4.1.2. Технологические схемы обессоливания воды ионным обменом

Обессоливание воды ионным обменом осуществляется по одно- двух- и трехступенчатой схемам.

Рис.4.1. Технологические схемы обессоливания воды ионным обменом

H₁ и Н₂ - водород-катионитный фильтр 1-й и 2-й ступени соответственно; OH₁ -анионитный фильтр 1-й ступени; Д - декарбонизатор.

При одноступенчатой схеме (рис.4.la, 4.1б и 4.1в) процесс осуществляется последовательным фильтрованием через Н-катионитовый фильтр и слабоосновной анионит. Удаление двуокиси углерода произ­водится в декарбонизаторе. Солесодержание воды обработанной по этой схеме не более 20 мг/л или удельная электропроводность 35-45 мкОм/см, при этом содержание кремния не снимается.

В схеме на рис.4.1а, если в Н-катионитовом фильтре применяют сла­боосновной катионит, то его остановка на регенерацию проводится по проскоку жесткости, если сильноосновной катионит, то - по проскоку катионита натрия. Анионитный фильтр в ОН-форме работает до про­скока аниона хлора.

В схеме на рис.4.1б анионитный фильтр загружают слабоосновным анионитом в НСО^3- форме и образующуюся углекислоту удаляют в де­карбонизаторе.

В схеме на рис.4.1в Н-катионитовый фильтр 1-й ступени загружают слабокислотным катионитом, загрузка которой работает до проскока жесткости. Н-катионитовый фильтр 2-й ступени загружают сильнокис­лотным катионитом и его фильтроцикл определяют до проскока катиона натрия. Анионитный фильтр загружают высокоосновным анионитом, поглощающим как анионы сильных, так и слабых кислот. Для удаления углекислоты предусматривается между Н-фильтром 2-й ступени и анионитным фильтром дегазатор.

Вышеописанные технологические схемы в практике водоподготовки называют схемами частичного обессоливания воды.

При двухступенчатой схеме обессоливания воды предусматриваются Н-катионитные фильтры 1-й ступени, анионитные фильтры 1-й ступени, загруженные слабоосновным анионитом, Н-катионитные фильтры 2-й ступени, дегазаторы для удаления двуокиси углерода, анионитные фильтры 2-й ступени, загруженные сильноосновным анионитом для удаления кремниевой кислоты. При данной технологии обессоливания солесодержание воды должно быть не более 0,5 мг/л или удельная элек­тропроводность 1,6-1,8 мкОм/см и содержание кремнекислоты не более 0,1 мг/л.

На рис.4.2а и 4.2б показаны варианты принципиальных схем глубо­кого ионитового обессоливания.

Н-катионитовый фильтр 1-й ступени на рис.4.2а загружают слабоки­слотным катионитом для удаления из воды катионов Са, Mg и Na . Анионитный фильтр 1-й ступени загружают слабоосновным анионитом в ОН-форме, который обеспечивает удаление из воды анионов сильных кислот SO₄^2-, Сl. Н-катионитный фильтр 2-й ступени загружают сильно­кислотным катионитом для задержки ионов натрия прошедших через 1-ю ступень Н-катионирования. В декарбонизаторе происходит удале­ние свободной углекислоты, образующейся в результате реакций в Н-фильтре 2-й ступени и ионов НСО₃, прошедших через ОН-фильтры 1-й ступени.

Рис.4.2. Технологическая схема двухступенчатого обессоливания воды ионным обменом.

H_1пр-водород-катионитный фильтр предварительного умягчения; H_1ОС-водород-катионитный фильтр 1-й ступени для основного умягчения; А₂-анионитный фильтр 2-й ступени; (остальные обозначения те же, что и на рис.4.1)

На ОН-анионитном фильтре 2-й ступени, загруженном высокоос­новным анионитом происходит удаление анионов сильных кислот, про­скочивших через ОН-фильтр 1-й ступени, а также анионы кремневой кисло­ты H₂SiO₃ и углекислоты НСО₃.

Кремний является постоянным компонентом химического состава природных вод. Этому способствует в отличие от других компонентов повсеместная распространенность соединений кремния в горных породах, и только малая растворимость последних объясняет малое содержание кремния в воде.

Концентрация кремния в речных водах колеблется обычно от 1 до 20 мг/дм3; в подземных водах его концентрация возрастает от 20 до 30 мг/дм3, а в горячих термальных водах содержание кремния может достигать сотен миллиграммов в 1 дм3 .

Значительные количества кремния поступают в природные воды в процессе отмирания наземных и водных растительных организмов, с атмосферными осадками, а также со сточными водами предприятий, производящих керамические, цементные, стекольные изделия, силикатные краски, вяжущие материалы, кремнийорганический каучук и т.д.

Кремниевые кислоты – соединения оксида кремния с водой, очень слабые нерастворимые кислоты. Соотношение оксида кремния и воды различно, общая формула nSiO2·mH2O, кислоты легко переходят друг в друга. В водных растворах доказано существование ортокремниевой H4SiO4, пирокремниевой H6Si2O7, метакремниевой H2SiO3 и дикремниевой H2Si2O5 кислот.

В случае наличия в исходной воде концентрации катионов натрия 0,5-1,0 мг-экв/л применяют схему с предвключенным фильтром, показанной на рис.4.2б. Предвключенный Н-катионитный фильтр 1-й ступени - сильнокислотным катионитом. ОН-анионитные фильтры 1-й и 2-й ступеней загружают соответственно слабоосновным и сильнооснов­ным анионитом.

При трехступенчатой схеме обессоливания воды в дополнение к двухступенчатой схеме устанавливают 3-ю ступень в виде фильтра смешанного действия (ФСД), загрузка которого состоит из смеси высо­кокислотного катионита и высокоосновного анионита.

Принципиальная схема трехступенчатого ионнообменного обессо­ливания приведена на рис.4.3.

Рис.4.3 Технологическая схема трехступенчатого обессоливания воды ионным обменом:

1-предварительный водород-катионитный фильтр; 2-водород-катионитный фильтр 1-й ступени; 3-анионитный фильтр 1-й ступени; 4-декарбонизатор; 5-насос; 6-водород-катионитный фильтр 2-й ступени; 7-анионитный фильтр 2-й ступени; 8-фильтр смешанного действия; 9-бак для взрыхления загрузки; 10-бак для обессоленной воды; 11-железнодорожная цистерна с раствором едкого натра; 12-железнодорожная цистерна с раствором серной кислоты; 13-разгрузочное устройст­во; 14 цистерна хранения; 15-бак-мерник; 16-насос