Выбор технологических схем получения особо чистой воды и опыт их эксплуатации

Характерной особенностью сравнительно небольших водоподготовительных установок (ВПУ, производительностью 2—25 м3/ч) является относительно высокий удельный расход на заработную плату обслуживающего персонала, иногда на порядок превышающий удельные трудовые затраты на получение обессоленной воды на электростанциях. На небольших ВПУ часто невозможно организовать предварительную очистку воды, практикуемую на электростанциях. Эти и другие отличия позволяют по-другому решать вопрос о составе оборудования обессоливающих установок, продолжительности межрегенерационного периода ионитовых фильтров и т. д.

Опираясь на опыт эксплуатации существующих обессоливающих установок и теоретические разработки в области ионного обмена и сорбции, выбирают оптимальную схему полного обессоливания пресной воды. При этом учитывают, что особо чистая, высокоомная вода принципиально не может быть получена без использования в схеме ВПУ смешанного слоя ионктов, практически исключающего обратимость реакций ионного обмена.

Смешанный слой доводит до особо чистого состояния не только частично обессоленную воду, но и воду со значительно большим содержанием солей.

По степени минерализованности воды подразделяют на требующие и не требующие снижения общего содержания солей до величины, позволяющей осуществить полное обессоливание.

Обменную емкость сл«боосновных анионитов можно определять из уравнения с корректировкой восстановленной обменной емкости влиянием на нее заданного проскока натрия в процессе Н-катионирования. Наиболее сложным является определение Ер сильноосновного анионита по анионам слабых кислот — угольной и кремневой. Для начальной стадии эксплуатации анионита рекомендуется эмпирическое уравнение. Но емкость сильноосновного анионита, подверженного старению, уменьшается во времени. В связи с этим могут быть рекомендованы некоторые средние значения емкости, указанные в справочнике химика-энергетика (или в специальных исследованиях).

Каким должен быть уровень предварительного обессоливания воды (способ обессоливания пока безразличен)? Практика показала, что промышленный реактор со смешанным слоем производительностью до 25 м3/ч подготавливается к работе в течение 6—8 ч (гидравлическое разделение ионитов в реакторе, регенерация катионита и анионита, отмывка, смешивание). По причинам, складывающимся на установке, межрегенерационный период фильтра смешанного действия желательно увеличить до 24 или 48 ч. Уже отмечалось, что после I ступени обессоливания в фильтрате, как правило, содержатся катионы натрия и анионы слабых кислот; анионы сильных кислот, присутствующие в малых количествах, не решают сути процесса.

Какой проскок ионов натрия и анионов угольной и кремневой кислоты можно допустить без ущерба для назначенного времени работы фильтра, рассчитывается следующим образом. Межрегенерационный период Т равен 12, 24 и 48 ч; ему соответствуют Сцт для реакторов со смешанным слоем, где через единицу анионита в единицу времени проходят 25 объемов очищаемой воды, а через единицу катионита — 50 объемов (отношение анионита к катиониту 2:1). Если для регенерации катионита взяты 3 эквивалента кислоты, а для регенерации анионита б эквивалентов щелочи на 1 эквивалент Еп ионитов, то Еа смол составит соответственно 1300 и 500 экв/м3 (по сумме бикарбонат- и силикат-ионов). Очевидно, катионит не будет лимитировать процесс: его емкость больше, чем у удвоенного количества анионита.

Однако не только более глубокая деминерализация вод достигается с помощью одной ступени обессоливания на установке, состоящей из сильнокислотного катионита (дегазатора) слабоосновного ионита в случае, когда обессоливаиию подвергают пресные воды с общим содержанием солей до 10 мэкв/л и содержанием анионов сильных кислит до 5 мэкв/л.

Таким образом на установках не слишком большой производительности, где удельные расходы высоки, нельзя усмотреть оснований для традиционно используемой на крупных ВПУ II ступени обессоливания, состоящей из сильнокислотного катионита и высокоосновного анионита.

Качественные показатели воды не ухудшаются, а эксплуатироваться будет соответственно меньше ионитов. Для прецизионных предприятий существенно важно, чтобы обессоленная вода содержала меньше органических веществ и микроорганизмов. Этому благоприятствует меньшее время контакта воды с ионитами, следовательно, оказывается полезной замена II ступени обессоливания смешанным слоем ионита при максимально возможной интенсивности работы фильтра.

При регенерации катионита смешанного слоя избытки кислоты безвозвратно теряются, так как после катионита кислота подается на анионит для удаления сорбированных бикарбонат-ионов, способных к гидролизу. Что касается щелочи, то не израсходованные при регенерации сильноосновного ионита, утилизируются при регенерации слабоосновного ионита. Это — дополнительный аргумент для отказа от традиционной II степени обессоливания. Второй и окончательной ступенью при получении обессоленной воды с удельным сопротивлением 5—10 МОм-см и остаточным содержанием кремния 0,1—0,2 мг/л является смешанный слой ионитов.

При разработке классификации вод и выборе соответствующих технологических схем принимают во внимание следующие обстоятельства: обменная емкость ионитов почти не зависит от качественного состава катионов и существенно зависит от качественного анионного состава воды. Слабоосновные аниониты практически не взаимодействуют с анионами слабых кислот, сорбировать последние можно только с помощью сильноосновных анионитов. Анионы сильных кислот более экономично сорбировать на слабоосновных. анионитах ввиду их легкой регенерируемости. При обессоливании смешанным слоем на основе сильнокислотного катионита и высокоосновного анионита создаются благоприятные условия для сорбции анионов слабых кислот, вследствие чего емкость последнего в смешанном слое выше емкости его в монослое на 10—15%.

Исходя из взаимодействия ионитов с водами различного состава, можно предложить следующую классификацию вод, подвергаемых обессоливанию.

1. Частично или глубокообессоленная, но не «обескремненная» вода; такой водой может быть дистиллят или фильтрат после одноступенчатой ионообменной очистки.

2. Дистиллят или конденсат, используемый в контурах водяного охлаждения, в большей или меньшей степени насыщенный продуктами коррозии.

3. Воды, содержащие наряду с бисиликат- и бикарбонат-ионы.

4. Вода, содержащая анионы сильных кислот и бисиликат-ионы; такой водой является, например, дилюат электродиализных и фильтрат обратноосмотических устройств.

5. Воды, содержащие анионы сильных и слабых кислот (наиболее часто встречающиеся в природе).

6. Воды, отличающиеся преобладающим содержанием бикарбонат-ионов (например, выше 5—6 мэкв/л).

В водах № 1—4 другие, не указанные ионы могут присутствовать в концентрациях, не влияющих иа выбор схемы обессоливания.

В работе предложена методика технико-экономического сравнения эффективности конкурирующих схем для вод названных классов, показаны пределы содержания солей, в которых выгодна та или иная схема. С точки зрения формальной комбинаторики число схем может быть чрезвычайно большим. Их выбор, естественно, ограничивался опытом обессоливания воды с учетом того нового, что вносит в процесс обязательное использование смешанного слоя ионитов. В качестве конкурирующей рассматривалась традиционная двухступенчатая схема.

Двухступенчатая схема оказалась неконкурентоспособной. Для практического использования может быть предложена таблица вод и схем их ионообменного обессоливания при получении высокоомной воды.

Не исключается, конечно, что в условиях многотоннажного производства обессоленной воды с ограниченной численностью обслуживающего персонала при производительности, для которой нет фильтра смешанного действия с регенерацией внутри реактора, более экономической окажется традиционная двухступенчатая установка с фильтром смешанного действия на III ступени.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>