Приложение 2. Противоточные технологии очистки водыПротивоточное фильтрование заключается в подаче регенерационного раствора и обрабатываемой воды в разных направлениях. Преимущества противоточного фильтрования были известны давно, но промышленное применение оно нашло лишь с появлением специальных конструкций фильтров и развитого производства разнообразных высокоэффективных ионитов. При противоточной технологии ионирования наиболее хорошо отрегенерированный катионит расположен в том слое, который находится на выходе из фильтра. Обрабатываемая вода проходит слои ионита со всё более увеличивающейся глубиной регенерации, то есть концентрационный напор сохраняется по всему пути воды. Тем самым обеспечивается высокое качество умягчения и обессоливания, наиболее полно используется рабочая обменная емкость ионита, уменьшается расход реагентов, воды на собственные нужды и количество сточных вод. В настоящее время известны несколько технологий противоточного фильтрования, принципиально различающихся по направлениям потоков: поток воды – снизу вверх, регенерация – сверху вниз; поток воды – сверху вниз, регенерация – снизу вверх. Технология Апкоре В настоящее время широко используется противоточная технология Апкоре (Upcore) – это современная противоточная технология ионообменной регенерации с плотной упаковкой фильтрующего слоя. Технология Апкоре не усложняет конструкцию фильтра и не требует сложной инженерной разработки. Отечественные прямоточные фильтры легко реконструируются под эту технологию. В фильтре, работающем по этой технологии, обрабатываемая вода движется сверху вниз, регенерационный раствор – снизу вверх (рисунок П1).
Рисунок П1 - Очистка воды по технологии АПКОРЕ: 1 – слой инертного материала; 2 – верхняя дренажно-распределительная система; 3 – свободное пространство; 4 – ионит (один или два слоя); 5 – нижняя дренажно-распределительная система.
Рабочий цикл: ввод обрабатываемой воды сверху фильтра Регенерационный цикл: этап 1 – ввод обессоленной (умягченной) воды в фильтр снизу вверх; этап 2 – ввод регенерационного раствора реагентов в фильтр снизу вверх; этап 3 – ввод обессоленной (умягченной) воды в фильтр для предварительной отмывки ионита снизу вверх; этап 4 – оседание ионита; этап 5 – ввод осветленной или умягченной воды в фильтр для окончательной отмывки ионита сверху вниз. Технология обладает всеми преимуществами противоточных технологий. Так как во время рабочего цикла вода движется сверху вниз (30–40 м/ч), слой ионита остается зажатым при любых колебаниях нагрузки, даже при полном прекращении подачи воды. Таким образом, хорошо отрегенерированный слой ионита в нижней части фильтра не разрушается. Перед подачей в фильтр регенерационного раствора слой ионита в течение 3–5 мин большим потоком воды со скоростью около 30 м/ч поднимается вверх – до соприкосновения с инертным материалом. Наличие такого материала – одна из принципиальных особенностей технологии. Верхнее дренажно-распределительное устройство прикрыто и как бы погружено в слой плавающего слоя инертного материала. Через этот слой свободно проходят вода, взвешенные примеси, ионитная «мелочь», а целые гранулы ионита, которые в отсутствие «инерта» поток мог бы унести из фильтра, задерживаются. Регенерационный раствор двух разных концентраций пропускается снизу вверх в течение 30 – 40 мин с такой скоростью (примерно10 м/ч), что поднятый в предыдущей операции слой ионита остается прижатым к слою инертного материала. Две эти операции, помимо своих прямых функций, отменяют необходимость взрыхляющей промывки. Следующие этапы регенерации: отмывка ионита снизу вверх от остатков регенерационного раствора со скоростью примерно 10 м/ч в течение 30 мин; оседание слоя ионита в течение 5–10 мин; отмывка ионита сверху вниз со скоростью 20 – 30 м/ч в течение 30 – 40 мин. Весьма важная особенность технологии АПКОРЕ – возможность осуществления послойной загрузки анионитов в одном фильтре без каких-либо разделяющих устройств. За счет специального подбора слабоосновного и сильноосновного анионитов с соответствующими значениями плотностей слой слабоосновного анионита всегда сохраняет свое положение над слоем сильноосновного анионита, защищая последний от отравления органическими веществами. Наконец, простота технологии, универсальность конструкции позволяют использовать стандартные параллельноточные фильтры для противоточного фильтрования, заменяя только внутренние дренажно-распределительные устройства. Специально для технологии АПКОРЕ фирма Dow Chemical Co. («Дау Кемикал Компани») разработала и поставляет на рынок серию ионообменных смол с прекрасными гранулометрическими (монодисперсные), физико-механическими и кинетическими свойствами. В частности, не менее 90% гранул ионита имеют размеры не более ±10% средних значений размеров, что особенно значимо при двухслойной загрузке фильтров. Технология PUROPACK это современная противоточная технология ионного обмена в однослойных (однокамерных) или в двухслойных (двухкамерных) фильтрах, с почти полной их загрузкой ионообменной смолой, то есть, с почти полный отсутствием свободного от загрузки пространства в фильтре. Для технологии PUROPACK идеально подходят смолы типа РUROPACK производства компании PUROLITE. Возможно применение смол других классов и модификаций с низким перепадом давления, высокой ионообменной емкостью и калиброванной гранулометрией, в том числе, производства других компаний. Однако, только применение смол PUROPACK гарантирует обеспечение технологических показателей, которые может обеспечить система PUROPACK. При переходе с традиционных технологий на технологию PUROPACK, сокращается количество единиц фильтровального оборудования за счет замены двухступенчатых систем ионирования на одноступенчатые, применения двухслойных фильтров, увеличения скоростей фильтрования. Сокращается объем загружаемых ионообменных смол, количество единиц арматуры. Сокращается расход реагентов на регенерацию, объем воды, расходуемой на собственные нужды установки и объем стоков от регенерации. Технология PUROPACK позволяет использовать существующее ионообменное оборудование путем его реконструкции. Компактные установки PUROPACK просты в управлении, не требуют больших затрат на автоматизацию. В целом, применение технологии PURCPACK вместо традиционных прямоточных технологий позволяет значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты. Технологический процесс состоитиз следующих операций: Вода, подлежащая обработке, подается на нижней дренажно-распределительную систему фильтра, контактирует с ионообменной смолой проходя через нее снизу вверх и выводится из фильтра через верхнюю дренажно-распределительную систему. При этом, вся масса загруженного в фильтр материала поднимается вверх и прижимается к верхней дренажно-распределительной системе. Для предотвращения блокирования гранулами ионообменной; смолы щелей в колпачках верхней дренажно-распределительной; системы верхнее пространство фильтра загружается гранулированным инертным материалом с удельной кассой < 1, 0 кг/дм3. После истощения ионообменной способности смолы подача воды на фильтр прекращается, ионообменная смола опускается на нижнюю дренажно-распределительную систему и производится операция восстановления ионообменной способностиионита (регенерация) путем подачи на фильтр регененерационного раствора. Раствор регенеранта подается на фильтр через верхнюю дренажно-распределительную систему, контактирует с ионообменной смолой проходя через нее сверху вниз. Отработанный раствор выводится из фильтра через нижнюю дренажно-распределительную систему. Раствор регенеранта готовится на воде, прошедшей последнюю стадию обработки (обессоленная или умягченная) из бака обессоленной (умягченной) воды собственных нужд. После прекращения подачи раствора регенеранта на фильтр производится отмывка фильтра (промывка смешения) - вытеснение регенерационного раствора обессоленной (умягченной) водой от остатков отработавшего регенеранта. Промывка фильтра производится сверху вниз по линии регенерации из бака обессоленной (умягченной) воды собственных нужд; После прекращения отмывки производится операция быстрой промывки, цель которой - полная очистка ионообменной смолы от остатков регенеранта. Эта операция производится путем рециркуляции водой из бака обессоленной (умягченной) воды собственных нужд. Вода подается на фильтр снизу вверх и возвращается в бак. Операция производится до тех пор когда качество воды в баке собственных нужд будет соответствовать нормированному качеству обессоленной (умягченной) воды, производимой водоподготовительной установкой; После окончания операции быстрей промывки фильтр может сразу, без опускания слоя смолы, включаться в работу на бак обессоленной (умягченной) воды. При длительном останове, рециркуляция быстрой промывки прекращается и смела опускается на нижнюю дренажно-распределительную систему. Кроме рециркуляции из бака обессоленной (умягченной) воды собственных нужд при проведении операции быстрой промывки, предусматривается автоматическая рециркуляционная система из бака запаса обессоленной (умягченной) воды, которая будет включаться при работе установки с низкой производительностью, когда скорости потока обрабатываемой воды в фильтре становятся ниже минимально допустимых. Эта же система включается для отрегенерированного фильтра, если немедленное включение его в работу не требуется. Переключение на рециркуляцию должно производиться при поджатии смолы к верхней дренажно-распределительной системе. В этом случае, фильтр будет находиться в готовности к следующему фильтроциклу, что способствует экономии свежей отмывочной воды и укорочению регенерационного цикла. Для предотвращения ухудшения гидродинамических характеристик фильтра за счет задержания нижним слоем смолы любых твердых частиц, попадающих на фильтр с осветленной водой, предусматривается емкость для обратной промывки смолы. Периодически производится гидроперегрузка смолы из фильтра эту емкость, где производится при помощи обратной промывки удаление загрязнений. Частота проведения этой операции определяется содержанием взвешенных частиц в воде, поступающих от механических фильтров. В конечном счете, описанные свойства противоточных технологий и некоторые другие, здесь не упомянутые, обеспечивают следующие показатели по сравнению с параллельноточной технологией: - уменьшение в 1, 5–2, 5 раза количества эксплуатируемых фильтров (скорость фильтрования воды – до 40 – 50 м/ч); - уменьшение расхода реагентов примерно в два и более раз (удельный расход кислоты 1, 3–1, 6 моль/моль, щелочи – 1, 4 – 1, 5 моль/моль, натрий хлорида – 1, 2–1, 3 моль/моль); - увеличение почти в два раза рабочей обменной емкости фильтра за счет свойств ионитов и возможности почти полностью заполнять фильтр ионитом; - уменьшение расхода воды на собственные нужды примерно вдвое и, следовательно, уменьшение в два раза количества сточных вод; - нормативное качество обработанной воды, получаемое при одноступенчатом фильтровании, не хуже (подчас и лучше), чем при двухступенчатом фильтровании. Достоинства всех описанных выше противоточных технологий проявляются в полной мере только при использовании гранулометрически однородных (моносферных) ионитов, изготавливаемых всеми ведущими фирмами («Дау Кемикал», «Пьюролайт», «Ром и Хаас», «Байер» и др.).
|
