Умягчение и обессоливание воды

Умягчение и обессоливание воды
Компания «Экополимер» разрабатывает и реализует ионообменные и мембранные технологии умягчения и обессоливания воды.

Умягчением называют процесс удаления из воды солей жесткости. Снижение жесткости до 0,1-0,2 мг-экв/л обеспечивается ионным обменом. При данном методе умягчение воды производится путем ее контакта с сильнокислотным катионитом в Na-форме, в результате чего из воды извлекаются ионы Са2+ и Mg2+ и замещаются ионом Na+. Солесодержание воды при этом практически не меняется. После насыщения загрузки ионами Са2+ и Mg2+ (исчерпания обменной емкости), требуется ее регенерация, т.е. обратный процесс замещения ионом Na+ ионов Са2+ и Mg2+. На катионите задерживаются и другие положительно заряженные ионы, например двухвалентное железо Fe2+ и ионы марганца. Таким образом, на катионите может производиться одновременное умягчение, обезжелезивание и деманганация, что наиболее существенно при низких рН исходной воды, когда не работают безреагентные методы обезжелезивания.

В качестве реагента используется 6-10% раствор хлорида натрия (поваренной соли). Раствор может готовиться с заданной концентрацией заранее в специальной емкости, либо получаться путем разбавления в эжекторе насыщенного 26% раствора из солерастворителя. Регенерация катионита длится около 30-40 минут, а отработанный регенерационный раствор сбрасывается в дренаж.

Оптимальной жесткость воды 1-2 мг-экв/л достигается путем смешения потоков глубоко умягченной воды после катионирования и воды с исходной жесткостью в расчетных соотношениях.

При наличии в воде повышенного содержания фтора, кремния, хлоридов, сульфатов и других растворенных веществ очистка воды в может производиться мембранными методами. 

При этом степень обессоливания воды определяется селективностью мембран. Обычно при обессоливании воды рассматривают два метода мембранного разделения: нанофильтрация и гиперфильтрацию (обратный осмос).

При нанофильтрации достигается частичное обессоливание воды (более точно умягчение воды), т.е. почти полное удаление солей жесткости (солей кальция и магния) совместно с двухзарядными анионами и частично – однозарядными катионами натрия и калия и анионами хлора.

Более полное обессоливание обеспечивает высоконапорный и низконапорный обратный осмос (гиперфильтрация). В этом случае эффективность обессоливания обеспечивается по всем компонентам (катионам и анионам).

Суммарная степень обессоливания зависит от катионного и анионного состава воды и ориентировочно составляет: для нанофильтрации 50 – 70%, для низконапорного обратного осмоса 80 – 95%, для высоконапорного 98 – 99%.

В обратном осмосе производительность мембранных элементов, расход энергии и, соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты незначительно зависят от солесодержания. При обратном осмосе количество солей в стоках близко к их количеству в питающей обратноосмотическую установку воде. Сброс воды после установок обратного осмоса (концентрат) имеет солесодержание в 2,5 – 4,0 раза большее, чем исходная вода, как правило, 1 – 2 г/л. Состав концентрата в стехиометрическом соотношении аналогичен составу исходной воды. Это дает возможность проводить сброс сточных вод (концентрата) без дополнительной очистки.

Однако при эксплуатации установок обратного осмоса дополнительным источником загрязнений в сбросах являются  составы для химической промывки мембран обратного осмоса. Правда, суммарное количество невелико по сравнению с теми количествами, которые используются для регенерации ионообменных смол.

Таким образом, в настоящий момент наилучшие экономические, экологические и технологические показатели будет иметь комбинированные схемы водоподготовки, когда первая стадия обессоливания воды осуществляется обратным осмосом, а более глубокая доочистка воды – ионным обменом или электродеионизацией (в случае использования на первой стадии двухступенчатого обратного осмоса). Такая схема позволяет сократить по сравнению с «чистым» ионным обменом расход реагентов и объем сброса в канализацию вредных веществ (примерно в 10 – 15 раз) при достижении высокого качества очистки воды. Именно такой вариант наиболее часто используют при проектировании и строительстве новых и реконструкции старых  технологических схем производства ультрачистой (деионизованной) воды.