Сравнительные исследования эффективности регенерации ионообменного фильтра различными способами
Часть 2.
| Часть1, Часть 3 |
Наряду с большей эффективностью регенерации ионитов в противотоке преимуществом такой конструкции является существенно большее количество ионита в одном корпусе, что позволяет либо увеличить продолжительность фильтроцикла, либо применять фильтры меньших размеров, либо при больших производительностях сократить количество фильтров.
Этой технологии присущи принципиальные недостатки: слой ионита очень чувствителен к изменению расхода обрабатываемой воды и перерывам в работе, необходимо регулярно проводить взрыхляющие промывки, чтобы избежать попадания измельченной смолы или механических загрязнений в фильтрат [2].
3. Фильтры с очисткой воды сверху вниз, а регенерацией снизу вверх [9-12].
Около 10 лет назад фирма Dow Chemical разработала технологию UP.CO.RE. (Upflow Coun - tercurrent Regeneration : противоточная регенерация восходящим потоком) [2,3]. Эта технология обладает всеми преимуществами противотока и в то же время лишена недостатков описанных выше технологий.
Конструкция фильтра аналогична конструкции фильтров АМБЕРПАК и ПЬЮРОПАК.
Очистка воды производится сверху вниз и не вызывает трудностей. При наличии в воде взвесей они задерживаются в верхнем слое сорбента. Так как во время рабочего цикла вода движется сверху вниз, то слой ионита остается зажатым при любых колебаниях потока.
Рис.2. Принцип работы системы АПКОРЕ [2]. а - режим сорбции; б - подъем слоя и его отмывка от взвесей; в - регенерация; г - осаждение. 1 - корпус; 2 - верхний дренаж; 3 - слой инерта; 4 - ионит; 5 - нижний дренаж.
Перед подачей в фильтр регенерационного раствора слой смолы в течение 3-5 минут большим потоком воды (со скоростью 40-50 м/ч) поднимается вверх - до соприкосновения с инертным материалом. Через этот слой и верхнее дренажно-распределительное устройство, которое имеет щели большой ширины, свободно проходит вода, взвешенные примеси, ионитная «мелочь», а целые гранулы ионообменной смолы задерживаются. Затем скорость уменьшается до 5-10 м/ч и начинается подача регенерирующего раствора. При этом поднятый в предыдущей операции слой ионита остается прижатым к слою инертного материала. Две эти операции, помимо своих прямых функций, заменяют операцию взрыхляющей промывки.
По окончании регенерации слой промывают, после чего подача воды прекращается, и слою смолы дают свободно осесть. При этом происходит его послойное движение вниз, при котором измельченные фракции оказываются в верхней части слоя и при последующей регенерации удаляются из него (рис.2) [2,3].
В соответствии с поставленными целями работа предусматривала исследование и сравнение эффективности прямоточной регенерации, противоточной по способу АПКОРЕ и противоточной по способу ПЬЮРОПАК.
Для проведения испытаний была создана опытная установка (рис.3).
Рис.3. Установка для исследования и сравнения технологических характеристик прямоточной и вариантов противоточной регенерации ионитов. - емкость для исходной воды; 2 - фильтр диаметром 200 мм; 3 - монжус; 4 - сборная емкость объемом 1000 л; 5 - насос; 6,7 - ротаметры; 8 - водосчетчик.
Вода из емкости 1 подается насосом 5 через ротаметр 6 на фильтр 2 диаметром 200 мм и высотой 900 мм. Для наблюдения за работой фильтра он выполнен из оргстекла. Подача воды и регенерационного раствора может производиться как сверху, так и снизу. Этим обеспечивается возможность проведения сорбции и регенерации как в прямотоке, так и в любых известных вариантах противотока. Обьем пропущенной воды контролируется по водосчетчику 8. Подача регенерирующего раствора на фильтр 2 производится через ротаметр 7 из монжуса 3 давлением воздуха.
Для исследования противоточных режимов фильтр был загружен сильнокислотным монодисперсным катионитом PUROFINE С-100 на 90% от объема фильтра, объем загрузки составил 13 л, высота загрузки 0,7 м. Для исследования прямоточного режима 3 л смолы из фильтра отгружали. Регенерация производилась раствором NaCI .
Исследования проводились на водопроводной воде со средней исходной жесткостью 4,0 - 4,8 мг-экв/л. Во всех циклах сорбция осуществлялась в одинаковых условиях, расход исходной воды составлял 500 л/ч, отбирались пробы для анализа на остаточную жесткость. Сорбция велась до проскока по жесткости 0,2 мг-экв/л.
Проведенные длительные сравнительные технологические испытания показали, что при производительности фильтра 500 л/ч очистка от солей жесткости лучше всего происходит при работе фильтра в режиме АПКОРЕ, поскольку остаточная жесткость фильтрата в данном случае не превышает 20 мкг-экв/л. Тогда как при работе в режиме ПЬЮРОПАК средняя остаточная жесткость фильтрата находится на уровне 40 мкг-экв/л, а в режиме прямотока - 65 мкг-экв/л (рис.4).
Рис.4. Изменение остаточной жесткости в фильтрате при работе фильтра в режимах АПКОРЕ, ПЬЮРОПАК и прямотока.
При регенерации в режиме ПЬЮРОПАК и прямотока такая жесткость обеспечивалась при расходе соли на регенерацию 1,8-2,0 г-экв/л катионита. В режиме АПКОРЕ она достигалась при расходе соли 1,3 г-экв/л катионита .
Наиболее высокое значение обменной емкости катионита было достигнуто при регенерации фильтра в режиме АПКОРЕ - 1200-1400 мг-экв/л, в режиме ПЬЮРОПАК емкость составила 1200-1300 мг-экв/л, при прямоточной регенерации -1050 мг-экв/л.
