Однокамерные системы
Двойная среда - наиболее
ранним методом многофункционального использования двойной среды в одинарном резервуаре домашнего умягчителя воды считается добавление 0.2 куб. фута гранулированного активированного угля к 1.0 куб. футу катионита. Уголь предназначен для улучшения вкуса воды за счет адсорбции остаточного хлора, присутствующего в воде из муниципальных источников водоснабжения, и удаления органических веществ, которые могли присутствовать в воде из поверхностных источников.
Рис. 9.1. Однокамерная многофункциональная установка для очистки воды
Таблица 9-1 Многофункциональные одно и двухкамерные системы очистки воды
| Наполнители |
|||
| Категории |
Стандартные Стадии |
Используемые фильтрующие материалы |
|
| обработки |
Компонент 1 Фильтрующий материал или специальный ионообменник |
Компонент II Используемый ионообменный материал |
|
| 1. Однокамерная система |
|||
| А. 2 фильтрующих материала (послойное расположение) |
Адсорбция вкуса и запаха/ умягчение |
Гранулированный активированный уголь |
Сильнокислотный катионит |
| Фильтрация мутности и взвешенных частиц / умягчение |
Песок или антрацит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Коррекция кислотности (pH) / умягчение |
Кальцит, или смесь кальцита и оксида магния |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление железа и сероводорода/умягчение |
Обработанный марганцем гринсанд или синтетический цеолит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление цветности/ умягчение |
Обработанный марганцем гринсанд или синтетический цеолит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление цветности/ умягчение |
Сильноосновной анионит 1 класса (крупнопористый) |
Сильнокислотный катионит |
Таблица 9-1 (продолжение) Многофункциональные одно и двухкамерные системы очистки воды
| Наполнители |
|||
| Категории |
Стандартные Стадии |
Используемые фильтрующие материалы |
|
| обработки |
Компонент 1 Фильтрующий материал или специальный ионообменник |
Компонент II Используемый ионообменный материал |
|
| 1. Однокамерная система |
|||
| А. 2 фильтрующих материала (послойное расположение) |
Адсорбция вкуса и запаха/ умягчение |
Гранулированный активированный уголь |
Сильнокислотный катионит |
| Фильтрация мутности и взвешенных частиц / умягчение |
Песок или антрацит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Коррекция кислотности (pH) / умягчение |
Кальцит, или смесь кальцита и оксида магния |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление железа и сероводорода/умягчение |
Обработанный марганцем гринсанд или синтетический цеолит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление цветности/ умягчение |
Обработанный марганцем гринсанд или синтетический цеолит |
Сильнокислотный катионит |
|
| Удаление цветности/ умягчение |
Сильноосновной анионит 1 класса (крупнопористый) |
Сильнокислотный катионит |
Таблица 9-1 (продолжение) Многофункциональные одно и двухкамерные системы очистки воды
| Категории |
Стандартные Стадии обработки |
Наполнители |
|
| Используемые фильтрующие материалы |
|||
| Компонент I Фильтрующий материал или специальный ионообменник |
Компонент II Используемый ионообменный материал |
||
| Удаление органики, бактерий / умягчение |
Импрегнированный серебром гранулированный активированный уголь, или Импрегнированный серебром катионит |
Сильнокислотный катионит |
|
| В. 2 фильтрующих материала (перемешанные) |
Адсорбция запаха и вкуса/ умягчение |
Гранулированный активированный уголь |
Сильнокислотный катионит |
| С. Один многофункциональный фильтрующий материал |
Коррекция кислотности (рН)/удаление железа/ умягчение |
------------------------------------------ |
Слабокислотный (карбоксильный) катионит |
| Удаление железа и сероводорода /умягчение |
------------------------------------------ |
Катионит, синтетический обработанный марганцем цеолит |
|
| Умягчение /удаление растворенного железа |
------------------------------------------ |
Сильнокислотный катионит |
|
| II. Двухкамерная система (одна загрузка в одном резервуаре) |
Коррекция кислотности (pH) / фильтрация / умягчение |
Кальцит или смесь оксида магния с кальцитом |
Сильнокислотный катионит |
Таблица 9-1 (продолжение) Многофункциональные одно и двухкамерные системы очистки воды
| Наполнители
|
|||
| Категории |
Стандартные Стадии |
Используемые фильтрующие материалы |
|
| обработки |
Компонент I Фильтрующий материал или специальный ионообменник |
Компонент II Используемый ионообменный материал |
|
| А. Разделенные слои, две и более фильтрующих материала |
Адсорбция запаха и вкуса / фильтрация / умягчение |
Гранулированный активированный уголь |
Сильнокислотный катионит |
| Снижение содержания нитратов и сульфатов / умягчение (противоточная регенерация) |
Сильнокислотный катионит |
Сильноосновной анионит II класса |
|
| Фильтрация/коррекция кислотности (pH)/ удаление железа/ умягчение |
Инертный пластиковый наполнитель |
Слабокислотный катионит |
|
| Удаление цветности (таннинов) / умягчение |
Сильноосновной макропористый анионит I класса |
Сильнокислотный катионит |
|
| умягчение/ обесщелачивание (противоточная регенерация) |
Сильнокислотный катионит |
Сильноосновной анионит II класса |
Еще одно назначение активированного угля заключается в снижении высокого содержания остаточного хлора в муниципальных системах водоснабжения для предотвращения разрушения катионитов в умягчителях (см. Глава 3). Активированный уголь и катионообменная смола имеют приблизительно одинаковую плотность, поэтому, со временем, они хорошо смешиваются. Небольшой процент угля истощается примерно уже через год, в зависимости от уровня остаточного хлора, поступающего с водой.
Другим примером функционирования двойного слоя является смешивание двух катионитов. В 50-ых годах производились умягчители воды, загрузка которых состояла на одну треть из цеолита и на две трети - из катионита. Считалось, что они производят менее агрессивную мягкую воду, поскольку выщелачивание кремнезема из цеолита вызывает его оседание на внутренних поверхностях нагревателей воды и трубопроводов, формируя защитное покрытие. Еще одним примером двойного слоя была смесь карбонатного катионита (обычно 25%) с полистирольным катионитом (обычно 75%). Эта комбинация была эффективной при обработке воды, содержащей органическое железо, поскольку углеродный катионобменный материал имел исключительно высокое сродство с железом. (Однако, данный метод перестал применяться в Соединенных Штатах в 1974 году, так что этот успех считается историческим). Как цеолитный катионит, так и карбонатные катиониты имели уровни плотности, близкие к обычной катионобменной смоле, поэтому через некоторое время они смешивались. Однако, изначально смола всегда помещалась внизу слоя. И цеолит, и карбонатный катионит имеют чрезвычайно высокую пористость и состоят из гранул неправильной формы. Благодаря таким физическим характеристикам, эти два продукта также являются превосходными фильтрующими материалами.
В настоящее время есть два варианта загрузок, используемых в однокамерных двухслойных системах: (1) специальный активированный уголь / катионит, (2) анионит / катионит. В обоих случаях, слои гидравлически поддерживаются в изолированном состоянии благодаря контролю над скоростью потока обратной промывки. В первом варианте, специальный, импрегнированный серебром активированный уголь помещается поверх слоя катионита, где, помимо адсорбирования привкуса и запаха, он проявляет свои бактериостатические свойства и замедляет бактериальный рост. Во втором варианте, слой полистирольного/дивинилбензольного (DVB) или акрильного / дивинилбензольного (DVB) макропористого сильноосновного анионита, помещенный в обычном домашнем умягчителе воды над слоем катионита, полностью адсорбирует танины (гуминовые/фульвокислоты) и убирает желтоватый цвет, характерный для воды из некоторых источников.
В обеих этих двухслойных системах солевой раствор, предназначенный для регенерации смолы умягчителя, регенерирует также и другой слой загрузки. При использовании импрегнированного серебром угля не происходят никакие обменные реакции, однако, солевой раствор имеет свойство дегидратировать и удалять некоторые адсорбированные органические вещества. При использовании слоев катионита/анионита лучше применять противоточную регенерацию. Это дает возможность ионам натрия солевого раствора регенерировать катионит (Компонент II), в то время как хлорид-ионы регенерирует анионит (Компонент I двойного слоя (Таблица 9-1).
Следующим техническим достижением концепции «однокамерной» системы стало размещение катионобменной смолы в нижней части резервуара (Компонент II в полузажатом состоянии, с возможностью минимального расширения во время обратной промывки. Неподвижное сито или перегородка, установленные поперек внутренней части резервуара (рис. 9-1), создают по существу верхний (Компонент I) отсек с нисходящим рабочим потоком. В Компоненте I однокамерной системы можно использовать несколько материалов, включая активированный уголь, кальцит, смесь из кальцита и окиси магнезии, песок, антрацит или цеолит марганца. Во время обратной промывки вода проходит через полузажатый катионит к слою фильтрующей среды (в Компоненте I) и промывает верхний отсек, превышение над уровнем воды которого позволяет расширение слоя.
Одна загрузка, многофункциональная - ко второму классу однокамерных систем относятся системы, использующие одну загрузку, обычно ионообменник с многофункциональными свойствами. Другими словами, один обменник используется, чтобы удалить более одного нежелательного компонента из воды. Чаще всего для этой роли применяется стандартный водный умягчитель, который умягчает воду и одновременно удаляет растворенное железо. Популярность систем с одной загрузкой возросла с появлением слабокислотных (карбоксильных) катионитов (Таблица 9-1, I :С:1), которые позволяют повысить pH кислой воды и, в то же время, удалить растворенное железо и жесткость. Однако, для достижения этих целей нужно использовать слабокислотный катионит в сочетании со специально приготовленным регенерирующим солевым раствором.
Еще одним катионитом, который можно использовать в качестве единственной загрузки с многофункциональными свойствами, является марганцевая форма синтетического цеолита (Таблица 9-1, I:С:2). Этот катионит способен одновременно снижать уровень сероводорода и умягчать воду в одном аппарате. Чтобы осуществить такую «двойную» обработку воды, проводят две отдельные последовательные стадии регенерации растворами KMnO4 и NaCl. Еще одним примером двухцелевого использования ионного обмена для удаления сероводорода является катионообменная смола в марганцевой форме. Хотя информация по этому вопросу ограничена, известно, что катионообменная смола в марганцевой форме обладает свойством снижать содержание сероводорода и, в то же время, умягчать воду при условии двухфазной регенерации: регенерации KMnO4, за которым следует обработка раствором NaCl. Между этими двумя регенерациями необходимо проводить полную промывку фильтрующего материала. Емкость по умягчению составит около 20 килогрейн (25.8 г-экв) на 10 фунтов соли на кубический фут загрузки (160 г/л).
