Требования к воде подаваемой на ионный обмен

Перед тем как начать подбор системы ионного обмена нужно понимать, вода которую мы хотим очистить вообще поддаётся ионному обмену или нужно предусмотреть предварительную очистку. Поэтом сначала разбермся, с точным ионным составом исходной воды и примесями:

• общая минерализация (см. отдельную страницу о анализе воды)
• взвешенные веществаи мутность
• температура
• значение рН
• органические вещества в воде
• другие примеси, такие как железо, марганец, алюминий и прочее ...

Мы рассмотрим влияние всех вышеперечисленных параметров и пределы для каждого из них.

Наиболее важный параметр для оценки производительности ионообменной системы. Когда производительность установки ухудшается, первое что нужно сделать, это проверить общую минерализацию питающей воды. Нельзя полагаться на анализ, который был сделан несколько месяцев или лет назад, анализ воды должен быть свежий.

В таблице представлены эффекты возникающие при изменении общей минерализации:

На рисунке ниже схематично представлен анализ воды с катионами и анионами. Хороший анализ воды должен быть сбалансированным.

Смотрите подробное описание анализа воды с указанием единиц измерения концентрации и таблицу наиболее распространенных ионов в воде.

Если анализ воды меняется в зависимости от сезона, производительность установки должна быть пересмотрена, возможно изменены условия работы, чтобы сгладить сезонные колебания. Если вы сами не можете сделать анализ воду, обратитесь в сертифицированную лабораторию.

При переоценке производительности установки или ее оптимизации рекомендуется использовать наиболее вероятный анализ для расчета, а затем повторно выполнить расчет с сезонным анализом для оценки производительности установки в различных условиях. Все анализы воды должны быть реальными , а не максимумами, средними или минимумами.

Мы настоятельно рекомендуем вам обновить ожидаемую производительность установки с учетом фактических условий эксплуатации. Для этого необходимо собрать данные:

• анализ воды,
• тип, марку и объемы смолы,
• метод регенерации (совместный поток, обратный поток, уплотненные слои),
• концентрацию регенерирующего раствора.

В идеале, вода перед подачей на ионообменный сосуд вообще не должна содержать взвешенные вещества. Для этого перед ионным обменом устанавливают механические фильтры. Недостаточная механическая очистка от взвешенных веществ, может привести к:

• кольматации(закупорка) фильтра.
• увеличению потерь напора (давления) на фильтре,
• уменьшению расхода воды,
• увеличение частоты обратных промывок.

Взвешенные твердые вещества традиционно измеряют как высушенный осадок после фильтрации воды на фильтре 0,45 мкм. Допустимое количество взвешенных веществ варьируется в зависимости от технологии ионного обмена. Если смолы можно легко промыть и очистить, допускается большее количество взвешенных веществ в исходной воде.

• Если регенерация ионообменной системы осуществляется методом совместных потоков с обратной промывкой перед каждой регенерацией, то такие системы не так чувствительны к взвешенным веществам, можно подавать воду с концентрацией 15 – 30 мг/л.

• Если между регенерациями проходит 2-3 недели, взвешенные вещества будут накапливаться и могут вызвать проблемы с падением давления, даже если количество взвешенных веществ в воде меньше 15 мг/л.

• Есть системы, которые регенерируются методом обратного потока, в таких системах нет обратной промывки в конце каждого цикла. Поэтому следует тщательно отслеживать перепад давления, чтобы определить необходимость обратной промывки смолы.

• Бывают системы со сжатым слоем они наиболее чувствительны к взвешенным частицам, поскольку их нельзя промывать на месте. В таком случае, концентрация взвешенных веществ должны быть ниже 1 мг/л (1 ppm).

Мутность измеряется в NTU (нефелометрические единицы мутности).Не существует фиксированной связи между мутностью и взвешенными веществами.

Интересно знать предел для взвешенных веществ, самый разумный способ – это рассчитать нагрузку по взвешенным веществам в течение одного цикла и выразить результат на квадратный метр поперечного сечения фильтра. Ниже рекомендации по максимальной нагрузке:

Температура питающей воды (и регенерирующих растворов) влияет на производительность установки.

Эффекты изменения температуры:

• При низкой температуре работоспособность всех смол уменьшается.
• Существует исключение из вышеупомянутого правила: при высокой температуре способность удаления диоксида кремния на смоле SBA уменьшается и становится практически нулевой, если температура превышает 60 ° C.
• Смолы Styrenic SBA типа 2 (например, Amberjet 4600) и акриловые смолы SBA (например, Amberlite IRA458) нельзя эксплуатировать или регенерироваться при температуре выше 35 ° C. Высокие температуры могут привести к проблемам с ополаскиванием и потере емкости смолы, что приведет проскоку кремнезема в очищенную воду и уменьшит время между регенерациями.
• Катионные смолы могут работать при высокой температуре, иногда превышающей 100 ° С. Однако присутствие кислорода и металлов в воде может вызвать медленное разрушение смолы.

Ионообменные смолы работают при любом значении рН (от 0 до 14) при условии, что исключается осмотический шок из-за быстрого изменения рН или минерализации питающей воды.

Однако в процессе эксплуатации смолы работают только в определённых пределах рН: катионные смолы не работают при низких значениях рН, анионные смолы при высоких значениях рН, поскольку они будут постоянно регенерироваться и не смогут обмениваться другими ионами.

На практике pH не должно превышать 12 при щелочной регенерации и быть ниже 2 при кислотной.

Органические вещества в воде могут мешать ионному обмену.Основная проблема необратимое загрязнение анионообменных смол.
Проблемы, вызванные органикой:

• низкий pH (<6) очищенной воды, органические кислоты проходят через систему,
• высокая проводимость очищенной воды,
• проскок кремнезема в очищенную воду,
• увеличенное время промывки и большой объем сточных вод,
• уменьшается рабочий цикл.

Традиционно, чтобы оценить количество органики в воде делают измерение ХПК (химическое потребление кислорода) его результат выражается в мг/л.

Есть более современный анализ ООУ (Общий Органический Углерод), в Европе делаю его, но в России на вас могут не понять, отстаем мы сильно. Опытым путем определена зависимость, как правило, 1 мг/л ООУ приблизительно равен 5,5 мг/л ХПК.

Железо и марганец

Негативный эффект

• Система забивается отложениями, падает давление.
• Короткие рабочие циклы, система часто выводится в промывку.
• Ухудшение качества очистки, увеличение проводимости очищенной воды.

Что можно сделать?

• Предварительно окислить железо и марганец кислородом или гипохлоритом натрия, затем отфильтровать осадок.
• Смолу забитую соединениями железа и марганци можно отмыть раствором соляной кислоты HCl

Предельные концентрации железа и марганца

• в системах умягчения и удаления нитратов – 1 мг/л
• при деминерализации HCl – 15 мг/л
• при деминерализации H2SO4 – 0,5 мг/л
• в системах полировки конденсата – 0,1 мг/л

Алюминий

Негативный эффект

• При нейтральном pH в осадок выпадает Al(OH)3

Что можно сделать?

• Соединения алюминия растворяются в кислотах и щелочах.

Предельные концентрации алюминия

• Обычно соединения алюминия не засоряют ионообменную систему, однако алюминий это дополнительная катионная нагрузка.

Барий

Негативный эффект

• Возможно образование осадка BaSO4

Что можно сделать?

• Если в питающей воде много бария, то регенерировать смолу можно только HCl.

Предельные концентрации бария

• Если барий составляет более 0,1% от всех катионов, то при регенерации смол нельзя использовать серную кислоту.

Нефтепродукты

Негативный эффект

• уменьшение времени рабочих циклов
• ухудшение качества очищенной воды

Что можно сделать?

• Проверьте насосы, возможна утечка.
• Промойте смолу неионными поверхностно-активными веществами

Предельные концентрации нефтепродуктов

• Нефтепродуктов не должно быть в питающей воде совсем, максимум 0,05 мг/л

Окислители, хлор или озон

Негативный эффект

• уменьшение времени рабочих циклов
• ухудшение качества очищенной воды

Что можно сделать?

• Уменьшить дозирование окислителя, если вы его дозируете.
• Хлор из городского водопровода хорошо убирается на активированном угле.
• Можно дозировать в воду бисульфит, это понизит концентрацию окислителя.

Предельные концентрации окислителей

• Смотрите в таблице на отдельной странице.