Необходимость обезжелезивания исходных водных жидкостей

В подавляющем большинстве случаев в процессе водоочистки с помощью различных катионитов, полезные свойства последних претерпевают негативные изменения. Происходит это в результате способности имеющихся в водных жидкостях ионов железа быть более качественно и в меньшие сроки поглощёнными, чем ионы магния и кальция, непосредственно определяющих жёсткость воды.

Согласно различным нормативным документам, в том числе и строительным нормам и правилам (СНиП) 11-35-76 «Котельные установки» и 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», предусматривается ограничение наличия железа в той или иной водной жидкости. Так, к примеру, перед осуществлением процесса обратного осмоса его количество должно быть снижено до 0,05 мг/л. Для очистки исходной воды с помощью электродиализа данное значение должно быть ниже указанного показателя. Наконец, при натрий-катионировании, сопровождаемым параллельноточной регенерацией фильтров, оно не должно превышать 0,3 мг/л.

Как правило, поверхностный слой катионита загрязняется ионами трёхвалентного железа. Соответственно соотношение их количественных выражений может достигать 1000:1,85, если сравнение производить в граммах. Ситуация усложняется тем фактом, что в процессе проведения хлорид-натриевой регенерации, поглощённые ранее ионы железа несколько хуже десорбируются в отработанный раствор. Кроме того, в результате воздействия кислорода, присутствующего в воздухе, а также имеющихся в водной жидкости остатков хлора, часть этих ионов окисляется и образует гидрат окиси железа.

С целью решения подобной проблемы научно-техническая мысль многих зарубежных стран предполагает применение дитионита натрия. В то же самое время использование такого реагента в пределах нашей страны не представляется экономически целесообразным, поскольку сам он достаточно дорог, кроме того, его поставки из-за границы будут сопряжены с определёнными трудностями.

Целесообразность применения отечественных разработок при деферризации и регенерации водных жидкостей

В этой связи более предпочтительным является использование российского аналога, одновременно направленного и на обезжелезивание воды, и на регенерацию. Это хлорид натрия с примесями лимонной кислоты и тиосульфата натрия. Рекомендуемая частота его использования в профилактических целях – каждая пятая регенерация.

Исследования показали, что регенерация с помощью представленного реагента определила удельный расход хлорида натрия в размере 123 г/г-экв и его концентрацию, равную 16 %. При этом было вытеснено 4789 мг-экв солей веществ, определяющих уровень жёсткости воды. Для сравнения, если в качестве подобного реагента использовать обычную товарную соль, то вытесняется всего лишь 3600 мг-экв солей жёсткости. В последующем фильтроцикле, наблюдаемый показатель снизился и составил 4025 мг-экв. Наконец, стоит отметить тот факт, что из очищаемого слоя катионита было удалено 14 г железа, что свидетельствует о достаточно эффективном применении реагента.

Особенности использования осветлительных фильтров для обезжелезивания воды

Впрочем, реализация такого метода вовсе не исключает необходимости такого предварительного шага, как очистка воды от железа. Традиционным способом борьбы с чрезмерным содержанием взвешенных его примесей является фильтрация в осветлительных фильтрах. При этом в качестве так называемых осветлителей могут быть применены фракции кварцевого песка или антрацита размерами 0,5-1,2 мм и 0,6-1,4 мм соответственно.

В настоящее время всё чаще используется гидроантрацит А. По своим качествам он не уступает зарубежным аналогам. В то же самое время его повышенная плотность способствует более интенсивному проведению взрыхляющей промывки. Так, например, благодаря применению данного осветлителя в практической деятельности ТЭЦ-27 «Мосэнерго» и Каширской ГрЭС удалось добиться отрицательной динамики количества взвешенных веществ в размере 75-85 %, а для железа показатель снижения его содержания в воде составил 80-95 %.

Важным моментом является сопоставление значений водных затрат на собственные нужды осветлительных фильтров в условиях загрузки последних обычным антрацитом при воздушно-водной промывке и в условиях их загрузки гидроантрацитом А при раздельной промывке воздухом и водой. В первом случае водных ресурсов расходуется значительно больше.

Суть использования органопоглощающих анионитов

Далее следует отметить, что процессу удаления загрязнений из исходных водных жидкостей имеется альтернатива в виде органопоглощающих анионитов. Последние способны удалять как органические вещества, так и железо, и даже железоорганические комплексы. В качестве примера можно рассмотреть анионит марки Amberlite IRA 958. Его применение успешно было осуществлено на ряде теплоэнергосетей «Мосэнерго».

В его основе акриловая матрица, которая способствует значительной десорбции органических веществ во время проведения регенерационных процессов. Кроме того, он имеет макросетчатую структуру, что гарантирует возможность удаления крупных органических молекул. Анионит Amberlite IRA 958 поставляется в форме С1 и может быть регенерирован 1десятипроцентным хлоридом натрия и двухпроцентным едким натром, удельный расход которых равен 160-300 г/л и 6-40 г/л соответственно.

По рекомендациям фирмы-изготовителя представленного анионита скорость потокового течения в том или ином фильтроцикле может быть определена исходя из содержания «органики» в исходном варианте водной жидкости, а также из ожидаемой её ёмкости. Реальной можно считать ёмкость в размере 10-40 грамм на 1 литр смолы. В то же время очистка от органических загрязнений обладает таким показателем, как глубина. Величина данного показателя зависит от рН исходной жидкости. Например, если уровень рН равен 6,8, то удаляется 25 % органических примесей, если же он равен 10, то адсорбции подвергается 45 % «органики».

Немаловажно и то, что очистка воды от железа также может быть произведена с помощью анионита Amberlite IRA 958. В данном случае полная его обменная ёмкость составляет 800 г-экв/м3, что прежде всего относится к сульфатам.

С целью подведения практической доказательной базы под данное утверждение были проведены необходимые стендовые испытания, в условиях, наименее благоприятствующих для данного анионита. Водная жидкость, использовавшаяся при этом, характеризовалась следующими показателями:

• наличие сульфатов – 53,3 мг/л;
• уровень перманганатной окисляемости составил 19,5 мг КМп04/л;
• цветность равнялась 90 град;
• кислотность – 1,6 мг-экв/л;
• наличие хлоридов – 18 миллиграмм на литр;
• наличие железа – 175 мкг/л.

В результате проведенных испытаний было выявлено, что очистка воды от железа достигла показателя 50 % за 1 фильтроцикл. Что касается цветности, то она была удалена на 90 %. В то же самое время очистка от органических загрязнений составила 38 %. При регенерации степень эффективности десорбции составила:

• для железа – 45 %;
• для «органики» – 95 %.

Промышленное применение анионита Amberlite IRA 958 показало, что регенерационный процесс может успешно быть реализован скважинными рассолами. Жёсткость раствора не оказывает отрицательного воздействия на сам ход регенерации, если её значения не превышают 1000 мг-экв/л при концентрации хлорида натрия в размере 18 %. Поэтому стоит предполагать, что в обычных котельных подобная регенерация может осуществляться с помощью применения концентрированной части отработанного регенерационного раствора натрий-катионитных фильтров с жёсткостью менее 1000 мг-экв/л. При этом до самого процесса данный раствор следует «доукрепить» хлоридом натрия.

Время от времени подобные регенерационные действия по отношению к аниониту можно производить точно так же, как если бы дело касалось катионита, но при глубоком удалении железа. Имеются сугубо теоретические предположения, что подобный процесс вполне может оказаться перспективным.

Выводы

Таким образом, весь выше изложенный в представленной статье материал даёт возможность сделать следующие выводы:

• в ходе использования в водоподготовительных установках технологий противоточного или параллельноточного натрий-катионирования, электродиализа или обратного осмоса нужно реализовывать стадию предварительной очистки воды от «органики», различных соединений железа и от нерастворимых примесей;
• в случае осуществления очистки от соединений железа сильнокислотных катионитов стоит проводить периодическую регенерацию с применением тиосульфата и хлорида натрия; если же на стадии предварительной очистки планируется использовать осветлительные фильтры, то их загрузка должна быть осуществлена гидроантрацитом А;
• наконец, стоит отметить тот факт, что для тех или иных конкретных условий допускается применение фильтров, загруженных анионитами, регенерируемыми впоследствии либо отработанными регенерационными растворами, либо растворами хлорида натрия.