Способ очистки воды
Сущность изобретения: получают очищенную воду. Исходный раствор на диализ, натрий-катионирование с получением чистой воды. Отработанный регенерационный раствор подают в камеры обессоливания электродиализатора. Концентрат из него подают в рассольные камеры диализатора, а затем в камеры обессоливания дополнительного электродиализаторз. Полученный концентрат подают в концентратор для получения соли. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4897091/26 (22) 28.12.90 (46) 07.06,93. Бюл М 21 (71) Московский научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "МасводоканалНИИ проект" (72) А.В,Исаев, P.Â.Ïèðorîâ, В,И,Харчук и
ОЛО. Кузнецов (56) Материалы 7 Международного симпозиума по очистке морской воды, Амстердам, РЖ "Химия", К 8, 1980, N 84322. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано на химводоочистках предприятий химической, энергетической промышленности, Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки воды, включающем диализ Доннана, натрий-катионирование, регенерацию натрий-катионитового фильтра, отработанный регенерационный раствор направляют в камеры обессоливания элеткрадиалиэатора отработанного регенерационного раствора, концентрат из указанного электродиализатора подают в рассольные камеры диализатора и далее в камеры обессоливания дополнительного диализатора, полученный частично обессоленный раствор направляют в камеры концентрирования злектродиализатора отработанного регенерационнога раствора, а концентрат подают в концентратор, процесс ведут при соотношенийстепеней удаления солей жес. ткости воды в диализаторе и на натрий-катионитовом фильтре, определяемом по формуле:
„„ Ы„, 1819867 A 1
Д
И где Д вЂ” степень удаления содей в жесткости в диализатной камере;
И вЂ” степень удаления солей жесткости на фильтре;
q — удельный расход соли на регенерацию натрий-катионитнога фильтра .
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то, что соли жесткости из системы выводятся в виде товарного хлор-продукта без выделения твердой фазы и применения реагентов за счет использования электродиализатора разделения солей, режим работы которого обеспечивает преимущественный перенос солей жесткости, по сравнению с солями натрия (аппарат работает при плотностях тока ниже критических на 30 — 90%). Полученный рассол будет содержать соли в соотношении, необходимом для товарного хлор-продукта, однако его концентрация меньше требуемой (на 5 — 10%), поэтому предусмотрен узел концентрирования, в котором может быть использован еще один злектродиализатор илп Бь!парная установг ;
Для достижения пос) авленной ЫОли должно Выполняться следуюьцее CQOTt(ошение - тспенеи jó44i.!RBHè(t coReé же ., TKQGT!1 иэ исходной воды Hia Диализе (Д) и ионном обf e (4 6 1 И) — .=q.1
Д
И
При соблюдении BTO(0 соо-(.ноц(ения избытбк ионов нзтриЯ поспупак)Щий Б систему из отработанного регенерационного рас",Бора полностью обмениваетсч на ионы «есткости Б диализаторе и не влилет на качестBO по)(учаемого хлор-продукта.
Д
Пои Соот(40шеНИИ г! ООДУКТ3 — К <(Й
t)YA6 г !!роисходит наког!ление иОнОВ (43т()ия
В цирку((ирук)щ м рассоле за счет ГlоступлениЯ избытка регенериру(ОЩБГО 3ГентЗ из QT" работанного ре(енерационного раствора, кото(ЫЙ н8 будот успеБЗть уДалятьсЯ 18p83 диализный аппарат, в результате чего нарушится режим работы электродиализатора разделения солей и Б получаемом хлор-продукт8 увеличи Iсл содержание ионов натвия, 4(, Пои соотношонии — - и - Б систему
И
CIY (П(11 Т1((((17(,,4(5(20(-тат014((<(О К<11:(!Н(Ство
tt0H(1:.1 (43трил для;)3ЬО1 ы !1иализатт)ра результате !6(0 BGBpBCT36T (43Грy ;4:-<3 HB нат ъ",!1;- „ 3; и(1}4н !.,(й фил(>1 р или ч(134161 Ггте"
Пен Ь УДБЛ 6(! ИЛ Сo((eé )КЕСTi<ОС) И (3 диа4(из3тОр8, ЧТО п(ЭИВедет K из(1()н(- (((4(0 с(2Д отношения Й =. q - 1.
В технике извест(40 у((л(нение поиродНЫХ ВОД ((атрий-KBTYIQH_#_ (QBb(MY, (4)ильтраМИ и обрабо.(:(<ОЙ ОРР злектродиализом и последуь)щим выделением из рассола электродиализатора хлор-;ò упариванием с разделением твердой фазы хлорида натрил и концентрата Выпарной установки, (редставллющего собой товарный хлор-продукт. (Отчет о Н И Р Технического филиала
ВНИИ ВОД(" ЕО "Разработка технологии переработки сточных вод химводоочисток с це)(ь(о использования получаемых раств<)" ров хлоридов кальция и маГния при произ водстве низкотемпературного цемента", 1982).
Недостатками этого метода явля(отсл: низкая степень разделения солей, значительные энергозатраты на выпаривание. В связи со значительным содержанием в рассоле электродиализатора хлорида натрия, требу8тся 4/(l3pMBBHNB еГО ДО конЦентрации, при которой хлорид натрил Выделяется в тведду(() фазу (до Ape(tc ла растворимости), ПОСЛВ ЧВГО KOH+8HTP=IT Быпа()НОЙ УСТВНОВКИ
C0 i)ep <И i QR Оборудование с приьte!- 8Hze«гита((QBB(õ сплав:)В., пОзвол Я(0(1!ие ОтДелить TBepll)<10 Фазу хлорида натрия QT -(Оварного х((овпродукта, Преимуществом предлагаемого способа (to cp3BHeí 1(0 с последним, Явллетсл то, что получение) Оваоно! 0 хлор-продукта проИС>ГОДИТ НВПОСРЕДСТБ8НИО ИЗ !;((4<«o g <)аэы без изменения агрегатного состолния обрабатыва мого рэст((ора что в общем н i;K3ет энер 033)pel ó и Hie требует применения СЛО)К!(0% О 0()ОРУДОВ3(4ИЯ (-1(1 «ep(ev<8 представлена (l pe4(R3!.38мая -(ех(iологи леская (.-Хема уста(!Овки (!О ОЧИСТКО HO@bi, Спосс(б Осу!ЦествлЯВГсЯ сл(- Дугощим об p330I Исходнал Вода Г!Однимаетсл на диализ Дан! BHБ, где происходит обмен ионoB я<ест(о ти „г(д()02(<3(цихся B BQ4!6 HB ио(4Ы H3Tp(it((и,; pdcco(tüHQÃQ (() (кта диализато!)3 (1).. 33 (6Ь(ЧБСТИЧ(40 УМЛ(Ч6Н (33;30ji3 ПОД36Тся (!; на рий-катио((! ((ОБ(;1(! (1)ИЛЬтр 7), Г!(е IiP(! «..х I II(4T Окон 43тел(;Hoe! 88 2 мл(- Рн(8 (10H з i i. .1;1<2! Г1Р О ;(Г(4 Б ВРГЛ л (00 f 14! i 1Р (I t<6 ме)!.((у степен лми хвале(;(tq (ORBИ жест KocT(q из Ббць! Б Див(11!Баторе и на ио((ообмен ном (!)ил(тре; - — = Ц - 1, После иоле((па!4(И-I обмен ,4( (1 30 (ot)I „посо, - ности:-(3 грий-ка 1-ионитов()ГО 11)ильт!)! Цооизводитсл его оеге(46г1ацил расТБОРОМ Х(IОРИДЯ (13ТРИЛ Г. ЗКБ/Г, ЗКБ УГ(3ЛЛ8 мо(1 уу:,!1)1 О(.и Пос ле ре(р 46р «! ° Ии(Обо. -(зуетсл отработанный ре(енерационный ресТВор, содер)кащий хлориды кальция и маГнил В кОлич8стве, равном ОбмениОЙ емкости катионита и хлорид натрия, представля(ощий собой избыток регенериру(о«Цего реагента В КОЛИЧ6СТВB Ц " ", ДВЛ88 4б отработанный регенерационнь!й раствор (ОРР) концентрируетсл В электродиализатор83, дил!Оат направляк)т в голову процесса, 3 рассол, -.îäåðæàùèé практически Бсе соли ОРР„направляется в рассольные камеры диализатОра (, Гд8 Он достаточнО насыщаетсг ионами жесткости из исходной Воды, отдавая в нее избыток ионов натрия, После выхода из рассольного тракта диализатора раствор подается в дилк)атнук) камеру 4, где бб происходит селективное удаление ионов )кесгкости в рассольные камеры. Для обеспеченил этого камера 4 работает при рабочей:.!Лотнос.ги ТОК3 (43 . »альция и магния в количестве, равном удаляемому из исходной воды количеству ионов жесткости, и хлорид натрия в количестве 3 об общего солесодержания, концентрацией 20 — 80 r/n (в зависимости от концентрации циркулирующего раствора в контуре 3 — 1 — 4 — 3. Для получения товарйого хлорпродукта рассол иэ камеры 4 подается для дальнейшего концентрирования в концентратор из рассольного тракта кото- 10 рого удаляется рассол концентраций не менее 257;, содержащий не более З хлорида натрия. Дилюат из камеры 4 подается в рассольный тракт электродиа изатора 3 для использования в следующем цикле. 15 П риме р1. 1. Качество умягчаемой воды: Содержание ионов: кальция — 3,2 мг 1КВ/Л магния — 1,3 мг-экв/л 20 натрия — 0,5 мг-зкв/л 2. Расход воды 0 =-240 м /сут= 10 м /ч, 3. Удельный расход соли на регенераци1о натрий-катионитового фильтра q = 2 г-э кв/г-экв удаляемой жесткости, Принимаем соотношение степеней уда1ГЕНИЯ ИОНОВ жЕСткости на диалИЗЕ и ионном пбмене — =q-1=2-1 =1. Тогда надиализе 30 Д И удаляется 50 поступающих ионов жесткоСти, и на натрий-катионитовом фильтре также 50% ионов жесткости, В избытке в систему поступает: Жи = {(Са j+ f IVI< ). О = (3,2 + 1,3) 240 =- 35 =1080 r-экв/сут. Жи = 45 r-экв/ч (1.1) где Жи — количество солей жесткости, поступающих в систему. На диализ удаляется 50 от этого коли- 40 чества: Жд = Д ° Жи = 0,5 45 = 22,5 г-экв/ч (1.2) Считая перенос ионов жесткости и натрия в диализаторе эквивалентным, опреде- 45 ляем количество натрия. удаляемое из циркулирующего раствора в умягчаемую воду в процессе диализа: йад = Жд = 22,5 r-экв/ч (1.3) 50 Натрий-катионированием удаляется. Жи.o. = И Жи = 0,5 45 = 22,5 г-экв/ч(1.4) При дальнейшем расходе соли на регенерацию q = 2 г-зкв/г-экв удаляемой жест- 55 кости качество 0РР, приведенное к числовому расходу составит: Жорр = Жи.о = 22,5 г-экв/ч (1.5) Naopp;q Жи.о-Æ .о. 22.5 г-экв/ч, (1.6) где Жорр и Каорр — количество солей жест;ости натрия, поступающие с ОРР в систему. Принимаем исходное салесодеох;ание циркулирующего раствора перед элекгродиализатором 3 Cp = 300 мг-зкв/м, огноо з шение Сро/Жро =- 1,04. Расход Qц -- 5 м /ч. Качество рассола на выходе из камеры 3 при условии полного переноса солей ОРР составит: Ср = Ср (Жорр + Маорр)/О =- 300+ (22,5+ +22,5)/5 = 309 мг-эквlм (1,7) Жр = Жр + Жорр/О=Ср /1,04 + 22,5/5 =-1 1 о =293 мкг-зкв/м з (1.8) Качество циркулирующего раствора по выходе из диализатора, с учетом изложенного выше: Ср = Ср (Над+ Жд)/О =309 мг эка/м (1.9} Жр — — A(p 4- Жд/О = 293 + 22,5/5 =- 297,5 г-экв/м (1.10) Далее рассчитываем рабо«ую плотность тока по камере 4 по эмпирической формуле: i =- 4р (Т""м /1.15) (1.1 I) где 1 — рабочая плотность тока мА/см, г Тиа — коэФфициент селективной проницаемости мембраны, определяется по формуле: Т ч = i»p — коитическая плотность тока. Для предотвращения накопления в цлркуляционном рассоле солей жесткости и обеспечения требуемого качества хлор-продукта принимаем, что в рассольный тракт камеры 4 переносится все количество ионов жесткости, поступающих в систему, и ионы натрия р. количестве 3% от перенесенных ионов жесткости. Тогда формула (1.12) примет вид: ТЯ 1а ж In г 1 3 Ifl (С > Жр/Ор Жр 0,03Жр) Подставляя значение Т," в формулу (1, I1), получим: I =0,7 !»р 4р определяем по формуле: v РС » Re" („) 10 где v> — эквивалентная скорость в камерах электродиализатора. Для аппарата 3Х0 5000 х 2000 v = =1,127; v — скорость в камерах ЭДУ, м «;.1819867 F — постоянная Фарадея 26,8 А ч/r-экв; k пп — эмпирические коэффициенты, I зависящие от природы электролита идеполяризационных свойств сепаратора-турбулизатора; для рассматриваемых условий k — -348, n =-0,5. При скорости ч = 360 м/ч l
348 =-13,1 мА/см2 Тогда: ip = 0,7 13,1 = 10,0 мА/см2 Концентрация рассола в камере 4 при работе в режиме "электросорбции" определяется по формуле (Письменский В.Ф. и др, Предельное концентрирование растворов электоолитов в системах ионообменкых мембран MK-40 и МА-40, Черкассы, 1980): =P,o + р (1,14) где А = 50 и и = G,4 при 1«20 мА/см2 А= i30 и n =-0,15 при 20< l <120 мА/см Для нашего случая Ср =- 127,8 г/л = з 12,8%. По нормам требуешься концентрация товарного хлор-продукта более 257, поэтому производим дальнейшее концентрирование в камере 5 при плотности тока i 1хр. По формулам (1.13) и (1,14) пол чаем: i ll = 49.3 мА/см"; Ср = 361 г/л = 36,1 j> Таким образом, в рассольном тракте камеры 5 получен товарный хлор-продукт. При соблюдении вышеуказанных условий качество циркулирующего раствора на выходе из дилюатного тракта камеры 4 составит: Cp = Cp — Жд — 0,03ЖР =300 г-экв/м 8 2 2 2 з Жр = Cp — Жд =289r-зкв/м 8 2 2 з C, /ж, -1,04 что соответствует принятому вначале расчета качеству циркуляционного раствора, та есть в системе не происходит накопление солей и циркулирующий раствор выступает в качестве переносчика хлор-продукта. Для оценки степени разделения солей жесткости и натрия в предлагаемом способе и в прототипе принята формула: Р Р вхд вх выл в ых ар р . где Nap " — количества ионов натрия, поступающих в схему в составе ОРР; Жр " — количество солей жесткости, поступающих в схему в составе ОРР; Жр-" — количество солей жесткости, удаляемое в жидкой фазе из схемы (для предлагаемого с особа — в хлор-продукте, для прототипа — по выходе из рассольного тракта диалиэатора); арвид х — количество ионов натрия, удаляемое в жидкой фазе иэ схемы. В рассматриваемом случае P= 16.7. Примеры 2 и 3 рассчитаны для соотношений — = 0,43 и — =- 2,3 соответственно -д- дИ И для условий и по методике примера 1. Результаты расчета примеров и данные прототипа представлены в таблице, Пример 4 рассчитан для соотношения — = 1 npLI использовании в качестве конценЛ И тратара выкарной установки, услав я и методика расчета аналогичны примеру 1. и и Однако I
При анализе видно, чта в примере 2, при — = 0,43, салесодержание циркулирующего Д раствора на выходе из камеры 4 увеличивалось по сравнению со значением, принятым в начале расчета, однако жесткость осталась на прежнем уровне. Эта показывает, что в системе происходит накопление солей натрия. Это со временем приведет к ухудшению качества хлор-продукта и соответственно продувке циркуляционного тракта, т.е. система перестанет быть бессточной. В примере 3 солесадержание циркулирующего раствора, наоборот, понизилось в результате удаления из системы солей натрия, эта снижение вспоследствии абусловит снижение степени удалекия солей жесткости на диализе и система приводит к соотношению — Ц =- 1. Й В примере 4 практически все параметры работы установки идентичны примеру 1 и поэтому можно сделать вывод, что стадия концентрирования ке оказывает какого-либо влияния на технологический процесс и, следовательно, в качестве концентратора может быть применен практически любой из известных методов концентрирования. Таким образом, предлагаемый способ, па сравнению с известным (прототипом) позволяет повысить степень разделения солей в жидкой фазе. исключить примене10 )!Г ll 1) Г«aKQ С г "экв С} г-экв 1р I!1 р г-э кв Ц Ж „ г экв ?каор г-экв Иа г-э кв Tl(Al +pp r-экв Ч,При мер г "экв ч 0! «О 2 2,, .) 22,5 22,5 22,5 22,5 309 293 309 20, / Ч / 2, » 0 43 5 7Р У 3 31,5 31,5 31,5 312,б 294,8 312,б 13,5 29; 13,5 13,5 305,4 291,2 305,4 297,5 3 --=-2 3 -t 31,5 31,5 13,5 4 -,- --1,0 22,5 22,5 22,5 22,5 22,5 30,9 293 309 297,5 и зо" To- -- =0 4370 тип ние таких дефицитных реагентов, как сода и известь, предотвратить загрязнение окружающей среды, избежа ь ОбразоваHHr твердой фазы осадка, обработка и утилизация которой вызывает значительное загрязнения, максимально аффективно использовать все количество реагента, идущ8ГО на регенерацию натрий-KBTИОHИTОBGro фильтра, получить товарный хлор-продукт, являющийся сырьем для производства цемента по низкотемпературной ТЕХНОЛОГИИ. Формула изобретения Способ очистки воды, включающий диализ, натрий-катионирование, регенерацию натрий-катионитового фильтра, злектродиап.13 отработанного регенерационного расТаора, отличающийся тем, что отработанный регенерационный раствор пода.от и камеры обессоливания злектродиализатора Отработанного регенерационного раствора, концентрат из указанного злектродиализатора подают и рассольные камеры диализатора и далее ь камеры QGecсоливания дОполнительного элкок Гродизлизатора, полученный обессоленный раствор 5 направляют в камеры концентрирования алектродиализатора, отработанного регенерационного раствора. а полу.енный концентрат пОдают В концентратор, процесс ведут при соотношении степеней удаления 10 солей жесткости воды в 1иализаторе на натрий-катионирование, определяемом по формуле --Ñ1-1, 1 И где Д вЂ” степень удаления солей жесткости в камерах обессоливания диализатора, ";:,: И вЂ” степень удаления солей жесткости на натрий-кати они ро ва н и и, j„ 20 q — удельный расход соли на регенераци о на рий-катионитo Bol o фил ьтрата, мгз квl м r-зк в. 1819867 Продолжение тгблицц! 4. ср г >К т„, Ъ Cð> г Л, ф кр мА си Г ic йр! 1 1кр l tt.p иА си2 i мА си При. мер r-экв из г-экв из 1 3,3 0,7 13,1 10,0 127,8 49,3 361 300 289 16,7 0 2 1,7 0 4 13 2 5 7 100,4 38 7 325 3 303 3 289 16 7 0 09 1,08 1 12,9 12,9 210 81 461 296 289 16,7. 0 4 1,3 0,7 13, I 10,0 127,8 - - 300 . 289 16,7 0 Про то" ° t 2 5 Э 0 18 1 тип Редактор Заказ 2005 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель Н.Родченкова Техред M. Моргентал Корректор M,têà÷ Сброс солей в окруж. среду, кг/из уиягч. воды
