Grande enciclopédia de petróleo e gás. Resinas de troca iônica: aplicação. Quão eficazes são na purificação da água?

A resina de troca iônica é usada em filtros de sistemas de tratamento de água para amaciar a água. Durante o processo de amolecimento, o trocador de cátions de sódio remove os íons de cálcio e magnésio da água. É a presença desses íons que torna a água dura. Os íons de dureza removidos são substituídos por uma quantidade correspondente de íons de sódio. No caso de substituição equivalente de íons, a composição aniônica (íons carregados negativamente) e o pH (índice de hidrogênio, acidez do meio) da água não se alteram.

Quando o filtro-amaciante funciona, ocorre o processo de sorção (absorção) dos íons de dureza e a eficiência do material filtrante (capacidade de troca da resina) diminui gradativamente. Como resultado, a eficiência do filtro deteriora-se. Os íons de sal de dureza não permanecem nos grânulos de resina e entram no sistema de abastecimento de água doméstico. Rigidez água da torneira aumenta, fazendo com que a qualidade da água diminua em equipamento de encanamento e forma-se uma camada branca na loiça.

Para garantir que a qualidade da água potável na saída do sistema de filtração não se deteriore, é necessário realizar regularmente ações especiais denominadas “regeneração da resina de troca iônica”. A regeneração devolverá ao meio amaciador do filtro a sua capacidade de reduzir eficazmente a dureza da água do poço.

Processo de regeneração do amaciante de filtro

1. Os sais suspensos são removidos do filtro lavando com água.
2. Os íons ligados à resina de troca iônica são removidos pela solução de regeneração (NaCl).
3. O filtro é lavado com água para remover a solução de regeneração.

Uma das vantagens dos filtros baseados em resinas de troca iônica é que a regeneração dos trocadores de cátions é realizada com uma solução de sal de mesa(cloreto de sódio, NaCl). Ou seja, não há impacto negativo na saúde humana e no estado do meio ambiente. O sal deve estar sempre em tanque de sal a partir do qual, durante a regeneração, é fornecido em porções ao balão.

A restauração das propriedades do reagente de filtro permite reutilizar um preenchimento. No entanto, a capacidade da resina de troca iônica de amaciar a água diminui gradativamente, uma vez que a regeneração não devolve a resina de troca iônica a 100% de suas propriedades.

A vida útil média da resina de troca iônica é de 3 anos, sob certas condições de operação - até 6 anos. Os trocadores de cátions completamente usados ​​devem ser descartados.

O carregamento do trocador de cátions deve ser feito manualmente pela escotilha superior do filtro ou por meio de dispositivo de carregamento hidráulico.  

O trocador de cátions é carregado em um filtro cheio de dois terços com água. Ao carregar, o coeficiente de dilatação do trocador de cátions é levado em consideração e a partir daqui é determinada a altura de carregamento do material seco. Depois disso, o trocador de cátions é lavado dos finos com uma corrente de água de baixo para cima. Além disso, o trocador de Na-cátions é removido da água ácida pelo fluxo de água de cima para baixo.  

Após carregar o trocador de cátions em um filtro cheio de água ou solução de NaCl, o trocador de íons incha por 24 horas, ele é lavado de baixo para cima, a camada de finos e sujeira é removida da superfície e a altura da camada é trazida para normal. Em seguida, o filtro é fechado, preenchido com água por baixo e regenerado com ácido com um consumo de 100% H2SO4 de 17 a 25 kg por 1 m3 de trocador de cátions. Depois de alimentar o filtro quantidade requeridaácido forte, seu fornecimento é interrompido e a água continua a ser fornecida na mesma velocidade, descartando a solução de regeneração gasta, geralmente neutra, supersaturada com gesso. A quantidade de solução descarregada a partir do momento em que o fornecimento de ácido é interrompido deve ser igual ao volume do trocador de cátions carregado no filtro. Após despejar esta quantidade de solução e reduzir sua dureza para 10 - 15 mEq/l, eles começam a encher o tanque para reciclável solução ácida de regeneração gasta ou tanque de afrouxamento. Após enchê-los, se a água de limpeza ainda estiver dura, continue a lavagem descarregando a água de lavagem no esgoto.  

Após carregar o trocador de cátions no filtro, lavando-o de baixo para cima, retirando uma camada de finos e sujeira da superfície, o filtro é preenchido com água por baixo e regenerado com ácido com consumo de 100% H2SO4 de 17 a 25 kg por 1 m3 de trocador de cátions.  

Após carregar o trocador de cátions, ele é lavado com corrente reversa a uma velocidade de 8 - 10 m/h para água leve.  

A fórmula (2) tem um certo significado prático: tendo determinado o coeficiente K, você pode calcular facilmente o volume de carga do trocador de cátions necessário para processar a quantidade necessária de solução em um determinado tempo. Tendo uma determinada quantidade de resina de troca catiônica carregada, é possível determinar o tempo de processamento da resina de troca iônica.  

Foram instalados o decantador e o saturador, e a ampliação da parte de troca catiônica do tratamento de água foi realizada pela oficina aumentando a altura dos filtros em 1 m com o correspondente carregamento da troca catiônica e substituindo a glauconita por carbono sulfonado .  

Antes de carregar nos filtros trocadores de cátions, é feita uma marca (com giz) ao longo de sua altura até a qual o trocador de cátions deve ser carregado, ou é determinado o peso ou volume do trocador de cátions necessário para o carregamento. O grau de seu inchaço deve ser levado em consideração a.  

Para uma escolha racional do esquema e projeto do filtro de troca catiônica H de uma planta de dessalinização em relação à composição específica da água e às condições de regeneração, é necessário determinar: a altura da camada de resina de troca catiônica, que deve ser completamente regenerado com ácido, e o consumo específico de ácido, garantindo a regeneração completa da parte necessária da carga de resina de troca catiônica.  

Para aumentar a confiabilidade do funcionamento do filtro, o consumo real de ácido deve ser aumentado em 20 - 30% em relação ao encontrado. Deve-se notar que a altura total de carga do trocador de cátions deve ser selecionada de tal forma que, para um determinado consumo específico para a regeneração da camada protetora, seu excesso seria absorvido nas camadas subsequentes do trocador de cátions ao longo do regenerado. Para de ácido clorídrico garantir as condições observadas não apresenta dificuldades, pois mesmo com seu consumo estequiométrico para regeneração, a altura da camada trocador de cátions totalmente regenerada excede significativamente a altura da camada protetora. Para o ácido sulfúrico, garantir estas condições é um tanto difícil. No entanto, como decorre do § 5.7, se forem cumpridos determinados requisitos, é possível garantir o grau de regeneração necessário de uma determinada altura de camada e a correspondente profundidade de processamento.  

Na verdade, durante a nonação de fluxo direto, devido à distribuição estabelecida de íons na coluna antes da regeneração, os íons de cálcio e magnésio deslocados durante a regeneração por uma solução ácida removem os íons de sódio do trocador de cátions, como resultado, após a regeneração, o o trocador de cátions praticamente não contém íons de sódio. No caso da regeneração em contracorrente, os íons de sódio são substituídos apenas por íons de hidrogênio monovalentes e passam através de toda a camada de carga do trocador de cátions. Por estas razões, parece-nos, o método contracorrente de regeneração encontrou ampla aplicação sob condições normais de H-cationização.  

De acordo com essas normas, a adição aos filtros de troca iônica no primeiro ano de operação é de 20% para carvão sulfonado, 15% para resina de troca catiônica KU-2, nos anos subsequentes 12% para carvão sulfurizado, 7% para KU-2. Segundo Mosenergo, o número de filtros para ambos os sorventes é quase o mesmo, pois quando o volume de carga do trocador de cátions KU-2 é reduzido em relação ao sulfo-carvão (em cerca de 2 vezes), é necessário um grande volume de almofada de água para afrouxe o primeiro.  

O carregamento FSD consiste em cátions KU-1G produzidos pela planta de plásticos Nizhny Tagil e trocador de ânions AV-17 produzido pela planta Kemerovo Karbolit. Um FSD com regeneração interna é carregado com trocador de íons KU-2. O tamanho do grão das resinas de troca catiônica é de 0,5 - 1,0 mm, resina aniônica de 0,25 - 1,0 mm. A altura de carregamento da resina catiônica em todos os FSDs é de 600 mm, a altura de carregamento da resina aniônica no FSD com regeneração interna é de 800 - 900 mm, no FSD com regeneração externa é de 500 - 600 mm.  

Baixo desempenho do filtro de troca catiônica depende principalmente de dois motivos:

• altura insuficiente da camada de carbono sulfonado no filtro. Neste caso, é necessário adicionar ao máximo carvão sulfonado, elevar o mais alto possível o dispositivo de drenagem superior ou aumentar a altura do filtro soldando uma carcaça cilíndrica na parte superior;
• alta resistência hidráulica de tubos de drenagem que fornecem água. Para eliminar este fenômeno, é necessário descarregar o filtro, desmontar o dispositivo de drenagem e refazê-lo, aumentando o número de ramificações e, consequentemente, o número de bicos e tampas. Se não houver tampas, é necessário fresar grande quantidade rachaduras nos galhos laterais. Se isso não ajudar e não der um efeito perceptível, é necessário substituir todos os tubos, aumentando seu diâmetro.

Capacidade de trabalho de troca reduzida do trocador de cátions depende de vários motivos:

• sal de cozinha de baixa qualidade usado para regeneração. O sal utilizado para regeneração deve ser analisado. Para fazer isso, prepare uma solução a 10% e determine da maneira habitual dureza geral. Não deve exceder 40 mEq/L;
• danos ao dispositivo de drenagem do filtro, por exemplo, quando as tampas são arrancadas, devido a danos por corrosão nos bicos, etc. Neste caso, é necessário descarregar o filtro, inspecionar e reparar o dispositivo de drenagem;
• adesão imprecisa ao regime de regeneração (baixa intensidade de afrouxamento da resina catiônica, aumento da taxa de passagem da solução salina, não cumprimento da sequência de abertura das torneiras, quantidade insuficiente de sal carregado no solvente salino). Nestes casos, é necessário adequar o modo de regeneração às instruções de manutenção do filtro.

Perda intensiva de trocador de cátions durante o afrouxamento acompanhado de água turva. Primeiramente é necessário verificar o modo de afrouxamento, evitando o lançamento de carvão sulfuroso na água de lavagem. Este fenómeno também pode ocorrer quando a qualidade do carvão sulfonado é insuficiente. Se as regras de armazenamento do carvão sulfonado não forem seguidas, ele fica danificado e se esfarela, alterando sua composição granulométrica. A melhor maneira de armazenar carvão com enxofre é na água. Além disso, o aumento do teor de ar na água e seu acúmulo no filtro também contribuem para a oxidação do carbono.

Uma curva de esgotamento plana do trocador de cátions e uma grande capacidade de troca de “cauda”.

Este fenômeno é observado se a taxa de filtração da água em vários lugares a seção transversal do filtro não é a mesma, o que acontece quando resistência diferente a passagem de água em vários pontos do dispositivo de drenagem.

Neste caso, recomenda-se parar o filtro, abrir a escotilha superior, remover a camada contaminada superior e remover a camada de resina catiônica até uma profundidade de até 1m. No mais próximo grande reforma deverá ser endereçado Atenção especial na hidrodinâmica do dispositivo de drenagem inferior.

Aumentando o período de lavagem com sal após a regeneração.

Isso geralmente é causado pelo aumento do espaço morto entre a superfície da argamassa e o nível do coping. Para eliminar este fenômeno, é necessário preencher adicionalmente, levando-o até as bordas inferiores das tampas.

Colocar grãos de resina de troca catiônica em água descalcificada.

Isto indica um problema com dispositivo de drenagem como resultado de falha nas tampas de drenagem. Neste caso, o filtro é parado, o dispositivo de drenagem é descarregado e reparado.

Fornecer alto nível Para purificar a água em casa, você deve usar um sistema de filtragem de três estágios. Tal sistema inclui um cartucho para limpeza mecânica, amaciamento (que utiliza resina de troca iônica) e pós-purificação a partir de carvão ativado.

O recurso desses cartuchos é de aproximadamente 5 a 7 mil litros, bastando substituí-los uma vez por ano por novos. Mas há um ponto importante: a eficácia de um cartucho com trocador de íons depende diretamente do nível de dureza do líquido que entra e seu aproveitamento total só é possível com regeneração regular.

Resinas de troca iônica: descrição geral

São compostos em forma de bolinhas, geralmente de cor âmbar. Eles são capazes de capturar íons de magnésio e cálcio de soluções aquosas e substituí-los por íons de sódio (ou hidrogênio). Como resultado, o líquido adquire um nível normal de dureza.

Tais materiais têm sido amplamente utilizados em processos de tratamento de água desde a década de 60 do século passado. Este é um dos produtos acessíveis, ecológicos e maneiras rápidas filtração. Ele permite que você se livre da incrustação e obtenha uma boa formação de espuma ao entrar em contato com detergentes e pegue água potável sem impurezas estranhas.

Em filtros domésticos, os trocadores de íons do tipo gel são mais frequentemente usados ​​​​(por exemplo, trocador de cátions KU-2-8, Dowex, Relite, Lewatit, etc. Eles têm resistência química, estabilidade osmótica e não liberam impurezas prejudiciais na água purificada .

Como a capacidade dos trocadores de íons é limitada, é necessário restaurá-la em tempo hábil. Para fazer isso, o trocador de íons é imerso em uma solução contendo excesso de íons de sódio. Nesse caso, o processo ocorrerá na direção oposta: os íons sódio serão absorvidos e os íons cálcio e magnésio serão liberados na solução. O sal de cozinha é geralmente usado como composto de regeneração.

Como regenerar a resina com sal de cozinha?

Para isso, feche a torneira de entrada para interromper o fornecimento de água ao filtro e ligue água limpa para aliviar a pressão nas carcaças do sistema. Em seguida, retire o cartucho de limpeza mecânica e limpe-o bem da sujeira, enxaguando-o em água corrente com uma escova, e também lave o frasco do filtro. Após estes procedimentos, instale o cartucho de limpeza mecânica no lugar.

Então você precisa obter o cartucho com o trocador de íons. O procedimento para sua regeneração depende do tipo de sistema de filtração: em filtros simples o conteúdo pode ser despejado e regenerado em recipiente separado, nos mais complexos, a restauração é feita sem retirar os grânulos.

No primeiro caso, despeje 2 litros de uma solução de sal de cozinha não iodado a 10% na resina (100 g de sal por 1 litro de água) e deixe fermentar por 6 a 8 horas. Depois disso, o trocador de íons é lavado água limpa 2-3 vezes e volte a dormir.

A segunda opção envolve despejar a resina diretamente no cartucho com 2 litros de solução salina a 10%, após o que o cartucho é colocado em um frasco lavado e mais 0,5 litro de solução é despejado e deixado por 8 a 10 horas. Após este tempo, o líquido é drenado e o trocador iônico é novamente imerso em 2 litros de solução. Para eliminar o excesso de sal, os grânulos são lavados com 2 litros de água limpa.

Ponto importante! A restauração da resina pode ser realizada repetidamente, mas gradativamente ela fica contaminada com impurezas contidas na água e perde capacidade de troca iônica. Portanto, o cartucho trocador de íons deve ser substituído aproximadamente uma vez por ano (dependendo da intensidade de uso e da dureza da água).

Página 12 de 39

Nas usinas de dessalinização, os filtros trocadores de cátions H são carregados com trocador de cátions várias marcas. A quantidade de trocador de cátions seco carregado no filtro deve ser calculada com base na altura necessária da camada do filtro do trocador de cátions no estado inchado.
Nos filtros trocadores de cátions N estágio I, a camada do trocador de cátions úmido deve ter uma altura que permita que o volume do trocador de cátions seja aumentado durante o afrouxamento em aproximadamente 50%. Nos filtros H-cationita dos estágios II e III, nas mesmas condições, é aconselhável ter uma camada de catiônica úmida com 1,0-1,5 m de altura.
Depois de carregar o trocador de cátions no filtro, ele é mantido em água para inchar por 10-12 horas. Após o inchaço, o trocador de cátions é lavado de contaminantes com uma corrente de água de baixo para cima. O carvão sulfuroso começa a ser solto a uma velocidade de subida da água de 7-8 m3/h e aumenta para 12-15 m3/h à medida que a água de lavagem clarifica.
Após terminar a lavagem da resina catiônica, o filtro é aberto, a camada superior de finos é removida manualmente (sua espessura depende da qualidade da resina catiônica) e a altura da camada é trazida até a altura calculada adicionando ou enviando a resina catiônica . Depois disso, a altura da camada trocadora de cátions no estado inchado é medida.
O trocador de cátions fresco é preparado para funcionar regenerando-o com uma quantidade excessiva de solução ácida. Na lavagem, são determinadas a dureza e a acidez da água de lavagem. Nesses casos. quando a lavagem é atrasada e a dureza da água de lavagem não diminui por muito tempo, é aconselhável realizar uma regeneração adicional.
Durante as regenerações primárias, a passagem da solução de regeneração de ácido sulfúrico 1,5-2,0% é realizada lentamente, durante um período de 1,5-2,0 horas, o que aumenta a duração do contato da solução de regeneração com o trocador de cátions e contribui para seu melhor em processamento. O consumo aproximado de ácido sulfúrico 100% é de até 30 kg por 1 m 3 de trocador catiônico; a velocidade de filtração da solução de regeneração determina o tempo de seu contato com o trocador de cátions; geralmente é de 9 a 10 m/h e é finalmente definido durante o comissionamento. A água de lavagem é filtrada a uma velocidade de 10 m/h.
A resina catiônica dos filtros do 1º estágio é lavada com água clarificada.
A solução ácida de regeneração para regeneração de filtros de troca catiônica H dos estágios I, II e III é preparada apenas com água catiônica H.
A lavagem do trocador de cátions termina quando a dureza da água de lavagem é ~ 50 µg-equiv/kg e a acidez excede o conteúdo da soma dos íons SO «, - + Cl» na água de origem, não mais que 500 µg- eq/kg.
A regeneração primária dos filtros de troca catiônica H de estágio II é realizada com o mesmo consumo de ácido, concentrações da solução de regeneração e sua taxa de transmissão como filtros de troca catiônica H de estágio I. O filtro de troca catiônica N do estágio II é lavado com água parcialmente dessalinizada e descarbonizada. Os filtros de troca de N-cátions do Estágio II são lavados até uma acidez do filtrado de 0,15 mEq/kg.
Duração preparação preliminar O tempo necessário para a operação de um filtro depende da qualidade do trocador de cátions e pode variar de várias horas a um dia.
Dentro de 1-2 dias após colocar o filtro em operação após a regeneração, a água pode ficar ligeiramente opalescente (turva); aproximadamente 2 dias após ligar o filtro, toda a água cationizada deverá sair completamente límpida.