Контроль качества воды и очистка воды с использованием труб ПВХ. Часть 6

Теперь рассмотрим, как работают ионообменные смолы. Смолы изготавливаются в виде сферических шариков диаметром от 0,5 до 1,0 мм. Они кажутся твердыми даже под микроскопом, но в молекулярном масштабе структура довольно открытая. Это означает, что раствор, прошедший через слой смолы, может протекать через сшитый полимер, обеспечивая тесный контакт с местами обмена. Сродство смол сульфоновой кислоты к катионам зависит от размера ионов и заряда катиона. Обычно сродство является наибольшим для больших ионов с высокой валентностью. Для разбавленных растворов порядок сродства к некоторым распространенным катионам можно рассчитать по формулам. Далее отметим, что сильные катионные смолы в водородной форме используются для гидролиза крахмала и сахарозы. Также они используются в лаборатории для удаления мешающих ионов во время анализа или для накопления следовых количеств ионов из разбавленных растворов. Катионная смола в водородной форме может использоваться для определения общей концентрации ионов в смеси солей. Проба, проходящая через колонку, преобразуется в эквивалентное количество кислоты, которое легко определяется титрованием. Самым ранним применением ионного обмена было разделение редкоземельных элементов и ряду новых элементов в группе актинидов.

Теперь рассмотрим процесс очистки воды. Существуют два основных типа обработки воды — это смягчение воды за счет замены «жестких» ионов, таких как Ca2 + и Mg2 +, на Na +, а также деминерализация, то есть полное удаление растворенных минералов. Умягчение используется в первую очередь как метод предварительной обработки для снижения жесткости воды перед обработкой обратным осмосом (RO). Умягчители содержат структуры, которые обменивают два иона натрия на каждый ион кальция или магния, удаленный из «умягченной» воды. При умягчении воды катионная смола в натриевой форме используется для удаления из воды ионов твердых металлов (кальция и магния) вместе с неприятными следами железа и марганца. Эти ионы заменяются эквивалентным количеством натрия, так что общее содержание растворенных твердых веществ в воде остается неизменным, равно как и pH и содержание анионов. Умягчающее средство очищается через определенные промежутки времени. Это включает пропускание поступающей воды обратно через материал. При умягчении воды регенерирующим средством является крепкий раствор хлорида натрия.

Гранулы анионной смолы менее плотные, чем катионные, и они поднимаются вверх, так что слой разделяется на два. Каждый регенерируется на месте соответствующим регенерирующим агентом, затем промывается чистой водой. Система ионного обмена в водоподготовке представляет собой следующую конфигурацию. Обычно используется цилиндрический стальной резервуар (стандартный диаметр составляет 12 м, а высота — 34 м, хотя эти параметры могут различаться в зависимости от установки). Ионообменный слой занимает около трети высоты резервуара. Вода поступает сверху (нисходящий поток) со скоростью от 0,5 до 7 л / сек на кв. м. По прохождении воды бак отключают и промывают водой снизу вверх для удаления всех взвешенных твердых частиц. После обратной промывки регенерирующий раствор закачивается снизу вверх со скоростью от 0,7 до 1,5 л / сек на кв. м. Один и тот же входной распределитель используется для слива воды обратной промывки восходящим потоком и регенерирующего раствора (соляного, кислоты или основания). В конце регенерации слой промывают чистой водой, чтобы удалить остатки регенерирующего раствора. Трубопроводная система под дренажным каналом устанавливается внизу для сбора очищенной воды и используется для перекачивания воды обратной промывки восходящим потоком и регенерирующего раствора. Об этих трубопроводных системах мы будем говорить подробнее дальше, а также приведем конкретные примеры изделий, подходящих для таких систем.

Предварительная обработка заключается в следующем. Поступающий в ионообменник должен фильтроваться для удаления мутности. Растворенные органические вещества следует удалять с помощью GAC перед ионообменом, поскольку они могут покрыть смолу и снизить ее обменную способность. Ионный обмен эффективен для TDS менее 1000 мг / л. Размер ионообменника зависит от следующих факторов: времени контакта, скорости гидравлической нагрузки, глубины и количества вспомогательных материалов. Работа с несколькими резервуарами подразумевает то, что ионообменные резервуары могут работать параллельно или последовательно. Конструкции установок обычно позволяют одному или нескольким блокам оставаться в работе, в то время как еще один блок выводится из эксплуатации для обратной промывки и генерации или обслуживания. Общая концентрация твердой фазы «q0» называется ионообменной емкостью. Для катионообменных смол «q0» находится в диапазоне от 200 до 500 мг-экв / 100 мг ионообменной смолы. Во время обмена смола должна быть электрически нейтральной, поэтому все центры обмена должны быть заняты либо исходным ионом (например, Na +), либо замещающими ионами (например, Ca + 2 и Mg + 2). Наконец, заполняемость должна быть равна «q0» в любой момент. В следующей части мы, наконец, подробно поговорим о трубопроводных системах, которые используются в установках ионного обмена на этой стадии водоподготовки.