Ioninvaihtohartsien kapasiteettilaskenta ionivaihdetun veden valmistuksessa

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Kokkolan Teollisuusvesi Oy vesilaitokselle. Työssä keskityttiin ioninvaihtosarjojen käyttöjaksojen määrittämiseen eli kapasiteettilaskentaan. Työn tavoitteeksi asetettiin ioninvaihtosarjojen käyttöjaksojen määritys talvi- ja kevätkaudella sekä käyttöjaksojen toimivuuden testaus koeajoilla. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, voidaanko käyttöjaksojen määrittämiseen käyttää yksinkertaista titrausmenetelmää.

Teoriaosuudessa selvitettiin ionivaihdetun veden valmistusprosessia, ioninvaihdon periaatteita sekä veden laadunseurantaa. Lisäksi tarkasteltiin ioninvaihtohartsien käyttöominaisuuksia. Teoriaosuutta hyödynnettiin ioninvaihtosarjojen käyttöjaksojen määrittelyssä.

Työ toteutettiin määrittämällä käyttöjaksot kahdella eri menetelmällä. Laajemmassa menetelmässä hyödynnettiin ulkopuolisen akkreditoidun laboratorion suorittamia tuloveden analyysituloksia, joita laskennallisesti muokattiin ennen käyttöjaksojen määritystä. Suppeammassa menetelmässä käytettiin osittain vesilaitoksella suoritettuja titraustuloksia kationinvaihtimen jälkeisestä vedestä ja osittain ulkopuolisen laboratorion suorittamia tuloveden analyysituloksia. Määritettyjen käyttöjaksojen perusteella suoritettiin koeajoja ioninvaihtosarjoilla sekä määritettiin ioninvaihtosarjojen käyttöasteet vertailemalla sarjoilla toteutuneita käyttöjaksoja laskennallisiin tuloksiin.

Tuloksista todettiin, että käyttöjaksoille saatiin lähes samansuuruisia tuloksia näillä kahdella menetelmällä. Määritettyjen käyttöjaksojen perusteella havaittiin, että Kokkolan Teollisuusvesi Oy vesilaitoksen ioninvaihtosarjoissa heikko anioninvaihdin kyllästyy aina ensimmäisenä. Tulosten perusteella todettiin titrausmenetelmän soveltuvan vain heikon anioninvaihtimen käyttöjakson määritykseen. Titrausmenetelmän havaittiin soveltuvan erityisesti tilanteisiin, joissa tarvitaan nopeaa käyttöjaksojen määritysmenetelmää vaihtelevien vesiolosuhteiden vuoksi.

This thesis was commissioned by Kokkolan Teollisuusvesi Oy waterworks. The thesis focused on determining the service cycles of ion exchange series, in other words, the calculation of capacity. The aim of the thesis was to determine the service cycles of the ion exchange series during the winter and spring seasons and to test the functionality of the service cycles through test runs. In addition, the aim was to evaluate the applicability of a simple titration method for determining the service cycles.

The theoretical section explained the production process for deionized water, the principles of ion exchange, and water quality monitoring. In addition, the operating properties of ion exchange resins were described. The theoretical part was utilized to determine the service cycles of the ion exchange series.

The study was conducted by determining service cycles using two different methods. The more comprehensive method utilized the results of feedwater analyses performed by an external accredited laboratory, which were modified using calculations before determining the service cycles. The simplified method was based partly on the titration results from water post-cation exchangers at the waterworks, and partly on the results of feedwater analyses conducted by an external laboratory. Based on the determined service cycles, test runs were conducted with ion exchange series, and the utilization rates of the ion exchange series were determined by comparing the actual service cycles achieved with the series to the calculated results.

The results showed that the two methods yielded nearly equal results for the service cycles. Based on the determined service cycles, it was found that in the Kokkolan Teollisuusvesi Oy waterworks' ion exchange series, the weak anion exchanger is always the first to become saturated. Based on the results, it was found that the titration method is suitable only for determining the service cycle of weak anion exchangers. The titration method was found to be particularly suitable for situations where a rapid method for determining service cycles is needed due to varying water conditions.