Инновационная технология восстановления рабочих характеристик ионитов после их длительной эксплуатации.

Исследования, проведенные ученными нашего предприятия, показали, что количество и состав функциональных групп (т.е. критерии, определяющие основные технические характеристики ионитов) остаются практически неизменными как для нового, так и для «старого» ионита  (см. табл.1,  что свидетельствует о потенциальной возможности  доведения рабочих  характеристик ионитов  после  длительной эксплуатации  до качества нового ионита.

Таблица №1.

Сравнительные характеристики ионитов на различных стадиях эксплуатации.

Срок эксплуатации РОЕ Г-Экв/м3 ПОЕ Г-Экв/м3 рК функциональных групп Коэф. неоднородности
КУ-2-8 в начальный период эксплуатации

 

650-800

 

 1250

               

          2,3

         

          4,5

КУ-2-8 через три года эксплуатации

 

370-450

 

1200

 

          2,6

 

          6,5

Исключение составляют случаи, когда эксплуатация ионита осуществлялась при температурах выше предельно допустимых, что могло привести к необратимости процессов вследствие деструкции матрицы ионита из-за низкой механической прочности. Во всех остальных случаях рабочие характеристики восстановленных ионитов зависят исключительно от эффективности применяемых методов восстановительных обработок.

Как свидетельствует представленная ниже аннотированная информация о результата исследований, проведенных авторами настоящей работы, в случае квалифицированного подбора технологии восстановительной обработки,  дальнейшая эксплуатация восстановленного ионита практически не отличается от  эксплуатации нового ионита.

Исходя из изложенных выше теоретических предпосылок, был разработан, представленный ниже технологический режим восстановительных обработок. Разработанный режим восстановительных обработок основан на учете полноты   удаления загрязнений, накопившихся матрицы ионита, имевшей изначально ухудшенные кинетические характеристики. Нами было показано что, при всех других вариантах (режимах) восстановительных обработок, их эффективность будет иметь кратковременный характер.

Табл. 2.

Сравнительные характеристики нового КУ-2-8 и после двух лет его эксплуатации.

пп

Наименование

показателей

Новый После двух лет эксплуатации.
1. Функциональные группы* Монофункциональный сульфокатионит. Монофункциональный сульфокатионит.
2. Внешний вид Сферические зерна светло желтого цвета Сферические зерна темно желтого цвета
3.

Гранулометрический состав:

а) размер зерен, мм

б) содержание рабочей фракции, %

в) эффективный размер зерен, мм, не более

г) коэффициент однородности, не более

0.35 - 1.25
95
0.6
1.6
0.35 – 1.25
93
0.55
1.6 – 1.8
4 Удельный расход воды на отмывку от продуктов ренерации м33 4,5 6,2
5. Динамическая обменная емкость г-экв/м3, не менее 680 420

Как видно из представленных в табл. 2 материалов в процессе этой эксплуатации  ионита его основные  рабочие характеристики претерпели существенные ухудшения:  на ~  40% ухудшилась величина ДОЕ ( с 0,68 до 0,42 мг-­экв/мл) и на ~ 30%, увеличился удельный расход воды на отмывку от продуктов регенерации (с 4,5 до 6,2 м33).

 Для данного ионита была подобрана технология много-этапной восстановительной обработки. При этом, не смотря на  то, что по результатам лабораторного контроля в процессе обработки на первых этапах из матрицы   ионита  было удалено значительное количество  загрязнений (определялось как визуально так и по данным хим.анализа), его кинетические характеристики, определяемые по глубине очистки воды от основных нормируемых показателей, даже несколько ухудшились. 

На первоначальных фильтроциклах, после последующих этапов восстановительной обработки, кинетические характеристики  (включая ДОЕ) улучшились на 20-55%, что имело для эксплуатации принципиально важное значение. Однако при последующих 3-4 фильтроциклах происходило их повторное снижение до практически изначального состояния, что делало экономически нецелесообразным дальнейшую эксплуатацию этих фильтров.

Возникновение такой ситуации возможно только в том случае, если предположить,  что  на первых  этапах  восстановительной   обработки произошла диффузия загрязнений из тупиковых зон  матрицы на  её периферийные  участки, что  с одной  стороны “разуплотнило” эти загрязнения в одних частях матрицы,  с другой стороны,  привело к ухудшению кинетики реакций ионного обмена в её других частях.

 Последующая эксплуатация восстановленного катионита подтвердила  этот вывод: в  течение 6-ти месяцев наблюдения за фильтром,  в  котором эксплуатировался восстановленный катионит  не было замечено каких либо отклонений в  сравнении  с эксплуатацией нового монофункционального сульфокатионита.

 

Примерная программа работ по восстановлению эксплуатационных характеристик ионитов ВПУ предприятий теплоэнергетики, ухудшившихся вследствие длительной эксплуатации.

В процессе эксплуатации рабочие характеристики стандартных ионитов гелевой структуры ухудшаются. Ухудшение рабочих характеристик ионитов проявляется в виде падения их рабочей обменной емкости, повышением удельных расходов реагентов на регенерацию и воды на собственные нужды фильтра, в том числе за счет значительного увеличения длительности отмывки фильтра, ухудшением качества умягченной воды|.

Исследования характеристик “отработанных” ионитов показывают, что количество и состав функциональных групп (т.е. критерии определяющие значение полной обменной емкости) остаются практически неизменными как для новой, так и для старой смолы. Фракционный состав нового и старого ионита ВПУ для ВПУ большинства предприятий теплоэнергетики также практически одинаков. Затраты на восстановительные обработки этого катионита значительно ниже затрат на приобретение нового катионита.  Все это свидетельствует о целесообразности восстановления рабочих характеристик ионитов, загруженных в фильтры ВПУ теплоэнергетических предприятий   после их длительной эксплуатации до качества нового ионита.

Выполнение работ по восстановлению рабочих характеристик катионита состоит из следующих двух этапов:

1-й этап- очистка наружной поверхности зерен катионита от сорбированных механических примесей, имеющих хорошую адгезию к их поверхности. Применяется щелочная диспергирующая присадка для очистки наружной поверхности зерен катионита.

Часть диспергирующей присадки для первого этапа обработки применяется для коррекции раствора на второй стадии второго этапа обработки

2-й этап-  деблокирующая обработка внутри гелевых пор катионита от необратимо поглощенных примесей. Применяется реагент для деблокирующей обработки внутри гелевых пор катионита. Обработка 2-го этапа проводится в две стадии: 1-я стадия- удаление необратимо поглощенных ионов тяжелых металлов путем образования водорастворимых комплексонатов при относительно низких значениях рН; 2-я стадия – внутри гелевая очистка катионита от трудно растворимых форм щелочно-земельных металлов путем образования водорастворимых комплексонатов при повышенных значениях рН

Условия обработки.

Восстановление проводится непосредственно в фильтрах. Предварительно материал выгружается из фильтра, проверяется состояние нижнего ДРУ путем подачи воды на него и визуального определения равномерности распределения потока по сечению фильтра. При обнаружении дефектов ДРУ они устраняются.

Для обработки понадобится воздух (подача через гибкий шланг и пробоотборник выдачи на фильтре).

Необходимые для обработки реагенты вводятся через верхний люк.

Для обработки понадобится температура. Надо ожидать, что вода перед ВПУ не греется или греется недостаточно. Для восстановительных обработок катионита и процессов регенерации крайне желательно использование подогретой воды (30-50 оС).

Ход обработки.1-й этап.

  1. Катионит находится в фильтре в набухшем состоянии.
  2. Вода из фильта предварительно сдренирована.
  3. Залить 15-20 г/л водяного объема первую композицию (рН >9).
  4. Добавить подогретой воды до уровня 100-200 мм над слоем катионита.
  5. Подать воздух на взрыхление. Визуально должно наблюдаться равномерное кипение слоя катионита без выбрасывания зерен катионита на стенки фильтра
  6. Длительность обработки с воздухом 4-6 часов.
  7. После прекращения подачи воздуха провести интенсивную взрыхляющую промывку (интенсивность максимальная, но должен быть исключен вынос рабочих фракций).
  8. Длительность взрыхляющей промывки до полного осветления воды.
  9. Вскрыть фильтр. Подрезать (удалить) верхний слой мелких (нерабочих) фракций катионита.
  10. Визуально определить остаточную загрязненность наружной поверхности катионита. При наличии следов грязи операции по п.п. 1.2.-1.8. повторить, для чего использовать часть оставшейся порцию реагента.
  11. Отобрать пробу катионита для передачи на проведение анализа.

2-й этап.

  1. Катионит находится в фильтре в набухшем состоянии. Вода из фильтра предварительно сдренирована.

   1-я стадия-  удаление необратимо поглощенных ионов тяжелых металлов

  1. Залить ~20 г/л второго раствора реагента (контроль в соответствии с п. 1.6 с учетом п. 1.4).
  2. Добавить подогретой воды до уровня 100-200 мм над слоем катионита.
  3. Подать воздух на взрыхление. Визуально должно наблюдаться равномерное кипение слоя катионита без выбрасывания зерен катионита на стенки фильтра
  4. В процессе обработки контролировать величину показателя рН, который должен составлять 4-5 ед. (по лакмусовой бумаге или щелочность по смешанному индикатору). (в процессе обработки Рн будет расти необходимо стремиться его удержать в заданном диапазоне добавлением свежих порций второго реагента).

Примечание.  Более низкие значения Рн нежелательны из-за коррозии корпуса, который не защищен. Периодичность контроля и коррекции – ежечасно. Длительность обработки 6-8 часов.

   2-я стадия – внутри гелевая очистка катионита от трудно растворимых форм щелочно-земельных металлов.

  1. Промыть водой, добавить новую порцию реагента (~15г/л) + реагент первого этапа до Рн > 8 ед. 

  2. Контролировать и корректировать величину рН вводом первого реагента

  3. Длительность обработки 10-12 часов или до полного использования запасов реагентов.

  4. Отобрать пробу катионита для передачи на проведение анализа.

Группа компаний "Аква Форсайт"