ОБОРУДОВАНИЕ ИОНООБМЕННЫХ УСТАНОВОК

Оборудование ионообменных установок - оборудование, предназначенное для очистки природных и сточных вод от растворенных примесей, а также обессоливания и опреснения воды. Оно включает: ионообменные фильтры с обработкой воды в плотном или псевдоожиженном слое ионита; пульсационной колонны или резервуары с механическим или пневматическим перемешиванием для контактирования ионитов с водой. В фильтрах с плотным слоем загрузки в нижней части имеется днище с дренажным устройством, позволяющим пропускать только воду и задерживать твердые частицы ионита. Верхняя часть фильтра снабжена распределительным устройством для подачи и равномерного распределения воды по всему его сечению. Зернистый ионит загружают в фильтр в набухшем состоянии. Вода, подаваемая сверху вниз, проходит через слой ионита и дренаж с заданной скоростью до проскока извлекаемых примесей. При появлении примесей в фильтрате процесс очистки воды приостанавливают, чтобы восстановить первоначальное рабочее состояние ионита, то есть регенерировать его. Процесс регенерации ионитов осуществляется пропусканием регенерирующего агента через фильтр прямотоком (сверху вниз) или противотоком (снизу вверх). После регенерации иониты отмывают от избытка регенерирующего агента и продуктов регенерации. Отмытые иониты используют для очистки следующей порции сточной воды. Цикл — фильтрация воды, регенерация и отмывка ионита — многократно повторяется. В практике очистки и обессоливания сточных вод наиболее распространены ионообменные натрий- и водород-катионитовые фильтры: параллельно-точные типа ФИПа 1-2,0-6, ФИП-1 -2,6-6, ФИП-1-3,0-6, ФИП-1-3,4-6.
При глубокой очистке и обессиливании сточных вод после очистки с целью корректирования значения рН применяют фильтры смешанного действия (ФСД), в которые загружают смесь анионита и катеонита. При этом используют катиониты и аниониты с различными плотностями. На обоих концах таких фильтров предусмотрены дренажные устройства, а в середине — специальные коллекторные патрубки для введения регенерационных растворов и отмывочной воды. Фильтры смешанного действия бывают двух видов: с внутренней и выносной регенерацией. В комплект оборудования ФСД с выносной регенерацией входят, кроме рабочих фильтров, еще два регенератора. Один из них оборудован верхним, нижним и средним распределительными устройствами, другой этих устройств не имеет. Наличие двух регенераторов позволяет проводить совместную регенерацию катионита и анионита в одном регенераторе и раздельную в каждом из них. Преимущество очистки или обессоливания сточных вод в ФСД по сравнению с процессами катионирования и анионирования в раздельных фильтрах заключается в том, что использование рабочей обменной емкости в ФСД достигает 80—90%, тогда как в раздельных фильтрах — 60—65%. Процесс ионного обмена осуществляется при протоке очищаемой воды через смешанный слой ионитов. После проскока катионов или анионов производится раздельная регенерация катионита и анионита соответственно растворами кислоты и щелочи. Процесс регенерации может происходить только после разделения ионитов, для чего снизу вверх подается вода под большим давлением. При этом ионит с меньшей плотностью (анионит) поднимается в верхнюю часть фильтра, а с большей (катионит) остается в его нижней части. Затем через катионит снизу вверх пропускают раствор кислоты до зоны анионита, а через анионит сверху вниз — раствор щелочи. Регенерирующие растворы через анионит и катионит можно пропускать одновременно или поочередно и выводить через средние коллекторы. После окончания регенерации производятся предварительная отмывка ионита обессоленной водой, перемешивание ионитов сжатым воздухом — снизу вверх и окончательная отмывка ионитов потоком обессоленой воды сверху вниз. После отмывки фильтр включается в работу в следующем цикле.
Процесс очистки и обессоливания воды можно осуществить непрерывно (нециклично) . В этом случае вместо фильтров используют пульсационные колонны (ПСК). Существует несколько типов ПСК: противоточные с псевдоожиженным слоем; прямоточные с псевдоожиженным слоем; прямоточные со сплошным слоем. Пульсация раствора необходима для равномерного распределения ионита в воде и по сечению ПСК и их перемешивания. Установка непрерывного ионного обмена состоит из нескольких ПСК, каждая из которых предназначена для проведения одного технологического процесса: ионного обмена, регенерации, промывки. Поскольку очистка и обессоливание сточных вод обеспечиваются последовательно, их катионированием и анионированием, то полная схема такого процесса включает две установки, в одной из которых циркулирует катионит, а в другой — анионит. При применении ПСК в 5—20 раз сокращается необходимое количество ионита и уменьшаются габариты установки, кроме того, появляется возможность (особенно при противотоке) получить стабильные высокие концентрации извлекаемых веществ из регенерационных растворов, сократить расход промывных вод, упростить схему регулирования и полностью ее автоматизировать.
Значительно меньшее распространение в практике ионообменной очистки и обессоливания сточных вод имеет статический метод — без протока очищаемой воды. В статических условиях процесс очистки растворов и извлечения из них веществ происходит в резервуарах, куда помещаются иониты — раздельно катионит и анионит. Преимущество статических методов состоит в относительно простом аппаратурном оформлении — процесс проводится в емкостях, оборудованных перемешивающими устройствами.
Для очистки и обессоливания сточных вод применяют комплектные обессоливающие установки УЦ-2, УЦ-10, УЦ-25, производительностью 2; 10; 25 м/ч. Их можно использовать для обработки сточных вод, не содержащих органических веществ и значительного количества железа, так как в их составе отсутствует узел предварительной очистки воды. Помимо установок непосредственно предназначенных для ионного обмена (ионообменные фильтры, ПСК), в составе ионообменных установок должны быть емкости для хранения реагентов и очищенной воды, приготовления регенерирующих растворов, мерники и дозаторы реагентов, приборы для автоматизации процессов. Емкостное оборудование подбирают в зависимости от производительности установки, частоты регенерации загрузки фильтров и ПСК и других условий. Для защиты от коррозии внутренней поверхности корпусов ионообменных аппаратов и емкостей либо гуммируют, либо покрывают кислотостойкими смолами и лаками. Гуммированные емкости вместимостью 0,25—1 и 1—40 м серийно выпускаются промышленностью. Нижние распределительные устройства трубчатого типа ионообменных фильтров, крепежные детали внутри корпуса и другую арматуру изготовляют из нержавеющей стали; верхние распределительные устройства — из полиэтилена.