Возможные неисправности в работе катионитовой установки и их устранение. Периодичность замены засыпки в фильтрах водоподготовки

Чтобы обеспечить высокий уровень очистки воды в домашних условиях, необходимо использовать трехступенчатую систему фильтрации. Такая система включает в себя картридж механической очистки, умягчения (в котором используется ионообменная смола) и доочистки из активированного угля.

Ресурс подобных картриджей приблизительно составляет 5-7 тысяч литров, поэтому их достаточно менять раз в год на новые. Но есть один важный момент: эффективность картриджа с ионообменником напрямую зависит от уровня жесткости поступающей жидкости и его полноценное применение возможно только при проведении регулярной регенерации.

Ионообменные смолы: общее описание

Это соединения в виде мелких шариков, обычно янтарного цвета. Они способны улавливать из водных растворов ионы магния и кальция и заменять на ионы натрия (или водорода). В результате жидкость приобретает нормальный уровень жесткости.

Такие материалы широко применяются в процессах водоподготовки, начиная с 60-х годов прошлого века. Это один из доступных, экологически безопасных и быстрых способов фильтрации. Он позволяет избавиться от накипи, добиться хорошего пенообразования при контакте с моющими средствами и получить питьевую воду без посторонних примесей.

В бытовых фильтрах наиболее часто используются иониты гелевого типа (например, катионит КУ-2-8, Dowex, Relite, Lewatit и др. Они обладают химической стойкостью, осмотической стабильностью и не выделяют в очищаемую воду вредные примеси.

Так как емкость ионитов ограничена, необходимо своевременно проводить ее восстановление. Для этого ионообменник погружают в раствор, содержащий избыток ионов натрия. В этом случае процесс пойдет в обратном направлении: ионы натрия поглощаются, а ионы кальция и магния отдаются в раствор. В качестве регенерационного соединения обычно используют поваренную соль.

Как регенерировать смолу при помощи поваренной соли?

Для этого следует закрыть кран на входе, чтобы перекрыть подачу воды в фильтр, и включить чистую воду, чтобы сбросить давление в корпусах системы. Затем следует достать картридж механической очистки и тщательно очистить его от загрязнений, промыв под струей воды со щеткой, а также вымыть колбу фильтра. После этих процедур картридж механической очистки установить на место.

Затем необходимо достать картридж с ионообменником. Процедура его регенерации зависит от типа фильтрационной системы: в простых фильтрах содержимое можно высыпать и регенерировать в отдельной емкости, в более сложных восстановление проводится без извлечения гранул.

В первом случае следует залить смолу 2 л 10 %-ного раствора нейодированной поваренной соли (100 г соли на 1 л воды) и дать настояться в течение 6-8 часов. После этого ионообменник промывают чистой водой 2-3 раза и засыпают обратно.

Второй вариант предполагает заливание смолы прямо в картридже 2 л 10 %-ного солевого раствора, после чего картридж ставят в промытую колбу и заливают еще 0,5 л раствора, оставляют на 8-10 часов. По истечении этого времени жидкость сливают и вновь погружают ионообменник в 2 л раствора. Для устранения избытка соли после этого гранулы промывают 2 л чистой воды.

Важный момент! Восстановление смолы может проводиться неоднократно, но постепенно она загрязняется примесями, которые содержатся в воде, и теряет ионообменную емкость. Поэтому картридж с ионообменником подлежит замене примерно раз в год (в зависимости от интенсивности использования и жесткости воды).

Катионит

Технический термин. Фильтрующая среда в засыпных автоматических установках для удаления солей жесткости из воды. Форма - ионообменная смола, сильноосновной катионит. Восстанавливает фильтрационные свойства при промывке раствором соли (NaCl).

Важнейшей областью применения катионитов (ионообменных смол) является водоподготовка. Фильтр ионообменная смола в котором является основным реагентом, позволяет получить деминерализованную воду для паросиловых установок, технологических процессов и бытовых нужд. Один из процессов, где незаменимы ионообменные смолы деионизация воды. Аниониты используют для очистки, извлечения, концентрирования и разделения веществ, для аналитических целей, а также как катализатор в органическом синтезе.

Смолы ионообменные принадлежат к группе синтетических ионитов и играют в ней ведущую по применению роль. Иониты - малорастворимые материалы, способные к ионному обмену, т.е. к поглощению из электролитов "+" или "-" ионов, и выделению взамен других ионов, имеющих заряд того же знака.

Виды ионообменных смол - катионитов

Ионообменные смолы - катиониты подразделяются на:

• сильнокислотные ионообменные смолы, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН
• слабокислотные ионообменные смолы, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

Катионит:

• КУ-2-8
• КУ-2-8чс
• КУ-23

КАТИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫ (поликислоты, катиониты), синтетич. сетчатые полимеры, способные к обмену катионов в водных и водно-орг. р-рах электролитов. В полимерной матрице (каркасе) К. с. фиксированы ионогенные группы, способные диссоциировать на полианионы и компенсирующие их заряды подвижные катионы (противоионы), напр. (для одной группы) П-SO3HDП-SO3-+Н+, участвующие в ионном обмене с разл. др. катионами. Кислотность смолы определяется хим. строением ионогенных групп.

Регенерацию истощенного катионита можно осуществлять раствором хлорида кальция или гидроокиси кальция (известковой водой).

Регенерация истощенного катионита (сульфоугля) при МН4-"катионировании "производится раствором сульфата аммония, который отдает истощенному катиониту (сульфоуглю) катиониты аммония, а сам получает катиониты кальция и магния. Образующиеся растворы сернокислого кальция и сернокислого магния удаляются в дренаж.

Восстановление обменной способности истощенного катионита производят применением 2%-ного раствора серной кислоты; при этом водород кислоты переходит в катионит, а кальций и магний, полученные из питательной воды, замещают водород и образуют сернокислый кальций и магний, которые удаляются в дренаж.

Характер распределения поглощенного Са2+(и Mg2+) в слое нормально истощенного катионита и ионов водорода в слое нормально отрегенерирован-ного (обычным избытком кислоты) материала при Н-катионировании в основном такой же, как и при Na-катионировании. От природы поглощенного катиона зависит и степень регенерации Н-катионита. Так, натрий легче вытесняется Н+-ионами, чем Са2+. Чем меньше обменная емкость катионита по данному катиону, тем легче регенерируется насыщенный им катионит.

Регенерацию каждого фильтра проводят соответствующим раствором реагента определенной концентрации. Режим регенерации истощенного катионита считается оптимальным, если при минимальных расходах регенерирующего вещества обеспечивается глубокое умягчение воды при достаточно высокой рабочей емкости катионита. Обычно при регенерации Na-катионитного фильтра через него пропускаются 6...8 % раствор поваренной соли со скоростью 4...6 м/ч. Восстановление обменной емкости Н-катионита производится серной кислотой концентрацией 1 ...1,5 % со скоростью не менее 10 м/ч во избежание "загипсовывания" катионита. Удельный расход серной кислоты на регенерацию зависит от суммарного содержания хлоридного и сульфатного ионов в умягчаемой воде и составляет 75...225 г/г-экв для фильтров I ступени и 70 г/г-экв для фильтров И ступени. Для экономии реагентов обычно часть регенерационного раствора (последние порции) отводят в бак и используют для последующей регенерации. Растворы реагентов готовят на собственном фильтрате для каждой группы фильтров. Продолжительность подачи раствора составляет 15...30 мин.

Обменную способность ЫН4-катионита, скорость воды и ее расход на технологические операции при обслуживании фильтров можно принимать такими же, как и при Na-катионировании. Для регенерации истощенного катионита применяется раствор соли хлорида аммония (NH4C1) или раствор соли сульфата аммония [(NH4)2SO4]. В основном для регенерации применяется 2-3%-ный раствор сульфата аммония как более доступный и дешевый. Более высокая концентрация не допускается во избежание загипсования зерен катионита. Регенера-ционный раствор сульфата аммония следует подщелачивать содой, едким натрием или аммиаком до слабощелочной реакции по фенолфталеину, что необходимо для связывания остатков серной кислоты.

В процессе Na-катионирования не происходит понижения общего солесодержания умягченной воды. При умягчении воды катионит истощается и для восстановления он должен быть подвергнут регенерации, т. е. через слой истощенного катионита пропускают раствор поваренной соли. При этом катионы натрия вытесняют из катионита ранее поглощенные катионы кальция и магния, а катионит, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать воду.

Чтобы восстановить обменную способность истощенного натрий-катионитового материала, его подвергают обработке 5-10%-ным раствором поваренной соли. Этим процессом, называемым регенерацией, катионы натрия поваренной соли вытесняют из истощенного катионита катионы кальция и магния; последние переходят в раствор в виде хлористого кальция и хлористого магния и удаляются с промывочной водой в дренаж. Катионит же, обогащенный обменными катионами натрия, вновь получает способность умягчать жесткую воду.

Аналогичное действие оказывают противоионы в регенерационном растворе. При пропускании через фильтр раствора NaCl в нем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионов Са2+ и Mg2^ и он обедняется ионами Na+. Увеличение концентрации противоионов (Са2+ и Mg2+) в регенерационном растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена, то есть тормозит регенерацию ионита. В результате, по мере продвижения регенерационного раствора в нижние слои, некоторое количество катионов Са2+ и Mg2+ остается невы-тесненным, поэтому регенерация катионита протекает менее полно. Для устранения этого недостатка можно увеличить расход соли, что сильно ухудшает экономичность процесса. Значительно рациональнее применение противоточного катионирования, при котором устраняется неблагоприятное расположение в слое ионов, так как умягченная вода перед выходом из фильтра будет соприкасаться с наиболее хорошо отрегенериро-ванными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Метод противоточного катионирования позволяет значительно снизить расход реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям.

Процесс обмена катионов в фильтре происходит до тех пор, пока катионит не истощится, т. е. перестанет умягчать воду. Для восстановления этой способности необходимо удалить из катионита удержанные им катионы, что делается путем так называемой регенерации (восстановления) катионита. Это производится путем пропускания через слой истощенного катионита: а) при натрий-катионировании - раствора поваренной соли; б) при водород-катионировании - серной.

Ионообменная смола используется в фильтрах водоочистных систем для умягчения воды. В процессе умягчения натрий-катионит удаляет из воды ионы кальция и магния. Наличие именно эти ионов делает воду жесткой. Удаленные ионы жесткости замещаются соответствующим количеством ионов натрия. В случае эквивалентного замещения ионов анионный состав (отрицательно заряженные ионы) и рН (водородный показатель, кислотность среды) воды не меняется.

При работе фильтра-умягчителя происходит процесс сорбции (поглощения) ионов жесткости и эффективность фильтрующего материала (обменная емкость смолы) постепенно снижается. В следствие этого ухудшается эффективность фильтра. Ионы солей жесткости не задерживаются на гранулах смолы и попадают в систему водоснабжения дома. Жесткость водопроводной воды повышается, в результате чего качество воды падает, на сантехническом оборудовании и посуде образуется белый налет.

Чтобы на выходе из системы фильтрации не ухудшилось качество питьевой воды, необходимо регулярно проводить специальные действия, которые называются "регенерация ионообменной смолы". Регенерация вернет наполнителю фильтра-умягчителя его способность эффективно снижать жесткость воды из скважины.

Процесс регенерации фильтра-умягчителя

1. Взвешенные соли удаляются из фильтра промывкой водой.
2. Ионы, связанные со ионообменной смолой, удаляются раствором регенерации (NaCl).
3. Фильтр промывается водой, чтобы удалить раствор регенерации.

Одно из достоинств фильтров на основе ионообменных смол состоит в том, что регенерация катионитов производится раствором обычной поваренной соли (хлористый натрий, NaCl). То есть на здоровье человека и состоянии экологии не оказывается никакого отрицательного воздействия. Соль должна постоянно находится в солевом баке из которого во время регенерации порционно поступает в балон.

Восстановление свойств фильтрующего реагента позволяет многократно использовать одну засыпку. Однако, способность ионообменной смолы умягчать воду постепенно снижается, так как регенерация не возвращает ионообменной смоле все ее свойства на 100%.

Средний срок службы ионообменной смолы составляет 3 года, при определенных условиях эксплуатации - до 6 лет. Полностью выработанные катиониты подлежат утилизации.

Фильтры для воды стали обязательным очищающим элементом в квартирах и загородных домах, а также на предприятиях.

Они, как и любая другая техника, нуждаются в обслуживании, в частности, особенного внимания заслуживает процедура регенерации картриджей с ионообменной смолой.

И если в одноступенчатых устройствах, а также фильтрах-насадках и кувшинах использованный картридж просто меняют на новый, с трехступенчатыми все сложнее.

Они состоят из картриджа механической очистки, доочистки угля и картриджа с ионообменной смолой. В связи с большим ресурсом работы устройства их нужно обслуживать или менять единожды в год.

Фильтр будет функционировать нормально, при одном условии — если будет проводиться регулярная регенерация, то есть восстановление свойств ионообменной смолы.

Технология регенерации смолы — как восстанавливается ионообменная смола в фильтре

Ионообменная смола представляет собой мелкие шарики янтаря, которые преобразовывают ионы магния и кальция в ионы натрия. Таким образом, вода становится менее жесткой, на бытовой технике не образуется накипь.

Зная показатели жесткости воды, можно прогнозировать примерный ресурс картриджа со смолой. Для этого показатель емкости делят на показатели жесткости воды, выраженные в мг-экв/литр.

Поглощение ионов магния и кальция – это обратимый процесс. При избыточном содержании ионов натрия будет обратная ситуация, то есть пойдет отдача ионов магния и кальция и поглощение ионов натрия.

Чтобы этого избежать, прибегают к так называемой регенерации, то есть восстановлению функций ионообменной смолы, чтобы она могла послужить вашему фильтру еще некоторое время.

Запустить процесс регенерации поможет обычная поваренная соль, так как эффективность регенерации фильтров солью давно доказана на практике.

Процесс регенерации может проводиться многократно, но смола все же постепенно начинает терять свои свойства за счет обогащения воды примесями, и рано или поздно ионообменную смолу придется менять.

В целом порядок проведения регенерации выглядит следующим образом:

• перекрыть поступление воды,
• включить кран, чтобы стравить давление,
• вынуть картридж механической очистки, вымыть его, а также колбу, поставить на место,

Для регенерации системы без картриджа:

• вынуть ионообменный картридж и пересыпать содержимое в кастрюлю или другую емкость,
• залить смолу солевым раствором и оставить на 6-8 часов, периодически перемешивая,
• промыть смолу несколько раз чистой водой,

Для регенерации системы с картриджем раствор заливают внутрь и выдерживают 8 часов, затем его сливают и повторяют процедуру;

• после чего смолу нужно промыть кипяченой водой,
• установить картридж на место,
• вынуть картридж с углем, выполнить промывку, поставить на место,
• включить воду и пропустить несколько минут, пока из воды не пропадет солевой привкус.

Вместо соли также могут использоваться питьевая сода и даже лимонная кислота.

Компания «Гейзер» — один из лидеров на отечественном рынке фильтров. Рассмотрим, как выполнить регенерацию в трехступенчатый моделях этого производителя.

1. Перекрыть поступающую в устройство воду.
2. Спустить давление, открыв кран.
3. Выполнить механическую очистку фильтра.
4. Подготовить 10% раствор поваренной соли. Емкость лучше взять больше, так как начнется процесс вспенивания.
5. Держать устройство над раковиной и заливать 2 литрами солевого раствора так, чтобы смола не пролилась наружу.
6. Установить картридж обратно в корпус и залить 0,5 л раствора до верха, оставить на 8-10 часов.
7. Вынуть устройство и дать стечь раствору, затем еще раз залить 2 литра солевого раствора.
8. После того, как раствор стечет, установить картридж обратно в корпус.
9. Собрать фильтр.
10. Включить воду на несколько минут, чтобы из воды пропал привкус соли.

Регенерация позволяет восстанавливать свойства картриджей B510-04 и KH.

Сменный модуль KH для систем Кристалл

1. Перекрыть воду, выпустить давление.
2. Вынуть KH, нажимая кнопку на крышке устройства.
3. Собрать идущий в комплекте переходник для регенерации или приобрести отдельно.
4. Отрезать дно бутылки из пластика и закрепить на переходнике.
5. Сделать раствор 2-2,5 литра поваренной соли.
6. Устройство с бутылкой и переходником поместить в кастрюлю, трубку переходника вывести в раковину.
7. Пропустить через смолу солевой раствор, а затем 2 литра чистой воды.
8. Установить устройство на место.

Модуль B510-04 для систем Трио

1. Отключить подачу воду и стравить давление.
2. Вынуть картридж.
3. Высыпать содержимое в емкость из пластика или металла.
4. Приготовить литровый раствор соли и залить содержимое картриджа, оставить на 6 часов, иногда помешивая.
5. Слить раствор и выполнить промывку кипяченой водой. Повторить процедуру дважды.
6. Поместить содержимое обратно в картридж и поставить его на место.
7. Не забыть о промывке механического картриджа.
8. Включить фильтр на 10 минут, после чего им можно вновь пользоваться.

Инструкция по регенерации картриджа фильтра Арагон

1. Перекрыть воду, спустить давление.
2. Приготовить раствор из 40 г лимонной кислоты и двух столовых ложек соды на один литр воды. Так как происходит вспенивание, посуда для раствора должна быть емкостью 1,5-2 литра. Воду нужно наливать постепенно.
3. Картридж Арагон поставить в корпус, залить его раствором в количестве 0,6 л. Оставить на 12 часов, затем достать картридж и слить раствор.
4. Далее потребуется дополнительная обработка оставшимся раствором. Делать это лучше над раковиной. Жидкость льют через горловину и оставляют до полного стекания.
5. Затем нужно промыть устройство. Для этого используют сначала 3 литра чистой воды, которую заливают через горловину. Затем пленкой фиксируют ее и удаляют донную заглушку. Удерживая картридж вертикально, вливают еще 3 литра воды, после чего пленку удаляют, заглушку ставят на место. Останется поставить картридж на свое место в фильтре и включить устройство на несколько минут для промывки.

ВИДЕО ИНСТРУКЦИЯ

Таким образом, используя эту технологию, можно в домашних условиях без приобретения дорогостоящих средств, а лишь с использованием обычной соли можно неоднократно восстанавливать свойства ионообменных картриджей для вашего фильтра.

Загрузка катионита должна производиться через верхний люк фильтра вручную или с помощью гидрозагрузочного устройства.  

Загрузку катионита производят в заполненный водой на две трети фильтр. При загрузке учитывается коэффициент набухания катионита и отсюда определяют высоту загрузки сухого материала. После этого производят отмывку катионита от мелочи током воды снизу вверх. Na-катионит, кроме того, отмывается и от кислой воды током воды сверху вниз.  

После загрузки катионита в фильтр, залитый водой или раствором NaCl, набухания ионита в течение суток его промывают снизу вверх, снимают слой мелочи и грязи с поверхности и доводят высоту слоя до нормы. Затем закрывают фильтр, заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % - ной H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита. После подачи в фильтр необходимого количества крепкой кислоты поступление ее прекращают, а воду продолжают подавать с той же скоростью, сбрасывая пересыщенный гипсом отработавший, обычно нейтральный, регенерационный раствор. Количество сбрасываемого раствора с момента прекращения подачи кислоты должно быть равно объему катионита, загруженного в фильтр. После сброса этого количества раствора и снижения его жесткости до 10 - 15 мг-экв / л начинают заполнять бак для вторичного использования отработавшего регенераци-онного раствора кислоты или бак для взрыхления. После их заполнения, если отмывочная вода еще жесткая, продолжают отмывку, спуская отмывочную воду в канализацию.  

После загрузки катионита в фильтр, промывки его снизу вверх, снятия слоя мелочи и грязи с поверхности фильтр заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита.  

После загрузки катионита его промывают обратным током со скоростью 8 - 10 м / ч до светлой воды.  

Формула (2) имеет определенный практический смысл: определив коэффициент К, можно легко рассчитать объем загрузки катионита, необходимый для обработки требуемого количества раствора в заданное время. Имея заданным количество загруженного катионита, возможно определить время отработки ионообменной смолы.  

Отстойник и сатуратор были смонтированы, а расширение катионито вой части водоочистки было произведено силами цеха путем увеличения высоты фильтров на 1 м с соответственной загрузкой катионита и заменой глауконита сульфоуглем.  

Перед загрузкой в катионитных фильтрах наносят отметку (мелом) по его высоте, до которой должен быть загружен катионит, или определяют вес или объем необходимого к загрузке катионита. Следует учитывать степень его набухания а.  

Для рационального выбора схемы и конструкции Н - катионит-ного фильтра обессоливающей установки применительно к конкретному составу воды и условиям регенерации необходимо определять: высоту слоя катионита, который должен быть полностью-отрегенерирован кислотой, и удельный расход кислоты, обеспечивающий полную регенерацию необходимой части загрузки катионита.  

С целью повышения надежности работы фильтров действительный расход кислоты необходимо увеличивать на 20 - 30 % относительно найденного. Следует обратить внимание на то, что общая высота загрузки катионита должна при этом быть выбрана таким образом, чтобы при данном удельном расходе на регенерацию защитного слоя избыток ее был бы поглощен в последующих по ходу регенерата слоях катионита. Для соляной кислоты обеспечение отмеченных условий не представляет никаких затруднений, поскольку уже при стехиометрическом расходе ее на регенерацию высота полностью отрегенерированного слоя катионита значительно превышает высоту защитного слоя. Для серной кислоты обеспечение указанных условий несколько затруднено. Однако, как следует из § 5.7, при соблюдении определенных требований можно обеспечить необходимую степень регенерации данной высоты слоя и соответствующую глубину обработки.  

Действительно, при прямоточном нонировании в силу установившегося распределения ионов в колонке перед регенерацией вытесняемые в ходе регенерации раствором кислоты ионы кальция и магния удаляют из катионита ионы натрия, в результате чего после регенерации в катионите ионы натрия практически не содержатся. В случае етротивоточной регенерации ионы натрия вытесняются только одновалентными ионами водорода и проходят весь слой загрузки катионита. По етим причинам, как нам представляется, противоточный способ регенерации и ае нашел широкого применения при обычных условиях Н - катионирования.  

Согласно этим нормам, досыпка в ионитовые фильтры в первый год эксплуатации составляет 20 % Для сульфоугля, 15 % для катионита КУ-2, в последующие годы 12 % для сульфоугля, 7 % для КУ-2. По данным Мосэнерго, число фильтров для обоих сорбентов практически одинаково, так как при уменьшении объема загрузки катионита КУ-2 по сравнению с сульфо-углем (примерно в 2 раза) для взрыхления первого необходим большой объем водяной подушки.  

Загрузка ФСД состоит из катионы-та КУ-1Г производства Нижнетагильского завода пластмасс и анионита АВ-17 производства Кемеровского завода Карболит. В один ФСД с внутренней регенерацией загружен атионит КУ-2. Размер зерен катионитов составляет 0 5 - 1 0 мм, анионита 0 25 - 1 0 мм. Высота загрузки катионита во всех ФСД равна 600 мм, высота загрузки анионита в ФСД с внутренней регенерацией составляет 800 - 900 мм, в ФСД с выносной регенерацией 500 - 600 мм.