Рядом с корпусом фильтра устанавливается
бак-солерастворитель. Солерастворитель
представляет собой емкость, обычно с
ложным дном, в которую загружается запас
гранулированной (таблетированной) соли.
Во время рабочего цикла в бак подается
необходимое количество умягченной воды.
Это количество регулируется временем
заполнения и клапаном уровня. За время
очистки воды происходит растворение
соли с образованием насыщенного раствора
концентрацией 20-26%. Блок управления снабжен
эжектором для подсоса солевого раствора
при регенерации, обеспечивающим достаточно
стабильное соотношение вода : раствор
соли = 2:1 при разном давлении питающей
воды. При включении регенерации засасывается
насыщенный раствор и разбавляется до
8-10%.
Блок управления, в отличие от аналогичных
для механических фильтров, содержит дополнительные
клапаны для заполнения солерастворителя
и эжектор для засоса солевого раствора.
Регенерация может производиться по истечении
заданного промежутка времени или после
пропуска определенного количества очищенной
воды. Второй вариант предпочтителен.
Для его реализации в блоке управления
устанавливается счетчик количества пропущенной
воды. При наладке установки определяют
объем воды, который может умягчить фильтр.
Его вводят в блок управления, и регенерация
каждый раз проводится, когда фильтр обработает
заданное количество воды. Это позволяет
обеспечивать постоянное высокое качество
умягчения при минимальном расходе соли.
Для крупных установок солерастворитель
или узел мокрого хранения соли устанавливается
единый на все фильтры. Такой узел позволяет
использовать обычную соль, что дает существенную
экономию.
Компанией «Контур-Аква» для умягчения
воды применяются установки серий SPF(T) в таймерном исполнении
и SPF(M) в механическом исполнении (со
встроенным водосчетчиком).
Крупногабаритные фильтры оснащают либо
индивидуальной запорной арматурой на
всех линиях реагентов, либо многоходовыми
клапанами с электро-, гидро- или пневмоприводом.
Для организации непрерывного умягчения
воды параллельно устанавливаются несколько
фильтров, минимально – два в параллели,
один из которых работает, а второй в это
время регенерируется. Компанией «Контур-Аква»
для установок непрерывного умягчения
воды DSPF(M) используются блоки управления
OSMONICS Autotrol Ready Soft.
После одной ступени умягчения не удается
снизить жесткость ниже 0,05 мг-экв/л, а т.к.
для многих процессов в теплоэнергетике
требуется меньшая жесткость, то в этих
случаях очистку ведут последовательно
в двух фильтрах, называемых первой и второй
ступенью умягчения.
Для умягчения воды со снижением щелочности
используется Na-Cl-ионирование. Оно основано
на применении для очистки воды катионита
в Na-форме и анионита в Cl-форме.
Другими путями являются умягчение воды
методами H-Na-катионирования (параллельным
или последовательным), Н-катионирования
с нейтрализацией, Н-катионирования с
голодной регенерацией на сильно- или
слабокислотном катионите.
Эти способы позволяют помимо умягчения
воды добиться снижения щелочности и уменьшения
солесодержания.
Промывка фильтров Н-катионирования
осуществляется раствором кислоты, поэтому
их корпуса должны быть выполнены либо
из полимеров, либо иметь кислотостойкое
покрытие. Все клапана системы или блока
управления также должны быть кислотостойкими.
В современных автоматизированных конструкциях
используются пластиковые корпуса, аналогичные
корпусам установок умягчения и механической
фильтрации. В отличие от установок умягчения,
в расходную емкость заливается готовый
раствор кислоты необходимой концентрации.
Как правило, применяется соляная кислота.
В установках со стандартными блоками
управления используется кислота с концентрацией
10-15%. В специально создаваемых промышленных
установках, имеющих собственное реагентное
хозяйство и систему приготовления и подачи
кислоты, применяется товарный продукт.
Сравнение основных методов умягчения
приведено в таблице.
Компонент,мг-экв/л |
Исходный
раствор |
Na-катиони-рование |
Н-катиони-рование |
Параллель-ноH-Na |
Последова-тельноH-Na |
Жесткость
общая |
4 |
0,05 |
<0.05 |
<0.05 |
<0.05 |
Натрий |
1 |
5 |
<0.1 |
3 |
3 |
Сумма
катионов |
5 |
5 |
<0.1 |
3 |
3 |
Сумма
анионов |
5 |
5 |
2 |
2,5 |
3 |
Солесодержание,г/л |
0,35 |
0,35 |
- |
0,2 |
0,25 |
рН |
7,5 |
7,6 |
2,5-4,0 |
6-7 |
6-7 |
Щелочность
общая |
3 |
3 |
0 |
<0.5 |
<0.1 |
Нанофильтрация
Выше отмечалось, что при использовании
мембран с определенным размером пор обеспечивается
их селективность к многозарядным и крупным
ионам. При пропускании воды удаляются
все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы,
катионы тяжелых металлов и пр. Также происходит
достаточно глубокая очистка от солей
жесткости – в 10-50 раз.
Для умягчения используются установки
с тангенциальной фильтрацией и с рулонными
элементами. Параметры таких установок
близки к установкам низконапорного осмоса.
Степень умягчения определяется характеристиками
применяемых мембран и поскольку селективность
нанофильтрационных мембран различна,
зависит от состава воды. В любом случае,
степень извлечения солей жесткости ниже,
чем при обратном осмосе и тем более при
ионообменном умягчении.
Электрохимическая обработка
Электрохимический метод умягчения воды
является относительно новым. Ранее он
предлагался для переработки солевых
отходов, включая регенераты установок
умягчения, для их последующего повторного
использования.
При прохождении воды через межэлектродное
пространство происходит ряд физико-химических
процессов с образованием устойчивых
комплексов солей, т.е. соли жесткости
не извлекаются из воды как в рассмотренных
выше методах, а переводятся в менее растворимую
форму.
Кондиционирование воды
Вода, используемая для питьевых целей,
производства различных продуктов, должна
обладать определенными свойствами и
химическим составом. Наряду с необходимостью
обеспечить содержание токсичных веществ
в концентрациях ниже допустимых, часто
требуется, чтобы в ней присутствовали
полезные для данного производства вещества
в заданных количествах, соблюдались определенные
значения рН и щелочности. В энергетике
необходимо обеспечение такого состава
и (или) физического состояния примесей,
которые не образуют накипи и не вызывают
коррозии металлов.
Процесс доведения состава воды до заданных,
необходимых для данного процесса параметров
называют кондиционированием.
Как правило, он включает ряд операций,
при которых удаляются загрязнения, а
затем вводятся соответствующие реагенты.
Стабилизационная
обработка воды для тепловых процессов
При использовании воды в качестве теплоносителя
к числу ее важных качеств относятся отсутствие
выпадения осадков на поверхностях теплообмена
и минимальная коррозийная активность.
Стабильной называют воду, которая не
вызывает коррозии поверхности металла,
с которой она соприкасается, и не выделяет
на этих поверхностях осадки карбонатов
кальция.
Для поддержания стабильности воды в
заданных пределах необходимо регулировать
несколько параметров: рН, щелочность
и карбонатную жесткость. Стабильность
увеличивается при введении карбонатов
натрия или кальция, подщелачивании, а
уменьшается при умягчении воды или введении
кислоты.
Выпадение осадков солей жесткости, железа
резко ухудшает эффективность теплообмена
и приводит к росту тепловых потерь и экономичности
установок. Существуют жесткие нормативы
на содержание солей жесткости в воде
для различных энергетических установок.
Для их удаления используются различные
методы.
К способам обеспечения стабильности
воды относятся умягчение и введение реагентов,
т.н. химическая обработка.
Химическая обработка воды заключается
во введении в воду малых доз специальных
реагентов, связывающих соли жесткости,
которые остаются в растворе и не прилипают
к греющим поверхностям.
Различают два класса стабилизирующих
реагентов: реагенты, связывающие соли
жесткости во взвешенные в воде кристаллические
образования (фосфаты и пр.), и реагенты,
стабилизирующие насыщенные растворы
(кислоты, комплексоны и пр.).
В настоящий момент на рынке предлагается
широкий ассортимент реагентов для химической
обработки воды. Для их дозирования и контроля
концентраций в растворе компания «Контур-Аква»
предлагает ряд насосов-дозаторов SEKO Tekna в различных вариантах
комплектации (с датчиками рН, водосчетчиком,
датчик уровня, датчик окислительно-восстановительного
потенциала и т.п.)
Кондиционирование
питьевой воды
Вода природных источников может, с одной
стороны, содержать различные загрязнения,
а с другой стороны, в ней могут отсутствовать
вещества, необходимые для нормальной
жизнедеятельности. Одновременно с вредными
загрязнениями могут извлекаться и полезные
для организма вещества. Для создания
необходимого солевого состава воды в
нее вводят недостающие соли.
Как правило, в воде наблюдается дефицит
фтора, йода.
Кроме того, питьевая вода должна быть
стабильной. В противном случае в процессе
доставки к потребителю она окажется загрязненной
продуктами коррозии трубопроводов. Это
особенно актуально для вод, прошедших
очистку методами опреснения и обессоливания.
Как правило, стабилизация такой воды
производится путем ее пропускания через
известковые минералы или методами дозирования необходимых компонентов.
Кондиционирование
воды для пищевой промышленности
Как отмечалось выше, для получения стабильной
ликероводочной продукции, соков и питьевой
воды необходимо поддержание в очищенной
воде, которая является сырьем, не только
заданного солевого состава, прежде всего
жесткости, но и определенной щелочности.
Последняя в большинстве природных вод
оказывается выше заданной, поэтому в
воду вводится кислота, допущенная для
применения в пищевой промышленности.
Параллельно ведется контроль рН.
Другими путями контролируемого уменьшения
щелочности являются: умягчение воды на слабокислотном
катионите, Na-H-катионирование, обессоливание
обратным осмосом или нанофильтрация,
которые описаны выше.
В производстве пива требования к составу
воды противоречивы, например, необходимо
иметь достаточное количество солей кальция
при отсутствии магния. Обычными способами
селективно извлечь магний невозможно,
поэтому часто используют метод обессоливания
воды с последующим вводом необходимых
реагентов.
Удаление органических загрязнений
Органические вещества присутствуют
в воде в виде природных и техногенных
соединений.
К природным относятся гуминовые и фульвокислоты
и их соединения, в том числе их комплексы
с железом.
Техногенные образуются в результате
действия человека. В их числе продукты,
образующиеся при обработке воды активным
хлором, включая наиболее токсичные и
канцерогенные – диоксины.
Органические загрязнения имеют различные
размеры и молекулярную массу.
Они могут быть удалены из воды двумя
методами:
разрушением
(окислением) до СО2 и Н2О;
Разрушение производится сильными окислителями, такими как хлор, кислород, озон, а также
жестким ультрафиолетом.
При дозировке в воду перманганата калия
и ее фильтрации через каталитический
материал GreenSand эффективно удаляются многие
органические соединения.
Извлечение органических веществ может
быть осуществлено сорбцией, коагуляцией и мембранными
методами.
Удаление нитратов
В воде поверхностных источников, реже
в подземных, присутствуют соединения
азота в виде нитратов и нитритов. В настоящее
время происходит постоянный рост их концентраций,
связанный прежде всего с широким использованием
нитратных удобрений, избыток которых
с грунтовыми водами поступает в реки
и озера.
Существуют два пути удаления нитратов
и нитритов – это обратный
осмос и ионный обмен.
В первом случае должно производиться
обессоливание воды до такой степени,
при которой концентрация нитратов будет
соответствовать норме. Однако при обратном
осмосе удаляются многие другие соли,
и в результате получается частично обессоленная
вода. Вопрос об ее полезности для организма
и вкусовых качествах является дискуссионным.
Стоимость такой обработки достаточно
высока.
Сильноосновный анионит в Cl- форме может сорбировать ионы NO3- и обменивать их на ионы Cl-.
Осветление воды
Осветление воды - это удаление из воды
взвешенных и коллоидных веществ, которые
окрашивают воду и делают ее мутной. Необходимость
осветления и обесцвечивания, а так же обессоливания воды во многом зависит
от целей последующего ее использования.
Кроме того, перед очистными сооружениями
могут быть поставлены и задачи по дегазации
или устранению запахов и привкусов природной
воды. Для осветления воды на станциях
водоочистки применяется две технологии:
это мембранное фильтрование и осаждение.
Фильтрование происходит за счет задержки
частиц взвеси снаружи или внутри пористой
фильтрующей среды, в то время как осаждение
представляет собой процесс выпадения
взвешенных веществ в осадок, для чего
не осветленную воду задерживают в специальных
отстойниках.