Установка умягчения

Из этой статьи вы узнаете:

1.   Что такое жесткая вода?
2.   Метод ионного обмена. Назначение и применение
3.   Виды установок умягчения
4.   Принцип работы
5.   Устройство установки умягчения
6.   Преимущества и недостатки

1.  Что такое жесткая вода?

В настоящее время с этой темой сталкивался почти каждый житель многоквартирного комплекса, коттеджа или загородного дома.

Жесткая вода негативно влияет на кожные покровы человека, а именно, сушит кожу, может вызвать зуд и раздражение. Она не только не очищает волосы при мытье головы, но также и портит их, оставляя липкий налет, вызывая ломкость волос, себорею и шелушения. Жесткая вода плохо вспенивается, что ведет к значительному перерасходу чистящих и моющих средств. Вследствие ее воздействия на стенках бытовых электроприборов, таких как электрический чайник, стиральная и посудомоечная машина, а также на внутренних поверхностях труб, унитаза и т.п., образуется «накипь» или известковый налет. При этом в процессе стирке достигнуть белизны вещей достаточно сложно, цветные вещи теряют свою насыщенность, а белые становятся тусклыми. Пить такую воду «из-под крана» не рекомендуется, ведь это может привести к развитию мочекаменной болезни и расстройству желудка.

Что же приводит к вышеперечисленным негативным последствием и что называется «жесткой водой»?

 Жесткая вода – такая вода, в которой концентрация магния и кальция – растворенных солей щелочноземельных металлов, значительно повышена.

 В зависимости от содержания таких солей вода подразделяется на (величина концентрации указана в градусах жесткости (°Ж), согласно ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости»):

 - мягкую (до 2 мг-экв/л, до 2°Ж);

- средней жесткости (2-10 мг-экв/л);

- жесткую (более 10 мг-экв/л).

Рис. 1 Накипь на тене стиральной машины, причины жесткой воды

 В зависимости от общей концентрации всех солей жесткость воды относится к видам:

 - постоянная (некарбонатная). В такой воде присутствуют сульфаты и хлориды. Кипячение воды в данном случае не приведет к ее умягчению, поскольку эти примеси устойчивы к термическим воздействиям;

 - временная (карбонатная). В такой воде присутствуют гидрокарбонаты магния и кальция. Кипячение воды в данном случае успешно повлияет на умягчение воды, так как при повышении температуры вышеуказанные вещества распадаются на углекислый газ и карбонатный осадок.

 2.  Метод ионного обмена. Назначение и применение

 Метод ионного обмена состоит в проведении обратимой химической реакции, в которой используется способность ионитов – нерастворимых высокомолекулярных веществ природного, искусственного или синтетического происхождения, изменять в необходимом направлении ионный состав примесей воды. При ионном обмене иониты поглощают из раствора ионы положительного или отрицательного заряда в обмен на эквивалентное число ионов соответствующего знака из ионита. В зависимости от знака заряда заменяющихся ионов иониты подразделяют на катиониты и аниониты.

Ионит состоит из твердой матрицы и нанесенными на нее функциональными группами, которые при помещении в раствор образуют на поверхности ионита необходимый заряд. Вокруг твердой фазы образуется диффузный слой из ионов с противоположным знаком заряда (противоионы).

 Назначение

Данный метод активно применяют с целью выполнения очистки и умягчения воды. Водный поток фильтруется через специальные фильтроэлементы, в состав которых входит полимерная ионообменная смола. В процессе фильтрации из обрабатываемой воды удаляются ионы, из-за присутствия в воде которых возникает повышенная жесткость и щелочность. Принцип очистки состоит в том, что смола в фильтре задерживает нежелательные ионы (металлы, соли жесткости) и заменяет их на безопасные ионы.

 Ионообменная смола – зернистый материал, нерастворимый в воде или в обычных растворителях.

По структуре полимерной матрицы различают смолы трех типов:

 - гелевые;

- макропористые (пористые);

- промежуточная.

Рис. 2 Вид ионнобменной смолы

 Применение

 Ионообменные смолы обычно применяют с целью:

 - уменьшения количества солей и умягчения воды;

- сортировки и отбора металлов;

- очищения сточных вод;

- переработки отходов металлообработки;

- очищения и разделения веществ химического производства;

- катализатора органического синтеза.

 Ионообменные смолы используют в:

 - хозяйственно-питьевом водоснабжении (системы водоочистки) для удаления солей и умягчения воды;

- пищевой промышленности (производство сахара, бутилированной воды, алкогольные и слабоалкогольные напитки);

- фармацевтике;

- атомных электростанциях;

- теплоэлектростанциях;

- котельных и т.п..

 3. Виды установок умягчения

 В зависимости от режимов работы различают фильтрационные установки периодического и непрерывного действия.

В случае работы установки с периодическим действием система включает в себя всего из один корпус с фильтром, блок управления и солевой бак. В зависимости от расхода воды в определенное время суток (обычно ночью) происходит регенерация системы. Установка с таким действием имеет значительный недостаток – при разборе воды потребителями во время регенерации к ним может поступить неочищенная неумягченная вода.

Постоянная подача умягченной и очищенной воды наилучшим образом обеспечивается при помощи автоматических установок умягчения с непрерывным действием. Существующие установки предполагают наличие индивидуального бака с солевым раствором у каждой емкости.

Среди установок непрерывного умягчения различают модели, работающие по следующим схемам:

1)   Twin Parallel (с англ. «двойная параллельная»). По такой схеме в одной системе находятся две емкости, которые управляются параллельно друг другу одновременно при помощи двух блоков управления. Преимущество такой установки – двойная производительность системы благодаря одновременной работе фильтров умягчения. При этом регенерация систем выполняется поочередно, т.е. в процессе очищения фильтров одной емкости общая производительность такой установки уменьшается в два раза.

2)   Twin Alternative (с англ. «переменная двойная»). По такой схеме в системе находятся два параллельно соединенных резервуара, при этом постоянно воду фильтрует только один из них. Второй резервуар либо выполняет регенерацию системы, либо ожидает начало работы. Преимущество установки заключается в непрерывном выполнении умягчения воды с определенной производительностью.

Рис. 3 Установка непрерывного действия TWIN

 4. Принцип работы

 Ионообменное умягчение воды выполняется путем прохождения очищаемой воды через слой фильтрующей среды – гранул полимера, находящейся внутри корпуса установки умягчителя. При этом ионы кальция и магния, присутствующие в воде, заменяются безвредными ионами натрия, которые находятся на поверхности гранул ионита.

При истощении ресурсов системы в виде ионов натрия происходит автоматическая регенерация фильтрующей среды. Процесс умягчения воды состоит из пяти промывочных этапов. Один из них заключается в насыщении системы фильтрации заранее приготовленным солевым раствором, для обогащения системы ионами натрия.

Рис. 4 Схема регенерации воды

 Умягчение воды состоит из пяти ключевых этапов:

1) Фильтрация – стандартный режим работы;

2) Обратная промывка – очищение системы потоком воды, действующим в противоположном направлении фильтрующему потоку;

3) Пропуск восстанавливающего раствора и промывка – насыщение системы солевым раствором и последующей медленной воздушной промывки;

4) Прямая промывка – быстрая промывка системы прямым током воды для уплотнения фильтрации;

5) Наполнение солевого бака – заполнение бака водой для приготовления солевого раствора, необходимого для проведения следующей регенерации системы.

Регенерация фильтрующей системы выполняется в специально назваченное время наименьшего водопользования потребителями. Это обусловлено тем, чтобы в процессе умягчения часть неочищенной воды не попала к потребителю, когда тот, к примеру, откроет кран.

На производстве, где подача качественной воды необходима постоянно, данная проблема решается установкой двойной системы «дуплекс». Тогда фильтр автоматически сам способен блокировать подачу неочищенной воды потребителю при проведении восстановительных работ системы фильтрации.

 5.  Устройство установки умягчения

По форме система умягчителя воды представляет собой цилиндрическую колонну с клапанами управления в верхней части. Внутри «колонна» на 60% заполнена фильтрующим составом. Клапан управления оснащен дистрибьютеорм с помощью которого предотвращается вымывание и попадание неочищенной воды при регенерации фильтра системы.

Бак с солевым раствором обычно находится рядом с «колонной». Решетка, установленная на баке, позволяет удерживать соль на высоте 15-20 см от его дна. Также в баке предусмотрен специальный механизм «поплавок», через который проходит солевой раствор.

Клапан управления оснащен чипом с электронной платой, в которую заложена программа по настройке управления системой умягчителя. С помощью необходимых расчетов клапану системы задаются определенные параметры ресурсов и циклов фильтрации, а также указываются промежутки времени для выполнения регенерации системы.

Стандартная установка умягчения воды состоит из:

- пластиковых емкостей (2 шт.), выполненные из армированного стекловолокна;

- систем распределителей;

- клапанов автоматического управления;

- материала с фильтрующей способностью;

- бака для солевого раствора.

Рис. 5 Устройство установки умягчения непрерывного действия

Необходимость перевода фильтрующей системы в регенерационный режим определяется контроллером в зависимости от сигнала счетчика воды автоматически. При регенерации фильтров системы инжектор клапана управления засасывает солевой раствор из бака, в котором растворяется таблетированная соль, и пропускает его сквозь слой катионита. После чего использованный раствор промывается и происходит его утилизация в канализацию.

 6. Преимущества и недостатки

 Данный метод умягчения воды хоть и обладает значительным рядом преимуществ, однако, как и любой другой метод, он не лишен недостатков. В таблице рассмотрены основные достоинства и недостатки данного метода:

Ниже представленно видео по сборке установки уягчения непрерывного действия