Ионообменный метод очистки воды

Ионообменный метод очистки воды считается наиболее результативным для водоподготовки и умягчения воды. Он нашел широкое применение в промышленности.

Суть ионообменного процесса очистки воды заключается в замене ионов из раствора (жидкости) на ионы, находящиеся на поверхности ионитов. Иониты входят в состав ионообменного материала, который вносится в фильтр (колонну).

В зависимости от фильтрующего материала, ионообменные фильтры (колонны) могут применяться для удаления из жидкости солей жесткости (Ca и Mg), железа, марганца и тяжелых металлов, нитратов, кислот, солей кремния, органических соединений, радиоактивных отходов и прочих загрязнений.

Ионообменный способ очистки воды может применяться в случаях, когда требуется удалять только определенные взвеси или соли, оставляя все остальное, то есть селективно.

Исходя из состава поступающей на очистку воды применяют определенные фильтрующие материалы:

• Ионообменные смолы. Одни обмениваются катионами (катионообменные смолы), другие — анионами (анионообменные смолы). Имеют пористую и проницаемую структуру, размер гранул составляет 0,3 – 0,8 мм. Аниониты бывают сильноосновные и слабоосновные, а катиониты — сильнокислотные и слабокислотные.

• Волокнистые ионообменные материалы в различных текстильных формах. В основном применяют для дополнительной очистки питьевой воды от катионов тяжелых металлов, радионуклидов и железа.

Катионирование — процесс очистки жидкости ионообменным методом, когда происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), которые присутствуют в объеме катионита, различают две разновидности катионирования: Н-катионирование (смолы обменивают катионы из воды на ионы водорода) и Na-катионирование (смолы обменивают ионы из воды, на ионы натрия).

Анионирование — процесс очистки раствора ионообменным методом, когда происходит обмен анионов на ион гидроксида. Сочетание OH-анионирования и Н-катионирования приводит обессоливание воды.

Ионообменная очистка воды применяется в случае:

• Невысокой концентрации загрязнения жидкости.

• На финальном этапе очистки, когда требуется высококачественная вода. 

• Использования в установках обессоливания и умягчения воды. Такая вода необходима для работы котельных, ТЭЦ и АЭС.

Очистка воды ионообменными смолами используется для умягчения воды. Вода, проходя сквозь ионообменный материал, заменяет ионы электролитов на иониты, при этом изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость. 

В зависимости от необходимого количества умягченной жидкости, используют разное число колонн и их размеры.

• При 1-ступенчатой очистке требуется 2 колонны. Жесткость воды уменьшается до 0,05–0,1 г-экв/м3.

• При 2-ступенчатой очистке уже нужно 2 большие и 2 малые колонны. Жесткость воды достигает 0,01 г-экв/м3.

Такая вода нужна в энергетике, на металлургических, фармакологических производствах, пищевой и электронной промышленности.

На базе колонн (фильтров) проектируются ионообменные установки очистки воды. Они бывают ручные, автоматические и комбинированные. 

Промышленная ионообменная установка обычно включает:

• Насосы для подачи, дозировки и циркуляции воды.

• Вертикальные фильтрующие элементы с дренажно-распределительными системами снизу и сверху корпуса.

• Ионообменные смолы.

• Блок восстановления (регенерации). 

• Запорная арматура с трубопроводом обвязки

• Блок управления и контроля, отвечающий за забитость фильтрационного материала

• Электрическая и гидравлическая “обвязка”.

При засорении фильтрующего материала, требуется их регенерация раствором в виде хлорида натрия или др.

Ионообменная система очистки воды может работать периодически и непрерывно.

Установки периодического действия. При этом происходит ионообмен, промывка ионита примесей, восстановление ионита, промывка ионита от восстанавливающего раствора. Недостатки этого метода — большие объемы установки, большое количество использованных реагентов, единовременно требуется большое количество засыпки ионообменного материала, сложность автоматизации.

Установки непрерывного действия. Применяется для снижения жесткости воды для паровых и водогрейных котлов, на предприятиях с бесперебойным производственным циклом:

1. Когда в рабочем режиме один фильтр, второй фильтр находится в режиме восстановления/ожидания. Работая непрерывно, производительность ее не больше, чем у установки периодического действия.

2. Когда в рабочем режиме оба фильтра, производительность увеличивается в 2 раза. Если одна колонн на восстановление, то вторая работает в форсированном режиме, подача отфильтрованной воды не останавливается.

Обозначения основных моделей ионообменных установок: 

УИ – (S, A, D, MB, SP)(R, K, C) – (М1....Мn)/K – (T, V, Q, R),  например УИ – SK(2510) – M1 – 0817V,  где

• S,A,D,MB,SP — установки умягчения, декарбонизации, деминерализации, ионообменники со смешанными слоями, специальные технологии соответственно.

• Тип управления установкой — R ручное, К автоматизированный клапан управления, С центральный контроллер.

• Кол-во фильтров в установке (М1…Мn).

• К — размер корпуса.

• Тип управления по сигналу к регенерации (Т-по времени, V – по объему обработанной воды, Q – по качеству воды, R – по требованию оператора).

Преимущества системы очистки воды ионообменной смолой.

• Очистка жидкости на самом высоком уровне.

• Различные иониты, отличающиеся по составу и конструкции. 

• Невысокие затраты на эксплуатацию. Фильтрующий материал меняют не реже через 2 года, в некоторых случаях через 7 лет, все зависит от вида материала и условий работы.

• Все процессы автоматизированы.

• Высокое качество материалов и оборудования, имеют необходимые сертификаты.

• Невысокая цена установки.