Регенерация натрий катионитового фильтра солью

Для умягчения воды часто применяют засыпку из ионообменных смол. Правилами технологического процесса предусмотрена регулярная промывка и восстановление рабочего слоя. Качественная регенерация катионитовых фильтров обеспечивает плановую функциональность, продлевает срок службы наполнителя. Точный расчет поможет рациональным образом использовать расходные материалы и техническую жидкость.

Основные определения и особенности технологии умягчения

Для удаления соединений солей, определяющих уровень временной жесткости воды, применяют натрий (Na) катионирование. Методика создана с использованием замены вредных примесей Mg²⁺ и Ca²⁺ ионами Na²⁺, которые при нагреве не способны образовывать твердые частицы накипи. Функции промежуточного накопителя выполняют гранулы полимерного материала (R-матрица, катионит). Типичный рабочий цикл описывают следующей формулой: 2RNa+Ca²⁺ «(замещается) R₂Ca+2Na⁺. Аналогичным образом происходит задержание Mg²⁺.

Молекулы натрия образуют растворимые гидрокарбонатные соединения, которые при нагреве в рабочей зоне котла преобразуются в гидроксиды. Следует отметить, что созданная смесь обладает выраженными щелочными свойствами. Это объясняет ускорение коррозийных реакций, которые способны повредить металлические части технологического оборудования.

Упомянутый недостаток объясняет ограниченную сферу применения технологии умягчения. Такую подготовку рекомендуется применять для обработки добавочной жидкости (подпитки), которой пополняют заполненную систему теплоснабжения. При повышенной исходной щелочности нужен натрий катионитовый фильтр и дополнительная предварительная подготовка.

Полезные функции (умягчение) выполняются до определенного уровня, обозначенного в профессиональной терминологии «моментом проскока». На этом этапе исчерпываются накопительные способности R-матрицы. Исходное рабочее состояние наполнителя восстанавливают промывкой раствором поваренной соли NaCl с поддержанием концентрации действующего реагента в диапазоне 5-11%. Эту процедуру называют регенерацией катионитовых фильтров солью или специальными кислотами. Обратный процесс по кальциевым составляющим описывают следующим образом: R₂Ca+nNa⁺«2RNa+Ca⁺+(n-2)Na⁺. Коэффициентом «n» обозначают определенный избыток солей NaCl. Увеличением концентрации повышают эффективность обработки.

Регенерационный раствор проходит через слой гранулированной засыпки последовательно. Поэтому в следующих слоях его начальная действенность ухудшается вытесненными ионами. Для идеального расчета берут поправочный коэффициент n= 5,14. Этот параметр соответствует расходу солей в пропорции 290-310 г на каждый грамм вытесняемых соединений. Однако такой уровень значительно увеличивает эксплуатационные затраты, провоцирует чрезмерное загрязнение технических стоков. На практике применяют не более 140-150 г.

Следующее ограничение – скорость пропускания регенерационного раствора. При высоте засыпки 150-160 см поддерживают этот параметр на уровне 5±1 м/ч. Нижний предел (3,5-4 м/ч) обусловлен гидродинамическими параметрами фильтрационного слоя.

При выборе технологии регенерации катионита кислотами определенное значение имеет направление потоков (рабочего и регенерационного режима). Наиболее эффективен противоположный способ. В этом случае наиболее качественно выполняется обработка нижних слоев. Одновременно выполняется перемешивание наполнителя для итогового формирования качественной рабочей зоны с равномерным распределением функциональных компонентов.

Что такое регенерация катионитовых фильтров солью и кислотами?

Для изучения технологических процессов нужно рассмотреть состав и эксплуатацию типового комплекта специализированного оборудования для обессоливания воды. Для исключения вредного влияния отдельных примесей и улучшения фильтрационных способностей применяют предварительную подготовку. На этой стадии уменьшают содержание механических фракций до 7-9 мг на литр. По цветности обеспечивают уровень загрязненности не хуже 25-30 градусов.

Процедура регенерации кислотами выполняется с использованием трех основных этапов (время в минутах):

• взрыхление поддерживающего слоя и основной засыпки чистой водой по направлению снизу вверх (10-12);
• регенерация катионитовых фильтров солью NaCl (15-20);
• финишная промывка водой сверху вниз с удалением остатков технологических примесей (45-60).

В профессиональных установках применяют последовательно регенерационные смеси с разным содержанием солей. Сначала используют 1,5-2% раствор из расчета 1,25 куб. м жидкости на каждый куб. метр катионита КУ 2 8. Далее – повышают концентрацию до 8-9%!!! На этой стадии устанавливают скорость потока по рассмотренным выше рекомендациям – не менее 3,5 м/ч, до 5 м/ч. На финишной промывке – увеличивают не более чем до 9-11 м/ч.

Для подготовки регенерационной смеси устанавливают отдельный бак с засыпным фильтром (гранулы 2-8 мм). На этот слой загружают очищенную поваренную соль. В бытовых установках применяют NaCl в таблетках. Такие расходные материалы обеспечивают равномерное растворение реагента. В промышленных комплектах используют предварительно подготовленную восстановительную жидкость с дозированной концентрацией действующих соединений.

Расчет и настройка фильтра

Рассматриваемая технология умягчения обеспечивает снижение жесткости до 0,1-0,2 мг экв/литр при начальном уровне до 8-10 мг-экв/ литр. Для питания промышленных котельных устанавливают повышенные требования к эффективности очистки. Двумя стадиями обработки уменьшают содержание вредных примесей до 0,05-0,02 мг-экв/литр.

Для расчета уточняют исходные данные:

• площадь зоны фильтрации;
• высоту слоя;
• обменную емкость ионообменных смол;
• жесткость загрязненной воды и требуемые параметры на выходе.

Чтобы узнать обменную емкость учитывают:

• эффективность регенерации натрий катионитовых фильтров кислотами;
• ухудшение проектных параметров в результате воздействия ионов натрия и других примесей, которые присутствуют в загрязненной жидкости.

В реальных условиях эксплуатации теоретические расчеты подтверждают результатами измерений. Для проверки применяют формулу Ер = (Жвх – Ж вых)*О/Vзас, где:

• Ер – действительная обменная емкость (рабочая);
• Жвх и Жвых – жесткость на входе и выходе установки соответственно;
• О – объем жидкости, которых обрабатывается за один технологический цикл (куб. м);
• Vзас – объем ионообменных смол или другой засыпки (куб. м).

С учетом оптимального удельного расхода NaCl (145±5 мг-экв/литр) вычисляют потребление реагента на одну регенерацию натрий катионитовых фильтров солью.

При обслуживании ионообменного фильтра пользуются относительной величиной – обменной способностью определенного типа засыпки на единицу объема. Специалисты учитывают дополнительно конструктивные особенности оборудования и другие важные нюансы при смягчении воды. В частности – принимают во внимание увеличение размеров гранул катионита КУ 2 8 при впитывании жидкости.

Некоторые промышленные рабочие емкости создают в открытом исполнении. При сравнительно меньших потребностях используют закрытые резервуары. Типичный вариант для бытового применения – бак, установленный вертикально на специальной опоре. По центральной оси ставят трубу с решетчатым заборным устройством. На дно засыпают слой песка для механической очистки. В цикле уменьшения жесткости воду подают через горловину. Для регенерации катионитовых фильтров кислотами применяют несколько этапов с промывкой и восстановлением по рассмотренной выше схеме.

Особенности применения технологии в домашних условиях

Представленное описание наглядно демонстрирует сложности, которыми сопровождается эксплуатация. Для решения производственных задач создают специальные подразделения, которые занимаются обслуживанием и ремонтом. Подобные кадровые решения применяют снабжающие организации. Опытные специалисты корректно настраивают регенерацию натрий катионитовых фильтров кислотами, обеспечивают своевременное выполнение контрольных и регламентных операций. Оплату труда и другие сопутствующие затраты учитывают в расчетах с покупателями готовой продукции, потребителями сетей водоснабжения.

Рядовым пользователям без профессиональной подготовки трудно воспроизводить технологии умягчения без ошибок. Поэтому производители предлагают типовые комплекты оборудования, рассчитанные на определенную производительность и уровень жесткости на входе.

Установки в современном варианте оснащения дополняют средствами автоматизации. На горловине монтируют блок электроники с встроенными электромагнитными клапанами, который переключает потоки жидкости (восстановительного раствора) по заданной программе. Таймером при первичной настройке специалист магазина устанавливает цикличность регенерации катионитовых фильтров. Пользователю надо только своевременно засыпать поваренную соль в отдельную емкость. Срок службы основного наполнителя составляет до 8 лет и более.

В процессе реальной эксплуатации первичные установки придется корректировать. Даже в глубокой скважине после сильного дождя изменяется химический состав воды. Такие проявления непродолжительны, поэтому их можно игнорировать. Весной при бурном таянии снега существенное повышение концентрации солей наблюдается до нескольких недель. В этой ситуации рекомендуется перенастроить рабочие циклы для гарантированного задержания соединений.

По упрощенной схеме регенерацию катионитовых фильтров кислотами рассчитывают следующим образом (условные цифры приведены в качестве примера):

• из сопроводительной документации на рабочую засыпку берут удельную рабочую емкость (2,5 г-экв/литр);
• умножают на количество ионообменных смол КУ 2 8 в баке: 2,5 * 70 = 175 г/экв;
• при жесткости на входе 6 мг-экв/литр за один рабочий цикл обрабатывается 29 167 л жидкости: 1 750/ 0,06 = 29 166,67;
• полученное значение уменьшают на 15-20%: 29 167 * 0,8 = 23 334 (≈23 куб. м);
• по измеренному ежедневному потреблению (1,8 куб. м) вычисляют частоту восстановления: 23/ 1,8 = 12,77 (каждые 13 дней).

По данным из технического паспорта уточняют количество соли на одну регенерацию катионитовых фильтров. Создают необходимый запас NaCl, чтобы исключить частые посещения магазина.

Альтернативные методики умягчения

Если рассмотренная технология не подходит, рассматривают иные предложения профильных производителей. При выборе фильтра обращают внимание на следующие нюансы:

• компактные насадки на краны, кувшины и отдельные картриджи отличаются небольшим ресурсом;
• установка обратного осмоса (бытовая модель) обрабатывает не более 0,22 м куб. за сутки;
• полифосфатные фильтры пригодны только для подготовки технической воды;
• электромагнитные преобразователи защищают от накипи, но не выполняют функции очистки.

Любой комплект оборудования будет работать эффективно и долго, если предварительно удалить механические примеси. Как отмечено выше, при работке с ионообменными методиками нужно контролировать щелочные параметры. Таке рекомендуется проверять концентрацию хлора, сульфитов и некоторых других соединений. Единственное исключение – электромагнитная установка, которая сохраняет работоспособность вне зависимости от загрязненности воды.