Водоподготовка для лакокрасочных производств

Для производства лакокрасочной продукции на водной основе требуется обессоленная вода достаточно высокой чистоты, а для обеспечения работы теплообменного оборудования – умягченная вода. На первом этапе для ООО «Лакра-Синтез» были разработаны простые и дешевые установки водоподготовки с ручным управлением небольшой производительности, которые обеспечивали в течение 5 лет это производство.

Для получения обессоленной воды из воды Московского водопровода, имеющей достаточно высокое качество, (солесодержание 250–400 мг/л, железо – менее 0,3 мг/л), служила установка водоподготовки, схема которой показана на рис 4.15. Она состоит из:

• ионообменных фильтров с катионитом в Н-форме и анионитом в ОН-форме;
• микрофильтра очистки воды от взвесей;
• панели управления-мнемосхемы с ротаметрами для контроля расхода воды и концентрированных реагентов, запорными кранами и регулирующими вентилями, эжекторами и манометрами, размещенными на общей раме (рис. 4.15);
• кондуктометра-индикатора для контроля качества очистки воды.

Рис. 4.15. Схема установки обессоливания воды. Движение воды в режиме очистки

Вне рамы установлена емкость ( Б1 ) для смешения и нейтрализации регенератов и разбавления их промывочной водой.

При обессоливании вода поступает из напорного трубопровода и через регулирующий вентиль 1 и ротаметр Р1 подается последовательно в фильтры с сильнокислотным катионитом КУ-2-8 Ф1 в Н-форме и послойно загруженными слабо- и сильноосновными анионитами А-500 P +АВ-17-8 ( Ф2 ) в ОН-форме, а затем в микрофильтр ( Ф3 ) для очистки от возможных уносов частиц ионитов. При прохождении воды через слои ионитов из нее извлекаются ионы растворенных солей, т.е. он обессоливается. Качество обессоливания воды контролируется кондуктометром-индикатором ( П1 ). При ухудшении качества очистки воды подается световой и звуковой сигналы.

Для включения установки в работу необходимо «набрать» на панели-мнемосхеме схему очистки, т. е. открыть соответствующие шаровые краны, как показано на рис. 4.15.

Обслуживание установки в этом режиме сводится к поддержанию необходимого расхода воды и периодическому наблюдению за показаниями и сигналами кондуктометра. При ухудшении качества очистки включается световой и звуковой сигналы. В этом случае необходимо произвести регенерацию фильтров.

Для включения установки водоподготовки на регенерацию необходимо «набрать» на панели-мнемосхеме схему регенерации. Регенерация отработанных катионита и анионита в фильтрах проводится растворами соляной (~10%) кислоты и щелочи (~10%), которые приготавливаются из концентрированных (30%-ной соляной кислоты и 40%-ной щелочи) товарных реа гентов, засасывающихся эжекторами ( Э1 , Э2 ) из бутылей объемом по 20 л . Бутыли располагают рядом с установкой водоподготовки. Затем фильтры отмываются водой, движущейся в том же направлении.

Регенерация проводится в противоточном режиме при подаче регенерационного раствора снизу фильтра, что позволило сократить расход реагентов и объем отходов. Отсутствие уноса ионитов определяется по смотровым стеклам ( С1 , С2 ).

Окончательная отмывка фильтров производится аналогично рабочему процессу, т. е. при пропускании воды последовательно через оба ионитных фильтра, но получаемая некондиционная вода сбрасывается в сборник регенератов и разбавляет их. После отмывки фильтров, что определяется по кондуктометру, установка вновь включается в работу.

Загрязнение микрофильтра определяется повышением давления на манометре ( М3 ) выше 1,0 атм.

Технические характеристики установки водоподготовки:

Установка состоит из рамы, внутри которой размещены 2 фильтра, а на ее лицевой и боковой панелях – все органы управления.

Габариты, мм:

Ширина x Длина x Высота

500 x 1800 x 2000

Производительность установки водоподготовки по обессоленной воде:

• номинальная 0,3–0,5 м³/ч;
• максимальная до 1,0 м^З/ч.

Удельная электрическая проводимость обессоленной воды – 20–50 мкСм/см при электропроводности исходной воды – не более 500 мкСм/см.

Количество обработанной воды в узле обессоливания до очередной регенерации не менее 15–20 м^З.

Продолжительность регенерации и первоначальной отмывки – до 4 часов.

Объем регенератов и промывных вод – до 1,0 м³.

Фильтры собственной разработки изготовлены из стеклопластика и нержавеющей стали.

Габариты: диаметр – 360 мм , высота – 1500 мм .

Объем общий – 150 л . Объем загрузки – 100 л .

Многолетняя эксплуатация такой простой установки водоподготовки показала ее достаточно высокую надежность. Она постоянно обеспечивала необходимое качество воды. При этом проведение ручной регенерации с использованием концентрированных агрессивных реагентов требовало наличия обученного персонала и соблюдения правил безопасности. Возникали проблемы и со сбросом концентрированных регенератов.

При развитии производства потребовалось значительно увеличить производительность по обессоленной и умягченной воде. В связи с тем, что качество воды на новой территории оказалось значительно хуже: солесодержание до 950 мг/л, жесткость до 10 мг-экв/л, содержание железа до 1 мг/л, наличие взвесей и органических загрязнений, была разработана новая аппаратурно-технологическая схема водоподготовки (рис. 4.16). Она обеспечивает получение воды необходимого качества в автоматическом режиме работы при отсутствии необходимости применения агрессивных реагентов.

Очистка воды производится методами механической фильтрации, сорбции, обезжелезивания, а также умягчения (натрий-катионирования) и обессоливания методом обратного осмоса .

Механическая фильтрация, сорбция и обезжелезивание совмещены в одном фильтре, загруженном высокопрочным активированным углем. При прохождении через него исходной воды одновременно происходит удаление органических загрязнений, окисление двухвалентного железа и извлечение взвеси окислов железа, а также взвешенных веществ.

Умягчение воды производится на сильнокислотном катионите Purolite C -100.

Обессоливание воды осуществляется методом обратного осмоса на низконапорных высокоселективных малозагрязняемых мембранах типа BW 30 размером 4040 производства « Dow Chemical ».

Основные требования к показателям качества исходной воды, обрабатываемой на установке:

мутность (взвешенные вещества) не более 5 мг/л

цветность по стандартной шкале не более 30 градусов

нефтепродукты менее 0,2 мг/л

окисляемость перманганатная не более 6 мгО₂ /л

содержание общего железа не более 5 мг/л

общая жесткость 2–15 мг-экв/л

температура обрабатываемой воды 5–40 °С

Данная установка водоподготовки обеспечивает в умягченной воде общую жесткость воды до 0,05–0,2 мг-экв/л, содержание железа – менее 0,2 мг/л, окисляемость – менее 3 мг О₂ /л, а солесодержание обессоленной воды – менее 15 мг/л.

Умягченная вода используется для подпитки оборотного водоснабжения и как исходная для установки обратного осмоса .

Установка водоподготовки включает в себя (рис. 4.16, 4.17):

Рис. 4.16. Схема установки водоподготовки:

1 – грязевик; 2–9 – запорные краны; 10 – пробоотборники; Ф1 – механический фильтр; Ф2, Ф3 – ионообменные фильтры

– фильтр совмещенного удаления органики, механической фильтрации обезжелезивания ( Ф1 );

– фильтры умягчения воды ( Ф2 , Ф3 );

– обессоливающую установку ДВС-150-4;

– контрольные манометры;

– шаровые краны для отключения отдельных аппаратов ( 2 – 8 );

– пробоотборники ( 10 );

Технические характеристики узла обезжелезивания воды – сорбции органики:

– марка фильтров – BF -2469Т-285 S ;

– режим работы – автоматический с включением регенерации по таймеру;

– производительность номинальная – 3,5 м³/ч;

– производительность максимальная – 4,5 м³/ч;

– скорость раствора при номинальном режиме линейная – 12 м/ч;

– габариты, мм диаметр высота

фильтра 610 x 1780

– объем активированного угля в одном фильтре – 300 л .

Рис. 4.17. Установка водоподготовки

Технические характеристики узла ионообменного умягчения воды :

– марка – SF -2469 M -285 S ;

– режим работы – автоматический с включением регенерации по счетчику расхода воды;

– производительность номинальная – до 3,5 м³/ч;

– производительность максимальная – 15 м³/ч;

– скорость раствора при номинальном режиме линейная – 12 м/ч;

– скорость раствора при номинальном режиме объемная – 40 м³/ч;

– габариты, мм диаметр высота

фильтра 610 x 1780

бака-солерастворителя 740 x 1110

– объем катионита, л – 300;

– рабочая обменная емкость фильтра при дозе соли на регенерацию 80–150 г/л смолы, г-экв – 280–340;

Применение фильтров большого объема при относительно небольшой производительности установки водоподготовки объясняется необходимостью обеспечить их работу при 1 регенерации в сутки при столь высокой жесткости воды. Их максимальная производительность используется не более чем на 20% и ограничивается производительностью механического фильтра.

Для обессоливания воды была использована серийная установка водоподготовки ДВС-М/150-4, производимая НПК «Медиана-Фильтр» (рис. 4.17, 4.18). Установка водоподготовки представляет собой раму из нержавеющей стали на которой размещены микрофильтры Ф1 , Ф2 , насос высокого давления Н1 , блок обратноосмотических мембран , ротаметры F 1 , F 2 , F 3 , щит управления, регулирующие вентили и клапаны.

Рис. 4.18. Гидравлическая схема обратноосмотической установки ДВС-М/150-4

Технические характеристики установки обессоливания воды обратным осмосом:

– марка ДВС-М/150-4;

– режим работы – автоматический с выключением при снижении давления питающей воды и повышению давления на выходе установки;

– производительность номинальная – 0,7 м³/ч при 10 °С;

максимальная – до 1,25 м³/ч при 25 °С

– габариты, мм ширина x длина x высота

750 x 800 x 1800

– регенерация мембран в ручном режиме при повышении давления, снижению расхода пермеата или снижению его качества;

– масса установки – 180 кг ;

– рабочее давление на мембранном блоке – 10–12 бар;

– максимально допустимое давление для мембранных элементов, бар – 18;

– максимально допустимый перепад давлений (на один мембранный элемент), бар – не более 1;

– рН, рабочий диапазон – 2–11;

– рН, диапазон при химической мойки и санации (30 мин) 1–12;

– установленная мощность – 2,2 кВт;

– степень обессоливания входной воды – 98%.

Работа обратноосмотической установки водоподготовки

В состав установки водоподготовки ДВС-М/150-4 входят: блок микрофильтрации, мембранный блок, блок управления работой установки и контроля качества воды, блок химической мойки и регенерации, контрольно-измерительные приборы, запорно-регулирующая арматура (рис. 4.18).

Предварительно подготовленная вода с установки обезжелезивания и умягчения воды подается на блок предварительной очистки , состоящий из фильтров Ф1 с рейтингом 20 мкм и Ф2 с рейтингом 5 мкм, удаляющий из воды взвешенные нерастворимые частицы размером более 5 мкм. Степень загрязнения фильтрэлементов определяется по перепаду давления на манометрах Р1 и Р2 .

Далее вода поступает на повышающий насос Н1 . Под давлением около 10–12 атм или 14–16 атм (в зависимости от типа установленных мембран обратного осмоса), создаваемым насосом Н1 , вода проходит через мембранный блок, где на специальных малозагрязняемых мембранах происходит разделение потока исходной воды на фильтрат или пермеат, т. е. воду, прошедшую через мембрану обратного осмоса и полностью очищенную от всех взвешенных частиц и на 95–99% от растворенных в ней минеральных солей) и концентрат – воду, содержащую все извлеченные частицы и растворенные соли.

В данной конструкции используются 4 мембранных элемента обратного осмоса типа BW 30 типоразмера 4040, размещенных в мембранных корпусах из нержавеющей стали. Обратноосмотические мембранные элементы включены параллельно по фильтрату и последовательно по концентрату. Т. е. концентрат с первого модуля поступает во второй (рис. 4.18), где из него дополнительно извлекается чистая вода, затем на третий и четвертый. Это дает возможность существенно сократить расход подготовленной исходной воды и объем сбрасываемого концентрата. Так при одинаковом давлении воды на входе в обратноосмотический мембранный блок соотношение потоков фильтрата и концентрата должно составлять приблизительно:

1 : 4–5	для ДВС-М/150-4-1 с одним модулем
1 : 2–3	для ДВС-М/150-4-2 с двумя модулями
1 : 2	для ДВС-М/150-4-3 с тремя модулями
1 : 1,2–1,8	для ДВС М/150-4-4 с четырьмя модулями

Концентрат частично направляется на вход насоса по петле рециркуляции, а остальная его часть сливается в дренаж (канализацию).

Рециркуляция концентрата, расход которого регулируется дросселем Др2 , позволяет дополнительно сократить потребность в исходной воде при незначительном ухудшении качества очищенной воды. Так соотношение расходов фильтрат : концентрат составляет:

1 : 2–2,5	для ДВС-М/150-4-1
1 : 1–1,5	для ДВС-М/150-4-2
1 : 0,75–1	для ДВС-М/150-4-3
1 : 0,6–0,75	для ДВС М/150-4-4;

Установка рабочего режима производится дросселем концентрата Др1, которым регулируется рабочее давление на мембранном блоке.

Фильтрат, т. е. обессоленная вода, поступает в накопительную емкость. Его качество контролируется по показаниям датчика электропроводности Q Е1. При несоответствии качества заданному контроллер включает режим гидравлической промывки мембран обратного осмоса.

Очень важным, с точки зрения обеспечения максимальной продолжительности эксплуатации обратноосмотических элементов, является наличие так называемой фазы гидравлической промывки мембранного блока, проводимой перед началом производства чистой воды, и в течение рабочего режима очистки, с интервалом в 1 ч. Быстрая гидравлическая промывка осуществляется путем открытия клапана К2 , расположенного параллельно с дросселем Др1 . Вследствие этого резко возрастает поток воды через мембранный блок в цепи концентрата и падает рабочее давление на мембранах. Длительность гидравлической промывки составляет 10–50 сек.

При необходимости внеочередную гидравлическую промывку можно провести вручную, полностью открыв дроссель концентрата Др1 .

Блок автоматического управления работой установки водоподготовки и контроля качества воды

Блок управления реализован на электронном программируемом контроллере, который позволяет максимально автоматизировать процесс получения очищенной воды. Блок включает встроенные кондуктометры, к нему подсоединены датчики давления, сухого хода, температуры и исполнительные электромагнитные клапана.

На экране монитора контроллера отображаются величины значений электропроводности воды, температуры, состояния насосов, клапанов и т. д. Также по сообщениям в бегущей строке (в автоматическом режиме работы) можно судить о фазе работы установки и наличию аварийных ситуаций.

Блок химической мойки и регенерации

В процессе эксплуатации мембраны обратного осмоса забиваются отложениями солей жесткости, коагулировавшими коллоидами и органическими соединениями, что влечет за собой значительное снижение производительности и ухудшение качества получаемого пермеата. Для устранения этих отрицательных явлений периодически производится химическая мойка обратноосмотических мембран. Для ее проведения в составе установки водоподготовки предусмотрен блок химической мойки. Он включает в себя:

• бак для приготовления моющего раствора;
• фильтр-сетку для очистки моющего раствора от крупных механических примесей, которые могут вывести из строя насос Н2 ;
• насос Н2 , для обеспечения потока и давления моющего раствора, подаваемого на мембранный блок;
• комплект дополнительных шлангов для подключения блока мойки к мембранному блоку.

Дальнейшее увеличение потребности в умягченной воде при очень низком качестве исходной воды (наличие в ней нефтепродуктов) потребовало изменить подход к ее очистке. Для получения воды заданного качества при приемлемой продолжительности работы активированного угля на первой стадии очистки воды (рис. 4.19) используется эжекторная отдувка растворенных летучих низкомолекулярных органических загряз нений. Подача исходной воды в бак 1 производится через электромагнитный клапан 10 и воздушный эжектор 4 собственной разработки. Получаемая в нем водо-воздушная смесь имеет большое воздушное насыщение. При ее отстаивании практически все летучие органические соединения удаляются вместе с воздухом из воды и выводятся в вентиляцию.

Рис. 4.19. Схема установки водоподготовки:

1 – бак отдувки органики; 2 – фильтры сорбции, обезжелезивания, механической фильтрации; 3 – фильтры умягчения; 4 – эжектор; 5 – коллектор сбросной воды; 6 – насос; 7 – реле давления; 8 – манометр; 9 – гидробак; 10 – электромагнитный клапан; 11, 12 – датчики уровня; 13 – уровнемер; 14, 15 – запорные краны; 16 – пробоотбрники; 17 – блоки управления таймерные; 18 – блоки управления умягчением со счетчиками воды

Уровень жидкости в баке поддерживается уровнемером 13 .

При открывании клапана 14 на выходе из установки давление в системе и гидробаке 9 падает, включается реле давления 7 и начинает работать питающий насос 6 второго подъема, который создает заданный расход воды в установке.

Оставшиеся органические загрязнения воды удаляются на активирован ном угле в фильтрах 2 , а умягчение воды производится на батарее фильтров 3, как и в предыдущей установке водоподготовки.