Вопрос 78

Промышленные и бытовые фильтрационные установки. Устройства и расчет эффективности водных фильтров.

Ответ:

Все водоочистительное оборудование условно можно разделить на 2 типа: промышленные установки очистки воды и бытовые. У них много общего. По большей части, их сходства заключаются в методах фильтрации. Другими словами, способы водоочистки одинаково эффективно могут быть использованы, как в быту, так и в промышленности.

Промышленные - это фильтры с высокой производительностью и большим ресурсом. Они используются для многоквартирных жилых домов, целого населенного пункта или отдельно взятого предприятия, для очистки воды объектов социальной сферы: школы, детского сада, ВУЗа, в медицинских учреждениях, в санаториях, лагерях, турбазах, на объектах теплоэнергетики, в досуговых учреждения (клубы, бани и т.д.)

Бытовые - в отличие от промышленных фильтров, обладают меньшей производительностью и меньшими ресурсами сменных модулей. Бытовые фильтры используются для очистки воды в отдельно взятой квартире, коттедже, на даче, в офисе, салоне, спортклубе, частной клинике, кафе, ресторане.

Практически любой водный фильтр состоит из следующих основных составляющих: корпус, блок управления, центральный распределитель, нижний распределитель, подложка, фильтрующая среда.

По форме корпус представляет собой полый цилиндр с куполообразными верхом и дном. Такая форма обеспечивает оптимальные гидравлические характеристики работы фильтра.

Блок управления фильтром представляет собой многоходовой клапан.

Центральный распределитель представляет собой трубу (как правило, пластиковую), устанавливаемую вертикально по центру корпуса фильтра.

В сравнительно небольших фильтрах нижний распределитель представляет собой некий пластиковый «набалдашник» с множеством тончайших калиброванных щелей.

Подложка, благодаря однородному размеру, «помогает» нижнему распределителю в его работе, т.е. в равномерном распределении потока воды по всему поперечному сечению фильтра.

Именно от того, какая в фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой фильтр, на какой воде он может работать, а на какой нет, какой тип регенерации (химический или безреагентный) должен быть использован.

Расчет фильтров осущзествляется в следующем порядке: определение их площади и числа, нахождение числа и размеров промывных желобов, подбор фильтрующей загрузки, определение размеров элементов распределительной системы, бокового кармана или центрального канала и трубопроводов обвязки.

Фильтры и их коммуникации должны рассчитываться на работу при нормальном и форсированном режимах.

Эффективность фильтра рассчитывается по начальной и конечной концентрации загрязняющего вещества при заданной скорости очистке и ресурсе.

Вопрос 79

Ионообменная очистка природных и сточных вод. Катиониты и аниониты.

Ответ:

Ионообменную очистку воды осуществляют ионитами — синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2...2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме), а также иониты смешанного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорость ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образуется неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса.

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автоматическом режиме. На регенерацию обычно затрачивают около 2 часов, из них на взрыхление - 10 – 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 25 – 40 мин, на отмывку - 30 - 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.

Иониты представлены анионитами - материалами, способными к обмену анионов, и катионитами - материалами, обменивающими катионы.

Аниониты подразделяются на:

1.сильноосновные, способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;

2.слабоосновные, способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;

3.промежуточной и смешанной активности.

Катиониты подразделяются на:

1.сильнокислотные, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;

2.слабокислотные, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Эти материалы используются в пищевой, фармацевтической, медицинской промышленности и для глубокой очистки конденсата на атомных электростанциях. Выпускаются также готовые смеси ионитов для использования в фильтрах смешанного действия. Ионообменные смолы представляют собой нерастворимые высокомолекулярные соединения с функциональными ионогенными группами, способными вступать в реакции обмена с ионами раствора. Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений. Иониты имеют гелевую, макропористую и промежуточную структуру. Гелевые иониты лишены истинной пористости и способны к ионному обмену только в набухшем состоянии. Макропористые иониты обладают развитой поверхностью из-за наличия пор и поэтому способны к ионному обмену как в набухшем, так и в не набухшем состоянии. Гелевые иониты характеризуются большей обменной емкостью, чем макропористые, но уступают им по осмотической стабильности, химической и термической стойкости.