Ионный обмен

Заключительная стадия подготовки воды, связанная с изменением ее ионного состава, вплоть до полного удаления растворенных примесей, реализуется с помощью ионообменных технологий.

Сущность ионного обмена заключается в способности специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении состав обрабатываемой воды. Иониты представляют собой нерастворимые высокомолекулярные вещества, которые, благодаря наличию в них функциональных групп, способны к реакциям ионного обмена.

Другими словами, иониты способны поглощать из раствора положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, содержащихся в ионите, имеющих заряд того же знака. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты разделяются на аниониты и катиониты. Способность ионитов к обмену ионами с раствором определяется их строением.

Данный метод применяется для:

• умягчения воды (удаление ионов жесткости) – натрий-катионирование воды, умягченная (мягкая) вода не вызывает кальциевых отложений на поверхности трубопроводов или поверхностей нагрева;
• обесщелачивания воды (удаление временной жесткости, щелочности и частично солесодержания) – Н- катионирование воды, предочистка природных вод с высокими показателя щелочности;
• обессоливания воды (удаление растворенных солей);
• Н-, ОН- ионирование, применения «цепочек» фильтров с различной загрузкой для деминерализации природных вод;
• глубокого обессоливания воды (удаление следов ионов) – получение дистиллированной воды.

Регенерацию ионита в фильтрах можно проводить несколькими способами, которые отличаются друг от друга направлениями потоков обрабатываемой воды и регенерационного раствора. При совпадении направлений этих потоков, подаваемых обычно сверху вниз, регенерацию называют прямоточной (фильтры ФИПа). При противоточной регенерации регенерационный раствор подается в направлении, противоположном потоку обрабатываемой воды, при этом наиболее полно регенерируются выходные (по воде) слои ионита (фильтры ФИПр). Это позволяет не только сохранить постоянное значение остаточной концентрации ионов в фильтрате, но и получить фильтрат более высокого качества при сниженных избытках реагента и, следовательно, меньших объемах сточных вод. Эффективная противоточная технология позволяет сократить число ступеней очистки воды за счет повышения качества фильтрата.

Реконструкция прямоточных ионитных фильтров водоподготовительной установки в противоточные является целесообразным, экономически, технологически и экологически выгодным мероприятием. Внедрение противоточной схемы регенерации увеличивает общую эффективность производственного процесса.

Перевод прямоточных ионообменных фильтров в противоточный режим эксплуатации позволит:

• увеличить производительность фильтров на существующем оборудовании;
• уменьшить ежегодную досыпку материала за счет улучшенной технологии;
• уменьшить количество соли, кислоты, щелочи на регенерацию (8 - 10%);
• уменьшить сбросы хлоридов, кислоты, щелочи;
• уменьшить потребление воды на собственные нужды фильтров (до 50%).

 Преимущества противоточной технологии:

• нижние слои ионита (последние по ходу обрабатываемой воды) проходят очень глубокую регенерацию с большим избытком реагента;
• не требуется повторная регенерация ионообменной смолы с невыработанной обменной емкостью (материал не срабатывается по всему объему одновременно), что позволяет сократить расход реагента.

Устройство противоточного ионообменного фильтра со средней дренажной системой ФИПр СД

1. подвод воды;
2. отвод отработанной воды;
3. подвод взрыхляющей воды;
4. подвод регенерационного раствора и отмывочной воды;
5. дренаж средней ДРУ;
6. рециркуляция отработанного регенерационного раствора (для Na-катионирования);
7. отводы взрыхляющей воды;
8. нижний дренаж. 

Реконструированный фильтр включает:

 1. Верхнее дренажно-распределительное устройство (ВДРУ).

ВДРУ состоит из витых лучей с шириной щели на лучах 0,4 мм. Материал, из которого выполнено ВДРУ – сталь 12Х18Н10Т (AISI 321). Щель образуется за счет равномерно распределенной проволоки круглого сечения по длине луча, что позволяет исключить забивание данной системы и вынос фильтрующего материала при проведении взрыхляющей промывки ионообменной смолы.

 2. Среднее дренажно-распределительное устройство (СДРУ).

СДРУ состоит их центрального коллектора с комплектом лучей, на которых установлены колпачковые фильтрующие элементы. Площадь фильтрования одного фильтрующего элемента составляет 1800 мм (типоразмер и количество ФЭЛов в каждом случае просчитывается индивидуально). СДРУ предназначено для создания противодавления в верхней части фильтра над СДРУ и предотвращения перемешивания ионообменной смолы (зажатие слоя). Материал изготовления – сталь 12Х18Н10Т.

 3. Нижнее дренажно-распределительное устройство (НДРУ) копирующего типа состоит из центрального коллектора с комплектом лучей, на которых установлены дренажные колпачки.  Материал изготовления – сталь 12Х18Н10Т. Данная конструкция позволяет более полно использовать объем фильтра и гарантировать предотвращение выноса ионообменной смолы.

 4. Насос рециркуляции в верхней части катионитовых фильтров для зажатия слоя ионообменной смолы. Для этого создается рециркуляция по схеме – всос насоса через СДРУ, напор через ВДРУ. Рециркуляция включается на период пропуска регенерационного раствора и медленной отмывки, когда направление потока производится снизу вверх (только для Na-катионитовых фильтров).

 5. В противоточной технологии слой ионообменного материала над средней дренажной системой, кроме функции блокирующего слоя, выполняет функции механического фильтра, что позволяет снизит нагрузку на основной слой.

Возможен перевод фильтров в противоточный режим с зажатием слоя катионита инертным материалом без использования СДРУ.

Затраты на реконструкцию фильтров зависят от многих факторов и определяются в каждом случае индивидуально. Средний срок окупаемости составляет 18 месяцев.