Структуры фильтрованных слоев

Для чистки воды от механических примесей в промышленных критериях употребляются приемущественно зернистые «сыпучие» материалы. Главным требованием, которое предъявляется к таким материалам; является их устойчивость в обрабатываемой воде. Материал не должен загрязнять воду, так как хоть какое даже малозначительное загрязнение ее непременно приведет к повышению цены водоочистки. Фильтрующий материал также Структуры фильтрованных слоев должен быть дешев и просто доступен.

Понятие загрязнения является неотъемлемой чертой чистой воды и для каждой технологической схемы чистки персонально. Так, для воды, которая в процессе чистки не освобождается от соединений кремния, содержание последних в ней не является загрязнением. Такую воду очищать от механических примесей удобнее всего при помощи кварцевого песка Структуры фильтрованных слоев либо глиняной крошки. Эти материалы дешевы, вседоступны, но при контакте с водой способны обогащать ее оксидами кремния, и потому для чистки воды, из которой дальше фактически на сто процентов удаляются неорганические примеси, они не применимы. В данном случае используются более стойкие, да и более дорогие материалы: дробленый антрацит Структуры фильтрованных слоев, сульфоуголь, технический фильтрперлит, зерненый сополимер дивинилбензола и стирола.

Применение зернистых материалов для удаления механических примесей при организации многотоннажных производств чистой воды вызвано особенностью построения их слоя, в каком частички материала чередуются с пустотами, именуемыми обычно порами слоя, соединяясь меж собой, поры слоя образуют поровые каналы, по которым протекает очищаемая вода. От Структуры фильтрованных слоев формы, размеров и количества таких каналов в единице объема слоя будет зависеть не только лишь гидравлический режим течения воды, да и качество ее чистки. Вот поэтому рассмотрение общих положений теории фильтрования в зернистых слоях удобнее всего начать с геометрической свойства этих слоев. Детализированное описание геометрии зернистого слоя из-за Структуры фильтрованных слоев трудности обычно не употребляется, и на практике зернистый слой рассматривают усредненно как однородную изотропную среду, характеризуемую последующими обобщенными понятиями (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Геометрические свойства неких фильтрующих материалов

Фильтрующий материал Пористость слоя, ε Коэффициент формы, аф Коэффициент неоднородности η Средне-поверхностный поперечник d, мм
Кварцевый песок 0,44 0,67 1,95 0,65
Антрацит 0,54 0,66 2,00 0,80
Сульфоуголь 0,56 0,66 2,37 0,70

В качестве фильтрующих Структуры фильтрованных слоев материалов на котельных и ТЭС в главном употребляется кварцевый песок, дробленый антрацит, сульфоуголь, катионит КУ-2, целлюлоза, перлит и т.д. В текущее время предложены и испытаны новые фильтрующие материалы, владеющие завышенной емкостью поглощения и эффективностью чистки воды: керамзит, вулканические шлаки, подгоревшие породы, шунгизит и др. Для чистки воды от Структуры фильтрованных слоев ГДП удачно используют плавающие загрузки из гранул вспененного полистирола, газонаполненных гранул керамзита и др.

Но из всех упомянутых фильтрующих материалов наибольшее распространение в производстве дополнительной воды на ТЭС и АЭС получил антрацит. Он довольно дешев, а главное химически стоек. При контакте частиц антрацита с фильтруемой водой прирост в ней кремниевой Структуры фильтрованных слоев кислоты не превосходит приблизительно
2 мг /дм3 Н2О, окисляемости менее 8 мг О2/дм3 Н2О; сухого остатка менее 10 мг/дм3. Механическая крепкость антрацита такая, что годичные утраты его не превосходят 2,5 %

В технологических схемах чистки конденсата употребляют в большинстве случаев сульфоуголь либо катионит КУ-2.

Итак, все используемые фильтрующие материалы Структуры фильтрованных слоев должны удовлетворять последующим требованиям: владеть высочайшей механической прочностью, хим стойкостью, верно подобранным фракционным составом, по способности огромным коэффициентом формы, потому что слой из гладких окатанных зернышек фильтрует плохо.

Осветлительные фильтры можно систематизировать по последующим признакам: фракционному составу фильтрующего материала – насыпные и намывные; давлению – открытые и напорные; количеству фильтрующих слоев – однослойные и мультислойные Структуры фильтрованных слоев; числу параллельно работающих камер – однокамерные и многокамерные; методу фильтрования – однопоточные и двухпоточные. В схемах ВПУ котельных и ТЭС используются в главном насыпные напорные однопоточные однокамерные фильтры с числом фильтрующих слоев от 1-го до 2-ух, также очень многообещающие напорные двухкамерные фильтры. Применение последних позволяет значительно уменьшить расход металла Структуры фильтрованных слоев и площадь, нужную для установки.

Напорный однопоточный фильтр (рис.5.1) состоит из цилиндрического корпуса с приваренными к нему сферическими днищами. Снутри фильтра размещены слой фильтрующего материала и дренажно-распределительные устройства, нужные для равномерного рассредотачивания и сбора воды по всей площади поперечного сечения фильтра. Верхнее дренажное устройство в большинстве случаев Структуры фильтрованных слоев оформляется в виде отбойного щита, гасящего энергию потока воды, а нижнее размещено на слое кислотоупорного бетона, заливаемого на нижнее днище фильтра, и выполнено в виде трубной системы, состоящей из коллектора с боковыми ответвлениями, снабженными для отвода воды особыми колпачками либо щелевыми устройствами. Высота фильтрующего материала, загруженного в фильтр, составляет Структуры фильтрованных слоев около 1-го метра. Часть полости фильтра остается свободной. Это нужно для выравнивания скорости воды, поступающей на фильтрующий слой, и для способности расширения слоя при его взрыхлении.

На ВПУ большой производительности для понижения площади, занимаемой механическими фильтрами и экономии металла используют трех- и двухкамерные фильтры. Камеры в этих фильтрах работают параллельно Структуры фильтрованных слоев.

Рис. 5.1. Принципная схема

вертикального однопоточного

механического фильтра:

1 – распределительное устройство;

2 – бетон;

3 – фильтрующий материал;

4 – водяная подушка;

5 – распределительное устройство;

6 – воздушник;

7 – подвод начальной воды и отвод

промывной воды;

8 – выход осветлённой и подвод

промывной воды;

9 – сжатый воздух

Режим эксплуатации механических адгезионных фильтров заключается в обеспечении всепостоянства расхода воды, своевременном выключении на промывку и промывке. В эксплуатационных критериях фильтр нередко Структуры фильтрованных слоев отключают по достижении определенного перепада давления (приблизительно 0,2 МПа). Промывку фильтра от удержанной примеси ведут в течение 20 мин в направлении обратном направлению воды. При промывке слой расширяется на 30–50 % и вследствие трения зернышек меж собой освобождается от удержанной примеси, которая с потоком воды выбрасывается из фильтра. В текущее время промывочную воду направляют Структуры фильтрованных слоев в осветлители.

Расход промывочной воды определяется по формуле:

,

где Fф – площадь поперечного сечения фильтра, м2;

iПРОМ – интенсивность промывки, составляющая зависимо от размера фракций и высоты слоя от 12 до 15 кг/(с×м2).

Для интенсификации процесса промывки под слой подают сжатый воздух, что сразу позволяет ускорять процесс промывки и сокращать расход Структуры фильтрованных слоев промывочной воды.

Промывку механических фильтров проводят осветленной водой, потому емкость баков осветленной воды должна учесть не считая часового припаса также и объем воды, нужной для промывки 1-го фильтра.

При расчете фильтрованной части предочистки следует подразумевать, что на ВПУ с осветлителями количество устанавливаемых механических фильтров выбирается из расчета скорости Структуры фильтрованных слоев фильтрования 10 м/ч, а при прямоточной коагуляции – 5 м/ч. При всем этом нужно предугадывать установку более 3-х фильтров (два в работе, один в регенерации), также еще 1-го фильтра для перезагрузки фильтрующего материала при ремонте либо осмотрах главных фильтров.

Контрольные вопросы

1. Дайте геометрическую характеристику фильтрующих материалов?

2. В чем заключается механизм задержания части в Структуры фильтрованных слоев зернистых слоях?

3. Растолкуйте в чем отличие адгезионного и пленочного фильтрования?

4. Главные требования к фильтрующим материалам?

Глава шестая

Обессоливание воды

За последние годы происходит постепенное возрастание концентрации минеральных веществ во всех реках, протекающих через промышленные и плотно населенные области. В неких маленьких реках из-за промышленной и хозяйственной деятельности человека солесодержание Структуры фильтрованных слоев повысилось так, что воду этих рек в текущее время следует считать солоноватой, а не пресной. Основными причинами постепенного увеличения солесодержания рек является сброс в их высокоминерализованных шахтных и промышленных вод, также сброс дренажных вод орошаемых земель. Вследствие этого задачка обессоливания воды, а именно используемой для целей термический и атомной Структуры фильтрованных слоев энергетики, приобретает только принципиальное значение.

В текущее время разработаны и употребляются методы частичного либо полного обессоливания. Их можно систематизировать слудующим образом: методы, основанные на изменении фазового состава воды (дистилляция, гелиоопреснение, вымораживание); мембранные (электродиализ, оборотный осмос) и хемосорбционные методы (ионитное обессоливание). На электрических станциях наибольшее применение отыскали ионитное обессоливание Структуры фильтрованных слоев и дистилляция. Мембранные методы употребляются только для частичного уменьшения минерального состава воды, потому что получение этими методами глубокообессоленной воды, применимой для питания современных котлов, до ближайшего времени числилось неэкономичным.

Итак, нужно разглядеть три способа обессоливания воды:

- ионитный;

- тепловой (дистилляция);

- мембранный (электродиализ, оборотный осмос).

6.1. Физико-химические базы ионного обмена

Вода, прошедшая предочистку, фактически Структуры фильтрованных слоев не содержит внутри себя грубодисперсных примесей и в значимой степени освобождена от коллоидных. Но основная часть примесей в истинно-растворенном состоянии остается в этой воде и должна быть удалена из нее. В текущее время для этого используют ионный обмен, также мембранные и тепловой способы. Последний способ для получения Структуры фильтрованных слоев воды нужного свойства в большинстве случаев употребляют в комплексе с ионным обменом.

Суть ионного обмена заключается в использовании возможности неких особых материалов (ионитов) изменять в хотимом направлении ионный состав примесей воды. Процесс ионного обмена значительно отличается от процесса адсорбции тем, что если при адсорбции происходит только скопление вещества Структуры фильтрованных слоев, сорбируемого из раствора на поверхности какого-нибудь материала, то при ионном обмене сорбция из раствора ионов 1-го вида непременно сопровождается переходом ранее сорбированных ионов другого вида в раствор. Таким макаром, при ионном обмене ионы 1-го вида заменяются ионами другого вида.

Способность ионитов к ионному обмену разъясняется их строением. Хоть Структуры фильтрованных слоев какой ионит состоит из жесткой базы (матрицы), на которую тем либо другим методом нанесены особые многофункциональные группы, способные при помещении ионита в раствор к образованию на поверхности ионита потенциалообразующих ионов, т.е. к появлению заряда. Вследствие этого вокруг жесткой фазы создается диффузный слой из обратно заряженных ионов (противоионов Структуры фильтрованных слоев). Возникновение потенциалообразующих ионов может происходить или за счет адсорбции многофункциональными группами ионита из раствора ионов какого-нибудь знака заряда (к примеру, → ), или диссоциации многофункциональных групп под действием молекул воды (к примеру, → ). В последнем случае противоионами, образующими диффузный слой, являются ионы, переходящие в раствор в процессе диссоциации. Ионы диффузного слоя владеют завышенным припасом Структуры фильтрованных слоев кинетической энергии и могут выходить из диффузного слоя в раствор, но при всем этом из раствора в диффузный слой должны перебегать ионы такого же знака заряда. Таким макаром, ионит можно представить как жесткий электролит, недвижная часть которого представляет одну его часть, а подвижные противоионы – другую (рис. 6.1).

Как Структуры фильтрованных слоев следует, реакции ионного обмена подчиняются правилам, соответствующим для реакций обыденных электролитов, а именно правилам эквивалентности обмена ионов и обратимости этого процесса. Не считая того, при ионном обмене огромное значение имеют селективность и скорость установления ионообменного равновесия.

Эквивалентность обмена ионов состоит в том, что снижение концентрации какого-нибудь иона в Структуры фильтрованных слоев растворе в итоге протекания ионообменного процесса вызывает эквивалентное увеличение концентрации другого иона, поступающего в раствор из ионита. Кажущиеся отступления от этого закона в неких случаях объясняются вторичными реакциями, в которые вступают переходящие в раствор ионы. Так, к примеру, если в итоге обмена ионов в раствор попадают ионы Н Структуры фильтрованных слоев+, то они могут реагировать с ионами с образованием СО2. При всем этом концентрация ионов Н+ в растворе снижается, и создается воспоминание неэквивалентности обмена ионов.

Рис. 6.1. Схема структуры зерна ионита:

а – катионит; б – анионит; 1 – матрица (твёрдый многоатомный каркас ионита); 2 – потенциалообразующие ионы (связанные с каркасом не подвижные ионы активных групп); 3 – ионы диффузорного Структуры фильтрованных слоев слоя (ограниченно подвижные ионы активных групп, способные к обмену)

Обратимость процесса обмена ионов является одной из важных закономерностей, позволяющих экономно использовать ионообменный материал в технологических схемах. Преимущественное направление реакции ионного обмена определяется согласно закону действующих веществ. При истощении ионита можно, повысив в растворе концентрацию начальных обменных ионов, двинуть реакцию ионного обмена Структуры фильтрованных слоев в направлении восстановления ионита в начальное состояние, т. е. произвести регенерацию ионита.

Способность ионита к преимущественной сорбции одних видов ионов по сопоставлению с другими именуется селективностью.

Селективность играет очень огромную роль в технологии ионного обмена. Физико-химическая суть селективности при ионном обмене вытекает из закона Кулона Структуры фильтрованных слоев.

6.2. Ионообменные материалы и их свойства

Все известные ионообменные материалы по хим составу можно поделить на две группы: минеральные и органические. Минеральные иониты фактически не используются на ТЭС из-за малой емкости поглощения и возможности к разложению в кислой среде с выделением кремниевой кислоты.

В текущее время на ТЭС в главном находят Структуры фильтрованных слоев применение только специально синтезированные иониты органического происхождения. При синтезе ионитов нужно сделать матрицу и ввести в нее многофункциональные группы. Есть некоторое количество путей для этого, но в главном это осуществляется введением многофункциональных групп в молекулы какого-нибудь имеющегося нерастворимого в воде органического вещества либо получением фактически нерастворимого вещества с следующим Структуры фильтрованных слоев введением в его молекулу многофункциональных групп. По первому пути синтеза получают разные марки сульфоуглей. Для этого фракционированный уголь (бурый, антрацит) обрабатывают серной кислотой. При всем этом происходят процессы гумификации с образованием карбоксильных групп и сульфирования с образованием сульфогрупп.

Но основное направление синтеза состоит в получении ионитов на базе Структуры фильтрованных слоев искусственных смол. Матрица такового ионита представляет собой пространственную сетчатую структуру из углеводородных цепей, которая может быть получена поликонденсацией либо полимеризацией. В последние годы все почаще употребляют полимеризационные смолы, приобретенные на базе стирола. При полимеризации стирола появляется линейный полимер, который «сшивается» молекулами дивинилбензола с образованием трехмерной структуры:

где номером 1 обозначены Структуры фильтрованных слоев молекулы стирола, а номером 2 – молекулы дивинилбензола. Такая структура обладает известной степенью эластичности и способностью изменять собственный объем (набухать) в воде. В серьезном осознании, пор в теле такового полимера нет, но их аналогом могут служить расстояния меж сшивкой и цепями набухшего полимера (3 нм). Но для особых целей в текущее время изготовляются макропористые Структуры фильтрованных слоев иониты с радиусом пор oт 8 до 2∙104 нм.

Многофункциональные группы, которые присваивают материалу смолы ионообменные характеристики, присоединяются к бензольным ядрам, замещая в их атомы водорода. Группы, придающие ионитам характеристики катионитов: (сульфогруппа),
– СООН (карбоксильная) и – ОН (фенольная). При контакте с водой многофункциональные группы катионитов диссоциируют с отщеплением ионов водорода Структуры фильтрованных слоев, которые образуют диффузный слой. Монофункциональные катиониты, содержащие сульфогруппы, являются сильнокислотными, а содержащие карбоксильные группы – слабокислотными. Имеются также полифункциональные катиониты, содержащие обе группы (к примеру, сульфоуголь). Нрав группы значительно оказывает влияние на обменную емкость катионита зависимо от рН. Сильнокислотные катиониты производят обмен ионов в широкой области значений рН, тогда как слабокислотные Структуры фильтрованных слоев в кислой области резко уменьшают способность ионов к обмену (миниатюризируется степень диссоциации многофункциональных групп).

Многофункциональными группами, придающими материалу смолы анионообменные характеристики, являются разные аминогруппы (º N, = NH, – NH2) и группы четырехзамещенного аммония (– NR3OH). При присоединении первых 3-х групп образуются слабоосновные аниониты, а группа – NR3OH присваивает аниониту Структуры фильтрованных слоев сильноосновный нрав. Аминогруппы сорбируют ионы водорода с образованием комплексов (потенциалообразующих ионов) и следующим образованием диффузного слоя. Группа – NR3OH диссоциирует с переходом иона в диффузный слой. Слабоосновные аниониты удачно производят ионный обмен только в кислых средах, тогда как у высокоосновных обмен анионов происходит в широкой области значений рН.

Качество ионитов определяется Структуры фильтрованных слоев рядом физико-химических и технологических параметров, важными из которых являются фракционный состав, насыпная плотность, хим стойкость, механическая крепкость, обменная емкость, кислотность либо основность.

В технологии ионного обмена используются иониты с поперечником зернышек 0,3–2 мм. Коэффициент неоднородности засыпаемой в фильтр фракции ионита не должен превосходить 2 аналогично условиям засыпки Структуры фильтрованных слоев механических фильтров. Во мокроватом состоянии иониты набухают и наращивают собственный объем, что следует учесть при заполнении фильтров. Степень набухания определяется коэффициентом КН, значение которого находится в зависимости от материала ионита, ионной формы, рН и других причин и составляет 1,05–2.

При эксплуатации иониты подвергаются механическим нагрузкам (сдавливанию, трению), потому они отчасти истираются Структуры фильтрованных слоев, увеличивается концентрация маленьких частиц и, как следствие этого, увеличивается гидравлическое сопротивление фильтрующего слоя. Потому к ионитам предъявляется требование достаточной механической прочности, которое задается через коэффициент истираемости, определяемый как утрата массы в процентах за год. Механически крепкие иониты обязаны иметь коэффициент истираемости менее 0,5 %/год.

Хим стойкость ионитов выражается в их возможности противостоять Структуры фильтрованных слоев растворяющему действию воды и ее примесей. Под действием среды может также происходить пептизация ионитов, т. е. переход их в коллоидный раствор. Хим стойкость ионитов находится в зависимости от рН среды, природы и концентрации растворенных в ней ионов и, что в особенности принципиально, от температуры, с увеличением Структуры фильтрованных слоев которой стойкость понижается. Это событие является главным препятствием, не позволяющим увеличивать температуру на ионообменных фильтрах выше
313 К.

Обменная емкость является важной технологической чертой ионитов. Она выражается количеством ионов, поглощенных единицей массы
(моль/дм3) либо единицей объема (моль/дм3) ионита. Различают полную обменную емкость, емкость «до проскока» и рабочую. Обменная емкость, определенная в Структуры фильтрованных слоев момент выравнивания концентрации поглощаемого иона в воде и фильтрате, именуется полной. Если фильтрование завершается в момент проскока поглощаемого иона (концентрация его в фильтрате близка к нулевой), то обменная емкость ионита определяется как емкость «до проскока». Но в эксплуатации фильтрование нередко прекращается в момент, когда концентрация определенного поглощаемого иона Структуры фильтрованных слоев в фильтрате составляет некое (очень маленькое) значение. В данном случае обменная емкость ионита определяется как рабочая, которая в большинстве случаев так не много отличается от емкости «до проскока», что их можно принимать равными друг дружке. Обменная емкость находится в зависимости от многих причин, в том числе от критерий регенерации, ионной Структуры фильтрованных слоев формы, природы поглощаемых ионов, значения рН воды, скорости потока воды, геометрических черт слоя. Свойства неких ионитов, используемых в схемах BПУ, приведены в прил. 1.

Процесс ионного обмена имеет повторяющийся нрав. По истощении ионита требуется восстановление его обменной возможности – регенерация, при которой употребляется обратимость процесса обмена ионов. Для этого Структуры фильтрованных слоев через истощенный слой ионита пропускается регенерационный раствор, содержащий начальные обменные ионы.

6.3. Разработка ионного обмена

В технологии водоподготовки для удаления определенных ионов из воды используют два процесса: катионирование – удаление катионов и анионирование – удаление анионов. Зависимо от обменного иона процессы и аппараты получают наименования: Н-катионирование, Н-катионный фильтр; ОН-анионирование Структуры фильтрованных слоев, ОН‑анионный фильтр и т.п. Соответственно именуется и фильтрат, приобретенный в этих процесах: Н-катионированная вода; ОН-анионированная вода и т.п. Процессы катионирования воды могут иметь полностью самостоятельное значение (для умягчения воды), в то время как процессы анионирования используются только в комплексе с катионированием (в схемах обессоливания воды Структуры фильтрованных слоев). Процессы ионирования производят в разных аппаратах, но наибольшее распространение получили насыпные ионитные фильтры.

Na-катионирование. Этот процесс применяется для умягчения воды и имеет самостоятельное значение при подготовке воды малой щелочности для котлов низкого давления и подпитки воды теплосетей. При Na-катионировании воду пропускают через слой катионита, находящегося в начальном состоянии Структуры фильтрованных слоев в Na-форме. При всем этом процессе происходит удаление из воды ионов Са2+ и Mg2+ в обмен на эквивалентное количество ионов Na+, согласно последующим реакциям:

2R/Na+ + Ca2+ R2/Ca2+ + 2Na+;

2R/Na+ + Mg2+ R2/Mg2+ + 2Na+,

где R обозначает комплекс матрицы и многофункциональной группы без обменного иона (его Структуры фильтрованных слоев принято считать одновалентным).

Из приведенных реакций видно, что анионный состав воды при
Na-катионировании остается неизменным, потому и суммарная концентрация катионов, участвующих в этом процессе, также остается неизменной. Но массовая концентрация катионов в растворе несколько растет, так как эквивалентная масса иона натрия выше эквивалентных масс ионов кальция и магния Структуры фильтрованных слоев. Так, при обмене ионов Са2+ на ионы Na+ солесодержание воды увеличивается в 46/40 раз, так как заместо 1-го сорбированного иона Са2+ в раствор поступают два иона Na+. Тот же пересчет при сорбции ионов магния даст повышение солесодержания в 46/24 раза.

Таким макаром, солесодержание Na-катионированной воды несколько выше солесодержания начальной Структуры фильтрованных слоев. Так как при Na-катионировании не происходит конфигурации анионного состава примесей воды, щелочность ее не меняется. Остаточная твердость фильтрата определяется критериями регенерации катионита и в наилучшем случае составляет менее 5 мкмоль/дм3.

Регенерация истощенного катионита делается пропуском через него раствора поваренной соли. Реакцию регенерации катионита веществом NaCl можно записать в последующей Структуры фильтрованных слоев форме:

R2/Ca2+ +nNa+ 2R/Na+ + Ca2+ + (n-2)Na+;

R2/Mg2+ + nNa+ 2R/Na+ + Mg2+ + (n-2)Na+,

где n – излишек NaCl против его стехиометрического количества.

Н-катионирование. Предназначением Н-катионирования является удаление всех катионов из воды с подменой их на ионы водорода. Оно применяется в схемах вместе с другими процессами Структуры фильтрованных слоев ионирования. Обмен катионов при Н-катиониро-вании протекает согласно реакциям:

2R/Н+ + Ca2+ R2/Ca2+ + 2Н+;

2R/Н+ + Mg2+ R2/Mg2+ + 2Н+;

R/H+ + Na+ R/Na+ + H+.

Все катионы, поступающие совместно с водой на фильтрующий слой, сорбируются сначала процесса в верхних участках этого слоя. Но по мере Структуры фильтрованных слоев срабатывания части слоя катионы, владеющие большей селективностью, теснят сорбированные на этом участке катионы, владеющие наименьшей сорбционной способностью, и последние сорбируются на следующих по ходу воды участках фильтрующего слоя. Таким макаром, образуются зоны поглощения катионов. Поближе к нижней границе слоя размещается зона поглощения ионов Na+, над ней – смешанная зона поглощения Структуры фильтрованных слоев Mg2+ и Na+, а еще выше – зона поглощения Са2+, Mg2+ и Na+. Суммарная ширина этих зон определяет высоту рабочей зоны катионита. Над ней размещается зона истощенного катионита, а под ней – свежайшего катионита. При работе Н-катионитного фильтра наблюдаются два периода. В первом периоде происходит полное поглощение всех катионов до Структуры фильтрованных слоев момента заслуги зоной поглощения ионов Na+ нижней границы слоя катионита (до проскока Na+). Ранее момента на каждый эквивалент поглощенных из раствора ионов Са2+, Mg2+ и Nа+ в раствор поступает один эквивалент ионов H+. Выделяющиеся в воду ионы водорода реагируют с бикарбонат-ионом:

.

Таким макаром, при Н-катионировании сразу с Структуры фильтрованных слоев главным процессом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды. Фильтрат приобретает кислотность, равную остаточной концентрации ионов Н+.

Регенерация Н-катионитного фильтра делается 1–1,5-процентным веществом серной кислоты, как более дешевенькой и комфортной в эксплуатации, согласно реакциям

R2/Ca2+ + nН+ 2R/Н+ + Ca2+ + (n-2)Н+;

R2/Mg2+ + nН+ 2R/Н+ + Mg2+ + (n-2)Н+;

R/Na+ + nН Структуры фильтрованных слоев+ R/Н+ + Na+ + (n-1)Н+.

Суровым ограничением при регенерации серной кислотой является вероятное загипсовывание катионита в итоге образования CaSО4. Это событие принуждает ограничивать крепость регенерационного раствора либо производить двухступенчатую регенерацию. В данном случае регенерация делается поначалу 0,75-процентным веществом кислоты, а потом, когда основная масса ионов уже Структуры фильтрованных слоев вытеснена, 5–6-процентным веществом кислоты. Но такая схема регенерации делает известные неудобства при эксплуатации. Другим мероприятием для предотвращения выпадения гипса является ограничение времени контакта регенерационного раствора с катионитом.

Значительно понижается расход реагента при применении противоточной регенерации Н-катионитных фильтров (рис. 6.2). В данном случае раствор кислоты концентрацией 0,75–1,0 % пропускается в направлении, обратном сгустку воды, и Структуры фильтрованных слоев отводится через дренажную систему, расположенную ниже верхней границы слоя на 0,2–0,5 м. Отмывку ведут в том же направлении, что и пропуск кислоты, при этом отмывка следует сразу за пропуском регенерационного раствора с целью скорейшей эвакуации этого раствора из фильтрующею слоя. Потом создают взрыхление высшей части слоя. Эта Структуры фильтрованных слоев часть слоя не подвергается регенерации и не участвует в процессе ионного обмена. Ее роль сводится к удержанию той маленький части грубодисперсных веществ, которые могут попасть на Н-катионитный фильтр с осветленной водой.

Противоионный эффект приметно проявляется при Н-катионировании вод со значимым содержанием ионов SO4 и Сl. Более того, при Структуры фильтрованных слоев Н-катионировании таких вод на слабокислотных катионитах вследствие резкого снижения значения рН понижается обменная емкость этих катионитов за счет угнетения диссоциации таких групп, как – СООН и – ОН.

Конструктивные затруднения в осуществлении чисто противоточной регенерации привели к созданию схемы ступенчато-противоточной регенерации фильтров, которая является промежным вариантом меж прямоточной и противоточной Структуры фильтрованных слоев регенерациями. Согласно этой схеме, раствор реагента пропускается поочередно через два отдельных отсека, загруженных разным количеством ионита, как это делается при прямоточной регенерации.

При всем этом ионит в верхнем отсеке регенерируется лучше, чем в нижнем. Пропуск же воды осуществляется поначалу через нижний отсек, а потом через верхний. Эта система регенерации Структуры фильтрованных слоев позволяет получить более доброкачественную чистку при сокращении на 30–40 % количества реагента на регенерацию. Более эффективна регенерация при применении двухпоточно-противоточных фильтров со средней дренажной системой. При всем этом часть регенерационного раствора подается снизу противотоком, а сразу другая часть раствора – сверху прямотоком. Отвод регенерационного раствора делается через среднюю дренажную систему Структуры фильтрованных слоев (рис. 6.3). Взрыхление всего слоя в таком фильтре делается потоком воды снизу ввысь с отводом воды через верхнюю дренажную систему. Такая регенерация позволяет получить воду очень высочайшего свойства.

Рис. 6.2. Технологическая схема противоточной регенерации
Н-катионитных фильтров:

I – пропуск раствора кислоты; II – отмывка; III – взрыхление верхнего слоя; IV – рабочий цикл Структуры фильтрованных слоев.

Рис. 6.3. Принципная схема двухпоточно-противоточного фильтра: 1 – подвод обрабатываемой воды; 2 – отвод фильтрата; 3 – подвод регенерационного раствора; 4 – отвод регенерационного раствора; 5 – подвод воды для взрыхления; 6 – отвод взрыхляющей воды

Анионирование воды делается с целью удаления из нее анионов; при сочетании анионирования с катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов, т. е. хим Структуры фильтрованных слоев обессоливание воды. При фильтровании через слой анионита происходит сорбция анионов согласно последующим реакциям:

;

+ .

Переход в воду ионов ОН- приводит к увеличению ее рН, что в свою очередь сопровождается диссоциацией слабеньких кислот Н2СО3 и Н2Si3 и переводу их в ионное состояние. Как следует, они также могут участвовать в реакциях обмена, но Структуры фильтрованных слоев только при использовании высокоосновных анионитов:

;

.

Следует увидеть, что при анионировании кислой воды возможность увеличения концентрации ионов ОН- в воде исключается, потому что эти ионы при переходе в воду связываются ионами водорода.

Если высокоосновный анионит находится в Cl-форме, то из воды сорбируются ионы и бикарбонат-ионы:

;

;

.

Согласно Структуры фильтрованных слоев ряду селективности для анионов, в анионитном фильтре при использовании низкоосновных анионитов впереди идущей является зона ионов хлора, и они первыми проскакивают в фильтрат. Это дает возможность определять время выхода анионитного фильтра на регенерацию по концентрации хлоридов. При использовании высокоосновных анионитов впереди идущей является зона менее сорбируемой кремниевой кислоты, над Структуры фильтрованных слоев ней размещается смешанная зона поглощения кремниевой кислоты и бикарбонат-иона, а еще выше – смешанная зона этих анионов и анионов сильных кислот. По достижении фронта сорбции кремниевой кислоты нижней границы анионита начинается ее проскок, и это соответствует моменту отключения фильтра на регенерацию.

Регенерация анионитных фильтров делается обычно 4-процентным веществом NaOH, при Структуры фильтрованных слоев всем этом происходят последующие реакции:

;

;

;

;

;

.

Остаточное содержание ионов кремниевой кислоты находится в зависимости от критерий регенерации фильтра. При прямоточной регенерации получения воды с кремнесодержанием 0,1–0,15 мг/дм3 удельный расход щелочи должен более чем в 5 раз превосходить стехиометрический (5,6 моль/моль против 1 моль/моль). В текущее время для анионитов используют противоточную и ступенчато Структуры фильтрованных слоев-противоточную схемы регенерации, дозволяющие значительно (на 30–40 %) уменьшить расход реагента. По схеме ступенчато-противоточной регенерации (рис. 6.4) раствор реагента пропускается поочередно через два отсека, загруженных разным количеством анионита: в нижнем 70–75 %, в верхнем 25–30 %. В этом же направлении пропускается отмывочная вода. По окончании отмывки фильтр переключается на анионирование, при котором вода Структуры фильтрованных слоев проходит поначалу через нижний отсек, а потом через более отлично отрегенерированный ионит верхнего отсека. При загрузке обоих отсеков высокоосновным анионитом остаточное кремнесодержание, равное 0


strukturnie-tipi-i-rajonirovanie-mestorozhdenij-nefti-i-gaza-referat.html
strukturnie-urovni-biologicheskoj-organizacii-materii.html
strukturnie-urovni-zhivogo.html