Сравнительные исследования эффективности регенерации ионообменного фильтра различными способами

Часть 1

  Часть 2, Часть3

 

Ионный обмен широко используется при подготовке природной воды для промышленности и энергетики (процессы водоподготовки), а также для очистки промышленных сточных вод (процессы водоочистки). В обоих случаях необходимо, при прочих равных условиях, обеспечить минимальный расход реагентов, объем и стоимость оборудования и ионитов. При очистке сточных вод важнейшим показателем, кроме того, является объем получаемых регенератов, которые подвергаются дальнейшей переработке. Поэтому в целях сокращения вторичных отходов используются различные усовершенствования - противоточная регенерация, фракционирование регенерата и т.п. [1,2]. Целью работы является сравнение эффективности различных методов регенерации ионообменных смол.

Ионообменные фильтры периодического действия могут регенерироваться в прямоточном, либо в противоточном режимах. При прямоточной регенерации очищаемый и регенерационный растворы пропускаются через ионообменную смолу в одном направлении, а при противоточной - в противоположных. При этом очищенный раствор контактирует с наиболее регенерированным ионитом, что обеспечивает максимальное качество очистки, которое незначительно зависит от степени регенерации остальных слоев. Это позволяет сократить расход регенерирующего агента и объем регенератов [2,3].

Преимущества противоточного фильтрования были известны давно, но промышленное применение оно нашло лишь с появлением специальных конструкций фильтров и развитого производства специальных высокоэффективных ионитов. За последние годы разработано большое число вариантов противоточной регенерации ионообменных смол [3].

Основной задачей при создании противоточных фильтров является необходимость обеспечения сплошности слоя и отсутствия его перемешивания при сорбции и регенерации. Это достигается различными методами, которые, как правило, усложняют конструкцию и эксплуатацию водоподготовительного оборудования. Поэтому из десятков предлагаемых конструкций в настоящее время в промышленной водоподготовке применение нашли только 3 самых отработанных и надежных варианта [2]:

1. Фильтры с блокировкой слоя ионита [2-5].

Фильтры с очисткой воды сверху вниз, а регенерацией снизу вверх и блокировкой слоя ионита от расширения подачей сверху воды или воздуха были разработаны фирмой «Steinmulfer GmbH » в 60 годах. Это единственный тип противоточного фильтра, освоенный отечественной промышлен­ностью и серийно выпускающийся Таганрогским заводом «Красный котельщик» по разработкам ВНИИАМ [2]. Такой фильтр состоит из корпуса, верхнего распределительного, среднего сборно-распределительного и нижнего дренажного устройств. Внутри корпуса находится слой ионообменной смолы высотой 0,5-0,6 от высоты фильтра.

При очистке воды она подается так же, как и в прямоточном фильтре - сверху вниз, распределяется по сечению фильтра верхним распределителем, проходит через слой ионита и через нижнее дренажное устройство выводится из аппарата.

При регенерации, для предотвращения псевдоожижения и перемешивания слоев ионита, сверху, противотоком к регенерирующему раствору, подают воздух или блокирующую воду, или регенерат с таким расходом, чтобы предотвратить расширение рабочего слоя. При таком варианте осуществления регенерации требуются большие объемы воды на собственные нужды, что крайне не экономично.

Такие фильтры обеспечивают сокращение до 1,5 раз объема регенератов и расхода реагентов. В них обеспечивается возможность отмывки слоя ионита от задержанных взвешенных частиц и измельченных ионитов обычным взрыхлением, что обеспечивает возможность переработки мутных растворов. Размеры фильтров, количество в них ионитов аналогичны прямоточным. Вследствие проблем с прочностью среднего дренажа эти фильтры не получили широкого распространения [2].

2. Фильтры с очисткой воды снизу вверх, а регенерацией сверху вниз [2-8].

Одной из первых запатентованных противоточных технологий была технология Schwebe - bett (разновидности: Liftbett , Rinsbett , Multistep ) фирмы Bayer AG [3,4]. Это технология противоточного ионирования с так называемым «взвешенным» слоем ионита в восходящем потоке обрабатываемой воды. Она также воплощена в конструкциях системы АМБЕРПАК фирмы Rohm and Haas и ПЬЮРОПАК фирмы Purolite [2,3,5-8].

В этом варианте обрабатываемая вода направляется снизу вверх, регенерационный раствор - сверху вниз (рис.1). Смола размещается в фильтре между двумя дренажными устройствами. Над слоем смолы располагается слой плавающего гранулированного инертного материала, который предотвращает вынос мелких фракций ионита из фильтра через верхнее колпачковое дренажное устройство в процессе сорбции, а также обеспечивает оптимальное распределение реагента при регенерации. Так как смола в процессах сорбции - регенерации изменяет объем, то необходимо дополнительное свободное пространство в фильтре.

Очистку воды производят при ее подаче снизу вверх. При этом слой ионита поднимается вверх и вместе со слоем инерта прижимается к верхнему дренажу. В нижней части фильтра образуется слой псевдоожиженного ионита, который является дополнительным распределителем для воды по сечению фильтра.

Регенерация такого фильтра отличается от прямоточной отсутствием операции взрыхляющей промывки от взвесей. При загрязнении слоя взвесями, обычно нижнего, этот слой выводится из аппарата в специальную безнапорную колонну, где и отмывается. После отмывки он возвращается в аппарат.

Принцип работы системы Амберпак и Пьюропак

Рис.1. Принцип работы системы Амберпак и Пьюропак[2]. а - очистка; б - регенерация; в - отмывка ионита от взвесей и измельченных частиц.

1 - корпус; 2 - верхний дренаж; 3 - слой инерта; 4 - ионит; 5 - нижний дренаж.

 

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.