браться за задачи любого уровня сложности.

Где необходимо использовать установки

Применение пресной водной массы не ограничивается только сферой продовольствия. Ее широко задействуют в решении сельскохозяйственных вопросов (орошение, выращивание скота), в химической промышленности, в медицине, микроэлектронике, лекарственной области, в работе санаториев, реабилитационных и оздоровительных учреждений. Пресная Н2О пригодная к употреблению обязательно должна отвечать действующим нормам, требованиям ГОСТов, СанПиНов и ТУ предприятий, на которых применяется. Схема, как обессолить воду в больших объемах составляются с учетом профессионального оборудования для опреснения подземных и поверхностных источников.

Процедура получения питьевого продукта с низкой электропроводностью широко востребованы в фармацевтике, медицине, электронной промышленности и других технологических процессах. Также очищенная жидкость требуется на ТЭЦ, ввиду того что в инструкции к паровым котлам прописаны жесткие требования к качеству водозабора.

Виды бытовой очистки

Сегодня, среди простых потребителей есть несколько наиболее распространенных типов очищения водной массы от грязевых примесей:

• Угольная фильтрация. Это резервуар, наполненный древесным, активированным или каменным углем, проходя через который Н2О очищается от хлора, пестицидов, вредоносных бактерий и микроорганизмов. Технология доступна и удобна.
• Фильтрующие установки тонкой очистки делят на две группы: однофункциональные и многофункциональные. И те и другие требуют затрат на регулярную замену картриджей и др. расходных материалов.
• Фильтры грубого очищения способны устранить только крупный мусор – песок, ржавчину, осадок и пр.
• Приборы глубокой нейтрализации представляют собой мембранные системы, описанные выше, а также многоступенчатые фильтрационные станции различного типа.

Обессоленная вода – это необходимый ресурс для существования человека. В большинстве регионов нашей страны пресных источников достаточно и обычно требуется только их доочистка для стабилизации нормы определенных показателей, в том числе и уровня солевых частиц. Единственный регион, где наблюдается потребность в оборудовании полного цикла очищения – Крым. Именно там вскоре могут понадобиться установки для опреснения морской Н2О. Вся аппаратура, использованная для подобных нужд, обязана быть сертифицирована и иметь патент. Процесс должен происходить исключительно проверенными и научно обоснованными методами с дальнейшим анализом полученных образцов в лабораторных условиях, для подтверждения их соответствия действующим нормам.

Технологическая схема обессоливания воды

Обессоливание – это процесс снижение общего содержания солей до регламентируемых значений.

Осветленная вода, поступающая на установку, проходит химическое обессоливание методом ионного обмена на Н-катионитовых и анионитовых фильтрах с декарбонизацией воды после Н-катионитовых фильтров.

Установка работает по схеме частичного химического обессоливания и состоит из Н-катионитовых фильтров, анионитовых фильтров и декарбонизатора. По фронту каждого фильтра расположены трубопроводы и арматура, позволяющая производить переключения в соответствии с производственными операциями. На выходе из фильтров имеются пробоотборные точки для отбора воды или регенерационного раствора на анализ. На выходе из Н-катионитовых фильтров установлена смололовушка для улавливания смолы в случае ее выноса через нижнее дренажное устройство.

Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых, практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионитами (смолами) вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями. Для этого обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионитами. Проходя между зерен ионита, обрабатываемая вода обменивает часть ионов, растворенных в ней, на эквивалентное количество других ионов, которыми ионит периодически насыщается при регенерации. Ионит, отрегенерированный раствором серной кислоты и способный обменивать ион Н + на эквивалентное количество катионов обрабатываемой воды, называется катионитом, а процесс катионированием. Ионит, отрегенерированный раствором щелочи и способный обменивать ион ОН – на эквивалентное количество анионов обрабатываемой воды, называется анионитом, а процесс анионированием.

Полный рабочий цикл фильтров состоит в последовательном проведении следующих операций (рисунок 4)

Рисунок 4 – Рабочий цикл фильтров

На остаточное содержание поглощаемых ионов в воде (фильтрате), на емкость поглощения значительное влияние оказывают следующие факторы:

• – температура исходной воды – чем она выше, тем выше ёмкость поглощаемых ионитов и лучше качество получаемой воды. Но повышение температуры ограничивается стойкостью ионитов и хим. Защитных материалов оборудования и трубопроводов. Температура не должна превышать 40-45°С;
• – скорость фильтрования – чем она меньше (до определенного значения), тем меньше остаточное содержание ионов и выше емкость поглощения;
• – отношение высоты фильтрующего слоя к диаметру фильтра (h/d). С увеличением этого отношения при неизменной линейной скорости обрабатываемой воды увеличивается емкость поглощения, улучшается качество получаемой воды. Высота слоя ограничивается конструктивными особенностями фильтра и потерей напора при фильтровании;
• – диаметр зерен ионита – чем он меньше, тем больше обменная способность и скорость обмена, но и тем больше его сопротивление фильтрованию и возможность неравномерного прохода воды и растворов по сечению фильтра.

Взрыхление ионита производится потоком воды снизу вверх и его оседание в течение шести минут. Этот процесс проводят для:

• – удаления из катионита механических загрязнений, продуктов разрушения зерен катионита – мелочи;
• – разрушение свищей и каналов, которые проделала вода в толще смолы, т.е. она становится однородной по своему составу, что обеспечивает равномерную обработку ее регенерационным раствором. Некачественное проведенное взрыхление может снизить полноту проведенной регенерации, что в конечном итоге приведет к снижению фильтроцикла. Контроль за качеством взрыхления ведется отбором проб на линии сброса взрыхляющей воды, в которой не должно быть рабочих зерен катионита.

Уплотнение ионита производится кратковременной подачей большого потока воды снизу вверх так, чтобы весь объем смолы одновременно поднять и прижать к инверту, расстояние между ними должно отсутствовать. Этот процесс проводят для:

• – исключения возможности неравномерного прохода регенерационного раствора по сечению фильтра между зерен ионита, вероятность этого тем выше, чем меньше диаметр зерен ионита. С другой стороны, чем меньше диаметр зерен ионита, тем легче уплотнить смолу. Некачественно проведенное уплотнение не допускается, т.к. не будет ионообмена между регенерационным раствором и ионитом и регенерация не пройдет;
• – удаления продуктов разрушения зерен ионита – мелочи.

Установление работоспособности ионита производится пропуском регенерационного раствора через него. На качество регенерации значительное влияние оказывают следующие факторы:

• – удельный расход и качество реагентов на регенерацию. С увеличением удельного расхода (до определенного значения, чтобы не было перерасхода) возрастает обменная емкость;
• – скорость пропуска регенерационного раствора и его температура;
• – направление потока регенерационного раствора (прямоточные и противоточные регенерации).

Отмывка ионита от избытка регенерационного раствора и продуктов регенерации производится в два этапа:

• – первый этап по линии регенерации;
• – второй этап – доотмывка по линии работы.

Осветленная вода после механических фильтров поступает в бак, откуда насосами осветленная вода подается на Н-катионитовые фильтры, которые состоят из двух корпусов и предназначенных для поглощения из обрабатываемой воды катионов Са 2+ , Мg 2+ , Nа + , с заменой поглощаемых катионов на эквивалентное количество обменных катионов Н + , содержащихся в катионите. В фильтрах поз. 11/2,4,5,6 первый корпус загружен сильнокислотным катионитом марки КУ-2-8 высота загрузки 1,7м, второй корпус сильнокислотным катионитом марки С-600 объем загрузки 29,5 м 3 и инертом марки IF-62 объем загрузки 6,5м 3 . Эскиз 2 корпуса Н-катионитового фильтра представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Эскиз 2 корпуса Н-катионитового фильтра

При прохождении осветленной воды через катионит происходят следующие процессы:

• – распад бикарбонатов с выделением угольной кислоты;
• – поглощение катионов Са 2+ , Мg 2+ , Nа + с образованием минеральных кислот, содержание которых в Н-катионированной воде эквивалентна содержанию сульфатов, хлоридов, нитратов в обрабатываемой воде;
• – образование слабой кремниевой кислоты при наличии растворенных силикатов в обрабатываемой воде.

Все эти процессы можно выразить следующими реакциями:

HR + NaCl = NaR + HCl

где HR – работоспособный катионит и R – нерастворимая его часть, CaR₂, MgR₂, NaR – истощенный катионит.

В фильтрате появляются минеральные кислоты (серная, соляная, угольная, кремниевая и др.), которые обуславливают кислотность Н-катионированной воды. В процессе работы на Н-катионитовых фильтрах периодически ведется аналитический контроль за качеством фильтрата, который должен иметь следующие показатели:

• – кислотность – не более 5,0 мг-экв/дм 3
• – содержание натрия – не более 1,0 мг/дм 3

Процесс поглощения катионов зависит от их активности. Из-за различной активности катионов поглощение их катионитом происходит избирательно. Более активные к обмену катионы способны вытеснять из катионита менее активные. Для сильнокислотных катионитов справедлив так называемый ряд селективности поглощения, где по своей активности, способности вступать в обмен с катионитом, содержащиеся в воде катионы, располагаются в порядке убывания:

Ca 2+ > Mg 2+ > K + > NH 2+ > Na + > H +

В данном ряду каждый предыдущий ион способен вытеснять последующий и по мере истощения катионита катион Ca 2+ , содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснять катион Na + , ранее поглощенный катионитом. Проскок катиона Na + служит сигналом, что катионит истощается и при содержании его в фильтрате срабатываемого фильтра 1 мг/дм 3 и более или при снижении кислотности на 0,2-0,3 мг-экв/дм 3 по сравнению с кислотностью работающих фильтров, данный фильтра отключается на регенерацию и дальнейшая его работа не допускается.

В процессе работы фильтров, примерно в середине фильтроцикла, может произойти значительное снижение нагрузки на них по осветленной воде, т.к. катионит КУ-2-8 в первом корпусе уплотняется, сопротивление возрастает и как следствие снижается расход. В этом случае проводят промежуточное взрыхление первого корпуса, которое проводят так же как обычное взрыхление, но продолжительность его снижается до 60 минут, затем проводят отмывку катионита до регламентных показателей и далее оба корпуса фильтра включаются в работу.

После фильтров Н-катионированная вода поступает в декарбонизаторы, загруженные кольцами «Паля», для удаления свободной угольной кислоты, выделившейся при распаде бикарбонатов в процессе прохождение через Н-катионитовые фильтры. Растворимость газа в воде прямопропорциональна парциальному давлению над водой. Создавая над поверхностью воды возможно более низкое парциальное давление углекислоты, можно свести до минимума её содержание в воде. Для этого воду продувают встречным потоком воздуха, подаваемого вентиляторами. Углекислоту удаляют для того, чтобы снизить корродирующее действие на оборудование и уменьшить нагрузку по анионам на анионитовые фильтры, предназначенные для извлечения из воды кремниевой кислоты. При соприкосновении потока воздуха, подаваемого снизу, и потока воды, подаваемого сверху, углекислота переходит из воды в воздух и вместе с ним через брызгоотделитель, где освобождается от капель воды, выбрасывается в атмосферу. Из декарбонизатора вода с содержанием углекислоты не более 5,0 мг/дм 3 самотеком поступает в баки. Из баков насосами декарбонизированная вода подается на анионитовые фильтры, каждый из которых загружен:

• – низкоосновным анионитом марки А100-DL объем загрузки 17 м 3 ;
• – высокоосновным анионитом марки А600-DL объем загрузки 11 м 3 ;
• – инертом марки IF-62 объем загрузки 6,5 м 3 .

Низкоосновный анионит, как более легка смола, находится сверху и предназначен для поглощения анионов сильных минеральных кислот SO 2- , NO 2- , NO 2- , Cl – , присутствующих в Н-катионированной воде с заменой поглощаемых анионов ОН – , содержащихся в анионите, с образованием воды. Низкоосновный анионит способен к реакциям обмена только в кислой среде. Процессы, протекающие при этом, можно выразить следующими реакциями:

ROH + HCl = RCl + H₂O

где ROH – условное обозначение работоспособного анионита, RCl, R₂SO₄, RNO₃, RNO₂ – истощенный анионит.

Процесс поглощения анионов зависит от их активности. Из-за различной активности анионов поглощение их анионитом происходит избирательно. Более активные к обмену анионы способны вытеснять из анионита менее активные. Для низкоосновных и высокоосновных анионитов существует для каждого свой ряд селективности поглощения, где по своей активности, способности вступать в обмен с анионитом, содержащиеся в воде анионы, располагаются в порядке убывания.

Для низкоосновных анионитов справедлив следующий ряд селективности:

SO 2- > J – > NO – > Cl –

В данном ряду каждый предыдущий анион способен вытеснять последующий и по мере истощения анионита анион SO 2- , содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснить анион Cl – , ранее поглощенный анионитом.

Высокоосновный анионит способен к реакциям обмена в любой среде, он поглощает из воды анионы как сильных, так и слабых кислот. На практике сильноосновный анионит применяется главным образом для поглощения анионов слабых кислот. Процессы, протекающие при этом, можно выразить следующими реакциями:

ROH + HCl = RCl + H₂O

где RHCO₃, RHSiO₃ – истощенный анионит.

Для высокоосновного анионита ряд селективности выглядит следующим образом:

NO – > Cl – > HCO – > HSiO –

По мере истощения анионита анион HCO – , содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснить анион HSiO – , ранее поглощенный анионитом. Проскок аниона HSiO – служит сигналом, что анионит истощается и при содержании его в фильтрате более 0,15 мг/дм 3 данный фильтр отключается на регенерацию и дальнейшая его работа не допускается. В процессе работы на анионитовых фильтрах периодический ведется аналитический контроль за качеством фильтрата, который должен иметь следующие показатели:

• – щелочность общая – не более 0,15 мг-экв/дм 3
• – содержание кремниевой кислоты – не более 0,15 мг/дм 3

При проскоке катионов Na + после Н-катионитовых фильтров больше установленной нормы резко повышается щелочность фильтрата после анионитовых фильтров вследствие следующих реакций:

ROH + NaCl = NCl + NaOH

Образующийся NaOH вызывает противоионный эффект, т.к. ионы ОН – способствуют регенерации и вытесняют ионы кремниевой кислоты, ранее поглощенные анионитом, в фильтрат.

Обессоленная вода после анионитовых фильтров поступает в баки, откуда насосами подается потребителям. Потребителями обессоленной воды являются агрегаты аммиака №5,6,7 (приготовление питательной воды), агрегаты метанола, установка приготовления аммиачной воды цеха №13 и установка КФС цеха №10.

Обессоленная вода представляет собой жидкость без цвета, запаха и вкуса. Пожаровзрывобезопасна, не токсична, химическая формула Н₂О.

Качество обессоленной воды:

• – жесткость общая – не более 0,005 мг-экв/ дм 3
• – щелочность общая – не более 0,15 мг-экв/ дм 3
• – массовая концентрация кремниевой кислоты – не более 0,15 мг/дм 3
• – массовая концентрация железа – не более 0,05 мг/дм 3
• – удельная электропроводность при температуре 20°С – не более 5 мкСим/см
• – рН – 6,0-8,0
• – солесодержание – не более 3 мг/дм 3

Наладка и обслуживание установки химического обессоливания воды – Описание схемы обессоливающей установки

Содержание материала

• Наладка и обслуживание установки химического обессоливания воды
• Сведения об исходной воде и ее качестве
• Влияние качества исходной воды на выбор схемы
• Описание схемы обессоливающей установки
• Проведение пуско-наладочных работ
• Прием из монтажа осветлителя, баков, осветлительного фильтра
• Прием из монтажа ионитовых фильтров, декарбонизатора, дозировочных устройств
• Опробование оборудования, установки
• Пуск, наладка и организация эксплуатации водоподготовительной установки
• Химический контроль при проведении пусконаладочных работ
• Загрузка и подготовка к работе осветлительных фильтров
• Загрузка и подготовка к работе катионитовых фильтров
• Загрузка и подготовка к работе анионитовых фильтров
• Известкование и коагуляция воды в осветлителях
• Коагулянтов хозяйство и дозировка коагулянта, извести
• Проведение коагуляции и известкования
• Применение флокулянтов
• Неполадки в работе осветлится, определение концентрации известкового молока
• Коагуляция воды сернокислым алюминием
• Пуск и наладка, работа, эксплуатация осветлителя
• Опыты по коагуляции в лабораторных условиях
• Определение весовой и объемной концентрации шлама в осветлителе
• Обслуживание осветлительных фильтров
• Эксплуатация осветлительных фильтров
• Эксплуатация Н-катионитовых фильтров и кислотного хозяйства
• Н-катионитовые фильтры I ступени
• Н-катионитовые фильтры II и III ступеней
• Последовательная регенерация Н-катионитовых фильтров
• Предвключенные фильтры, кислотное хозяйство, расчет дозировки серной кислоты
• Обслуживание и эксплуатация фильтров активированного угля
• Эксплуатация анионитовых фильтров и щелочного хозяйства
• Эксплуатация анионитовых фильтров I ступени
• Эксплуатация сильноосновных анионитовых фильтров II и III ступеней
• Проведение последовательной регенерации анионитовых фильтров
• Щелочное хозяйство, расчет количества едкого натра
• Ориентировочный объем оперативного химического контроля на обессоливающей установке
• Нейтрализация кислых сбросных вод
• Обслуживание водоподготовительного оборудования с противокоррозионным покрытием
• Хранение ионообменных материалов, литература

1-3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ОБЕССОЛИВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ И НАЗНАЧЕНИЕ КАЖДОЙ ИЗ СТАДИЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
Исходная вода подается на обессоливающую установку (рис. 1, 2) после предварительного подогрева в поверхностных подогревателях до температуры +30°С*. Перед поступлением на ионитовые фильтры вода коагулируется в осветлителях.
Выбор метода и условий проведения коагуляции в каждом отдельном случае устанавливается на основании предварительно проведенных лабораторных опытов, исходя из качества обрабатываемой воды.

*При использовании зарубежных анионитов и подобных им отечественных анионитов (АВ-17 н др.) можно подогревать воду до 40° С.

Коагуляция сернокислым алюминиемпроводится при значительной цветности (окраске) природных вод. Коагуляция цветных вод солями железа нежелательна, так как железо при значении рН>6,0 может образовывать с гуминовыми и танниновыми веществами невыпадающие окрашенные соединения.
Хорошее обесцвечивание воды солями сернокислого алюминия может быть достигнуто при значениях рН = 6,5-?-7,5. Сернокислый алюминий вводится в количестве, необходимом для сорбции растворенных в воде гуматов хлопьями образовавшегося гидрата окиси алюминия (см. гл. V, π. δ-Ι).
Коагуляция воды солями сернокислого железа (чаще всего железным купоросом FeSO₄-7H₂0) производится для вод, имеющих высокую окисляемость, но малую цветность. Коагуляция солями двухвалентного железа, как правило, комбинируется с известкованием воды, при котором наряду с коагуляцией из обрабатываемой воды удаляются соли магния и снижается карбонатная щелочность воды. Одновременно при известковании из воды частично удаляется кремнекислота.
Высокое значение pH (>8,2-^-8,5) ускоряет процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. Хлопья гидрата окиси железа при этом быстро оседают и не разрушаются в щелочной среде.
Для обеспечения равномерной работы обессоливающей установки предусматриваются баки коагулированной декарбонизованной и обессоленной воды. Наличие баков позволяет в случае необходимости отключать установку или ее отдельные звенья, не прекращая выдачи обессоленной воды. При этом учитывается, что из баков коагулированной и декарбонизованной воды во время взрыхления расходуется некоторое количество воды, не входящее в величину регулирующей емкости баков.

Рис. 1. Схема установки трехступенчатого копирования с предварительной коагуляцией сернокислым алюминием.

1 — подогреватель исходной воды; 2 — осветлитель: 3 — бак коагулированной воды; 4 — насос коагулированной воды; 5 — насос взрыхления осветлительных и H-катионитовых фильтров I ступени; 6 — осветлительные фильтр: 7— Н-катионитовый фильтр I ступени; 8 — фильтр активированного угля; 9 — анионитовый фильтр I ступени; 10 — декарбонизатор: 11 — вентилятор; 12 — бак декарбонизованной воды; 13 — насос декарбонизованной воды; 14 — Н-катионитовый фильтр II ступени; 15 — анионитовый фильтр II ступени; 16 — бак обессоленной воды: 17 — насос обессоленной волы: 18 — Н-катионитовый фильтр III ступени- 19 — анионитовый фильтр III ступени.

Рис. 2. Схема установки трехступенчатого ионирования с предварительным известкованием и коагуляцией.
1—It-см. под рис. 1; 20 —бак раствора коагулянта; 21 — дозатор коагулянта; 22 — мешалка известкового молока; 23 — насос известкового молока; 24 — дозатор известке во го молока.

Прошедшая осветлители вода фильтруется в однопоточных осветительных фильтрах, загруженных дробленым антрацитом. Применение дешевого и недефицитного антрацита обусловлено тем, что при прохождении через такой фильтр вода практически не обогащается кремнекислотой и другими солями и таким образом ионная нагрузка фазы обессоливания не увеличивается. Взрыхление осветлительных фильтров производится коагулированной водой, подаваемой в фильтры из баков коагулированной возы специальным насосом. Кроме того, для более полного удаления загрязнений в фильтры может подаваться сжатый воздух.
После осветлительных фильтров вода последовательно проходит Н-катионитовые фильтры I ступени, фильтры, загруженные активированным углем, анионитовые фильтры I ступени, декарбонизатор, Н-катионитовые фильтры II ступени, анионитовые фильтры II ступени, Н-катионитовые фильтры III ступени и анионитовые фильтры III ступени.

Н-катионитовые фильтры I ступени служат для обмена всех катионов, имеющихся в осветленной воде, на катион водорода, содержащийся в отрегенерированном катионите, В результате такого обмена в фильтрате появляется эквивалентная концентрация кислот (в соответствии с имеющимися в осветленной воде анионами SO₄2-; С1

; МОз-; НCO₃-; CO₃2-; HSi03-; Si032-. Катионит насыщается катионами водорода в результате периодических регенераций его раствором серной кислоты. Возможно применение для регенерации и раствора соляной кислоты, но поскольку соляная кислота дороже серной, применение ее должно быть оправдано экономически.
Анионитовые фильтры I ступени, загруженные слабоосновным анионитам, служат для обмена анионов сильных кислот (H₂SO₄; НС1; HNO₃), образовавшихся при Н-катионировании осветленной воды, на гидроксильный ион (ОН-), содержащийся в анионите. Анионы слабых минеральных кислот (Н₂СО3; H₂S1O₃) слабоосновным анионитом в общем не поглощаются, и среднее их содержание в воде до и после анионитовых фильтров I ступени остается неизменным. Углекислота в начале фильтроцикла слабоосновным анионитом поглощается, однако к концу его она полностью вытесняется в фильтрат анионами сильных кислот, для задержания которых и предназначена эта ступень анионирования. Наличие в анионите обменных ОН-ионов достигается периодической его регенерацией раствором едгого натра. С целью экономии этого реагент ι целесообразно регенерацию слабоосновного анионита производить щелочными водами, прошедшими при регенерации сильноосновной анионит, т. е. проводить последовательный пропуск щелочи через фильтры с сильноосновным и слабо- основным анионитом.
Декарбонизатор (10), служащий для удаления свободной углекислоты, образовавшейся в обрабатываемой воде в результате ее Н-катионирования, предназначен для создания более благоприятных условий при поглощении кремниевой кислоты высокооскозным анионитом в анионитовых фильтрах 11 ступени. Угольная кислота, если не удалить ее, хорошо поглощается сильноосновным анионитом. В результате этого емкость поглощения анионита по кремниевой кислоте уменьшается и, кроме того, требуется увеличение расхода едкого натра для удаления углекислоты из анионита при регенерации.
Расположение декарбонизатора между анионитовыми фильтрами I ступени и Н-катионитовыми фильтрами II ступени имеет определенные преимущества, так как позволяет повторно использовать отмывочные воды анионитовых фильтров II и III ступеней- путем сброса их в бак декарбонизованной воды. Имеющиеся в этих водах ионы Na+ будут поглощены Н-катионитовым фильтром II ступени и таким образом их влияние на эффективность работы анионитовых фильтров II ступени исключается.
Н-катионитовые фильтры II ступени предназначены для обмена на катион водорода всех катионов, не поглощенных Н-катионитовыми фильтрами I ступени или попавших в обрабатываемую воду из анионитовых фильтров I ступени вследствие преждевременного включения последних в работу после отмывки или старения анионита и т. л. Такими катионами являются главным образом катионы натрия.
Анионитовые фильтры II ступени загружаются сильноосновным анионитам и предназначаются для удаления из обрабатываемой воды кремниевой кислоты с помощью обмена анионов этой кислоты на гидроксильные ионы анионита. Одновременно происходит и удаление из воды тех количеств свободной углекислоты, которые остались после декарбонизации и образовались при обработке воды в Н-катионитовых фильтрах II ступени.