Способ управления процессом непрерывной ионообменной очистки воды

 

Изобретение относится к способам обработки воды природных источников и очистки производственных сточных вод методом ионного обмена и позволяет упростить управление процессом , уменьшая общее количество переключений арматуры. При непрерывной ионообменной очистке воды на группе ионитных фильтров (ф) с неподвижным слоен ионита последовательно соединен ных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, в каждый Ф при использовании запорно-регулиру1ощей арматуры последовательно подают обрабатываемую воду, воду для взрыхления истбщенного ионита, раствор реагента, воду для отмывки ионита и отводят обработанную воду,,воду после взрыхления ионита, отработанный раствор реагентов и отмывочную воду при равномерном смещении указанных фаз работы в пределах одного фильтроцикла. Подачу в каждый Ф исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре Ф по соединяющей эти Ф магистрали. После взрыхления ионита воду отводят с входа Ф на выход предыдущего в кольцевом контуре Ф на соединяющей их магистрали и далее в сливную магистраль по трубопроводу, соединяющему ее с Ф. 1 ил., 3 табл. сл 4а 00 00 со о ю

QQ!Q3 QQ8KTQHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PKCflYSIlHH (51)4 С 02 F 1 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 4034122/31-26 (22) 06.03.86 (46) 30.!0.88. Бкщ. !! 40 (71) Ставропольский политехнический институт (72) И.А.Гейвандов, А.И.Воронин, Н.И.Стоянов ° В.П.Полев, И.К.Стуклис, И.С.Синюкевич и А.M.Ùeðáàê (53) 628.165.087(088.8) (56) Патент США !! 3642616, кл. 210-32, 1972 °

Anderson Х.R. Vose N.À. Progressive шойе continuous countercurrent оп exchenge. Proc. Amer. Power Conf.

vol. 32, Chicago III. 1970 ° р.786798. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

НЕПРЕРЫВНОЙ ИОНООБМЕННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ (57} Изобретение относится к способам обработки воды природных источников н очистки производственных сточных вод методом ионного обмена и позволяет упростить управление процессом, уменьшая общее количество пере„„80„„33333/}2 А 1 ключений арматуры. При непрерывной ионообменной очистке воды на группе ионитных фильтров (Ф) с неподвижным слоем ионита последовательно соединенных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, в каждый Ф при использовании запорно-регулирующей арматуры последовательно подают обрабатываемую воду, воду для взрыхления ист4щенного ионита, раствор реагента, воду для отмывки ионита и отводят обработанную воду, воду после взрыхления ионита, отработанный раствор реагентов и отмывочную воду при равномерном смещении указанных фаз работы в пределах одного фильтро- ж

С2 цикла. Подачу в каждый Ф исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре Ф по соединяющей эти Ф магистрали. После взрыхления ф ионита воду отводят с входа Ф на выход предыдущего в кольцевом контуре Ф на соединяющей их магистрали и далее ОР1 в сливную магистраль по трубопроводу, ф;! соединяющему ее с Ф. 1 ил., 3 табл. ф„ !

1433902

Изобретение относится к способам обработки воды природных источников и очистки производственных сточных вод методом ионного обмена.

Цель изобретения — упрощение управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры.

На чертеже представлена технологическая схема реализации способа, в 10 момент полной выработки обменной емкости ионита в фильтре.

Схема содержит фильтр 1, в фильтре

2 осуществляют доумягчение воды, прошедший через фильтр 1, а фильтр 3 за- 15 полнен отмывочной водой с остатками реагентов из фильтра 2 и в предыдущей фазе работы не участвует.

В первой фазе фильтроцикла в фильтре 1 должно быть выполнено взрых-20 ление ионита, в фильтре 2 — умягчение исходной воды, а фильтр 3 в этой фазе работы не используется..

Для выполнения этик операций открывают клапан 4 и оставляют откры- 25 тым клапан 5, Одновременно закрывают клапан. 6, клапан 7 оставляют открытым и открывают клапаны 8 и 9. При этом, часть потока исходной воды, поступающей из магистрали 10 через 3р клапан 4 в фильтр 2, отводят по кольцевому участку магистрали через от.- . крытый клапан 7 на выход, фильтра 1, Поскольку йход фильтра 1 через открытые клапаны 8 и 9 оказывается подключенным к сливной магистрали 11, упомянутую часть потока исходной воды направляют с выхода фильтра 1 к его входу через слой ионита в противотоке и осуществляют его взрыхление, 40 а далее через указанные магистрали и запорные органы направляют в сливную магистраль, при этом поток уносит грязь и механически разрушенные мелкие частицы ионита. Основной поток исходной воды, проходящий через слой ионита в фильтр 2, будет подвергнут об обработке (умягчению), и по магистрали 12 направлен потребителю или в накопительную емкость (не показана).

Фильтр 3 в этой фазе фильтроцикла

50 не используется.

Для осуществления второй фазы фильтроцикла осуществляют переключе. ние следующих запорных органов: за55 крывают клапаны 7 и 9, открывают клапаны 13 и 14, а несколько позже клапан 15. Клапаны 16 и 5 остаются открытыми.При таком переключении режим работы фильтра 2 не изменится: теперь уже вся исходная вода, поступающая из магистрали 10 через клапан 4, будет проходить через слой ионита фильтра 2, умягчаться за счет ионообменных процессов от контакта с ионитом, а умягченная вода с выкода фильтра 2 через клапан 5 поступит в магистраль

12. В фильтр 2 из магистрали 17 поступит свежий раствор реагента, вытесняя находившийся в нем раствор с остатками реагентов и отмывочной водой в фильтр 1. Расход свежего раствора реагентов устанавливают таким, чтобы за время открытого состояния клапана 14 в фильтр 3 поступило количество раствора реагентов, равное объему камеры фильтра с ионитным материалом, а количество реагента в этом объеме раствора не должно превышать стехиометрического для полного восстановления всего объема ионита. Учитывая, что примерно такое количество реагентов уже прошло через слой ионита данного фильтра, его обработку осуществляют двойным против стехиометрического количеством реа" гентов. В этой фазе обеспечивается вступление в реакцию восстановления практически всех непрореагировавших частиц ионита„ С прекращением подачи раствора реагентов и началом отмывки раствор реагентов поступит из фильтра 3 через магистраль с клапаном 8 в фильтр 1, вытесняя из него в слив исходную воду после вэрыхления ионита. Поскольку в фильтре 1 ионит полностью истощен, обеспечивается практически полное взаимодействие всего количества реагентов, поступаю щих в растворе из фильтра 3 и с отмывочной водой, а избыток отмывочной воды удаляется в сливную магистраль

11 через клапан 7.

Для осуществления третьей фазы фильтроцикла осуществляют переключение следующих запорных органов: открывают клапаны 16 и 18, закрывают клапаны 13, 5, 14, 8 и 15. Клапан

4 в этой фазе остается открытым.

В этой фазе фильтроцикла фильтр

1 выключен из раболы, фильтр 2 отключен от магистрали !2 отвода обработанной воды и соединен со входом фильтра 3. Исходную воду, поступившую из магистрали 10 через клапан 4 в фильтр 2, направляют через слой

3 14339 уже истощенного ионита и обрабатывают частично, но при этом обеспечивает ся практически полная выработка обменной емкости ионита в фильтре 2. До5 умягчение воды, прошедшей через фильтр 2, осуществляют в фильтре 3, из которого умягченную воду через кла- . пан 18 отводят в магистраль 11.

Для осуществления четвертой фазы фильтроцикла включают клапаны 7, 13 и 15, отключают клапан 4, а клапаны

16 и 18 остаются открытыми. В этой фазе фильтроцикла осуществляются те же операции, что и в первой, фазе, на 15 .каждая из них выполняется в следующем в технологической цепи фильтре, Так, исходная вода из магистрали 10 через клапан 15 поступает в фильтр 3, а часть потока ее но участку кольцевой магистрали через клапан 16 поступит на выход фильтра 2. В фильтре 3 осуществляется умягчение исходной воды и отвод фильтрата (обработанной воды) в магистраль 12 через клапан 18 (как 25 в фильтре 2 в первой фазе). Подве-. денная к выходу фильтра 2 исходная вода. проходит через слой ионита противотоком, взрыхляет ионит и со входа фильтра 2 по участку коль" З0 цевой магистрали через клапан 13 от"

:водится в слив, т.е. в фильтре 2 в этой фазе выполняется операция взрыхления ионита, как в фильтре 1 в первой фазе. ФильтР 1 в этой фазе в Работе не участвует, как фильтр 3 в первой фазе..

Клапаны 19 и 20 обеспечивают подачу раствора реагента соответственно в фильтры 1 и 2. Через клапан 21 умягченную воду после фильтра I подают в магистраль 12, а через клапан

22 в сливную магистраль il сбрасывают отмывочный раствор и отработанньй раствор реагентов из -фильтра 2.

Таким образом, начиная с четвертой фазы фильтроцикла, на установке осуществляются последовательно все описанные операции, но в каждой фазе фильтрОцикла Они ВыпОлняются в следующем в технологической цепи фильтре. Вторичное выполнение всех операций технологического процесса непрерывной обработки воды завершается в шестой фазе фильтроцикла. В седьмой 55 фазе фильтроцикла описанный технологический процесс начнется в третий раэ, причем с операции взрыхления ионита в фильтре 3, и завершится в де02

4 вятой фазе. За один фильтроцикл в каждом фильтре установки будет осуществлен весь технологический процесс непрерывной обработки воды, но при равномерном смещении операций от фильтра к фильтру в пределах одного фильтроцикла, Изобретение не изменяет процесса непрерывной ионообменной очистки воды, сохраняя все операции известного процесса — очистку исходной воды, взрыхление, регенерацию и отмывку ионита для очередного использования и параметры их проведения. Предлагаемое изменение направления потоков воды для взрыхления ионита предполагает некторое увеличение расхода жидкости через отдельные участки. Гидрав" лическое сопротивление фильтра с загрузкой при неизменных эксплуатационных параметрах потоков на входе (давлении среды) изменяется незначительно, и расход среды через фильтр будет практически неизменным. Поддержание заданного давления среды на участке магистрали независимо от расхода среды обеспечивается, например, установкой в подающей магистрали перепускных клапанов, а пропуск через участок требуемого количества среды без заметных колебаний параметров потока достигается выполнением участка с определенным гидравлическим сопротивлением,— т.е. подбором формы и размеров про-. ходного сечения.

В данном случае предполагается некоторое увеличение проходного сечения трубопроводов и арматуры на участке подачи в фильтр исходной воды и на участке отвода стоков и слива.

При соблюдении указанных условий параметры протекания процессов в каждом фильтре при реализации нового способа останутся неизменными, а значит не изменится качество обработки исходной воды и подготовки ионита.

Пример ° Реализацию произВодЯт на стенде, который имеет следующие характеристики: внутренний диаметр ионообменного фильтра 32 мм; высота слоя загрузки катионита 615 мм; марка катионита-,КУ-2х8; внутренние диаметры магистралей подвода исходной воды, отвода умягченной воды, слива отрабо- . танного раствора реагентов, отмывочной воды и воды после взрыхления, подвода исходной воды для взрыхления ионита 10 мм; внутренний диаметр ма

1433902 гистрали подвода раствора реагентов

4 мм; диаметры подводящих и отводящих трубопроводов ионообменных фильтров, а также диаметр трубопровода кольце-! 5 вого контура 10 мм; условные проходы управляемых клапанов подвода и отво, да раствора реагентов 4 мм; остальных

10 мм; подачу реагентов осуществляют насосом перистальтического типа; пода o ! чу исходной воды осуществляют центро-! бежным насосом типа "Кама". Требуемую производительность (40 л/ч) устанавливают изменением числа оборотов насоса; регенерацию ионитных фильтров про-15 водят 10/-ным раствором поваренной соли (NaC1), приготовленным на водопроводной воде; скорость умягчения бО м/ч; скорость пропускания регенерационного раствора 2,1 м/ч, скорость 2р пропускания взрыхляющей воды 8 м/ч.

Г!ри обработке воды по известному и предлагаемому способам последовательность технологических операций и соответствующих им переключений управ-25 ляемых клапанов осуществляют в соответствии с технологией, Обрабатывают воду двух составов: сетевую .воду городского водопровода и имитата высокоминерализованной воды с общим солесо- д0 держанием до 15 г/л (250 мг-экв/л)., Усредненные показатели работы лабораторной установки по сравниваемым вариантам на пресной воде даны в табл.1. Аналогичные показатели при умягчении имитата высокоминерализован-. ной воды представлены в табл.2.

Анализ полученных результатов показывает,„что основные технологические характеристики работы установки (рабочая емкость поглощения, удельный расход соли на регенерацию, остаточ.ная жесткость умягченной воды, расход воды на собственные нужды) по сравниваемым вариантам практически 45 одинаковы. Имеющиеся расхождения обус-ловлены погрешностью в проведении экспериментов и выполнении химических анализов.

Эффективность при сравнении технологических схем известного и предложенного способов приведена в табл.З.

Таким образом, сравнительный ана-, лиз предложенного и известного спо-. собов показывает, что оба они по количеству операций, их видам, количеству фаз фильтроцикла и последовательности проведения операций в каждом фильтре полностью совпадают. Очевидно, что при одинаковых размерах фильтров, количестве и типе ионообменного материала и исходной воды, совпадут режимы проведения операций и их продолжительность. Однако для осуществления предложенного способа на идентичной установке потребовалось на шесть клапанов меньше и соответственно на шесть переключений их в каждом фнльтроцикле меньше.

Формула изобретения

Способ управления. процессом непрерывной ионообменной очистки воды на группе ионитных фильтров с неподвижным слоем ионита, последовательно соединенных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, включающий последовательную подачу с использованием запорно-регулирующей арматуры в каждый фильтр обрабатываемой воды, воды для взрыхления истощенного ионита, раствора реагентов и воды для отмывки ионита, отвод обработанной воды, воды после взрыхления ионита, отработанного раствора реагентов и отмывочной воды при равномерном смещении указанных фаз работы фильтров в пределах одного фильтроцикла, отличающийся тем, что, с целью упрощения управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры, подачу в каждый фильтр исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре фильтра по соединяющей эти фильтры магистрали, после взрыхления ионита воду отводят с входа фильтра на выход предыдущего в кольцевом контуре фильтра по соединяющей их магистрали и далее в слив- ную магистраль по трубопроводу, соединяющему ее с фильтром.

1433902

Таблица I

Рабочая Удельный расход емкость

Воды на собственные нужды, л/м обработанной воды поглоще Соли, ния, мг-экв/ г-экв/мЗ мг-экв

Известный способ

9,8

2,56

О ° 0123 393

0,0093 457

4 01

2,18

4,1

10,1

Предлагаемый способ

2, 52

9,8

0 0ll 402

0,0098 445

4 ° 01

4 ° 1

2,32

10,0

Таблица 2

Удельный расход

Остататоч ная жестРабочая емкость

Соли мг-экв/ мг экв поглощения г-экв/мЗ кость умягченно воды, мг/экв/л

Солесодержание общее

Жесткость общая есткость кальциевая

Известный способ

15,5

2,8

504

63 20

0,28

250

255

17э2

410

58 11 5 0,27

63 12 О 26

58 11 0,27

1,7

19,0

240

2,1

320

250

18,3

2,8

430

Предлагаемый способ

63 20 О ° 27

250

17,6

2 6

495

430

58 11,5 !0,27

18,3

2,0

255

63 12

58 11

17,4

2,3

410

О 28

240

О ° 26

470

18,6

250

Жесткость исходной водыэ мг-экв/л

Состав исходной воды, мг-экв/л

Остаточная жесткость умягченной воды, мг-экв/л

Воды на собствен- . ные нужды л/мЗ обработанной воды

ВВ ВИЛ ВВ ФВЮВВ ВВ В ВЮМВВЮВВВВВЮЮ ЮМЮЮЮ

Параметры

15

48

Количество магистралей 5

Составитель Ю.Федькушев

Техред M.Дидык Корректор.M.Âàñèëüåâà

Редактор И.Сегляник

Заказ 5510/24

Тираж 854

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектчая, 4

Количество запорных органов

Количество переключений за фильтроцикл

Количество подводяших трубопроводов на 1 фильтре

Известный Предлагаемый способ способ