Системы умягчения

УСТАНОВКИ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Общая жесткость воды обусловлена наличием в ней ионов кальция (Са²⁺) и магния (Мg²⁺), реже стронция, присутствующих в форме различных солей, например, бикарбонатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов и др. Карбонатная (или временная) жесткость воды обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния. Бикарбонаты этих металлов неустойчивы и со временем преобразуются в нерастворимые в воде карбонатные соединения, выпадающие в осадок. Процесс извлечения из воды солей жесткости называют умягчением. Наличие в воде солей жесткости приводит к преждевременному выходу из строя водопроводных устройств и нагревательных приборов, повышенному расходу топливно-энергетических ресурсов и моющих средств, отрицательному влиянию на кожу человека.

В международной системе единиц (СИ) жесткость принято измерять в моль/м³, однако на практике удобнее использовать такие единицы как ммоль/дм³ или мг-экв/л:

1моль/м³ = 1ммоль/дм³ = 1 мг-экв/л = 1000 мкг-экв/кг

В зависимости от вида ионов, на которые обмениваются ионы жесткости, процессы умягчения делятся на H⁺- и Na⁺- катионирование или их сочетание (параллельное или последовательное). В случае H⁺- катионирования снижается жесткость, солесодержание и щелочность умягченной воды, но заметно увеличивается кислотность;  при Na⁺- катионировании снижается жесткость, но слегка увеличиваются солесодержание и щелочность обработанной воды. Следует отметить, что процесс Na⁺- катионирования технически более простой, экономичный и экологически более чистый; H⁺- катионирование применяют в специальных случаях.

Ионообменные смолы характеризуются понятиями полной, динамической  и рабочей обменной емкости. Под полной обменной емкостью (ПОЕ) понимается общее число активных функциональных групп катионообменной смолы (катионита), которое определяется как  эквивалентная масса катионов солей жесткости, которую теоретически способен поглотить определенный объем смолы равный  1л (удельная обменная емкость). Удельная емкость выражается в грамм-эквивалентах на литр ионообменной смолы – 1г-экв/л. Удельная обменная емкость смолы, умноженная на объем смолы, составляет расчетную обменную емкость УВО.

 Полная обменная емкость является величиной постоянной, характеризующей данный конкретный вид ионообменной смолы. Отличия от паспортных данных могут быть связаны с процессами старения, условиями хранения, воздействием некоторых физических или химических факторов (например, температуры или необратимого поглощения (отравления) органики, железа, разрушения окислителями (хлор)). В реальных условиях обменная емкость катионита меньше полной из-за влияния различных факторов, связанных с условиями эксплуатации – концентрации регенеранта (восстановителя), количества регенеранта на единицу объема смолы, конструкции установок, времени контакта регенеранта со смолой и т.д. Определенная в реальных условиях эксплуатации обменная емкость смолы от восстановленного значения до  момента отсутствия изменений в величине жесткости исходной и умягчаемой воды характеризует динамическую обменную емкость (ДОЕ), а до момента превышения заданного пользователем допустимого значения жесткости –  рабочую обменную емкость (РОЕ).

Работа установки умягчения основана на принципе ионного обмена жестких солей кальция, магния (иногда стронция) на более мягкие соли натрия (или ионы водорода). Вместе с водой ионы жесткости поступают в колонну умягчителя, где находится слой катионообменной смолы.    Рабочая среда умягчителя представляет собой ионообменную смолу в H⁺ – или Na⁺ - форме, пригодную для подготовки питьевой или технологической воды. По мере прохождения воды сквозь слой смолы ионы жесткости заменяют ионы натрия (водорода) в умягчителе. Это продолжается до тех пор, пока катионообменная смола не исчерпает свой ресурс. При этом умягчитель нуждается в восстановлении (регенерации)   реагентом, по истечении которой система включается в рабочий режим. Регенерация рабочей емкости происходит путем обработки катионита 3-8% раствором соляной или серной кислоты (поэтапно) для H-катионита  и 8-10% раствором NaCl экстра- класса чистоты для Na-катионита. Процесс приготовления раствора и регенерация катионита полностью автоматизирован. Регенерант помещается в специальный реагентный бак с подключением к инжекторной системе клапана. Частота регенерации зависит от жесткости исходной воды,  ее расхода и объема катионита.

Существуют cледующие типы установок умягчения:

1. Установки прерывного действия. Состоят из одной колонны и одного управляющего клапана. Когда ресурс установки исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в рабочий режим.  Подразделяются на :

• установки с управлением по времени. Рабочий цикл определяется жестко по времени.
• установки с управлением по датчику расхода. Рабочий цикл определяется по расходу воды.

1. Установки непрерывного действия. Работа данных установок управляется контроллером, включающим  микропроцессор и датчик расхода воды. В зависимости от жесткости и расхода воды, а также количества катионита в установке, микропроцессор рассчитывает время выхода установок в режим регенерации, причем может допускаться несколько регенераций в сутки. Программируются также продолжительность циклов регенерации, резерв емкости катионита и т.д. Контроллер обладает большими возможностями диагностики неисправностей.

Установки подразделяются на:

• Установки с поочередным режимом работы. Установка состоит из двух колонн и одного или двух управляющих клапанов. Когда ресурс одной из колонн исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в режим ожидания. Находившаяся при этом в режиме ожидания другая колонна автоматически переходит в рабочий режим.
• Установки с параллельным режимом работы. Установка состоит из двух колонн и двух управляющих клапанов. Колонны работают в параллельном режиме. Когда ресурс одной из колонн исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в рабочий режим. Находившаяся при этом в рабочем режиме другая колонна автоматически переходит в режим регенерации, а затем в рабочий режим.

       Управляющий клапан предназначен для автоматического переключения клапанов, регулирующих поток воды в установке в различных рабочих режимах – от начала регенерации до выхода установки в рабочий режим. Корпуса умягчителей, изготовленные из полиэтилена и усиленные стекловолокном, выдерживают давление до 8 атм. Бак для солевого раствора изготовлен из прочной пластмассы, устойчивой к воздействию соли. Все материалы, используемые для изготовления корпусов, баков и клапанных коробок, не выделяют вредных веществ и разрешены санэпидемслужбами для применения на пищевых производствах.