Современные бытовые и промышленные ионообменные фильтры водоподготовки

Все бытовые ионообменные установки водоподготовки выполнены с прямотоком фаз. Данные фильтры имеют корпуса из пластика или нержавеющей стали и снабжаются блоками управления с многоходовыми клапанами-распределителями. Насыщенный раствор соли готовится в дополнительной емкости-солерастворителе, устанавливаемой рядом с фильтром. В фильтрах диаметром до 1 м блок управления и многоходовой клапан с электроприводом расположены в едином корпусе, устанавливаемом непосредственно на корпус фильтра (рис. 1) либо рядом с ним. Для больших аппаратов используется блок управления с пневматическим или гидравлическим выходом и многоходовой клапан, устанавливаемый рядом с корпусом фильтра (рис. 2).

Рис. 1. Моноблочные ионообменные фильтры с блоком управления на корпусе	Рис. 2. Крупногабаритная ионообменная установка с многоходовым клапаном, установленным рядом с корпусом

Блок управления содержит счетчик воды либо таймер, который дает сигнал к началу регенерации ионообменной смолы, программно-временное устройство, задающее последовательность и продолжительность проведения операций, а также силовой электропривод, двигающий клапан-распределитель. Бесспорно, что для ионного обмена оптимально включение режима регенерации ионообменной смолы по объему пропущенной воды. Блоки с таймером, как более дешевые, могут применяться только для бытовых целей.

Работа ионообменного фильтра состоит из следующих операций:

• очистка воды (сервисный режим);
• взрыхление;
• засос соли из солерастворителя – регенерация ионообменной смолы;
• медленная отмывка ионообменной смолы от регенерационного раствора;
• быстрая отмывка в сервисном режиме;
• заполнение солерастворителя умягченной водой.

Распределительные устройства (дренажи) аналогичны используемым в механических фильтрах.

Фильтры непрерывного действия характеризуются тем, что все процессы водоподготовки (очистка воды, взрыхление, регенерация ионообменной смолы, отмывка) проводятся одновременно, каждый в своем аппарате. Ионообменная смола непрерывно или порциями перемещается из аппарата в аппарат. Тип и размеры каждого аппарата оптимизированы для проводимого в них процесса.

Фильтры непрерывного действия бывают со сплошным и псевдоожиженным слоем сорбента. В СССР в урановом и золотоизвлекающем производствах с середины 50-х гг. широко применялись установки непрерывного ионного обмена, использующие каскады аппаратов смешения. В 70-е гг. они стали заменяться противоточными колоннами со сплошным (КНСПР, КДС, ПСК-НР и т.п.) и псевдоожиженным слоем ионообменной смолы (ПСК, ПСК-Т). В аппаратах со сплошным слоем раствор и сорбент подается в реакционную зону и выводится поочередно, порциями. Частота перемещения сорбента зависит от содержания компонента в растворе. Для малоконцентрированных растворов соотношение расходов раствора и ионообменной смолы может составлять десятки и сотни раз. Колонны с псевдоожиженным слоем используют специальные распределительные тарелки КРИМЗ и низкочастотную, около 1 Гц, пульсацию, т.е. вертикальные колебания раствора. Тарелки и пульсация обеспечивают высокую интенсивность массообмена и равномерное распределение фаз по сечению даже очень крупных аппаратов. Такие колонны применяются для регенерации и отмывки ионообменных смол смол от регенерирующего раствора. Колонны с так называемой транспортной пульсацией наиболее эффективны для процессов переработки малоконцентрированных растворов, в том числе при наличии механических взвесей.

Для очистки радиоактивных сточных вод (по солесодержанию аналогичны природной воде) методом обессоливания разработаны установки со смешанным слоем ионообменных смол, которые позволяли при удельной производительности 40–50м³ /м² ·ч в одном фильтре обессоливать воду до удельной электропроводности около 1 мкСм/см.

В промышленности эксплуатировались установки водоподготовки единичной производительностью до 300м³ /ч с колоннами диаметром до 3,4 м .

Для очистки воды используются фильтры со сплошным слоем ионитов, для отмывки ионообменных смол от взвеси и регенератов – с псевдоожиженным. Регенерация смолы может осуществляется и в сплошном, и в псевдоожиженном слое. Все фильтры работают непрерывно с противоточным движением фаз.

Высокая эффективность противоточных колонн позволяет обходиться без паразитных потоков промывных вод. Все воды от отмывки ионообменной смолы от регенерационного агента доукрепляются им и подаются в колонны регенерации.

Установки водоподготовки такого типа имеют существенно более высокие показатели, чем фильтры периодического действия: удельная производительность (скорость раствора) может достигать 50–70м³ /ч, единовременная загрузка ионообменной смолы сокращается в 5–15 раз, а объем регенератов в 1,5–2,5 раза. Они сложнее периодических, требуют использования автоматики и управляемых вентилей. Их целесообразно использовать при производительности более 30–50м³ /ч в экологически чистых технологиях водоподготовки, когда регенераты подвергаются дальнейшей переработке.

В качестве примера на рис.3 показана схема установки производительностью 300–500м³/ч для водоподготовки подпитки умягчением вод, содержащих значительное количество взвесей. Она была создана на ТЭЦ Лисичанского НПЗ (Украина) в 90–91 гг., но в силу известных причин не была пущена в эксплуатацию. Установка водоподготовки состоит из сорбционной колонны 1 диаметром 3,4 м со сплошным слоем сорбента, колонны 2 для отмывки сорбента от извлеченных из исходного раствора взвесей, диаметром 0,6 м с псевдоожиженным слоем сорбента, регенерационно-промывной колонны 3 диаметром 0,6 м со сплошным слоем, и колонны 4 диаметром 0,6 м с псевдоожиженным слоем для окончательной отмывки от соли.

Вода подается снизу сорбционной колонны 1 , проходит через слой катионита и умягчается. Катионит насыщается в сорбционной колонне и порциями по 0,5м³ выводится из сорбционной колонны в промывную 2 . В ней он свободно опускается в потоке поднимающейся промывной воды, а затем перемещается в колонну регенерации 3 . В регенерационной колонне катионит постепенно опускается, двигаясь навстречу поднимающемуся сначала регенерационному раствору, а затем промывной воде, которая вводится снизу колонны.

Рис. 3. Схема установки водоподготовки непрерывного ионного обмена для умягчения подпиточной воды производительностью 300–500м³/ч:

1 – сорбционная колонна ПСК-Н-3400; 2, 4 – промывные колонны ПСК-600; 3 – регенерационно-промывная колонна ПСК-РП-600; 5 – промежуточная емкость; 6 – эрлифты

Установка водоподготовки занимала площадь около 36 м² , в нее загружалось 20м³ катионита КУ-2-8. Объем отходов составлял 0,2% от расхода очищаемой воды.