9.5.2. Принципы расчета ионообменных фильтров для обессоливания воды.

1. Фильтры 1-ой ступени рассчитываются аналогично Н- катионитовым фильтрам для умягчения воды.

2. Н- катионитовые фильтры 2-ой ступени.

Скорость фильтрования- до 50 м/ч, высота слоя- 1,5м, рабочая обменная емкость( мг-экв/л) - 200 для сульфоугля и 400- 500 для КУ-2; удельный расход кислоты- 100г/г-экв; расход воды на отмывку- 10 м³ на м³ загрузки ( используется вода после анионитовых фильтров 1-ой ступени). вода после отмывки может быть применена для взрыхления Н- катионитовых фильтров 1-ой ступени и приготовления регенерационных растворов.

3. Анионитовые фильтры 1-ой ступени.

Площадь определяется по формуле

F=Q₁/T₁Vрn_р,

где Q₁- производительность 1-ой ступени с учетом нужд последующих ступеней, м³/сут;

n_р - число регенераций в сутки, принимается равным 1-2;

Vр - рабочая скорость фильтрования, принимается от 4 до 30 м/ч;

T₁ – продолжительность фильтрования, вычисляется по формуле

T₁= 24/n_р- τ,

где τ– продолжительность регенерации, принимается равной 5 ч ( 0,25 ч - взрыхление, 1,5 ч- регенерация, 3,0-3,25 ч- отмывка).

Объем загрузки равен

W₁=Q₁C₀/n_рEр,

где C₀- суммарная концентрация хлоридов, сульфатов и нитратов, мг-экв/л;

Eр - рабочая обменная емкость, принимаемая равной 600-700 г-экв/м³.

Регенерация производится 4% раствором соды с удельным расходом 100г/г-экв. Для фильтров с сильноосновным анионитом допускается производить регенерацию раствором щелочи после регенерации анионитовых фильтров 2-ой ступени. Регенерационный раствор готовят на Н-катионированной воде, отмывка производится той же водой с расходом 10 м3/м3.

4. анионитовые фильтры 2-ой ступени загружают сильноосновным анионитом высотой слоя 1,5 м. Скорость фильтрования- 15-25 м/ч. регенерация производится 4% раствором щелочи при расходе 120-140 кг/м3.

5. Фильтры смешанного действия.

Скорость фильтрования- 40-50 м/ч, высоты слоев катионита и анионита - по 0,6м, число фильтров - не менее 3. Расход кислоты (по 100% Н₂SO₄)- 70кг/м³, расход едкого натра- 100кг/м³.

Особое внимание при проектировании уделяют стокам после регенерации. Желательно предусмотреть взаимную нейтрализацию кислых и щелочных стоков, а при необходимости - дополнительно известь. Число баков- нейтрализаторов должно быть не менее 2, каждый из них рассчитывается на суточный объем стоков.

9.6. Обессоливание обратным осмосом.

Сущность метода обратного осмоса рассмотрена в курсе «теоретические основы технологии очистки воды». основным элементом аппаратов для обессоливания воды этим методом являются полупроницаемые мембраны, которые по размеру пор классифицируются:

• ультрафильтрационные,

• нанофильтрационные,

• обратноосмотические.

обратноосмотические мембраны пропускают молекулы воды, но задерживают 95-99% органических веществ, 90-99% неорганических соединений, 100% взвешенных веществ и коллоидов, бактерии и вирусы. Мембраны изготовляют в виде ацетилцеллюлозной или полиамидной пленки, или полого волокна.

Конструкции аппаратов классифицируют следующим образом:

• фильтр- прессы,

• рулонного типа,

• с полым волокном.

Принципиальная схема аппарата типа «фильтр- пресс» приведена ниже.

Мембрана снизу опирается на дренаж, а над ней располагают турбулизатор, предназначенный для уменьшения концентрационной поляризации (см. рис. ниже).

Дренаж обычно пористый или сетчатый, он поддерживает мембрану, давление над которой очень большое - при опреснении морской воды – 5-8 МПа.

Схема конструкции фильтр-пресса приведена ниже.

На этом рисунке:

1. вход исходной воды,

2. рассол,

3. пресная вода.

Недостатком конструкции является сравнительно небольшая плотность укладки мембран (отношение их площади к объему аппарата). Поскольку необходимое давление очень высокое, корпус выполняют из металла с большой толщиной стенки и металлоемкость конструкции высокая. Значительно выше плотность укладки в аппаратах рулонного типа.

Полое волокно имеет поверхность на единицу объема примерно в 15 раз большую, чем у рулонных элементов.

Волокна собирают в модули, складывая их пучками U-образной формы. Торцы пучков заливают эпоксидной смолой, оставляя отверстия трубок открытыми. Затем их помещают в аппарат, схема которого приведена ниже.

П реимущества метода обратного осмоса:

• простота конструкции,

• удаление бактерий, вирусов, органических примесей,

• возможность регулировать солесодержание фильтрата (путем подмешивания исходной соленой воды к фильтрату),

• компактность установок.

Недостатки метода:

• необходимость высоких давлений,

• большая энергоемкость метода (при давлении 5 МПа удельный расход энергии 2 кВт-ч/м³),

• воду перед аппаратом необходимо предварительно очищать:

• во-первых, удалять хлор, так как мембраны хлором разрушаются,

• во-вторых, желательно воду умягчать, поскольку из-за увеличения солесодержания по ходу потока будут выпадать соли жесткости,

• в-третьих, воду нужно предварительно обеззараживать, так как бактерии могут разрушать некоторые виды мембран,

• может понадобиться удаление железа и кремния;

• необходимость сброса концентрата (правда, эта проблема любого способа обессоливания).

Обычно предварительная подготовка воды включает:

1. намывной фильтр,

2. блок обеззараживания (хлорирование с последующей сорбцией для удаления хлора, либо ультрафиолетовое облучение),

3. подкисление воды для предотвращения выпадения солей жесткости, либо умягчение в натрий - катионитовых фильтрах.

При необходимости получения воды питьевого качества после обратноосмотического аппарата предусматривают угольный фильтр и блок обеззараживания воды.

Метод обратного осмоса считается перспективным для районов с дефицитом пресной воды при малых производительностях, для водоснабжения морских судов (в случае использования воды в питьевых целях ее приходится предварительно минерализовывать).