Способ умягчения и обессоливания воды

 

Изобретение относится к ионообменной обработке воды, в частности анионированием, и позволяет повысить степень ее умягчения и обессоливания, а также предотвратить выпадение малорастворимых солей жесткости в анионите. Способ осуществляют путем пропускания исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивания фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонати гидроксид-ионы при мольном отношении 2CO<SB POS="POST">3</SB>/OH<SP POS="POST">-</SP>, равном мольному отношению CA<SP POS="POST">2+</SP>/MG<SP POS="POST">2+</SP> в исходной воде. Перед фильтрованием в исходную воду добавляют фосфорсодержащий комплексон ИОМС в количестве 0,1-3,0 мг/л. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1604746 A 1 (51)5 С 02 F 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4336717/23-26 (22) 08.10.87 (46) 07.11.90. Бюл. № 41 (71) Челябинский государственный институт по проектированию металлургических заводов «Челябгипромез» (72) А. Л. Рабинович и А. И. Плеханов (53) 661.783.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 785208, кл. С 02 F 1/42, 1976. (54) СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ (57) Изобретение относится к ионообменной обработке воды, в частности аниониИзобретение относится к очистке воды и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленностях, а также в других отраслях для умягчения и обессоливания воды.

Цель изобретения — повышение степени умягчения и обессоливания воды, а также предотвращение выпадения малораст.воримых солей жесткости в анионитовой загрузке фильтра.

Способ умягчения и обессоливания воды включает пропускание исходной воды с анионитом в карбонатно-гидратной форме, регенерацию которой ведут смесью растворов соды и щелочи, при этом фильтрат подвергают отстаиванию, а удвоенное молярное отношение карбонат-иона к гидрат-иону в регенерационном растворе принимают равным мольному отношению кальция и магния в исходной воде.

Особенностью предлагаемого способа является и то, что в исходную воду перед фильтрованием добавляют фосфорсодержащие комплексоны, например ИОМС, в дозах рованием, и позволяет повысить степень ее умягчения и обессоливания, а также предотвратить выпадение малорастворимых солей жесткости в анионите. Способ осуществляют путем пропускания исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивания фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонат- и гидроксид-ионы при молярном отношении 2СО з/

/ОН, равном молярному отношению Са +/

/Mg + в исходной воде. Перед фильтрованием в исходную воду добавляют фосфорсодержащий комплексон ИОМС в количестве 0,1 — 3,0 мг/л. 1 з.п. ф-лы.

О,l — 3,0 мг/л, обеспечивающих начало выпадения нерастворим ых осадков из воды после выхода ее из загрузки.

Перед началом фильтроцикла анионитовую смолу переводят в карбонатно-гидратную форму. Для этого через фильтр пропускают смешанный регенерационный раствор, в котором молярное отношение

2COz/ОН равно молярному отношению

Са +/Мд++ в исходной воде, подаваемой на фильтр. При этом карбонат-ион вводится за счет карбоната натрия (или другой растворимой карбонатной соли, нанример, карбоната калия, карбоната аммония), а гидрат-ион за счет гидроксида натрия (или другого гидроксида, например, гидроксида калия, аммония). При этом гидрат-ион дается с избытком (по отношению к 2СОз /

/О Н= С а++ /Mg++ ) в количестве 0,5 — 1 м гэкв/л. Избыток гидрат-иоона обеспечивает необходимое значение рН для предотвращения перехода карбонат-иона в бикарбонат: СО +НОН вЂ” НСО +ОН . Реакция за счет добавки гидрат-иона практически полностью смещается в сторону об1604746

20 з разования СОз . При фильтровании на анионите происходят следующие обменные реакции: (ан) зСОз+2С1 =2 (ан) Сl+СОз (ан) СОз+$04 = (ан) $04+СОз (ан) ОН+СГ= (ан) Cl+OH

2 (ан) OH+S04 = (ан) z$04+OH

Таким образом, на анионите происходит обмен анионов, содержащихся . в обрабатываемой воде, на карбонат- и гидрат-ионы.

В процессе реакции обмена на анионите переходящие в воду карбонат- и гидрат-ионы взаимодействуют с катионами кальция и магния.

С а+++ СОз = Са СОз, l

M g++ + 2 O H = M OH !

3а счет дозирования в обрабатываемую воду перед анионитовым фильтром фосфорсодержащего комплексона кристаллизация образующихся нерастворимых солей не успевает произойти непосредственно на ионообменной смоле в фильтре. Доза комплексона подобрана так, чтобы кристаллизация карбоната кальция и гидроксида магния начались за пределами фильтра в специальном отстойнике. При отстаивании карбонат кальция и гидроксид магния выпадают в осадок. Доза комплексона находится в пределах 0,1 — 3 мг/л по основному веществу, зависит от конкретного состава исходной воды и расстояния между ионообменным фильтром и сооружениями для отстаивания. Если они находятся рядом в одной установке, доза комплексона минимальна, если, например, после ионообменного фильтра вода подается в шламонакопитель, расположенный на значительном удалении от фильтровальной установки, то доза комплексона принимается максимальной. Нижний предел дозы обусловлен минимальным уровнем начала действия комплексона — торможение процесса кристаллизации малорастворимых соединений, верхний предел — слишком интенсивным торможением, что можут ухудшить процесс выпадения их при отстаивании.

Таким образом, на анионите из воды удаляются сульфаты, хлориды, нитраты, заменяясь на эквивалентное количество карбонат и гидрат-ионов, а затем в результате химического воздействия последних с кальцием и магнием происходит умягчение воды с эквивалентным выведением в осадок карбонат- и гидрат-ионов. Если в обрабатываемой воде (в эквивалентах)

Ca+++Mg++(SO4 +Cl +NOa то кальций и магний удаляются из воды полностью, в эквивалентном количестве удаляются из воды сульфаты, хлориды, нитраты, а в воду с анионита дополнительно переходят карбонат и гидрат-ионы в коли25

55 честве, равном разности: S04 +Cl +

+NOq ) — (Ca+++Mg++). Если Са+++

+Mg++)S04 +Cl +NO3, то удаление кальция и магния происходит не полностью, а в количестве, равном S04 +Cl +NOa

При этом сульфаты, хлориды и нитраты полностью удаляются из воды, а обмениваемые на эти анианы. карбонат- и гидрат-ионы полностью связываются в нерастворимые соединения ионами кальция и магния, вследствие чего удаляются из воды в осадок. По истощении емкости поглощения анионитового фильтра, что фиксируется «по проскоку» анионов S04

С1, NO3 выше заданной величины, ионообменную смолу регенерируют 2 — 10% смесью растворов щелочи и кальцинированной соды (по сумме, например, NaOH и ХаСОз). При этом на анионите происходят обменные реакции:

2 (ан) С1+СОз = (ан) C03+2Cl (aн) 2S04+СОз = (ан) г СОз+$04 (ан) Cl+OH = (ан) ОН+СГ; (ан) $04+ОН =2 (ан) OH+S04

При особом качестве исходной воды, когда имеется только кальциевая или только магниевая жесткости или становится задача удаления из воды только кальция или только магния, анионит регенерирует только одним раствором. В первом случае (для удаления только кальция) его переводят в карбонатную форму содой, во втором случае (для удаления только магния)— в гидратную форму щелочью. Регенерированные и отмытые от продуктов регенерации анионитовые фильтры, заряженные в карбонатно-гидратную форму, вновь включаются в работу. После этого цикл очистки воды повторяется.

Пример. Состав исходной воды, мг-экв/л:

Катионы

С а++ 7,0

Mg++ 2 0

Na++ 1,0

Хкат. = 10,0.

Ан ионы

НСОз 2,5

$04 40

Cl 3,5.

Хан.= 10,0.

Общее солесодержание равно 656,34 мг/л, рН 7,28, жесткость общая 9,0 мг-экв/л, щелочность общая 2,5 мг-экв/л. Расход воды 100 мз/ч.

Используют три анионитовых фильтра диаметром 2,0 м типа ФИП1 — 2,0-6 с анионитом типа А — 17, высота слоя анионита

2,5 м. Объем анионита в одном фильтре

7,85 м . Полная динамическая емкость поглощения анионита 800 r-экв/мз, рабочая

640 г-экв-м .

Определение параметров перевода фильтра в карбонатно-гидратную форму:

1604746

Формула изобретения

5

Ca+++Mg++=9 г-экв/м, SO4 +Cl =7,5 г-экв/мз;

Са+++Мд++)504 +Cl

9,0 г-экв/и )7,5 г-экв/м .

Следовательно, теоретически можно, поглотив на анионите сульфаты и хлориды в количестве 7,5 г-экв/мз, осадить за счет эквивалентного количества анионов СОз и ОН катионы Са++ и Mg++ в сумме

7,5 г-экв/м, в том числе весь кальций в количестве 7,0 r-экв/м . Оставшаяся магниевая жесткость составит 2,0 мг-экв/мз.

Соответствующее количество магния можно осадить за счет обменной реакции на анионите: (ан) ОН+НСОз - (ан) НСОз+ОН

Mg+++2OH NOH

Тогда щелочность воды (содержание

НСОз ) уменьшится на 2,0 г-экв/м и составит 0,5 r-экв/м . Состав смеси регенерационного раствора для перевода анионита в карбонатно-гидратную форму определяется на основе соотношения:

2СОз /ОН =Са++/Mg++;

2СОз /ОН =3,5.

Таким образом, отношение йа СОз и

NaOH в регенерационном растворе (в эквивалентах или в удвоенном отношении малярных концентрациях этих реагентов) должно составить 3,5. Принимается регенерационный раствор из смеси МагСОз и NaOH общей концентрацией 4Я (по сумме МаСОз и

NaOH). Общий расход реагентов принимается 60 г/r-экв емкости анионита, в том числе 10,6 г/г-3КВ щелочи (NaOH) и

49,4 г/r-экв соды (Ма СОз). Раствор указанного состава пропускается через анионитовый фильтр со скоростью 4 м/ч, т.е. общее количество регенерационного раствора 7,25 м на один фильтр пропущено через анионит за 34,6 мин. На одну регенерацию израсходовано 301,4 кг реагента (в расчете на 100О продукта), в том. числе

248 кг соды и 53,4 кг щелочи. После отмывки анионита в обычном режиме фильтр вводится в работу. Рабочий цикл одного фильтра длится 16,7 ч, при этом получается

555,8 м фильтрата или 70,8 об. очищенной воды на 1 об. смолы в фильтре.

Полученный фильтрат отстаивают в вертикальном отстойнике с гидравлической нагрузкой 0,36 -. Осадок накапливают в кои нической части, осветленную воду сливают в приемную емкость очищенной воды.

Состав очищенной воды, мг-экв/л:содержание ионов кальция и магния в сумме

1 (общая жесткость), в том числе кальций 0,53; магний 0,47; натрий 1; общая щелочность воды 2,0 (в том числе гидратная

0,55, карбонатная 1,29, бикарбонатная

6

0,16). Общее солесодержание очищенной воды 97,16 мг/л, рН 10,9.

Таким образом, жесткость воды уменьшается на 90Я, общее солесодержание— на 85,2Я (по сравнению с этими показателями в исходной воде). Такое качество очищенной воды позволяет без ограничения использовать ее в системах оборотного водоснабжения большинства промышленных предп ри ят ий.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет снизить содержание магния от 2,0 до 0,47 мг-экв/л, (по известному способу снижение содержания магния не произошло бы) и кальция от 7 0 до

0,53 мг-экв/л (по известному способу снижение концентрации кальция не могло бы быть меньше, чем 2,5 мг-экв/л, т.е. величины, соответствующей бикарбонатной кальциевой жесткости). Кроме того, из-за низкого рН исходной воды удаление кальция по известному способу произошло бы очень незначительноно, так как- при р Н 7,28 вообще практически не образуются карбонат-ионы, позволяющие вывести кальций в осадок в виде карбоната кальция.

Снижается также общее солесодержание воды от 656,3 до 97,16 мг/л. По известному методу оно было бы больше, не менее чем на величину, соответствующую концентрации магния (2,0 мг-экв/л) в исходной воде. Практически оно было бы еще больше из-за образования по известному методу при рН 7,28 бикарбоната кальция, хорошо растворимого в воде (вместо нерастворимого карбоната кальция по предлагаемому способу).

Исходная вода имеет рН 7,28 и содержание 2,0 мг-экв/л магния. При таком качестве исходной воды известный способ практически не применим. Согласно предлагаемому способу достигнуты эффекты умягчения и обессоливания (соответственно

90 и 85,2Я ), позволяющие использовать очищенную воду повторно без сброса в водные объекты.

Применение предлагаемого способа для умягчения и обессоливания сточных вод, например, от процессов травления металлов, снижает капитальные затраты путем исключения из схемы очистки катионитовых фильтров и сопутствующего оборудования (склады кислоты, кислотные насосы, сооружения для нейтрализации кислотных регенерационных раствороЮ) а также эксплуатационные расходы за счет исключения из схемы регенерации катионитовых фильтров кислотой.

1. Способ умягчения и обессоливания воды, включающий пропускание исходной

1604746

1 воды через фильтр, заполненный анионитом, отстаивание фильтрата, регенерацию анионита, отличающийся тем, что, с целью повышения степени умягчения и обессоливания воды, анионит используют в смешанной карбонатно-гидратной форме, а его регенерацию ведут раствором, содержащим карбонат и гидроксид-ионы при молярном

8 отношении 2СОз2 /OH равном молярному отношению Са +/Мд + в исходной воде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения выпадения малорастворимых солей жесткости в анионите, в исходную воду перед фильтрованием добавляют фосфорсодержащий комплексон в количестве 0,1 — 3,0 мг/л.

Составитель В. Вилинская

Редактор Н. Рогулич Техред А. Кравчук Корректор С.Шевкун

Заказ 3429 Тираж 800 Подписное

ВНИИПИ Государственного комнте1та по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», r. Ужгород, ул. Гагарина, 101