Регенерация ионообменной смолы. Введение технологического процесса

Засыпки в системах комплексной водоподготовки выполняют важнейшую роль, а именно они нейтрализуют вредные химические и органические примеси, смягчают воду, улучшают ее показатели и так далее.

Наиболее используемые засыпки являются:

1. Ионообменная смола;

2. Кварцевый песок;

3. Активированный уголь;

4. Многофункциональные засыпки.

Любой засыпной фильтр колонного типа для очистки воды требует полной замены засыпки раз в несколько лет - периодичность определяется специалистом отдельно в каждом конкретном случае. Как правило, система водоподготовки сама «рапортует» о необходимости этой процедуры снижением эффективности очистки. Удаление железа из воды начинает сбоить, допуская прорывы двухвалентного железа, а регенерация засыпки даёт неудовлетворительный эффект. С умягчителями воды та же история: соли жёсткости свободно проникают в инженерные системы дома, образуя накипь и белесые пятна после высыхания капель воды.

Ориентировочные сроки службы засыпок: ионообменная смола - до 5 лет, обезжелезивающие материалы - до 5 лет, активированный кокосовый уголь - до 3 лет, активированный березовый уголь - до 2 лет, кварцевый песок и многослойные засыпки для осветления воды, до 3 лет.

Основное правило, которого необходимо придерживаться при подборе засыпки для системы фильтрации - точное соответствие количество засыпки с размерами фильтра. Это позволит правильно настроить блок управления и получить максимально эффективную работу всей системы.

Ионообменная смола засыпается не более 75% от общего объема колоны фильтра, прочее засыпки загружаются слоем не более 1 м (в противном случае они не достаточно взрыхляются и промываются обратной промывкой.

Срок службы фильтрующей загрузки напрямую зависит от степени загрязненности исходной воды, водопотребления, и стабильности работы регулирующей автоматики. Обычно, средний срок службы загрузки обезжелезивателя составляет 3 - 5 лет, а умягчителя 5 - 6 лет. Но чаще всего их приходится менять одновременно, так как отработавший свой ресурс обезжелезиватель начинает частично пропускать не удаленные примеси, что губительно сказывается на фильтрующей среде умягчителя. И к тому времени, когда созревает решение поменять фильтрующую загрузку обезжелезивателя, загрузку умягчителя тоже пора менять.

Чтобы работы по замене наполнителя не оказались бесполезными, перед проведением работ рекомендуется провести анализ исходной воды и диагностику работы клапанов управления. Довольно часто причиной плохой очистки воды является управляющий клапан одного из фильтров. Также за долгие годы эксплуатации системы, качество исходной воды могло измениться (как в худшую, так и в лучшую сторону) по правилам, анализ входной воды необходимо делать каждые 6 месяцев для бытовых потребителей, и более часто для ответственных случаев (важные технологические процессы в промышленных установках). Не исключено, что потребуется изменить состав оборудования или тип фильтрующей загрузки, перепрограммировать электронику клапанов.

Обслуживание водоподготовки очень Важно для Вашего здоровья. Поэтому регулярное обслуживание системы должно стать частью Вашего проживания в доме.

Катионит

Технический термин. Фильтрующая среда в засыпных автоматических установках для удаления солей жесткости из воды. Форма - ионообменная смола, сильноосновной катионит. Восстанавливает фильтрационные свойства при промывке раствором соли (NaCl).

Важнейшей областью применения катионитов (ионообменных смол) является водоподготовка. Фильтр ионообменная смола в котором является основным реагентом, позволяет получить деминерализованную воду для паросиловых установок, технологических процессов и бытовых нужд. Один из процессов, где незаменимы ионообменные смолы деионизация воды. Аниониты используют для очистки, извлечения, концентрирования и разделения веществ, для аналитических целей, а также как катализатор в органическом синтезе.

Смолы ионообменные принадлежат к группе синтетических ионитов и играют в ней ведущую по применению роль. Иониты - малорастворимые материалы, способные к ионному обмену, т.е. к поглощению из электролитов "+" или "-" ионов, и выделению взамен других ионов, имеющих заряд того же знака.

Виды ионообменных смол - катионитов

Ионообменные смолы - катиониты подразделяются на:

• сильнокислотные ионообменные смолы, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН
• слабокислотные ионообменные смолы, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Катионит:

• КУ-2-8
• КУ-2-8чс
• КУ-23

КАТИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫ (поликислоты, катиониты), синтетич. сетчатые полимеры, способные к обмену катионов в водных и водно-орг. р-рах электролитов. В полимерной матрице (каркасе) К. с. фиксированы ионогенные группы, способные диссоциировать на полианионы и компенсирующие их заряды подвижные катионы (противоионы), напр. (для одной группы) П-SO3HDП-SO3-+Н+, участвующие в ионном обмене с разл. др. катионами. Кислотность смолы определяется хим. строением ионогенных групп.

Регенерацию истощенного катионита можно осуществлять раствором хлорида кальция или гидроокиси кальция (известковой водой).

Регенерация истощенного катионита (сульфоугля) при МН4-"катионировании "производится раствором сульфата аммония, который отдает истощенному катиониту (сульфоуглю) катиониты аммония, а сам получает катиониты кальция и магния. Образующиеся растворы сернокислого кальция и сернокислого магния удаляются в дренаж.

Восстановление обменной способности истощенного катионита производят применением 2%-ного раствора серной кислоты; при этом водород кислоты переходит в катионит, а кальций и магний, полученные из питательной воды, замещают водород и образуют сернокислый кальций и магний, которые удаляются в дренаж.

Характер распределения поглощенного Са2+(и Mg2+) в слое нормально истощенного катионита и ионов водорода в слое нормально отрегенерирован-ного (обычным избытком кислоты) материала при Н-катионировании в основном такой же, как и при Na-катионировании. От природы поглощенного катиона зависит и степень регенерации Н-катионита. Так, натрий легче вытесняется Н+-ионами, чем Са2+. Чем меньше обменная емкость катионита по данному катиону, тем легче регенерируется насыщенный им катионит.

Регенерацию каждого фильтра проводят соответствующим раствором реагента определенной концентрации. Режим регенерации истощенного катионита считается оптимальным, если при минимальных расходах регенерирующего вещества обеспечивается глубокое умягчение воды при достаточно высокой рабочей емкости катионита. Обычно при регенерации Na-катионитного фильтра через него пропускаются 6...8 % раствор поваренной соли со скоростью 4...6 м/ч. Восстановление обменной емкости Н-катионита производится серной кислотой концентрацией 1 ...1,5 % со скоростью не менее 10 м/ч во избежание "загипсовывания" катионита. Удельный расход серной кислоты на регенерацию зависит от суммарного содержания хлоридного и сульфатного ионов в умягчаемой воде и составляет 75...225 г/г-экв для фильтров I ступени и 70 г/г-экв для фильтров И ступени. Для экономии реагентов обычно часть регенерационного раствора (последние порции) отводят в бак и используют для последующей регенерации. Растворы реагентов готовят на собственном фильтрате для каждой группы фильтров. Продолжительность подачи раствора составляет 15...30 мин.

Обменную способность ЫН4-катионита, скорость воды и ее расход на технологические операции при обслуживании фильтров можно принимать такими же, как и при Na-катионировании. Для регенерации истощенного катионита применяется раствор соли хлорида аммония (NH4C1) или раствор соли сульфата аммония [(NH4)2SO4]. В основном для регенерации применяется 2-3%-ный раствор сульфата аммония как более доступный и дешевый. Более высокая концентрация не допускается во избежание загипсования зерен катионита. Регенера-ционный раствор сульфата аммония следует подщелачивать содой, едким натрием или аммиаком до слабощелочной реакции по фенолфталеину, что необходимо для связывания остатков серной кислоты.

В процессе Na-катионирования не происходит понижения общего солесодержания умягченной воды. При умягчении воды катионит истощается и для восстановления он должен быть подвергнут регенерации, т. е. через слой истощенного катионита пропускают раствор поваренной соли. При этом катионы натрия вытесняют из катионита ранее поглощенные катионы кальция и магния, а катионит, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать воду.

Чтобы восстановить обменную способность истощенного натрий-катионитового материала, его подвергают обработке 5-10%-ным раствором поваренной соли. Этим процессом, называемым регенерацией, катионы натрия поваренной соли вытесняют из истощенного катионита катионы кальция и магния; последние переходят в раствор в виде хлористого кальция и хлористого магния и удаляются с промывочной водой в дренаж. Катионит же, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать жесткую воду.

Аналогичное действие оказывают противоионы в регенерационном растворе. При пропускании через фильтр раствора NaCl в нем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионов Са2+ и Mg2^ и он обедняется ионами Na+. Увеличение концентрации противоионов (Са2+ и Mg2+) в регенерационном растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена, то есть тормозит регенерацию ионита. В результате, по мере продвижения регенерационного раствора в нижние слои, некоторое количество катионов Са2+ и Mg2+ остается невы-тесненным, поэтому регенерация катионита протекает менее полно. Для устранения этого недостатка можно увеличить расход соли, что сильно ухудшает экономичность процесса. Значительно рациональнее применение противоточного катионирования, при котором устраняется неблагоприятное расположение в слое ионов, так как умягченная вода перед выходом из фильтра будет соприкасаться с наиболее хорошо отрегенериро-ванными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Метод противоточного катионирования позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям.

Процесс обмена катионов в фильтре происходит до тех пор, пока катионит не истощится, т. е. перестанет умягчать воду. Для восстановления этой способности необходимо удалить из катионита удержанные им катионы, что делается путем так называемой регенерации (восстановления) катионита. Это производится путем пропускания через слой истощенного катионита: а) при натрий-катионировании - раствора поваренной соли; б) при водород-катионировании - серной.

Загрузка катионита должна производиться через верхний люк фильтра вручную или с помощью гидрозагрузочного устройства.  

Загрузку катионита производят в заполненный водой на две трети фильтр. При загрузке учитывается коэффициент набухания катионита и отсюда определяют высоту загрузки сухого материала. После этого производят отмывку катионита от мелочи током воды снизу вверх. Na-катионит, кроме того, отмывается и от кислой воды током воды сверху вниз.  

После загрузки катионита в фильтр, залитый водой или раствором NaCl, набухания ионита в течение суток его промывают снизу вверх, снимают слой мелочи и грязи с поверхности и доводят высоту слоя до нормы. Затем закрывают фильтр, заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % - ной H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита. После подачи в фильтр необходимого количества крепкой кислоты поступление ее прекращают, а воду продолжают подавать с той же скоростью, сбрасывая пересыщенный гипсом отработавший, обычно нейтральный, регенерационный раствор. Количество сбрасываемого раствора с момента прекращения подачи кислоты должно быть равно объему катионита, загруженного в фильтр. После сброса этого количества раствора и снижения его жесткости до 10 - 15 мг-экв / л начинают заполнять бак для вторичного использования отработавшего регенераци-онного раствора кислоты или бак для взрыхления. После их заполнения, если отмывочная вода еще жесткая, продолжают отмывку, спуская отмывочную воду в канализацию.  

После загрузки катионита в фильтр, промывки его снизу вверх, снятия слоя мелочи и грязи с поверхности фильтр заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита.  

После загрузки катионита его промывают обратным током со скоростью 8 - 10 м / ч до светлой воды.  

Формула (2) имеет определенный практический смысл: определив коэффициент К, можно легко рассчитать объем загрузки катионита, необходимый для обработки требуемого количества раствора в заданное время. Имея заданным количество загруженного катионита, возможно определить время отработки ионообменной смолы.  

Отстойник и сатуратор были смонтированы, а расширение катионито вой части водоочистки было произведено силами цеха путем увеличения высоты фильтров на 1 м с соответственной загрузкой катионита и заменой глауконита сульфоуглем.  

Перед загрузкой в катионитных фильтрах наносят отметку (мелом) по его высоте, до которой должен быть загружен катионит, или определяют вес или объем необходимого к загрузке катионита. Следует учитывать степень его набухания а.  

Для рационального выбора схемы и конструкции Н - катионит-ного фильтра обессоливающей установки применительно к конкретному составу воды и условиям регенерации необходимо определять: высоту слоя катионита, который должен быть полностью-отрегенерирован кислотой, и удельный расход кислоты, обеспечивающий полную регенерацию необходимой части загрузки катионита.  

С целью повышения надежности работы фильтров действительный расход кислоты необходимо увеличивать на 20 - 30 % относительно найденного. Следует обратить внимание на то, что общая высота загрузки катионита должна при этом быть выбрана таким образом, чтобы при данном удельном расходе на регенерацию защитного слоя избыток ее был бы поглощен в последующих по ходу регенерата слоях катионита. Для соляной кислоты обеспечение отмеченных условий не представляет никаких затруднений, поскольку уже при стехиометрическом расходе ее на регенерацию высота полностью отрегенерированного слоя катионита значительно превышает высоту защитного слоя. Для серной кислоты обеспечение указанных условий несколько затруднено. Однако, как следует из § 5.7, при соблюдении определенных требований можно обеспечить необходимую степень регенерации данной высоты слоя и соответствующую глубину обработки.  

Действительно, при прямоточном нонировании в силу установившегося распределения ионов в колонке перед регенерацией вытесняемые в ходе регенерации раствором кислоты ионы кальция и магния удаляют из катионита ионы натрия, в результате чего после регенерации в катионите ионы натрия практически не содержатся. В случае етротивоточной регенерации ионы натрия вытесняются только одновалентными ионами водорода и проходят весь слой загрузки катионита. По етим причинам, как нам представляется, противоточный способ регенерации и ае нашел широкого применения при обычных условиях Н - катионирования.  

Согласно этим нормам, досыпка в ионитовые фильтры в первый год эксплуатации составляет 20 % Для сульфоугля, 15 % для катионита КУ-2, в последующие годы 12 % для сульфоугля, 7 % для КУ-2. По данным Мосэнерго, число фильтров для обоих сорбентов практически одинаково, так как при уменьшении объема загрузки катионита КУ-2 по сравнению с сульфо-углем (примерно в 2 раза) для взрыхления первого необходим большой объем водяной подушки.  

Загрузка ФСД состоит из катионы-та КУ-1Г производства Нижнетагильского завода пластмасс и анионита АВ-17 производства Кемеровского завода Карболит. В один ФСД с внутренней регенерацией загружен атионит КУ-2. Размер зерен катионитов составляет 0 5 - 1 0 мм, анионита 0 25 - 1 0 мм. Высота загрузки катионита во всех ФСД равна 600 мм, высота загрузки анионита в ФСД с внутренней регенерацией составляет 800 - 900 мм, в ФСД с выносной регенерацией 500 - 600 мм.  

Чтобы обеспечить высокий уровень очистки воды в домашних условиях, необходимо использовать трехступенчатую систему фильтрации. Такая система включает в себя картридж механической очистки, умягчения (в котором используется ионообменная смола) и доочистки из активированного угля.

Ресурс подобных картриджей приблизительно составляет 5-7 тысяч литров, поэтому их достаточно менять раз в год на новые. Но есть один важный момент: эффективность картриджа с ионообменником напрямую зависит от уровня жесткости поступающей жидкости и его полноценное применение возможно только при проведении регулярной регенерации.

Ионообменные смолы: общее описание

Это соединения в виде мелких шариков, обычно янтарного цвета. Они способны улавливать из водных растворов ионы магния и кальция и заменять на ионы натрия (или водорода). В результате жидкость приобретает нормальный уровень жесткости.

Такие материалы широко применяются в процессах водоподготовки, начиная с 60-х годов прошлого века. Это один из доступных, экологически безопасных и быстрых способов фильтрации. Он позволяет избавиться от накипи, добиться хорошего пенообразования при контакте с моющими средствами и получить питьевую воду без посторонних примесей.

В бытовых фильтрах наиболее часто используются иониты гелевого типа (например, катионит КУ-2-8, Dowex, Relite, Lewatit и др. Они обладают химической стойкостью, осмотической стабильностью и не выделяют в очищаемую воду вредные примеси.

Так как емкость ионитов ограничена, необходимо своевременно проводить ее восстановление. Для этого ионообменник погружают в раствор, содержащий избыток ионов натрия. В этом случае процесс пойдет в обратном направлении: ионы натрия поглощаются, а ионы кальция и магния отдаются в раствор. В качестве регенерационного соединения обычно используют поваренную соль.

Как регенерировать смолу при помощи поваренной соли?

Для этого следует закрыть кран на входе, чтобы перекрыть подачу воды в фильтр, и включить чистую воду, чтобы сбросить давление в корпусах системы. Затем следует достать картридж механической очистки и тщательно очистить его от загрязнений, промыв под струей воды со щеткой, а также вымыть колбу фильтра. После этих процедур картридж механической очистки установить на место.

Затем необходимо достать картридж с ионообменником. Процедура его регенерации зависит от типа фильтрационной системы: в простых фильтрах содержимое можно высыпать и регенерировать в отдельной емкости, в более сложных восстановление проводится без извлечения гранул.

В первом случае следует залить смолу 2 л 10 %-ного раствора нейодированной поваренной соли (100 г соли на 1 л воды) и дать настояться в течение 6-8 часов. После этого ионообменник промывают чистой водой 2-3 раза и засыпают обратно.

Второй вариант предполагает заливание смолы прямо в картридже 2 л 10 %-ного солевого раствора, после чего картридж ставят в промытую колбу и заливают еще 0,5 л раствора, оставляют на 8-10 часов. По истечении этого времени жидкость сливают и вновь погружают ионообменник в 2 л раствора. Для устранения избытка соли после этого гранулы промывают 2 л чистой воды.

Важный момент! Восстановление смолы может проводиться неоднократно, но постепенно она загрязняется примесями, которые содержатся в воде, и теряет ионообменную емкость. Поэтому картридж с ионообменником подлежит замене примерно раз в год (в зависимости от интенсивности использования и жесткости воды).

" статьёй Способы умягчения воды . Где опишем основные существующие способы и , как можно из жёсткой воды сделать мягкую воду. А также подробнее остановимся на одном из них, наиболее распространённом и надёжном.

Способы умягчения воды можно разделить на три и большие группы:

1. химические способы.
2. физические.
3. экстрасенсорные.

Перед тем, как перейти к описанию способов, давайте для начала определимся с терминами. А именно с термином "умягчение воды ". Ранее, в статье "Жёсткая вода " мы затрагивали вопрос жёсткости воды и причин, которые её вызывают — а также последствий использования жёсткой воды. Соответственно, существует несколько определений термина "умягчение воды ", в зависимости от того, на каком этапе идёт воздействие —

• на этапе борьбы с причинами жёсткости воды или
• на этапе борьбы с последствиями использования жёсткой воды.

Понятное дело, этап воздействия на причину жёсткости воды будет бороться и с последствиями жёсткой воды. Но не наоборот. Соответственно, теперь можно перейти к способам умягчения воды. Химические реагентные способы умягчения воды мы затронем в другой статье, а сейчас поговорим про ионный обмен .

Химический способ борьбы с жёсткой водой основан на обмене. Обменом заведует ионо-обменная смола. Ионо-обменная смола — это длинные молекулы, собранные в полупрозрачные желтоватые шарики.

Из этих молекул торчат многочисленные отростки (очень-очень маленькие), к которым присоединяются частицы соли. Простой поваренной соли (ионы натрия).Один ион натрия на один отросток.

В процессе умягчения вода проходит через смолу, пропитывает её насквозь. Соли жёсткости заменяют натрий, связанный со смолой. То есть, происходит обмен — натрий высвобождается и течёт далее, а соли жёсткости остаются связанными со смолой. Причём важно знать, что вымывается из смолы в два раза больше солей, чем оседает, что связано с разницей в зарядах ионов.

Соответственно, рано или поздно (зависит от ёмкости смолы, количества очищенной воды и количества солей жёсткости) все соли натрия в смоле заменяются на соли жёсткости. И после этого смола перестаёт работать — так как больше нечего обменивать.

Для каждой смолы есть свой предел, который она может достигнуть, после чего перестаёт работать. После чего возможны два варианта обращения со смолой, которые зависят от того, в каком виде вы использовали эту смолу. Так, существует два варианта, в каких ионообменная смола работает.

Первый вариант — простой картридж, который располагается в стандартном корпусе, как для или для . Пример картриджа с ионообменной смолой:

Другой вариант — смола, которая насыпается в большой баллон (или не очень большой, зависит от фантазии инженеров). Поскольку баллон чаще всего похож на колонну (пропорциями), то он называется "ионообменная колонна". Она же называется "умягчитель", "ионообменник". Пример ионообменной колонны:

Отличия этих двух вариантов заключаются в количестве ионообменной смолы:

1. Картридж с ионообменной смолой годится только для того, чтобы пить воду и иногда на ней готовить.
2. Ионообменная колонна предназначена для очистки воды на всю квартиру, дом, производство.

Второй вариант, помимо большей стоимости при покупке, имеет нюанс: он требует постоянных затрат на покупку соли, которой восстанавливается фильтрующая способность смолы. Здесь мы возвращаемся к тем возможностям, что можно сделать с ионообменной смолой, когда она перестаёт работать. Так, вариант с картриджем таков — выкинуть. Хотя иногда встречаются люди, которые применяют к нему второй вариант, как к ионообменной колонне.

Ионообменная колонна всегда имеет спутника — бак с рассолом.

В этом баке специальная таблетированная соль растворяется и образует рассол.

Периодически (зависит от того, какой тип управления используется и от показателей воды) раствор соли протекает через смолу, вымывает соли жёсткости и меняет их на исходную соль. После промывок смола восстанавливает свои способности к ионному обмену.

Ионообменная смола так же может удалять и железо в небольших количествах. Трёхвалентное железо портит ионообменную смолу, смола необратимо забивается, и её нужно менять. Так что будьте внимательны и вовремя делайте анализ воды .

Какой фильтр лучше покупать? Какой больше нравится. И, естественно, тот, который в наибольшей степени позволяет вам достичь ваших целей (о чём говорилось в статье "Выбор фильтра для воды: сколько тратить? ").

Также следует учитывать особенности, связанные с размером эксплуатационных расходов на использование ионообменного фильтра. Так, для разных установок умягчения воды требуется разное количество соли на одинаковую производительность. И нужно следить, чтобы расходы на соль были минимальными . Так же показатель — количество сброса воды в канализацию при промывках. Чем больше тратится воды, тем дороже выходит обслуживание. Для ориентира — минимальный расход соли, который мне когда-либо встречался, при производительности 1,5 м3/час составлял 1,14 кг соли на регенерацию.

Ионный обмен — способ умягчения воды, который воздействует на причину жёсткости воды, чем делает её мягкой.

Другие способы умягчения воды мы рассмотрим в дальнейшем.