موسوعة كبيرة عن النفط والغاز. راتنجات التبادل الأيوني: التطبيق. ما مدى فعاليتها في تنقية المياه؟

يستخدم راتنج التبادل الأيوني في فلاتر أنظمة معالجة المياه لتليين المياه. أثناء عملية التليين ، يقوم مبادل كاتيون الصوديوم بإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من الماء. هذه الأيونات هي التي تجعل الماء عسيرًا. يتم استبدال أيونات الصلابة المزالة بكمية مناسبة من أيونات الصوديوم. في حالة الاستبدال المكافئ للأيونات ، لا يتغير التركيب الأنيوني (أيونات سالبة الشحنة) ودرجة الحموضة (مؤشر الهيدروجين ، حموضة الوسط) للماء.

أثناء تشغيل منقي المرشح ، تحدث عملية امتصاص (امتصاص) أيونات الصلابة وتنخفض كفاءة مادة المرشح (سعة التبادل للراتنج) تدريجيًا. نتيجة لذلك ، تتدهور كفاءة المرشح. أيونات أملاح الصلابة لا تبقى على حبيبات الراتنج وتدخل إلى نظام إمداد المياه في المنزل. الاستعلاء ماء الصنبوريؤدي إلى انخفاض جودة المياه. معدات السباكةوتشكل الأطباق طلاء أبيض.

لضمان عدم تدهور جودة مياه الشرب عند مخرج نظام الترشيح ، من الضروري القيام بانتظام بإجراءات خاصة تسمى "تجديد راتينج التبادل الأيوني". سيعيد التجديد وسائط المنقي إلى قدرته على تقليل صلابة مياه الآبار بشكل فعال.

عملية تجديد مرشح المنقي

1. تتم إزالة الأملاح المعلقة من الفلتر بغسلها بالماء.
2. تتم إزالة الأيونات المرتبطة براتنج التبادل الأيوني بمحلول تجديد (NaCl).
3. يُغسل المرشح بالماء لإزالة محلول التجديد.

تتمثل إحدى مزايا المرشحات القائمة على راتنجات التبادل الأيوني في أن المبادلات الكاتيونية يتم تجديدها بمحلول عادي ملح الطعام(كلوريد الصوديوم ، كلوريد الصوديوم). أي أنه لا يوجد تأثير سلبي على صحة الإنسان وحالة البيئة. يجب أن يكون الملح دائمًا خزان الملحمن خلالها ، أثناء التجديد ، تدخل أجزاء البالون.

تتيح لك استعادة خصائص عامل التصفية إعادة استخدام ردم واحد. ومع ذلك ، فإن قدرة راتينج التبادل الأيوني على تليين الماء تتناقص تدريجياً ، لأن التجديد لا يعيد جميع خصائصه إلى راتنج التبادل الأيوني بنسبة 100٪.

متوسط ​​عمر الخدمة لراتنج التبادل الأيوني هو 3 سنوات ، في ظل ظروف تشغيل معينة - حتى 6 سنوات. المبادلات الموجبة بالكامل قابلة للتخلص منها.

يجب أن يتم تحميل الكاتيونات من خلال الفتحة العلوية للمرشح يدويًا أو بمساعدة جهاز تحميل هيدروليكي.

يتم تحميل مبادل الكاتيون في مرشح مملوء بالماء بمقدار الثلثين. عند التحميل ، يؤخذ في الاعتبار معامل الانتفاخ لمبادل الكاتيون ومن هنا يتم تحديد ارتفاع تحميل المادة الجافة. بعد ذلك ، يتم غسل مبادل الكاتيون من النواقل الدقيقة بتيار من الماء من الأسفل إلى الأعلى. بالإضافة إلى ذلك ، يتم غسل مبادل كاتيون الصوديوم من المياه الحمضية بواسطة تيار من الماء من أعلى إلى أسفل.

بعد تحميل مبادل الكاتيون في المرشح المملوء بالماء أو محلول كلوريد الصوديوم ، وانتفاخ المبادل الأيوني أثناء النهار ، يتم غسله من الأسفل إلى الأعلى ، وإزالة طبقة النعومة والأوساخ من السطح ورفع ارتفاع الطبقة إلى عادي. ثم يغلق المرشح ويملأ بالماء من الأسفل ويعاد توليده بالحمض باستهلاك 100٪ H2SO4 من 17 إلى 25 كجم لكل 1 م 3 من مبادل الكاتيونات. بعد دخول المرشح المبلغ المطلوبحمض قوي ، وتوقف إمدادها ، ويستمر توفير المياه بنفس المعدل ، مع التخلص من المحلول المستنفد ، المحايد عادةً ، محلول التجديد المفرط التشبع بالجبس. يجب أن تكون كمية المحلول التي يتم تفريغها من لحظة توقف إمداد الحمض مساوية لحجم مبادل الكاتيون الذي تم تحميله في المرشح. بعد تفريغ هذه الكمية من المحلول وتقليل صلابته إلى 10 - 15 مجم / لتر ، يبدأون في ملء الخزان لمدة إعادة استخداممحلول تجديد الحمض المستهلك أو خزان التخفيف. بعد ملئها ، إذا كان ماء الغسيل لا يزال عسيرًا ، استمر في التنظيف عن طريق تصريف مياه الغسيل في المجاري.

بعد تحميل مبادل الكاتيون في المرشح ، وغسله من الأسفل إلى الأعلى ، وإزالة طبقة الغرامات والأوساخ من السطح ، يملأ المرشح بالماء من الأسفل ويعاد توليده بالحمض بمعدل تدفق 100٪ H2SO4 من 17 إلى 25 كجم لكل 1 م 3 من مبادل الكاتيون.

بعد تحميل مبادل الكاتيون ، يتم غسله بتيار عكسي بسرعة 8-10 م / ساعة لتنقية المياه.

الصيغة (2) لها معنى عملي معين: بعد تحديد المعامل K ، يمكن للمرء بسهولة حساب حجم تحميل مبادل الكاتيون المطلوب لمعالجة الكمية المطلوبة من الحل في وقت معين. بوجود كمية معينة من مبادل الكاتيون المحمل ، من الممكن تحديد وقت العمل على راتنج التبادل الأيوني.

تم تركيب خزان الترسيب والمادة المشبعة ، وتم توسيع الجزء الكاتيوني لمعالجة المياه بواسطة ورشة العمل عن طريق زيادة ارتفاع المرشحات بمقدار 1 متر مع التحميل المقابل من الكاتيونات واستبدال الجلوكونيت بالفحم المسلفن.

قبل التحميل في مرشحات الكاتيونات ، يتم عمل علامة (بالطباشير) على طول ارتفاعها ، والتي يجب تحميل الكاتيونيتيت عليها ، أو تحديد وزن أو حجم الكاتيونيتيت المطلوب للتحميل. يجب مراعاة درجة التورم أ.

من أجل اختيار منطقي للمخطط والتصميم لمرشح تبادل الكاتيونات H لمحطة تحلية المياه فيما يتعلق بالتركيب المحدد للمياه وظروف التجديد ، من الضروري تحديد: ارتفاع طبقة مبادل الكاتيون ، والتي يجب أن تكون كاملة يتولد عن طريق الحمض ، والاستهلاك المحدد للحمض ، والذي يضمن التجديد الكامل للجزء الضروري من حمل مبادل الكاتيون.

من أجل تحسين موثوقية المرشحات ، يجب زيادة الاستهلاك الفعلي للحمض بنسبة 20 - 30٪ مقارنة بالمرشحات الموجودة. يجب الانتباه إلى حقيقة أن الارتفاع الكلي لتحميل مبادل الكاتيون يجب أن يتم اختياره بطريقة تجعل استهلاك محددلتجديد الطبقة الواقية ، سيتم امتصاص فائضها في الطبقات اللاحقة لمبادل الكاتيون على طول مسار التجديد. ل حمض الهيدروكلوريكضمان أن الظروف المذكورة لا تمثل أي صعوبات ، حيث أن ارتفاع طبقة مبادل الكاتيون المتجدد بالكامل يتجاوز ارتفاع الطبقة الواقية بالفعل عند الاستهلاك المتكافئ منه للتجديد. بالنسبة لحمض الكبريتيك ، فإن توفير هذه الشروط صعب إلى حد ما. ومع ذلك ، على النحو التالي من الفقرة 5.7 ، ورهناً بمتطلبات معينة ، من الممكن ضمان الدرجة المطلوبة لتجديد ارتفاع معين للطبقة وعمق العمل المقابل.

في الواقع ، في التأين بالتدفق المباشر ، بسبب التوزيع الثابت للأيونات في العمود قبل التجديد ، تزيح أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم أثناء التجديد بواسطة محلول الحمض أيونات الصوديوم من مبادل الكاتيون ، ونتيجة لذلك ، بعد التجديد ، الصوديوم عمليا لا يتم احتواء الأيونات في مبادل الكاتيون. في حالة التجديد المعاكس ، يتم إزاحة أيونات الصوديوم فقط بواسطة أيونات الهيدروجين أحادية التكافؤ وتمر عبر الطبقة الكاملة لمبادل الكاتيون. لهذه الأسباب ، يبدو لنا أن طريقة التيار المعاكس للتجديد قد وجدت تطبيق واسعفي ظل الظروف العادية H - الكاتيونات.

وفقًا لهذه المعايير ، فإن الإضافة إلى مرشحات التبادل الأيوني في السنة الأولى من التشغيل هي 20٪ لـ sulfocoal ، و 15٪ لمبادل كاتيون KU-2 ، وفي السنوات اللاحقة 12٪ لـ sulfocoal ، و 7٪ لـ KU-2. وفقًا لـ Mosenergo ، فإن عدد المرشحات لكل من المواد الماصة هو نفسه تقريبًا ، لأنه مع انخفاض حجم تحميل مبادل الكاتيون KU-2 مقارنة بالفحم السلفو (تقريبًا مرتين) ، تكون كمية كبيرة من وسادة الماء بحاجة إلى تخفيف الأول.

يتكون التحميل FSD من الكاتيون- تا KU-1G الذي ينتجه مصنع نيجني تاجيل للبلاستيك وراتنج التبادل الأنيوني AV-17 الذي ينتجه مصنع كيميروفو كاربوليت. يتم تحميل واحد FSD مع التجديد الداخلي بمبادل كاتيون KU-2. حجم الحبيبات لمبادلات الكاتيون هو 0 5-10 مم ، مبادل الأنيون 0 25-10 مم. يبلغ ارتفاع تحميل مبادل الكاتيون في جميع وحدات FSD 600 مم ؛

ضعف أداء مبادل الكاتيونيعتمد بشكل أساسي على سببين:

• الارتفاع غير الكافي لطبقة الفحم المسلفن في المرشح. في هذه الحالة ، من الضروري إضافة الفحم المسلفن إلى الحد الأقصى ، ورفع جهاز الصرف العلوي إلى أعلى مستوى ممكن أو زيادة ارتفاع المرشح عن طريق لحام غلاف أسطواني في الجزء العلوي ؛
• مقاومة هيدروليكية عالية لأنابيب جهاز الصرف لتزويد المياه. للقضاء على هذه الظاهرة ، من الضروري تفريغ الفلتر ، وتفكيك جهاز الصرف ، وإعادة تشكيله ، وزيادة عدد الفروع ، وبالتالي عدد الحلمات والأغطية. إذا لم يكن هناك أغطية ، فمن الضروري الطحن كمية كبيرةفتحات على الفروع الجانبية. إذا كان هذا لا يساعد ولا يعطي تأثيرًا ملحوظًا ، فمن الضروري استبدال جميع الأنابيب ، وزيادة قطرها.

تقليل قدرة العمل التبادلية لمبادل الكاتيونيعتمد على عدة أسباب:

• ملح منخفض الجودة يستخدم للتجديد. يجب تحليل الملح المستخدم في التجديد. للقيام بذلك ، قم بإعداد محلول 10 ٪ منه وتحديده بالطريقة المعتادةالصلابة الكلية. يجب ألا يتجاوز 40 ميق / لتر;
• تلف جهاز الصرف في المرشح ، على سبيل المثال ، عند تمزق الأغطية ، أو تآكل الحلمات ، إلخ. في هذه الحالة ، من الضروري تفريغ الفلتر وفحص جهاز الصرف وإصلاحه ؛
• التقيد غير الدقيق بنمط التجديد (كثافة منخفضة لفك مبادل الكاتيون ، زيادة معدل مرور محلول الملح ، عدم مراعاة التسلسل عند فتح الصنابير ، كمية غير كافية من الملح المحملة في مذيب الملح). في هذه الحالات ، من الضروري جعل وضع التجديد متوافقًا تمامًا مع تعليمات صيانة المرشح.

الفقد الشديد لمبادل الكاتيون أثناء التفكيكمصحوبة بعكارة الماء. بادئ ذي بدء ، من الضروري التحقق من طريقة التفكيك ، وتجنب إطلاق الفحم المسلفن في مياه الغسيل. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة أيضًا عندما تكون جودة فحم السلفو غير كافية. إذا لم يتم اتباع قواعد تخزين الفحم المسلفن ، فإنه يتدهور ، ويتفتت ، ويغير تركيبته الحبيبية. يتم تخزين أفضل أنواع الفحم المسلفن في الماء. بالإضافة إلى ذلك ، يساهم محتوى الهواء المرتفع في الماء وتراكمه في الفلتر أيضًا في أكسدة الفحم.

منحنى النضوب المسطح للكاتيونات وقدرته التبادلية الكبيرة "الذيل".

يتم ملاحظة هذه الظاهرة إذا كان معدل ترشيح المياه في أماكن متعددةقسم التصفية ليس هو نفسه ، والذي يحدث عندما مقاومة مختلفةمرور الماء في نقاط مختلفة من جهاز الصرف.

في هذه الحالة ، يوصى بإيقاف الفلتر ، وفتح الفتحة العلوية ، وإزالة الطبقة الملوثة العلوية ، وجرف طبقة مبادل الكاتيون إلى عمق 1 م. في أقرب مكان اصلاحيجب ان يدفع انتباه خاصعلى الديناميكا المائية لجهاز الصرف السفلي.

زيادة فترة غسيل الملح بعد التجديد.

عادة ما يكون السبب في ذلك هو زيادة المساحة الميتة بين سطح الجص ومستوى الأغطية. للقضاء على هذه الظاهرة ، من الضروري ملء إضافي ، وإحضارها إلى الحواف السفلية للأغطية.

دخول الحبوب الكاتيونية إلى مياه مخففة.

يشير هذا إلى وجود مشكلة في جهاز الصرفنتيجة لفشل أغطية الصرف. في هذه الحالة ، يتم إيقاف المرشح ، ويتم تفريغ جهاز الصرف وإصلاحه.

ليزود مستوى عاللتنقية المياه في المنزل ، من الضروري استخدام نظام ترشيح ثلاثي المراحل. يتضمن هذا النظام خرطوشة للتنظيف الميكانيكي والتليين (الذي يستخدم راتينج التبادل الأيوني) والمعالجة اللاحقة من الكربون المنشط.

يبلغ حجم مورد هذه الخراطيش ما يقرب من 5 إلى 7 آلاف لتر ، لذلك يكفي تغييرها مرة واحدة في السنة لأخرى جديدة. لكن هناك واحد نقطة مهمة: تعتمد كفاءة الخرطوشة مع المبادل الأيوني بشكل مباشر على مستوى صلابة السائل الوارد ولا يمكن استخدامها الكامل إلا مع التجديد المنتظم.

راتنجات التبادل الأيوني: الوصف العام

هذه مركبات على شكل كرات صغيرة ، وعادة ما يكون لونها كهرماني. إنهم قادرون على التقاط أيونات المغنيسيوم والكالسيوم من المحاليل المائية واستبدالها بأيونات الصوديوم (أو الهيدروجين). نتيجة لذلك ، يكتسب السائل مستوى طبيعي من الصلابة.

تم استخدام هذه المواد على نطاق واسع في عمليات معالجة المياه منذ الستينيات. إنها واحدة من الشركات ذات الأسعار المعقولة والصديقة للبيئة و طرق سريعةالترشيح. يسمح لك بالتخلص من الحجم ، لتحقيق رغوة جيدة عند الاتصال به المنظفاتوللحصول عليها يشرب الماءبدون شوائب أجنبية.

في المرشحات المنزلية ، غالبًا ما تستخدم المبادلات الأيونية من النوع الهلامي (على سبيل المثال ، مبادل الكاتيون KU-2-8 ، Dowex ، Relite ، Lewatit ، وما إلى ذلك ، وتتميز بمقاومة كيميائية واستقرار تناضحي ولا تنبعث منها شوائب ضارة في المياه المعالجة .

نظرًا لأن سعة المبادلات الأيونية محدودة ، فمن الضروري إجراء استعادتها في الوقت المناسب. للقيام بذلك ، يتم غمر المبادل الأيوني في محلول يحتوي على فائض من أيونات الصوديوم. في هذه الحالة ، ستسير العملية في الاتجاه المعاكس: يتم امتصاص أيونات الصوديوم ، ويتم إطلاق أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في المحلول. يستخدم الملح عادة كمركب متجدد.

كيف يتم تجديد الراتنج بملح الطعام؟

للقيام بذلك ، أغلق الصنبور عند المدخل لإغلاق إمداد المياه بالفلتر وقم بتشغيله ماء نظيفلتخفيف الضغط في مساكن النظام. ثم يجب إخراج خرطوشة التنظيف الميكانيكي وتنظيفها جيدًا من الأوساخ عن طريق شطفها تحت الماء الجاري بفرشاة ، وكذلك غسل دورق الفلتر. بعد هذه الإجراءات ، أعد تركيب خرطوشة التنظيف الميكانيكية.

ثم تحتاج إلى الحصول على خرطوشة مع مبادل أيوني. يعتمد إجراء تجديده على نوع نظام الترشيح: in مرشحات بسيطةيمكن سكب المحتويات وتجديدها في حاوية منفصلة ؛ وفي الحاويات الأكثر تعقيدًا ، تتم الاستعادة دون إزالة الحبيبات.

في الحالة الأولى ، صب الراتنج مع 2 لتر من محلول 10٪ من ملح الطعام غير المعالج باليود (100 غرام من الملح لكل 1 لتر من الماء) واتركه لمدة 6-8 ساعات. بعد ذلك ، يتم غسل المبادل الأيوني ماء نظيف 2-3 مرات وتغفو مرة أخرى.

يتضمن الخيار الثاني صب الراتينج مباشرة في الخرطوشة بسعة 2 لتر من محلول ملحي بنسبة 10 ٪ ، وبعد ذلك يتم وضع الخرطوشة في دورق مغسول ويتم سكب 0.5 لتر آخر من المحلول ، ويترك لمدة 8-10 ساعات. بعد هذا الوقت ، يتم تصريف السائل وغمر المبادل الأيوني مرة أخرى في 2 لتر من المحلول. للتخلص من الملح الزائد ، تُغسل الحبيبات بعد ذلك بـ 2 لتر من الماء النظيف.

نقطة مهمة! يمكن إجراء استعادة الراتنج بشكل متكرر ، ولكن تدريجيًا يصبح ملوثًا بالشوائب الموجودة في الماء ويفقد قدرة التبادل الأيوني. لذلك ، يجب استبدال خرطوشة المبادل الأيوني مرة واحدة في السنة تقريبًا (حسب الاستخدام وعسر الماء).

صفحة 12 من 39

في محطات التحلية ، يتم تحميل مرشحات مبادل كاتيون H بمبادل كاتيون ماركات مختلفة. يجب حساب كمية الكاتيونات الجافة المحملة في المرشح بناءً على الارتفاع المطلوب لطبقة الترشيح من الكاتيونيت في حالة الانتفاخ.
في مرشحات مبادل الكاتيون H في المرحلة الأولى ، يجب أن يكون لطبقة مبادل الكاتيون الرطب ارتفاع يسمح بإمكانية زيادة حجم مبادل الكاتيونات أثناء التفكيك بحوالي 50٪. في مرشحات H-cationite من المرحلتين II و III ، يُنصح بوجود طبقة من الكاتيونات الرطب بارتفاع 1.0-1.5 متر تحت نفس الظروف.
بعد التحميل في المرشح ، يتم الاحتفاظ بالمبادل الكاتيوني في الماء من أجل الانتفاخ لمدة 10-12 ساعة.بعد الانتفاخ ، يتم غسل مبادل الكاتيون من التلوث بواسطة تيار من الماء من الأسفل إلى الأعلى. يبدأ الفحم المسلفن في التفكك بمعدل ارتفاع الماء من 7-8 م / ساعة ويتم رفعه إلى 12-15 م / ساعة مع تنقية مياه الغسيل.
بعد غسل مبادل الكاتيون ، يتم فتح الفلتر ، ويتم إزالة الطبقة العليا من الغرامات يدويًا (يعتمد سمكها على جودة مبادل الكاتيون) ، عن طريق إضافة أو شحن مبادل الكاتيون ، يتم تعديل ارتفاع الطبقة إلى المستوى المحسوب. بعد ذلك ، يتم قياس ارتفاع الطبقة الكاتيونية في حالة الانتفاخ.
يتم تحضير مبادل كاتيون جديد للعمل من خلال تجديده بكمية زائدة من محلول حامضي. عند الغسيل ، يتم تحديد صلابة وحموضة مياه الغسيل. في تلك الحالات. عندما يتأخر الغسيل ، ولا تقل صلابة ماء الغسيل لفترة طويلة ، يُنصح بإجراء تجديد إضافي.
أثناء عمليات التجديد الأولية ، يتم تنفيذ مرور محلول التجديد بنسبة 1.5-2.0٪ من حامض الكبريتيك ببطء ، على مدى 1.5-2.0 ساعة ، مما يزيد من مدة ملامسة محلول التجديد مع مبادل الكاتيون ويساهم في تحسينه. العمل بها. يصل الاستهلاك التقريبي لحمض الكبريتيك بنسبة 100٪ إلى 30 كجم لكل 1 م 3 من مبادل الكاتيون ؛ يحدد معدل ترشيح محلول التجديد وقت اتصاله بمبادل الكاتيون ؛ عادة ما تكون 9-10 م / ساعة ويتم ضبطها أخيرًا أثناء التشغيل. يتم ترشيح مياه الغسيل بمعدل - 10 م / ساعة.
يتم غسل مبادل الكاتيون في مرشحات المرحلة الأولى بالماء المصفى.
يتم تحضير محلول تجديد الحمض لتجديد مرشحات H-cationite للمراحل الأولى والثانية والثالثة فقط على الماء الموجب H.
ينتهي غسل مبادل الكاتيون عندما تكون صلابة ماء الغسيل حوالي 50 ميكروغرام مكافئ / كغ وتتجاوز الحموضة محتوى مجموع SO ‚- + Cl ions في مياه المصدر بما لا يزيد عن 500 ميكروغرام مكافئ /كلغ.
يتم إجراء التجديد الأولي لمرشحات H-cationite للمرحلة الثانية بنفس استهلاك الحمض ، وتركيزات محلول التجديد ومعدل التدفق مثل مرشحات مبادل H-cation للمرحلة الأولى. يتم غسل مرشح H-cationite للمرحلة الثانية بمياه محلاة جزئيًا ومزيل الكربون. يتم غسل مرشحات H-cationite للمرحلة الثانية إلى حموضة المرشح 0.15 ميقا / كغ.
مدة التدريب قبليعتمد مرشح التشغيل على جودة مبادل الكاتيون ويمكن أن يختلف من عدة ساعات إلى أيام.
في غضون أيام I-2 بعد تشغيل المرشح بعد التجديد ، قد يكون الماء براقًا قليلاً (غائم) ؛ بعد يومين تقريبًا من تشغيل الفلتر ، يجب أن تخرج كل المياه الكاتيونية شفافة تمامًا.