Юг Аква Системы
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ
ТЕЛ./ ФАКС:
+7(905)402-11-48
E-MAIL:
  
  

Обессоливание (ФСД)

До 1950 года единственным способом получения ультрачистой воды была дистилляция - относительно простой непрерывный процесс, не требующий применения химических реагентов. Однако, в последующие годы технологические требования к качеству очищенной воды в таких производствах, как фармация, микроэлектроника, теплоэнергетика, химическая технология существенно возросли и возможности дистилляции уже не могли их обеспечить. Кроме того, дистилляция - весьма энергоемкий процесс с высокой себестоимостью очищенной воды.

Разработка в этот период синтетических ионообменных смол привела к созданию высокопроизводительных технологий деионизации катионитно-анионитного и смешанного типа, которые доминируют до настоящего времени. Одной из основных задач синтеза ионитов является обеспечение высокой пористости, которая позволяет поглощать большое количество молекул воды, в результате чего смола набухает. Активные функциональные группы анионообменных смол состоят в основном из аминных радикалов, а у катионообменных смол - из сульфоновых, в то же время существует достаточно много других химически активных материалов для синтеза ионитов. Активные функциональные группы образуют зоны, которые связывают ионы противоположного знака, адсорбируя их на поверхности зерен ионита.

Технология деионизации cо смешанным слоем ионита - одна из наиболее важных разработок, позволившая создать крупнотоннажное производство ультрачистой воды по качеству приближающееся к теоретическому пределу 18,3 Мом/см с более низкой себестоимостью, чем при дистилляционном методе. Даже ионы слабых электролитов, таких как углекислый газ и окись кремния удаляются при деионизации со смешанным слоем электролита до уровня нескольких микрограмм на литр, а сильные электролиты - до уровня сотых долей мкг/л. Эти показатели качества очищенной воды в 10000 выше, чем полученные методом дистилляции.

Смешанный слой (mixed bed) — равномерно распределенная смесь двух сильных ионитов (сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита), применяемая для обессоливания, глубокой деминерализации воды. Зерна ионообменных смол, лежащие рядом друг с другом могут рассматриваться, как бесконечное множество катионитов и анионитов, соединенных последовательно. Зерна каждого из ионитов в смеси подбираются таким образом, что отличаются по плотности.

Обессоливание (ФСД)Совмещение в одном фильтр-аппарате катионита и анионита позволяет достигать высокой степени очистки: из воды за один проход извлекаются почти все находящиеся в растворе ионы. Очищенная вода имеет нейтральную реакцию и низкое солесодержание. В настоящее время основными зарубежными производителями выпускаются специально подобранные по плотности и размеру наборы гранул монодисперсных смол, обеспечивающих высокую степень разделения и стабильности показателей.

Процесс ионного обмена, который протекает при обессоливании в смешанном слое ионита можно представить следующим образом:

(раствор)A- + (зерно анионита)R'-OH = (зерно анионита)R'-A + (раствор)OH-
процесс протекает на зерне анионита,

(раствор)K+ + (зерно катионита)R-H = (зерно катионита)R-K + (раствор)H+
процесс протекает на зерне катонита,

(раствор)H+ + (раствор)OH- = (раствор)H2O
процесс рекомбинации ионов воды протекает в растворе, где
А+ — некоторый условный одновалентный анион,
К+— условный одновалентный катион,
R – фиксированная группа катионита,
R' - фиксированная группа анионита.

Для осуществления регенерации иониты подвергают гидравлическому взрыхлению, при этом более легкая анионообменная смола оказывается наверху, а более тяжелый катионит опускается вниз.
После разделения смол каждая из них подвергается регенерации по отдельности: соответственно гидроокисью натрия и сильной кислотой. После регенерации и отмывки смолы подвергают перемешиванию сжатым воздухом.

R'-A + NaOH = Na+ + A- + R'-OH
(процесс протекает при регенерации анионита щелочью);

2R-K + H2SO4 = 2K+ + 2R-H + SO42-
(процесс протекает при регенерации катионита кислотой);
где
А+ — некоторый условный одновалентный анион,
К+— условный одновалентный катион,
R – фиксированная группа катионита,
R' - фиксированная группа анионита.

Преимущества смешанного слоя по сравнению с раздельными аппаратами катионирования и анионирования:

  • высокая чистота очищенной воды, с очисткой от диоксида кремния (удельная проводимость — 0,2 мкСм/л, содержание диоксида кремния менее 10 мкг/л);
  • показатель кислотности pH, близкий к нейтральному (7).

Недостатки метода деионизации со смешанным слоем:

  • более низкая емкость по анионам и катионам (по сравнению с отдельными процессами катионирования-анионирования);
  • сложность эксплуатации в связи с выполнением большого количества ручной работы по выполнению раздельной регенерации ионитов (высокая трудоемкость);
  • применение концентрированных кислот и щелочей для регенерации ионитов. Так, непрерывное производство 20 м3/час 18 МОм/см воды, при значении TDS исходной воды 250 мг/л ежедневно потребляет от 2 до 3 тонн соляной кислоты и едкого натра (высокая ресурсоемкость).

В 70-х и 80-х годах, на пике развития технологий ионного обмена деионизация со смешанным слоем ионита имела широкое применение в области обессоливания, однако в последние годы с развитием мембранных методов разделения, технологии ионного обмена, а вместе с ними и технология с применением смешанного слоя ионита уступили место менее ресурсоемким мембранным технологиям.

Если ранее ионный обмен со смешанным слоем ионита в основном применялся для вод с минерализацией 10-100 мг/л (как финишная подготовка воды после нескольких последовательных стадий Н-катионирования, OH-анионирования, на которых происходило основное задержание солей), то теперь метод используется в основном только для предварительно обессоленной воды после двухступенчатой схемы, включающей установки обратного осмоса, где очищенная вода имеет минерализацию 200-1000 мкг/литр. В этом случае допускается работать со смешанным слоем до исчерпания его обменной емкости, а после этого заменять его на новую порцию, а старую — утилизировать без выполнения регенерации.

Значительную конкуренцию этому методу в отдельных областях: медицине, фармацевтике, микроэлектронике (в основном при малых и средних объемах производства деионизованной воды) успешно составляет электромембранный метод - электродеионизация, явившийся модификацией электродиализа с применением смешанного слоя ионита в камерах обессоливания (КО).

Признанными лидерами на мировом рынке ионитов со смешанным слоем являются смолы IONAC производства компании BAYER (Германия), DOWEX компании DOW CHEMICAL COMPANY(США), RELITE производства RESINDON (Италия) — продукты, которые мы с гордостью готовы предложить нашим клиентам.

Тел./факс: +7(905) 402-11-48 info@vodarus.ru
Оборудование для водоподготовки, г. Краснодар
© «ЮгАкваСистемы», 2011 г.