Wielokolumnowe stacje zmiękczania wody

Dopasowanie parametrów wody do potrzeb użytkownika jest ważne nie tylko w przypadku wody pitnej, ale także przy przygotowywaniu wody do zastosowań przemysłowych. Jedną z cech, która zwykle musi być skorygowana, jest twardość wody. Wpływa ona bezpośrednio na stan całej używanej instalacji, a ponadto ma znaczenie dla wielu procesów, w których będzie wykorzystywana dostarczana woda, np. zdolności do zwilżania powierzchni.

Zastosowanie wody w procesach przemysłowych i metody jej uzdatniania

Woda jest jednym z podstawowych zasobów wykorzystywanych w działalności przemysłowej. Używa się jej zarówno w procesach technologicznych, jak i przy wykonywaniu zadań pomocniczych. Woda technologiczna jest stosowana jako jeden ze składników gotowego wyrobu – np. rozcieńczalnik, nośnik dodawanych substancji czy środek przedłużający trwałość lub umożliwiający wykorzystanie produktu. Może być potrzebna przy myciu surowców, ich przygotowaniu do dalszej obróbki, zabezpieczaniu przed wpływem innych czynników, transportowaniu czy sprawdzaniu rozmaitych parametrów. Woda często jest chłodziwem lub środkiem pozwalającym na czyszczenie maszyn i urządzeń. Szeroko wykorzystuje się wodę techniczną, która jest używana przy procesach pomocniczych, np. jako nośnik ciepła w instalacjach grzewczych, ale też systemach utrzymujących odpowiednią temperaturę stosowanych substancji. Używanie wody technologicznej i technicznej oznacza z reguły konieczność ścisłego dopasowania jej parametrów do potrzeb konkretnych zastosowań pod względem właściwości fizycznych, takich jak ciśnienie, przepływ lub temperatura, jak i składu chemicznego – informuje przedstawiciel firmy Global Concepts 2000, specjalizującej się w systemach uzdatniania wody i preparatach do jej dezynfekcji.

Uzdatnianie wody przemysłowej może obejmować działania służące poprawie różnych parametrów wody. W grę wchodzi zwykle pozbywanie się zanieczyszczeń dzięki filtracji mechanicznej, która umożliwia wychwycenie znajdujących się w wodzie substancji o określonych rozmiarach – drobin piasku, fragmentów rdzy lub uszczelnień, a także trafiających często do ujęć powierzchniowych fragmentów roślin czy organizmów żywych. Poprawiane są także chemiczne charakterystyki wody – w zależności od potrzeb. Do częściej prowadzonych metod filtracji chemicznej należy zmniejszanie zawartości żelaza i manganu, regulowanie kwasowości i zasadowości, a także eliminowanie zagrożeń mikrobiologicznych związanych z obecnością bakterii i wirusów. Poważnym wyzwaniem może być również zbyt wysoka twardość wody.

Wśród metod uzdatniania wody przemysłowej wykorzystuje się różne mechanizmy. Podstawą jest zwykle filtracja mechaniczna, która wiąże się z przepuszczaniem strumienia cieczy przez sito z oczkami o określonej wielkości lub wykorzystaniem złoża z materiałem o wysokiej porowatości. Możliwa jest także filtracja sedymentacyjna, prowadzona zarówno w zbiornikach, gdzie cząstki substancji zawieszonych w cieczy opadają na dno pod własnym ciężarem, jak i przy wykorzystaniu urządzeń wprawiających wodę w ruch wirowy, powodując gromadzenie się osadów w jednej strefie. Filtracja mechaniczna jest jednak uzupełniana także metodami chemicznymi i fizycznymi. Możliwe jest ozonowanie wody, w którego efekcie znajdujące się w wodzie zanieczyszczenia ulegają utlenieniu. Stosuje się odparowywanie, a następnie skraplanie wody czy naświetlanie promieniami UV-C, które mogą ją dezynfekować, pozbywając się substancji organicznych. Niezastąpionymi sposobami na poprawę charakterystyki wody przemysłowej jest stosowanie odpowiednich środków chemicznych. Ta ostatnia metoda jest również wykorzystywana w przemysłowych zmiękczaczach wody.

Instalacje do zmiękczania wody przemysłowej i ich użytkowanie

Większość instalacji przemysłowych jest użytkowana w ruchu ciągłym, co oznacza, że dostarczana na ich potrzeby woda musi być podawana przez cały czas, a wszelkie zmiany ciśnienia czy przepływu, podobnie jak różnice w składzie mogą powodować zmniejszenie wydajności, a nawet uszkodzenie instalacji i maszyn lub doprowadzić do zniszczenia materiałów. Wszystkie urządzenia do uzdatniania wody wykorzystywane w przemyśle powinny więc mieć możliwość pracy w odpowiednim reżimie technologicznym, być odporne na zakłócenia i awarie oraz pozwalać na elastyczne reagowanie na zmiany zapotrzebowania. Reguły te dotyczą nie tylko klasycznych urządzeń filtrujących, ale również przemysłowych stacji do zmiękczania wody.

Przemysłowe zmiękczacze wody pracują na podobnej zasadzie, co urządzenia wykorzystywane na potrzeby gospodarstw domowych czy mniejszych firm i zakładów usługowych. Podstawowym celem ich działania jest zredukowanie niebezpieczeństwa powstawania kamienia kotłowego oraz dopasowanie twardości wody do wymogów związanych z używaną technologią lub wytwarzanym produktem. Tworzący się w instalacjach kamień przyczynia się do rozwoju procesów korozyjnych, prowadzi do zwężania przekrojów rur, a tym samym do zaburzania przepływu. Odkładające się złogi powodują blokowanie zaworów, zatykanie odpływów, uszkadzanie uszczelnień oraz skracają żywotności filtrów. Krążące w systemie oderwane kawałki kamienia kotłowego mogą uszkadzać pompy i klinować się w różnych miejscach rurociągu, np. uniemożliwiając szczelne zamknięcie zaworu. Problemami powodowanymi przez kamień kotłowy są także uszkodzenia elementów ruchomych i zmniejszanie efektywności wymienników ciepła, co ma szczególne znaczenie w systemach chłodzących i grzewczych.

Przyczyną powstawania kamienia kotłowego jest nadmiar węglanu wapnia oraz zbyt wysokie stężenie siarczanu wapnia, krzemianu magnezu i krzemianu wapnia. Osad wytwarzany przez te związki jest również współtworzony przez inne substancje znajdujące się w wodzie – tlenki żelaza, azotany i chlorki. Podstawowym sposobem eliminowania tych substancji jest stosowanie złóż jonowymiennych. Zwykle są one tworzone ze specjalnych żywic jonowymiennych obfitujących w jony Na⁺. W wyniku kontaktu z wodą zawierającą dużą ilość jonów magnezu Mg²⁺ i wapnia Ca²⁺ dochodzi do ich zastąpienia jonami sodu. Proces ten może następować stale, aż do momentu, gdy jony wapnia zostaną w całości zużyte.

Zasada działania wielokolumnowych stacji zmiękczania wody

Zmiękczanie wody na potrzeby instalacji przemysłowych, w których ważne jest zapewnienie ciągłości przepływu, a także utrzymanie odpowiedniego ciśnienia realizuje się przy użyciu wielokolumnowych stacji zmiękczania wody. Urządzenia tego rodzaju działają podobnie jak zmiękczacze jedno- i dwukolumnowe. Pobierana z instalacji woda po przejściu przez filtry mechaniczne trafia do głowicy urządzenia, skąd jest kierowana do złoża, w którym dochodzi do procesu zastąpienia Mg²⁺ i Ca²⁺ jonami Na⁺. Różnice występują w momencie wyczerpania złoża.

Cechą charakterystyczną złóż jonowymiennych jest możliwość ich regeneracji przez przepuszczenie przez nie roztworu zawierającego duże nasycenie jonów sodu. W wyniku kontaktu żywicy jonowymiennej z wprowadzaną solanką następuje analogiczny proces jak ten, który ma miejsce podczas zmiękczania wody. W tym przypadku jony Mg²⁺ i Ca²⁺ są jednak zastępowane jonami Na⁺. Z uwagi na ich duże nasycenie następuje to w znacznie szybszym tempie. Choć regeneracja złoża trwa stosunkowo krótko, to podczas niej nie ma możliwości zmiękczana wody. W przypadku instalacji z pojedynczym złożem pobór musi więc być albo wstrzymany, albo kontynuowany, wówczas jednak do systemu będzie trafiała woda, która nie została zmiękczona.

Rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie większej ilości złóż. W przypadku wielokolumnowych zmiękczaczy wody do głowicy są podłączone trzy lub więcej zbiorników zawierających materiał jonowymienny. W momencie, gdy głowica zasygnalizuje konieczność regeneracji wykorzystywanego złoża – na podstawie rejestrowanej wielkości przepływu, ustawionego przez użytkownika czasu lub połączenia tych elementów – zostanie ono przepłukane solanką, a woda skierowana do innego. Stosowanie większej ilości złóż powoduje zmniejszenie oporów przepływu i pozwala na utrzymanie jego poziomu.

Stosowanie wielokolumnowych stacji zmiękczania wody daje możliwość pracy w trybie ciągłym przy zachowaniu wszystkich niezbędnych parametrów wody. Warto pamiętać, że złoża stosowane w zmiękczaczach ulegają szybkiemu zużyciu w sytuacji, gdy w wodzie znajduje się duża ilość żelaza i manganu. Urządzenia obniżające ich zawartość powinny więc być montowane zaraz za filtrami mechanicznymi, a przed zmiękczaczem.