Ионный обмен и умягчение
Снимаем жёсткость до норм питательной воды котлов и готовим обессоленную воду для технологии. На стоках ионный обмен доочищает воду от металлов и возвращает её в оборот.
Ионит — зернистая смола, на которой закреплены подвижные ионы. Катионит в натриевой форме забирает из воды кальций и магний и отдаёт взамен натрий: вода становится мягкой, а солесодержание почти не меняется. Для обессоливания воду пропускают последовательно через катионит в водородной форме и анионит: первый снимает катионы, второй — анионы.
Смола насыщается, и её регенерируют: натриевый катионит — раствором поваренной соли, водородный — кислотой, анионит — щёлочью. Регенерационные стоки солёные, их объём и состав надо учесть в проекте сразу. ИТС 8-2022 (НДТ В-12) относит к НДТ концентрирование промывных вод ионитовых фильтров обратным осмосом. Регенерацию автоматизируют: катионитные фильтры выводят по остаточной жёсткости, анионитные — по электропроводности (СП 31.13330.2021, п. 14.37).
В котельных натрий-катионирование в одну или две ступени — основа химводоочистки, подробнее на странице водоподготовки для котельных. На стоках гальваники ионный обмен доочищает воду от металлов: по ИТС 8-2022 он даёт глубокую очистку и позволяет вернуть ценные компоненты, но эффективность падает с ростом солесодержания. ООО «ПЛАЗКАТ» работает с 2006 года и ведёт объект полным циклом: проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пусконаладочные работы.
Когда применять и когда нет
Подходит
- Умягчение питательной и подпиточной воды котлов: для паровых котлов до 1,4 МПа общая жёсткость не более 20 мкг-экв/кг (ФНП, прил. № 9)
- Обессоливание воды с солесодержанием до 2–3 г/л (СП 31.13330.2021, табл. Б.3)
- Доочистка слабоконцентрированных стоков гальваники от металлов и возврат воды в оборот
- Финишная доочистка пермеата обратного осмоса до глубоко обессоленной воды
- Нужна простая установка с минимальным расходом электроэнергии
Не подходит
- Высокое солесодержание: расход соли, кислоты и щёлочи на регенерацию растёт вместе с солями, выгоднее обратный осмос
- Железо, марганец, взвесь и органика без предочистки — смола отравляется и теряет обменную ёмкость
- Нефтепродукты и жиры в стоке
- Солёные регенерационные стоки некуда сбросить и негде переработать
- В воде свободный хлор или озон — окислители разрушают смолу
Типовая схема очистки
- Механический фильтрЗадерживает взвесь и защищает смолу. На скважинной воде перед ним ставят обезжелезивание.
- СолерастворительГотовит раствор поваренной соли для регенерации катионита. Соль хранят мокрым способом.
- Na-катионитовый фильтр I ступениОбменивает кальций и магний на натрий и снимает основную жёсткость.
- Na-катионитовый фильтр II ступениДочищает воду до нормы и страхует первую ступень при проскоке жёсткости.
- Бак-накопитель обработанной водыСглаживает разницу между производительностью установки и расходом потребителя.
Параметры
| Параметр | Значение | Где установлено |
|---|---|---|
| Обессоливание на ионообменных фильтрах: исходная вода | солесодержание менее 2–3 г/дм³; общая жёсткость менее 10–15 мг-экв/дм³; взвесь менее 1,5–5 мг/дм³; цветность менее 20° | СП 31.13330.2021, табл. Б.3 |
| Умягчение воды на хозяйственно-питьевые нужды | реагентные методы или частичное Na-катионирование | СП 31.13330.2021, п. 9.165 |
| Мокрое хранение поваренной соли | 1,5 м³ баков на 1 т соли | СП 31.13330.2021, п. 9.184 |
| Запас ионитов на складе | на загрузку двух катионитных фильтров, одного анионитного со слабоосновным и одного с сильноосновным анионитом (если он есть) | СП 31.13330.2021, п. 9.180 |
| Автоматизация регенерации | катионитные фильтры — по остаточной жёсткости, анионитные — по электропроводности | СП 31.13330.2021, п. 14.37 |
| Общая жёсткость питательной воды паровых котлов на газе | не более 20 мкг-экв/кг до 1,4 МПа; не более 10 мкг-экв/кг до 4 МПа | ФНП (приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 № 536), прил. № 9 |
| Регенерационные воды ионитовых фильтров | концентрирование обратным осмосом | ИТС 8-2022, НДТ В-12 б) |
Источник: СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», пп. 9.165, 9.180, 9.184, 14.37, табл. Б.3; ФНП «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением» (приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 № 536), прил. № 9; ИТС 8-2022, НДТ В-8, В-12
Сравнение
| Критерий | Ионный обмен | Обратный осмос | Реагентное умягчение (известкование) |
|---|---|---|---|
| Что снимает | Жёсткость (Na-катионит) или все ионы (схема H-OH) | Почти все соли и органику | Карбонатную жёсткость, часть железа и кремния |
| Исходная вода по СП 31.13330.2021 | До 2–3 г/л солей для обессоливания | До 30 г/л солей | Жёсткость до 30 мг-экв/л |
| Реагенты | Соль, кислота, щёлочь на регенерацию | Антискалант, промывочные растворы | Известь, сода, коагулянт |
| Отходы | Солёные регенерационные стоки | Концентрат | Шлам, его нужно обезвоживать |
| Энергия | Минимальная | Выше: насосы высокого давления | Перемешивание и дозирование |
Где применяли
Водоканал города-миллионника: электролизная установка гипохлорита, 8 ячеек 8 электролизных ячеек по 6,0–6,5 кг активного хлора в час. Поставка, монтаж и пусконаладка с подтверждением проектных показателей. НПЗ в Орске: озонаторная установка для очистки технологических стоков Поставили озонаторную установку для блока озонирования технологических стоков нефтеперерабатывающего завода. Водоканал города-миллионника: цех термической сушки осадка, 340 т/сут Две линии барабанной сушки перерабатывают 340 тонн осадка в сутки. На выходе — до 100 тонн сухого гранулята в сутки. Вопросы и ответы
Одна или две ступени натрий-катионирования?
Для водогрейной котельной на мягкой воде часто хватает одной. Для паровых котлов обычно ставят две: первая снимает основную жёсткость, вторая страхует до нормы питательной воды. Если в воде много гидрокарбонатов, умягчённая вода остаётся щелочной, и тогда добавляют декарбонизацию или обратный осмос.
Когда регенерировать фильтр?
Когда на выходе начинает расти жёсткость. СП 31.13330.2021 (п. 14.37) требует автоматизировать регенерацию катионитных фильтров по остаточной жёсткости. Межрегенерационный период считаем по обменной ёмкости смолы и жёсткости исходной воды.
Почему смола теряет ёмкость?
Железо и марганец осаждаются в зёрнах и не вымываются солью. Органика забивает поры, окислители разрушают структуру смолы, зёрна истираются при промывках. Поэтому перед ионным обменом ставят обезжелезивание и механическую фильтрацию, а смолу периодически досыпают.
Что делать с регенерационными стоками?
Их нейтрализуют и сбрасывают, если это позволяют условия водоканала или нормативы сброса. Когда нельзя — концентрируют обратным осмосом (ИТС 8-2022, НДТ В-12) и упаривают остаток.
Что нужно для подбора?
Анализ воды: общая и карбонатная жёсткость, щёлочность, натрий, железо, марганец, окисляемость, солесодержание, взвесь. Тип потребителя и требования к воде, расход по часам, тип и давление котлов.