Катионитовые фильтры, вспомогательные устройства катионитовых установок

 

Катионитовые фильтры бывают напорные и открытые. Напорные катионитовые фильтры (горизонтальные, вертикальные) состоят из цилиндрического корпуса, дренажной системы для отвода из фильтров умягченной воды и подачи на него воды для взрыхления катионита, распределительной системы для подачи в фильтр регенерационного раствора и сборной системы для отвода из фильтра воды при взрыхлении катионита и распределения по площади фильтра умягчаемой воды (см. рис. 20.13). Наиболее широко применяют напорные фильтры, главным образом вертикальные. Открытые катионитовые фильтры применяют только на установках большой производительности (более 500 м3/ч) и только при одноступенчатом катионировании.

Напорные катионитовые фильтры выпускают серийно отечественной промышленностью семи типоразмеров различных диаметров и с различной высотой загрузки катионитов, рассчитанные на рабочее давление 0,6 МПа и рабочую температуру до 60°С (табл. 20.9). Фильтр оборудуют необходимым количеством задвижек (или гидравлических затворов) и вентилей для управления работой фильтра, отбора проб воды. Кроме того, каждый фильтр снабжают следующей контрольно-измерительной аппаратурой: расходометром для измерения производительности фильтра, счетчиком для замера общего количества умягченной воды и двумя манометрами, один из которых показывает давление воды до фильтра, другой — после него. Вся аппаратура сконцентрирована с одной стороны фильтра, называемой фронтом фильтра.

В катионитовых фильтрах поддерживающие слои обычно не устраивают, а применяют щелевые или колпачковые дренажи, не требующие их устройства.

Для предотвращения коррозии внутреннюю поверхность корпуса и все детали катионитовых фильтров, соприкасающиеся с агрессивной средой, либо изготовляют из коррозионно-стойких материалов, либо надежно защищают специальными покрытиями. При использовании для изготовления Н-катионитовых фильтров обычной листовой стали внутреннюю поверхность корпуса фильтра гуммируют, оклеивают винипластовой фольгой или пластикатом, окрашивают перхлорвиниловым или бакелитовым лаком.

В состав катионитовых водоумягчительных установок кроме фильтров входят вспомогательные устройства для регенерации и отмывки фильтров в процессе их эксплуатации. На водоумягчительных установках малой производительности с расходом поваренной соли меньше 0,5 т/сут ее можно хранить в сухом виде в неотапливаемых складах и растворять в проточных солерастворителях непосредственно перед регенерацией натрий-катионитового фильтра. Они представляют собой металлические цилиндрические резервуары с двумя полусферическими днищами, рассчитанные на рабочее давление до 0,6 МПа. В нижней части солерастворителя укреплено дренажное устройство в виде коробки со щелями у основания. Над ним расположены гравийные подстилающие слои с уменьшающимися кверху размерами зерен, на которые загружается поваренная соль в количестве, необходимом для одной регенерации.

Концентрация раствора соли, выходящего из проточного солерастворителя, неблагоприятная для регенерации натрий-ка- тионитовых фильтров — вначале она большая и по мере растворения соли падает. Поэтому иногда раствор соли из солерастворителя направляют в отдельный бак, где поддерживают концентрацию рассола в пределах до 10%, затем при регенерации его разбавляют. При больших расходах соли применяют мокрое хранение (рис. 20.19), при котором поступающую на водоумягчительную установку поваренную соль засыпают в большую емкость и заливают водой. Объем баков для мокрого хранения соли Vм. х, м3, рассчитывают по формуле

 

(20.32)

 

где q — расход воды на натрий-катионитовые фильтры, м3/сут; Жо — удаляемая при натрий-катионировании общая жесткость воды, г-экв/м3; т — срок хранения запаса соли (обычно 20...40 сут); (qуд — удельный расход соли на регенерацию катионита, г/г-экв поглощенной жесткости; р — плотность раствора соли, г/см3; С — концентрация раствора соли (обычно равна 20... 25%).

По приведенной формуле 1 т поваренной соли занимает 5... 6 м3 емкости бака. Для сокращения его объема соль можно хранить не в виде раствора, а в замоченном состоянии; необходимая при этом емкость составляет 2... 2,5 м3 на 1 т соли.

Железобетонные баки-хранилища обычно располагают вне здания с некоторым заглублением в грунт и перекрывают дощатыми щитами. При однорядном расположении хранилищ мокрой соли их располагают параллельно стене здания водоумягчительной установки, при двухрядном — между ними устраивают железнодорожную колею, а также оборудуют насосную станцию с насосами и воздуходувками. Для ускорения растворения соли применяют перемешивание воздухом, циркуляцию рассола или сочетают оба способа; при низкой температуре окружающей среды желательно применять подогретую воду. На дне емкостей-хранилищ прокладывают лоток или сборную дырчатую трубу и ограждают коробом с отверстиями, который

 

 

Рис. 20.19. Схема солевого хозяйства. 3 — резервуар-хранилище поваренной соли; 4 — гравийно-песчаный осветлительный фильтр; 5 — слой соли; 1 — подача воды; 2 — бак постоянного уровня; 6 — отвод раствора соли на регенерацию; 7 — эжектор; 8 — расходные баки соли

Обсыпают гравием или щебнем крупностью 3... 4 до 30......40 мм, что позволяет освободить рассол от грубодисперсных примесей. Более полно раствор поваренной соли осветляется на кварцевых фильтрах. Рекомендуется применять открытые фильтры со скоростью фильтрования 4... 5 м/ч при толщине слоя песка 0,6...0,8 м (размер зерен 1... 1,5 мм). Осветленный концентрированный раствор соли собирают в бак из двух отделений, используемых в качестве мерников. Целесообразно подавать рассол на катионитовые фильтры эжектором, одновременно разбавляя его до нужной концентрации. При этом на трубопроводе эжектирующей воды (давление не менее 0,40......0,45 МПа) устанавливают расходомер, а за эжектором автоматический концентратомер.

При Н—Nа-катионитовом методе умягчения воды установку оборудуют также кислотным хозяйством, которое должно обеспечивать месячный запас реагента (рис. 20.20). В связи с тем, что железнодорожные цистерны, в которых поставляют серную кислоту, имеют грузоподъемность до 50... 60 т (вместимость баков при плотности раствора 1,8 составляет 28... 33 м3), объем хранилищ должен обеспечивать их опорожнение. Кислотное хозяйство состоит из цистерн-хранилищ, мерников для концентрированной кислоты и вакуум-насосов.

 

Рис. 20.20. Схема кислотного хозяйства.

1 — отвод 1% регенерационного раствора кислоты; 2 — эжектор; 3 — подача воды; 4 — мерный бак; 5, 7 — стационарная и железнодорожная цистерна; 6 — промежуточный бачок

Объем цистерн для хранения серной кислоты и полезную емкость мерника, м3, определяют по формулам

 

 (20.33)

 

где QH — расход воды на Н-катионитовые фильтры, м3/ч; Жо — общая жесткость исходной воды, мг-экв/л; qУД — удельный расход кислоты на регенерацию катионита, г/г-экв; т — срок хранения запаса кислоты, сут; С — концентрация серной кислоты (принимается равной 90... 92%); ρ — плотность кислоты, г/см3; Т — фильтроцикл, ч; n — число рабочих фильтров, шт.

При проектировании установок с применением серной кислоты необходимо избегать схем, в которых кислота находится или транспортируется под давлением.

Объем баков для регенерационного раствора поваренной соли Vc, м3, и серной кислоты Ук, м3, если предусмотрено их разбавление до фильтров, рассчитывают по формулам

 

 (20.34)

 

где qс и qк — соответственно расход поваренной соли и кислоты на регенерацию, м3.

Бак для воды, используемой для взрыхления слоя катионита, рассчитывают на последовательное проведение этой операции в двух фильтрах. Объем его, м3, определяют по формуле

 

 (20.35)

где w — интенсивность изрыхления катионита, л/(м2-с); а — площадь одного фильтра, м2; Тв — продолжительность Взрыхления, мин.

Бак располагают так, чтобы его дно было на 4 м выше сборной воронки фильтра.

Расход воды на собственные нужды Н—Nа-катионитовых установок слагается из потребления воды на следующие технологические операции: приготовление регенерационных растворов соли и кислоты; взрыхление катионита в фильтрах перед регенерацией; отмывка катионита после регенерации. На эти цели используют осветленную, неумягченную воду. На катионитовую установку воды должно поступать Q, м3/сут,

 

 

где Qy — полезная производительность установки по умягчению воды; Q1 Q2, Q3 — соответственно расход воды на приготовление регенерационного раствора, взрыхление и отмывку катионита.

При повторном использовании отмывочной воды для взрыхления фильтров расход воды на собственные нужды сокращается на Q2.

Расчетный расход воды, м3/сут, на приготовление растворов поваренной соли Q1 и серной кислоты Q2 равен

 

 

где nиn — соответственно число Na и Н-катионитовых фильтров и регенераций каждого фильтра в сутки; а и h — площадь, м2, и высота, м, загрузки фильтра катионитом; Ер и ЕРн — рабочая обменная емкость соответственно Na и Н-катионита, г-экв/м3; qУД.с и qУД.к — соответственно удельные расходы соли и кислоты, г/г-экв, удаляемой жесткости; Сс = 5... 8— средняя концентрация регенерационного раствора соли, %; Ск — средняя концентрация регенерационного раствора кислоты (в расчетах принимается равной 1%).

Расход воды на взрыхление катионита, м3/сут,

 

                                      (20.38)

 

где Т= 15 — продолжительность взрыхления, мин; w — интенсивность взрыхления, принимается в зависимости от крупности зерен катионита в пределах 3... 4 л/(м2*с). Расход воды на отмывку катионита, м3/сут,

 

                                   (20.39)

 

где qуд.о — удельный расход отмывочной воды (qrA.0=4...5 м3/м3 катионита).

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев Л.С., Гладков В.А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат, 1994 г.

2. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.

3. Аюкаев Р.И., Мельцер В.3. Производство и применение фильтрующих

4. материалов для очистки воды. Л., 1985.

5. Вейцер Ю.М., Мииц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.

6. Егоров А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях. М., 1984.

7. Журба М.Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.