 |
| Suodatus |
 |
| Suodatus 2 |
 |
| Suodatettu kanaali moska |
 |
| Ph säätö |
 |
| Anioninvaihto hartsinavulla |
 |
| Titraus |
 |
| Titraus 2 |
 |
| Kloridi mittaus |
 |
| Tavaraa kertyy |
Flokkaus on erotusprosessin toinen vaihe, jossa veden sisältämät epäpuhtaudet kootaan suuremmiksi hiutaleiksi flokkausaineen avulla. Vedenkäsittelyssä käytettävät flokkausaineet ovat yleensä sähköisesti varattuja polymeerejä, joilla on erittäin suuri molekyylipaino. Flokkauksessa käytettävä polymeeri sitoo saostetut hiukkaset toisiinsa, jolloin muodostuu vieläkin suurempia hiutaleita. Suuret hiutaleet poistetaan vedestä sopivalla prosessilla, kuten, selkeytyksellä, flotaatiolla tai suodatuksella. Katso myös ”Saostusaine”.
Kationinvaihdossa liuoksen kationit vaihtuvat kiinteän matriisin sisältämiin protoneihin tai muihin metallikationeihin, tyypillisimminnatriumioneihin. Vaihdettaessa muita metalli-ioneja natriumioneiksi liuoksen pH ei muutu, mutta metallikationin vaihtaminen protoneiksi laskee liuoksen pH-arvoa. Kationinvaihto voidaan kuvata seuraavalla reaktioyhtälöllä:[1]
R-H+ + M+ → R-M+ + H+
Anioninvaihtajat ovat positiivisesti varautuneita ja vaihtavat liuoksen anioneja tyypillisesti hydroksidi- tai kloridi-ioneiksi. Tätä menetelmää käytetään esimerkiksi humushappojen poistamiseen vesistä. Anioninvaihdon toimintaa voidaan kuvata reaktioyhtälöllä:[1]
R+OH- + A- → R+A- + OH-
Vedenkäsittelyssä ioninvaihtoa käytetään erityisesti veden pehmentämiseen ja deionisointiin. Veden pehmentämisessä veden kovuutta lisäävät kalsium- ja magnesiumionit sitoutuvat kationinvaihtomatriisiin ja vapauttavat liuokseen natriumioneja, mikä pehmentää veden. Vedenpehmennyksen yhteydessä poistuu vedestä magnesiumin ja kalsiumin lisäksi usein myös rauta- ja mangaani-ioneja. Deionisaatiossa puhdistettava vesi ohjataan sekä anioninvaihtimen että kationinvaihtimen läpi. Kationinvaihtohartsi on vahvasti hapan, jolloin kationit vaihtuvat protoneiksi, ja anioninvaihtohartsina käytetään usein heikosti emäksistä hartsia, joka vaihtaa anionit hydroksidi-ioneiksi. Hydroksidi-ionit ja protonit reagoivat keskenään muodostaen vettä
Suurin osa veden sisältämien suolojen poistosta teollisuudessa tehdään joko ioninvaihdolla tai käänteisosmoosilla. Kaksiosaisessa artikkelissa käydään läpi keskeisiä ennakkohuollon piiriin kuuluvia prosessinosia ja toimenpiteitä, joilla näiden teknologioiden käyttövarmuutta ja käsitellyn veden laatua voidaan parantaa.
IONINVAIHTO ON monen muun käyttösovelluksen lisäksi vedenkäsittelytekniikka, jolla valmistetaan suurin osa teollisuuden käyttämästä suolattomasta ja pehmennetystä vedestä. Teknologia perustuu ioninvaihtohartsiin, jolla on kyky oman kemiansa kautta. Siinä vaihdetaan käsiteltävässä vedessä olevat kationit ja anionit hartsiin regeneroinnissa ladattuun ioniin. Ajojakson aikana regeneroinnissa hapolla ja emäksellä elvytetyt hartsit vaihtavat kapasiteettinsa verran ioneja ja tekevät prosessin mitoituksen mukaisen määrän suolatonta vettä seuraavien pääreaktioiden mukaisesti:
kationinvaihtohartsi (R-) R-H+ + Na+ + Cl- ➔ R-Na+ + H+ + Cl- anioninvaihtohartsi (R+) R+OH- + H+ + Cl- ➔ R+Cl- + H2O
Ioninvaihtoprosessin erittäin tärkeä ominaisuus on sen jaksollisuus. Ajojaksot ja regeneroinnit seuraavat toisiaan. Kyseessä on panosprosessi, jossa käytössä pidettävyys on toiminnan perusedellytys.
Tästä tuotantoon kuuluvasta normaalista toiminnasta voidaan ja pitää erottaa määräajoin tehtävät kunnossapitotoimet tai paremminkin ennakkohuoltotoimet, joissa pätevät samat lainalaisuudet kuin missä tahansa muussa kokonaisuudessa: kriittiset kohteet tulee olla luokiteltu, huollon suunnittelua tehdään lyhyellä, mutta myös pidemmällä aikavälillä ja toimenpiteiden sekä huomioiden kirjaaminen tehdään sovittujen käytäntöjen mukaisesti.
Hartsien kunnosta on pidettävä huolta
Hartseilla on tärkein osa ioninvaihtoon perustuvassa suolanpoistossa. Niiden kunnosta huolehtiminen ja kunnonmuutoksen ennakointi on prosessin toiminnan kannalta keskeistä. Ioninvaihtohartsit ovat kulutustavaraa, ja niiden käyttöikä vaihtelee hartsityypistä sekä käsiteltävästä vedenlaadusta toiseen. Käyttöiän ja tuotetun vedenlaadun kannalta erityisen haastavia ovat kationihartseille vedet, joissa on suuret kiintoaine-, rauta-, alumiini- ja kovuussuolapitoisuudet. Lisäksi rasvat ja öljyt ovat myrkkyä hartsien kinetiikalla.
Vähitellen tapahtuva ilmiö likaa vähitellen anionihartsin. Ratkaisuna on määräajoin tehtävä erityispesu suolalla ja natriumhydroksidilla.
Anioninvaihdin sijoitetaan prosessissa kationinvaihtimen jälkeen. Näin se on suojassa mekaanisesti ja kemiallisesti kationinvaihdinta likaavilta komponenteilta. Anionihartsin käyttöikää ja toimintaa vaarantaa käsiteltävän veden suuret orgaanisten aineiden pitoisuudet, jotka lähes poikkeuksetta ovat luonteeltaan anionisia ja suurimolekyylisiä. Orgaaninen likaantuminen on tapahtuma, jossa hartsin ajojakson aikana vedestä poistama aines ei regeneroinnissa ehdi poistua hartsista vaan jää sinne. Jaksottaisesti toistuva ilmiö likaa vähitellen anionihartsin. Ratkaisuna on määräajoin tehtävä erityispesu suolalla ja natriumhydroksidilla (kuva 1). Käsiteltävän veden korkea silikaattipitoisuus saattaa myös liata anionihartsin. Silikaatin taipumus polymeroitua hartsin sisään on estettävissä oikein toteutetulla regeneroinnilla.
Ioninvaihtohartseista tulee pitää huolta jatkuvasti. Muutokset niiden kunnossa havaitaan vertaamalla ajojaksossa läpi ajettua vesimäärää ja laatua. Tästä käytössäpidettävyydestä erotettavalla ennakkohuollolla tarkoitetaan hartsien kohdalla tyypillisesti vuosittain tehtäviä erityispesuja, tuplaelvytyksiä ja rikkoutuneen hartsin poistoa.
Erityispesuilla tarkoitetaan jo aiemmin mainitun suolapesun kaltaisia toimia. Kationihartseille tehtäviä erityispesuja
ovat raudan ja alumiinin poistamiseen tarkoitettu suolahappopesu, kovuuden aiheuttaman likaantumisen pesu suolahapolla sekä typpihapolla tai tehokkaimmillaan kompleksinmuodostajilla.
Öljylikaantuneen hartsin kunnon voi palauttaa ainakin osittain ionisoitumattomalla pinta-aktiivisella pesuaineella.
Hartsivalmistajat ovat kehittäneet tähän käyttötarkoitukseen erityistuotteita. Tuplaelvytyksessä normaali regenerointiohjelma ajetaan läpi siten, että kemikaalimäärä tuplataan pidentämällä
kemikaalisyötön aikaa. Hartsin ja elvytyskemikaalin kontaktiaikaa pidentämällä tehostettu regenerointi on tehtävä aina, kun hartsi poistetaan vaihtimesta tai sille on tehty jokin muu kuin elvyttävä erityispesu.
Ioninvaihtoprosessista on olemassa muutama toisistaan poikkeava sovellus. Yhteistä kaikille on, että ne tavoittelevat parempaa kemikaalitaloutta, hyvää käsitellyn veden laatua sekä mahdollisimman pientä jätevesimäärää.
Käytännössä merkittävimmät erot prosesseissa ovat seuraavat:
• Ajetaanko käsiteltävä vesi vaihtimeen alhaalta vai ylhäältä?
• Ajetaanko elvytyskemikaalit samasta suunnasta (myötävirtaprosessi) vai eri suunnasta (vastavirtaprosessi) kuin käsiteltävä vesi?
• Tarvitaanko prosessiin minimikiertopumppua?
• Onko vastavirtahuuhtelu vaihtimissa mahdollista?
Hartsien kannalta suurin merkitys on siinä, saadaanko käytön aikana pienemmiksi partikkeleiksi hajonnut hartsi poistettua normaalien regenerointien yhteydessä tapahtuvilla vastavirtahuuhteluilla. Erillistä pesusäiliötä voi suositella kaikille prosesseille, mutta ehdottoman tärkeää se on prosesseille, joissa vastavirtahuuhtelu ei ole mahdollista. Hajonnut hartsi, kuten muukin kiintoaine, aiheuttaa painehäviön kasvua ja kanavoitumista vaihtimessa heikentäen prosessin toimintaa. Pesusäiliössä tehty paineilmalla tehostettu vastavirtahuuhtelu mahdollistaa hajonneen hartsin poiston.
Mittalaitteiden toiminta on varmistettava
Vedenkäsittelyä ei voi hallita ilman mittalaitteita. Ioninvaihtoprosessia valvotaan ja ohjataan virtausmittauksien, painemittauksien, lämpötilamittauksien ja veden puhtautta mittaavien mittalaitteiden sekä analysaattoreiden avulla.
Hartseihin saadaan pieni väriero esimerkiksi suolahappopesulla, jolloin alhaalla oleva kationihartsi tulee H+ muotoon ja anionihartsi vaalenee.
Painetta ja erityisesti painehäviötä vaihtimien yli mitataan hartsipatjan ja itse vaihtimen fysikaalisen kunnon seuraamiseksi. Lämpötilan mittauksella on erityinen rooli anioninvaihtimen regeneroinnissa, sillä siinä natriumhydroksidiliuoksen (NaOH) lämpötila nostetaan 40 asteeseen silikaatin liukoisuuden lisäämiseksi. Lämpötilamittauksessa oleva 20 – 25 prosentin virhe johtaisi joko heikkoon regenerointitulokseen tai virheen ollessa alaspäin hartsin eliniän lyhenemiseen noin 10 – 8 vuodesta 6 vuoteen.
Virtausmittauksen rooli korostuu prosesseissa, joissa hartsi pakataan vaihtimen yläosaan ajojakson aikana. Hartsipatjan pudotessa tai pyörähtäessä vedenlaatu heikkenee välittömästi. Minimivirtausta pidetään tarvittaessa yllä kiertopumpulla. Pumppu saa ohjaustietonsa virtausmittauksesta, joka vaikuttaa suoraan prosessin toimintaan.
Edellä esitellyille mittalaitteille määräajoin tehtävä puhdistaminen riittää ennakkohuolloksi, mutta veden puhtautta mittaavien analysaattoreiden ennakkohuolto on perinteisesti erittäin suunnitelmallista ja määrävälein tapahtuvaa toimintaa. Ioninvaihdosta mitataan jatkuvatoimisesti veden sähkönjohtokykyä sekä silikaatti- ja natriumpitoisuutta. Silikaatti- ja
Tarkastettavia kohteita ovat yhteet, materiaalipaksuudet ja kosteuden tai huurujen poistoon käytetyt laitteet.
natriumanalysaattorihuollot voidaan ulkoistaa laitetoimittajalle, mutta prosessin tärkeimpänä mittauksena toimiva sähkönjohtokyky jää yleensä vaille huomioita.
Veden sähkönjohtokyky kuvaa vedessä olevien liuenneiden aineiden kokonaispitoisuutta ja kertoo suoraan ioninvaihdon toiminnan. Sähkönjohtokyky on luotettava mittaus. Mittaustulos riippuu lämpötilasta ja vaikka mittareissa onkin sisäänrakennettu lämpötilakompensointi, lämpötila-anturi on se, jonka toiminta tulee säännöllisesti tarkistaa. Anturien puhdistaminen tulee kuulua ennakkohuolto-ohjelmaan. Mikäli regeneroinnissa käytetään johtokykymittausta oikeiden elvytysliuosten pitoisuusprosenttien varmistamiseksi, nämä mittarit tulee kalibroida vuosittain.
Yhteenveto prosessin toiminnasta
Kuten muissakin vedenkäsittelyprosessissa, ioninvaihtoprosessissa on venttiileitä, pumppuja ja toimilaitteita, jotka varmistavat prosessin toiminnan. Erityishuomio ioninvaihtoprosessissa tulee kohdentaa mahdolliseen esisuodattimeen, minimikiertopumppuun, vaihtimien sisäpuoliseen kuntoon, hartsinpidättimiin sekä välipohjiin ja suuttimiin.
Aina kun vaihdin on tyhjä, sinne kannattaa kurkata. Tarkastettavia ja huollettavia kohtia ovat mahdollinen pinnoitus, näkölasit ja jakotukit. Jakotukkien kunnon voi todentaa ajamalla vettä niistä läpi ja kumioidun vaihtimen pinnoitusta voi ohentuneista kohdista tarkistaa magneetilla. Vaihtimen sisältä käsin tulee tarkistaa myös välipohjien kannakoinnit sekä suuttimet ts. ”tatit”. Erityyppisissä prosesseissa suuttimien rakenteet vaihtelevat jonkin verran toisistaan.
Yhteistä näille kaikille on se, että mikäli ne on kiinnitetty kierteillä itse välipohjaan tai vastakappaleeseen, ne tulevat löystymään jollain aikavälillä. Tattien kiristys takaa sen, että hartsia ei karkaa pois vaihtimesta. Hartsinpidätin on erityinen putkeen asennettava suodatinverkko, joka estää karanneen hartsin kulkeutumisen eteenpäin prosessissa toiseen vaihtimeen tai käsiteltyyn veteen. Hartsinpidättimet tulee huoltaa vuosittain. Puhdistus ja silmäkoon tarkistus tulee kuulua perustoimenpiteisiin.
Sekavaihdin on erityinen osa ioninvaihdon suolanpoistoprosessissa. Tässä vaihtimessa kationi- ja anionihartsi sijoitetaan samaan vaihtimeen. Ajojakson aikana hartsit ovat sekoitettuna optimaalisen käsittelytuloksen aikaansaamiseksi, mutta regenerointia varten hartsit tulee erottaa toisistaan. Hartsit erotetaan toisistaan oikein mitoitetun vastavirtahuuhtelun avulla. Erotuksen tuloksena kationihartsi jää vaihtimen alaosaan ja anionihartsi kerrostuu yläosaan.
Oikein mitoitetussa sekavaihtimessa hartsien rajapinta asettuu elvytyskemikaalien keräilytukin kohdalle. Käsitellyn veden laatu heikkenee samassa suhteessa, missä hartsit ylittävät keräilytukin. Perinteisesti sekavaihtimeen tarkoitetut hartsit erotetaan toisistaan hartseihin lisättävän värikomponentin ansioista. Tällöin rajapinta on helppo tarkistaa vaikka jokaisen elvytyksen yhteydessä. Erityisiä toimenpiteitä tarvitaan, jos haluaa lähes samanväristen hartsien rajapinnan näkyviin. Tällaisessa tapauksessa hartseihin saadaan pieni väriero esimerkiksi suolahappopesulla, jolloin alhaalla oleva kationihartsi tulee H+ muotoon ja anionihartsi vaalenee, kun OH- ryhmät poistuvat siitä.
Elvytyskeskuksessa on muistettava kemikaaliturvallisuus
Kemikaaliturvallisuuden korostuminen on lisännyt huomiota kemikaalienkäsittelyyn liittyvissä toimenpiteissä sekä prosessien käytössä ja huollossa. Ioninvaihtoprosessin toiminnan kannalta regenerointi tai kotoisasti elvytys on vaihe, jossa prosessin toiminta lähes aina ratkaistaan. Usein ioninvaihtoon liittyvät toimintaongelmat liittyvät ongelmiin elvytyksessä.
Elvytyskeskus koostuu useimmiten kemikaalien varastosäiliöistä, sulkuventtiileistä, annostelupumpuista, virtausmittauksista, laimennusveden putkistosta venttiileineen ja toimilaitteineen sekä sekoittimesta. Virtausmittauksista ja laimennusveden eli elvytysliuoksen lämmittämisestä on mainittu jo aikaisemmin. Muita erityishuomion arvoisia ja siten ennakkohuolto-ohjelmaan mukaan otettavia kohteita ovat annostelupumput, varastosäiliöt ja sulkuventtiilit.
Annostelupumput saavat harvoin sen huomion, minkä ne ansaitsisivat. Isompien siirto-, paineenkorotus- tai syöttöpumppujen tavoin niille tulee rakentaa huolto-ohjelma, jossa annostelupäät ja mahdolliset kalvot tai männät tarkistetaan. Varastosäiliöiden kuntoa valvotaan yleensä riittävästi kemikaaliturvallisuusohjelmien puitteissa. Tarkastettavia kohteita ovat yhteet, materiaalipaksuudet ja kosteuden tai huurujen poistoon käytetyt laitteet. Sulkuventtiilien vuodot ovat erityisen vahingollisia elvytyskemikaalilinjoissa. Käytännössä kemikaalit ovat aina kahden venttiilin takana itse vedenkäsittelyprosessista. On kuitenkin hyvä muistaa, että jo pienikin kemikaalivuoto saattaa sekoittaa ioninvaihdon ajojakson toiminnan.
Vedenkäsittely on raakavetenä käytetyn pinta- tai pohjaveden puhdistamista haitallisista aineista ja mikrobeista juomakelpoiseksi ja valmistamista käyttöön soveltuvaksi. Vedenkäsittely tapahtuu vesilaitoksella ennen vesijohtoverkostoa. Teollisuuslaitoksissa voi olla tarpeen tehostaa vedenkäsittelyä ennen tuotantoprosesseja. Myös kuluttajan oman kaivon vedelle voi olla asennettuna pienimuotoinen vedenkäsittelylaite ennen vesihanaa.
Vedenkäsittelymenetelmään vaikuttaa raakaveden laatu ja tarvittava määrä. Pintavesi vaatii yleensä enemmän käsittelyä kuin pohjavesi. Raakaveden mukaan vesilaitokset jaetaan pohjavesilaitoksiin, pintavesilaitoksiin tai tekopohjavesilaitoksiin. Pohjavesi kelpaisi usein sellaisenaan talousvedeksi, kun veden laatua verrataan talousvedelle asetettuihin laatuvaatimuksiin ja –suosituksiin. Pohjavesikin vaatii kuitenkin yleensä käsittelyä, sillä pohjavesi on usein hapanta aiheuttaen verkostoon syövyttävyyttä ja raakaveteen voi kulkeutua esimerkiksi rankkasateiden seurauksena haitallisia mikrobeja. Pintavesiin päätyy lika-aineita ja haitallisia mikrobeja ympäristöstä sadevesien, valumavesien ja ilman mukana sekä ihmisen toiminnan seurauksena, joten pintavesi vaatii aina tehokkaan käsittelyn.[1][2]
Vedenhankinnassa on jo 1900-luvun vaihteesta lähtien käyty keskustelua pohjavesien ja pintavesien hyödyntämisestä ja tekopohjaveden valmistamisesta. Suurimmat kaupungit päätyivät silloin käyttämään pintavettä raakavetenään. Sittemmin on siirrytty pohja- ja tekopohjaveden käyttöön.[3]
Vuonna 2012 suomalaisen vesilaitoksen toimittamasta vedestä on 46 % pohjavettä, 19 % tekopohjavettä ja 35 % pintavettä.[4]
Selkeytyksessä erotetaan hiutaleet vedestä laskeuttamalla altaan pohjalle tai nostamalla ilmakuplilla veden pinnalle (flotaatio). Suomessa flotaatio on tavallisin lietteenerotustapa.[1] Se sopii erityisen hyvin kevyen humusta ja levää sisältävien lietteiden erotukseen. Jonkin verran pienempään allaskokoon päästään lamelliselkeytyksellä.
Selkeytynyt vesi suodatetaan hiekkakerroksen läpi, jolloin poistuu selkeytysvaiheesta jääneet kiintoainejäämät. Ennen hiekkasuodatusta voi olla välialkalointi hiekkasuodatuksen tehostamiseksi. Tässä vaiheessa voi olla myös esimerkiksi mangaanin hapetus (kaliumpermanganaatin, klooridioksidin annostelu).
Ilmastuksessa hajonneista orgaanisista aineista muodostuneet yhdisteet, kuollut bakteerimassa sekä jätevedestä saostetut fosfaatit muodostavat lietettä, joka erottuu puhdistetusta vedestä selkeytysaltaissa. Liete laskeutuu altaiden pohjalle ja puhdistettu vesi johdetaan typpeä poistavaan jälkikäsittelyyn, hiekkasuodatukseen. Selkeytysaltaita on yhteensä 12 kpl.
Pohjalle laskeutunut liete pumpataan takaisin sekoitusaltaaseen, jossa se sekoittuu tulevan jäteveden kanssa. Sen jälkeen se palautetaan ilmastusaltaisiin. Pintaliete pumpataan tulopumppaamoon jossa sekin sekoittuu tulevaan jäteveteen. Lietettä palautetaan prosessiin bakteerien ravinnonsaannin turvaamiseksi, ja siten niiden puhdistustoiminnan varmistamiseksi. Osa lietteestä poistetaan laitokselta lietteenkuivauksen kautta.
Esi ja jälkiselkeytysaltaiden varusteet
Esiselkeytysaltaaseen tuore jätevesi virtaa hiekanerotusaltaasta. Esiselkeytyksessä orgaaninen aines ja mineraalinen kiintoaine laskeutuu altaan pohjalle ja poistetaan etuselkeytyslietteenä. Jälkiselkeytyksessä tulisi poistaa mahdollisimman paljon biologista lietettä, aktiivilietettä tai biosuodatin lietettä jätevedestä.
Jotta saavutettaisiin kirkas poistovirtaus, jonka laatu vastaa kaikkia vaatimuksia, Pitää käytännöllisesti katsoen kaikki kelluva
ja laskeutuva aines poistaa poistovedestä ja pitää selkeytysaltaassa. Huippukuormat sateiden aikana ovat haasteita
selkeytysaltaiden suunnittelussa. Jos lietepinta nousee liian ylös saattaa lietettä karata poistovirtauksen mukana. Lietteen
ylivuoto pitää ehkäistä, jotta pystytään täyttämään lupaehdot.
Jälkiselkeytysaltaan toimintaan vaikuttaa vahvasti syöttövirtauksen hydraulinen kaava. Virtauksen huono jakautuminen
altaaseen voi johtaa suureen kiintoainemäärään poistovirtauksessa. Toinen määräävä tekijä jälkiselkeytysaltaan tehokkaan toiminnan kannalta on yhtenäinen selkeytetyn veden poisto koko altaan kehän alueelta. Tämä saavutetaan HUBER Uppoputkien avulla.
Yhtenäinen virtaus ylivuotoreunan yli poistokanavaan on ainoastaan mahdollinen jos ylivuotoreuna olisi ja pysyisi aivan
suorana ja vakatasossa ja ilman tuulen vaikutusta veteen. Tämä ei ole käytännössä mahdollista. Jos emme pysty vastaamaan
joihinkin näihin vaatimuksiin heikkenee koko altaan toiminta. Ääritapauksissa koko ylivuotovirtaus poistuu altaan toiselta
puolelta hyvin nopeasti. Jos tämä tapahtuu pyöreässä altaassa tulee virtausmalli muuttumaan niin huonoksi että ainoastaan
50% altaasta on käytössä ja tämä johtaa hydrauliseen ylikuormaan, huonoon selkeytykseen, lietteen ylivuotoon ja tällöin
ei täytetä lupaehtoja.
Klikkaa valikkoa vasemmalla niin voit lukea enemmän tuotteistamme!
