Загрузка и подготовка к работе катионитовых фильтров - наладка и обслуживание установки химического обессоливания воды. Возможные неисправности в работе катионитовой установки и их устранение

Средний ресурс работы засыпки для умягчения воды составляет порядка 5 лет, после чего требуется произвести замену катионита утратившего свои рабочие характеристики.

Для наиболее длительного срока службы катионита требуется во время первого запуска правильно запрограммировать блок управления и обеспечить предварительную подготовку воды.

Требуемое качество воды поступающей в систему натрий-катионирования

Общая жесткость - до 20 мг.экв./л

Общее солесодержание - до 1000 мг/л

Общее железо - не более 0.3 мг/л

Температура воды - 5-35 оС

Цветность - не более 30 градусов

Нефтепродукты - отсутствие

Сульфиды и сероводород - отсутствие

Этапы замены катионита в системах натрий катионирования

Перед началом проведения работ необходимо организовать подачу воды в обход умягчителя по байпасной линии. Перекрыть вход и выход воды в умягчитель.

Для безопасной работы в ручном режиме перевести блок управления фильтра в режим регенерации для сброса давления. После чего перевести в рабочий режим. Затем обесточить систему умягчения воды и взяться за основную работу.

1. Отключенный от сети питания блок управления отсоединить от гидравлической обвязки и отсоединить солепровод реагентного бака.

2. Перед заменой катионита аккуратно выкрутите управляющий клапан.

3. Не повредив корпус фильтра освободить его от остатков воды и отработанного катионита.

4. Хорошо промыть и по возможности продезинфицировать внутреннюю полость корпуса.

5. Установить корпус на постоянное рабочее место.

6. Завинтить до упора управляющий клапан и выставить его на удобном месте для последующей эксплуатации.

7. После выбора оптимального положения аккуратно вывинтить клапан из баллона.

8. Во внутреннюю часть корпуса вставить центральную распределительную систему со щелевым колпачком. Вращательным движением установить щелевой колпачок в посадочное гнездо на дне баллона.

9. Верхнее отверстие центральной распределительной трубы обязательно закрыть пробкой или другим приспособлением, которое не даст во время засыпки попасть в распределительную систему ионообменной смоле. Единственное условие при засыпке пробка не должна провалиться в центральную трубку, это может вывести из строя систему управления.

10. Наполните баллон небольшим количеством воды ориентировочно на ¼ объема. Это количество будет буфером для засыпаемой ионообменной смолы .

11. Вставьте воронку в горловину баллона, которая обеспечит удобство при засыпке катионита.

12. Засыпьте через воронку требуемое количество гравия. После засыпки гравия нельзя вытаскивать центральный распределительный коллектор из баллона, так как при попытке поставить ее на место можно повредить нижний щелевой колпачок.

13. Загрузите в фильтр требуемое количество катионита.

14. Аккуратно уберите воронку, через которую производилась засыпка нового фильтрующего материала.

15. Уберите пробку или приспособление, которым закрывали отверстие в верхней части центральной распределительной трубки.

16. Удалите остатки пыли и фильтрующего материала с горловины корпус и резьбы.

17. Управляющий клапан с верхним щелевым колпачком насадите на центральную распределительную трубу.

18. Закрутите по часовой стрелке блок управления в корпус фильтра.

19. Подключите блок управления к центральной водопроводной сети и подайте электропитание на него.

20. Подключите реагентный солепровод к блоку управления.

21. После окончания все работ необходимо подать воду на установку и выпустить остатки воздуха из корпуса фильтра.

22. Проверить настройки автоматического управления и провести первичную регенерацию для отмывки катионита.

Низкая производительность катионитового фильтра зависит в основном от двух причин:

• недостаточной высоты слоя сульфоугля в фильтре. В этом случае необходимо добавить сульфоуголь до максимума, поднять возможно выше верхнее дренажное устройство или увеличить высоту фильтра, приварив к верхней части цилиндрическую обечайку;
• высокого гидравлического сопротивления труб дренажного устройства, подводящих воду. Для устранения этого явления необходимо разгрузить фильтр, демонтировать дренажное устройство переделать его, увеличив количество ответвлений и соответственно количество ниппелей и колпачков. Если колпачки отсутствуют, необходимо отфрезеровать большее количество щелей на боковых ответвлениях. Если это не поможет и заметного действия не даст, то необходимо заменить все трубы, увеличив диаметр их.

Снижение обменной рабочей емкости катионита зависит от нескольких причин:

• низкого качества поваренной соли, применяемой для регенерации. Соль, применяемую для регенерации, необходимо подвергать анализу. Для этого приготовляют 10-процентный раствор ее и определяют обычным способом общую жесткость. Она не должна превышать 40 мгэкв / л ;
• повреждения дренажного устройства в фильтре, например, при срыве колпачков, при коррозионном повреждении ниппелей и т. д. В этом случае необходимо разгрузить фильтр, осмотреть и отремонтировать дренажное устройство;
• неточного соблюдения режима регенерации (низкая интенсивность взрыхления катионита, увеличенная скорость пропускания раствора соли, несоблюдение последовательности при открывании кранов, недостаточное количество соли, загружаемое в солерастворитель). В этих случаях необходимо привести режим регенерации в полное соответствие с инструкцией по обслуживанию фильтра.

Интенсивная убыль катионита при взрыхлении , сопровождающаяся помутнением воды. Прежде всего необходимо проверить режим взрыхления, не допуская выброса сульфоугля в промывочную воду. Это явление также может происходить при недостаточном качестве сульфоугля. При несоблюдении правил хранения сульфоугля происходит порча его, он рассыпается, изменяя свой гранулометрический состав. Лучшие всего сульфоуголь хранить в воде. Кроме этого, подвышенное содержание воздуха в воде и скопление его в фильтре также способствует окислению угля.

Пологая кривая истощения катионита и большая "хвостовая" обменная емкость его.

Это явление наблюдается в том случае, если скорость фильтрования воды в различных местах сечения фильтра неодинакова, что происходит при различном сопротивлении прохождению воды в различных точках дренажного устройства.

В этом случае рекомендуется остановить фильтр, открыть верхний люк, удалить верхний загрязненный слой, и перелопатить слой катионита на глубину до 1 м . При ближайшем капитальном ремонте следует обратить особое внимание на гидродинамику нижнего дренажного устройства.

Увеличение периода отмывания соли после регенерации.

Причиной этого обычно является увеличенное мертвое пространство между поверхностью цементной заливки и уровнем размещения колпачков. Для устранения этого явления необходимо дополнительно осуществить заливку, доведя ее до нижних кромок колпачков.

Попадание зерен катионита в умягченную воду.

Это свидетельствует о неполадке в дренажном устройстве в результате срыва дренажных колпачков. В этом случае фильтр останавливают, выгружают и ремонтируют дренажное устройство.

Катионит

Технический термин. Фильтрующая среда в засыпных автоматических установках для удаления солей жесткости из воды. Форма - ионообменная смола, сильноосновной катионит. Восстанавливает фильтрационные свойства при промывке раствором соли (NaCl).

Важнейшей областью применения катионитов (ионообменных смол) является водоподготовка. Фильтр ионообменная смола в котором является основным реагентом, позволяет получить деминерализованную воду для паросиловых установок, технологических процессов и бытовых нужд. Один из процессов, где незаменимы ионообменные смолы деионизация воды. Аниониты используют для очистки, извлечения, концентрирования и разделения веществ, для аналитических целей, а также как катализатор в органическом синтезе.

Смолы ионообменные принадлежат к группе синтетических ионитов и играют в ней ведущую по применению роль. Иониты - малорастворимые материалы, способные к ионному обмену, т.е. к поглощению из электролитов "+" или "-" ионов, и выделению взамен других ионов, имеющих заряд того же знака.

Виды ионообменных смол - катионитов

Ионообменные смолы - катиониты подразделяются на:

• сильнокислотные ионообменные смолы, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН
• слабокислотные ионообменные смолы, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Катионит:

• КУ-2-8
• КУ-2-8чс
• КУ-23

КАТИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫ (поликислоты, катиониты), синтетич. сетчатые полимеры, способные к обмену катионов в водных и водно-орг. р-рах электролитов. В полимерной матрице (каркасе) К. с. фиксированы ионогенные группы, способные диссоциировать на полианионы и компенсирующие их заряды подвижные катионы (противоионы), напр. (для одной группы) П-SO3HDП-SO3-+Н+, участвующие в ионном обмене с разл. др. катионами. Кислотность смолы определяется хим. строением ионогенных групп.

Регенерацию истощенного катионита можно осуществлять раствором хлорида кальция или гидроокиси кальция (известковой водой).

Регенерация истощенного катионита (сульфоугля) при МН4-"катионировании "производится раствором сульфата аммония, который отдает истощенному катиониту (сульфоуглю) катиониты аммония, а сам получает катиониты кальция и магния. Образующиеся растворы сернокислого кальция и сернокислого магния удаляются в дренаж.

Восстановление обменной способности истощенного катионита производят применением 2%-ного раствора серной кислоты; при этом водород кислоты переходит в катионит, а кальций и магний, полученные из питательной воды, замещают водород и образуют сернокислый кальций и магний, которые удаляются в дренаж.

Характер распределения поглощенного Са2+(и Mg2+) в слое нормально истощенного катионита и ионов водорода в слое нормально отрегенерирован-ного (обычным избытком кислоты) материала при Н-катионировании в основном такой же, как и при Na-катионировании. От природы поглощенного катиона зависит и степень регенерации Н-катионита. Так, натрий легче вытесняется Н+-ионами, чем Са2+. Чем меньше обменная емкость катионита по данному катиону, тем легче регенерируется насыщенный им катионит.

Регенерацию каждого фильтра проводят соответствующим раствором реагента определенной концентрации. Режим регенерации истощенного катионита считается оптимальным, если при минимальных расходах регенерирующего вещества обеспечивается глубокое умягчение воды при достаточно высокой рабочей емкости катионита. Обычно при регенерации Na-катионитного фильтра через него пропускаются 6...8 % раствор поваренной соли со скоростью 4...6 м/ч. Восстановление обменной емкости Н-катионита производится серной кислотой концентрацией 1 ...1,5 % со скоростью не менее 10 м/ч во избежание "загипсовывания" катионита. Удельный расход серной кислоты на регенерацию зависит от суммарного содержания хлоридного и сульфатного ионов в умягчаемой воде и составляет 75...225 г/г-экв для фильтров I ступени и 70 г/г-экв для фильтров И ступени. Для экономии реагентов обычно часть регенерационного раствора (последние порции) отводят в бак и используют для последующей регенерации. Растворы реагентов готовят на собственном фильтрате для каждой группы фильтров. Продолжительность подачи раствора составляет 15...30 мин.

Обменную способность ЫН4-катионита, скорость воды и ее расход на технологические операции при обслуживании фильтров можно принимать такими же, как и при Na-катионировании. Для регенерации истощенного катионита применяется раствор соли хлорида аммония (NH4C1) или раствор соли сульфата аммония [(NH4)2SO4]. В основном для регенерации применяется 2-3%-ный раствор сульфата аммония как более доступный и дешевый. Более высокая концентрация не допускается во избежание загипсования зерен катионита. Регенера-ционный раствор сульфата аммония следует подщелачивать содой, едким натрием или аммиаком до слабощелочной реакции по фенолфталеину, что необходимо для связывания остатков серной кислоты.

В процессе Na-катионирования не происходит понижения общего солесодержания умягченной воды. При умягчении воды катионит истощается и для восстановления он должен быть подвергнут регенерации, т. е. через слой истощенного катионита пропускают раствор поваренной соли. При этом катионы натрия вытесняют из катионита ранее поглощенные катионы кальция и магния, а катионит, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать воду.

Чтобы восстановить обменную способность истощенного натрий-катионитового материала, его подвергают обработке 5-10%-ным раствором поваренной соли. Этим процессом, называемым регенерацией, катионы натрия поваренной соли вытесняют из истощенного катионита катионы кальция и магния; последние переходят в раствор в виде хлористого кальция и хлористого магния и удаляются с промывочной водой в дренаж. Катионит же, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать жесткую воду.

Аналогичное действие оказывают противоионы в регенерационном растворе. При пропускании через фильтр раствора NaCl в нем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионов Са2+ и Mg2^ и он обедняется ионами Na+. Увеличение концентрации противоионов (Са2+ и Mg2+) в регенерационном растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена, то есть тормозит регенерацию ионита. В результате, по мере продвижения регенерационного раствора в нижние слои, некоторое количество катионов Са2+ и Mg2+ остается невы-тесненным, поэтому регенерация катионита протекает менее полно. Для устранения этого недостатка можно увеличить расход соли, что сильно ухудшает экономичность процесса. Значительно рациональнее применение противоточного катионирования, при котором устраняется неблагоприятное расположение в слое ионов, так как умягченная вода перед выходом из фильтра будет соприкасаться с наиболее хорошо отрегенериро-ванными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Метод противоточного катионирования позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям.

Процесс обмена катионов в фильтре происходит до тех пор, пока катионит не истощится, т. е. перестанет умягчать воду. Для восстановления этой способности необходимо удалить из катионита удержанные им катионы, что делается путем так называемой регенерации (восстановления) катионита. Это производится путем пропускания через слой истощенного катионита: а) при натрий-катионировании - раствора поваренной соли; б) при водород-катионировании - серной.

Ионообменная смола используется в фильтрах водоочистных систем для умягчения воды. В процессе умягчения натрий-катионит удаляет из воды ионы кальция и магния. Наличие именно эти ионов делает воду жесткой. Удаленные ионы жесткости замещаются соответствующим количеством ионов натрия. В случае эквивалентного замещения ионов анионный состав (отрицательно заряженные ионы) и рН (водородный показатель, кислотность среды) воды не меняется.

При работе фильтра-умягчителя происходит процесс сорбции (поглощения) ионов жесткости и эффективность фильтрующего материала (обменная емкость смолы) постепенно снижается. В следствие этого ухудшается эффективность фильтра. Ионы солей жесткости не задерживаются на гранулах смолы и попадают в систему водоснабжения дома. Жесткость водопроводной воды повышается, в результате чего качество воды падает, на сантехническом оборудовании и посуде образуется белый налет.

Чтобы на выходе из системы фильтрации не ухудшилось качество питьевой воды, необходимо регулярно проводить специальные действия, которые называются "регенерация ионообменной смолы". Регенерация вернет наполнителю фильтра-умягчителя его способность эффективно снижать жесткость воды из скважины.

Процесс регенерации фильтра-умягчителя

1. Взвешенные соли удаляются из фильтра промывкой водой.
2. Ионы, связанные со ионообменной смолой, удаляются раствором регенерации (NaCl).
3. Фильтр промывается водой, чтобы удалить раствор регенерации.

Одно из достоинств фильтров на основе ионообменных смол состоит в том, что регенерация катионитов производится раствором обычной поваренной соли (хлористый натрий, NaCl). То есть на здоровье человека и состоянии экологии не оказывается никакого отрицательного воздействия. Соль должна постоянно находится в солевом баке из которого во время регенерации порционно поступает в балон.

Восстановление свойств фильтрующего реагента позволяет многократно использовать одну засыпку. Однако, способность ионообменной смолы умягчать воду постепенно снижается, так как регенерация не возвращает ионообменной смоле все ее свойства на 100%.

Средний срок службы ионообменной смолы составляет 3 года, при определенных условиях эксплуатации - до 6 лет. Полностью выработанные катиониты подлежат утилизации.

Загрузка катионита должна производиться через верхний люк фильтра вручную или с помощью гидрозагрузочного устройства.  

Загрузку катионита производят в заполненный водой на две трети фильтр. При загрузке учитывается коэффициент набухания катионита и отсюда определяют высоту загрузки сухого материала. После этого производят отмывку катионита от мелочи током воды снизу вверх. Na-катионит, кроме того, отмывается и от кислой воды током воды сверху вниз.  

После загрузки катионита в фильтр, залитый водой или раствором NaCl, набухания ионита в течение суток его промывают снизу вверх, снимают слой мелочи и грязи с поверхности и доводят высоту слоя до нормы. Затем закрывают фильтр, заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % - ной H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита. После подачи в фильтр необходимого количества крепкой кислоты поступление ее прекращают, а воду продолжают подавать с той же скоростью, сбрасывая пересыщенный гипсом отработавший, обычно нейтральный, регенерационный раствор. Количество сбрасываемого раствора с момента прекращения подачи кислоты должно быть равно объему катионита, загруженного в фильтр. После сброса этого количества раствора и снижения его жесткости до 10 - 15 мг-экв / л начинают заполнять бак для вторичного использования отработавшего регенераци-онного раствора кислоты или бак для взрыхления. После их заполнения, если отмывочная вода еще жесткая, продолжают отмывку, спуская отмывочную воду в канализацию.  

После загрузки катионита в фильтр, промывки его снизу вверх, снятия слоя мелочи и грязи с поверхности фильтр заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита.  

После загрузки катионита его промывают обратным током со скоростью 8 - 10 м / ч до светлой воды.  

Формула (2) имеет определенный практический смысл: определив коэффициент К, можно легко рассчитать объем загрузки катионита, необходимый для обработки требуемого количества раствора в заданное время. Имея заданным количество загруженного катионита, возможно определить время отработки ионообменной смолы.  

Отстойник и сатуратор были смонтированы, а расширение катионито вой части водоочистки было произведено силами цеха путем увеличения высоты фильтров на 1 м с соответственной загрузкой катионита и заменой глауконита сульфоуглем.  

Перед загрузкой в катионитных фильтрах наносят отметку (мелом) по его высоте, до которой должен быть загружен катионит, или определяют вес или объем необходимого к загрузке катионита. Следует учитывать степень его набухания а.  

Для рационального выбора схемы и конструкции Н - катионит-ного фильтра обессоливающей установки применительно к конкретному составу воды и условиям регенерации необходимо определять: высоту слоя катионита, который должен быть полностью-отрегенерирован кислотой, и удельный расход кислоты, обеспечивающий полную регенерацию необходимой части загрузки катионита.  

С целью повышения надежности работы фильтров действительный расход кислоты необходимо увеличивать на 20 - 30 % относительно найденного. Следует обратить внимание на то, что общая высота загрузки катионита должна при этом быть выбрана таким образом, чтобы при данном удельном расходе на регенерацию защитного слоя избыток ее был бы поглощен в последующих по ходу регенерата слоях катионита. Для соляной кислоты обеспечение отмеченных условий не представляет никаких затруднений, поскольку уже при стехиометрическом расходе ее на регенерацию высота полностью отрегенерированного слоя катионита значительно превышает высоту защитного слоя. Для серной кислоты обеспечение указанных условий несколько затруднено. Однако, как следует из § 5.7, при соблюдении определенных требований можно обеспечить необходимую степень регенерации данной высоты слоя и соответствующую глубину обработки.  

Действительно, при прямоточном нонировании в силу установившегося распределения ионов в колонке перед регенерацией вытесняемые в ходе регенерации раствором кислоты ионы кальция и магния удаляют из катионита ионы натрия, в результате чего после регенерации в катионите ионы натрия практически не содержатся. В случае етротивоточной регенерации ионы натрия вытесняются только одновалентными ионами водорода и проходят весь слой загрузки катионита. По етим причинам, как нам представляется, противоточный способ регенерации и ае нашел широкого применения при обычных условиях Н - катионирования.  

Согласно этим нормам, досыпка в ионитовые фильтры в первый год эксплуатации составляет 20 % Для сульфоугля, 15 % для катионита КУ-2, в последующие годы 12 % для сульфоугля, 7 % для КУ-2. По данным Мосэнерго, число фильтров для обоих сорбентов практически одинаково, так как при уменьшении объема загрузки катионита КУ-2 по сравнению с сульфо-углем (примерно в 2 раза) для взрыхления первого необходим большой объем водяной подушки.  

Загрузка ФСД состоит из катионы-та КУ-1Г производства Нижнетагильского завода пластмасс и анионита АВ-17 производства Кемеровского завода Карболит. В один ФСД с внутренней регенерацией загружен атионит КУ-2. Размер зерен катионитов составляет 0 5 - 1 0 мм, анионита 0 25 - 1 0 мм. Высота загрузки катионита во всех ФСД равна 600 мм, высота загрузки анионита в ФСД с внутренней регенерацией составляет 800 - 900 мм, в ФСД с выносной регенерацией 500 - 600 мм.