Способ обессоливания воды
Владельцы патента RU 2361819:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области получения обессоленной воды. Способ включает ионирование воды в катионитовых и анионитовых фильтрах, регенерацию фильтров и электрохимическую обработку отработавшего регенерационного раствора после регенерации анионообменных фильтров в средней камере трехкамерного электролизера с ионообменными мембранами при плотности тока 400-800 А/м2. Образующуюся в катодной и анодной камерах щелочь и кислоту используют для регенерации ионообменных фильтров. Технический эффект - упрощение процесса обессоливания воды, уменьшение концентрации сульфатов и хлоридов в отработавшем регенерационном растворе с возможностью его повторного использования. 1 ил., 2 табл.
Настоящее изобретение относится к области получения обессоленной воды путем пропускания ее через ионообменные катионитовые и анионитовые фильтры.
Известен способ обработки воды методом ионного обмена путем пропускания ее через 3 последовательно расположенных ионитных фильтра: 1-й фильтр загружен сильнокислотным катионитом; 2-й фильтр загружен слабоосновным анионитом, который располагается в верхней части фильтра, и сильнокислотным катионитом; 3-й загружен сильноосновным анионитом. Для регенерации анионита применяют раствор NaOH, который сначала пропускают через 3-й фильтр, а затем через анионит, загруженный во 2-м фильтре. Катионит регенерируют раствором НСl, причем этот раствор сначала пропускают через 1-й фильтр, а затем через катионит, содержащийся во 2-м фильтре (Патент 53-3350 Япония, МКИ В01J 1/09. Обработка воды методом ионного обмена. / Итикава Хадзимэ (Япония). - №47-23 013; заявлено 06.03.72).
К недостаткам этого способа можно отнести образование сточных вод, получаемых в процессе регенерации ионообменных фильтров и содержащих значительные количества хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.
Известен способ очистки воды и водных растворов путем двухступенчатой ионной обработки и регенерации отработанного ионита с параллельным и противоточным движением очищаемой воды и регенерационного раствора, причем параллельный ток осуществляют на первой ступени, а противоток - на второй ступени обработки (А.с. 460712 СССР, МКИ С02В 1/16. Способ очистки воды и водных растворов. / Ф.Н.Белан, А.П.Мамет, Д.Л.Цырульников (СССР). - №1695223; заявлено 16.09.71).
К недостаткам данного способа следует отнести образование сточных вод, получаемых в процессе регенерации ионообменных фильтров и содержащих достаточно большие количества хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.
Наиболее близким к заявляемому, т.е. прототипом, является способ обессоливания воды, включающий ионирование воды в катионитных и анионитных фильтрах, регенерацию фильтров, обработку отработавшего регенерационного раствора с выводом избытка регенеранта в нежидкую фазу, отделение регенеранта от отработавшего регенерационного раствора, растворение регенеранта в воде и повторное его использование. Примеси в ионируемой воде обменивают на легкорастворимые вещества, характеризующиеся пригодностью для регенерации как катионитных, так и анионитных фильтров и способностью быть выведенными из воды в нежидкую фазу, например на гидроксид аммония, обрабатывают ионированную воду с выводом растворенных в ней веществ в нежидкую фазу, отделяют их от воды, растворяют в воде и используют для регенерации ионообменных фильтров (Патент 2036160 Россия, МКИ C02F 1/42. Способ обессоливания воды. / К.К.Бекбулатов, В.Н.Суворов, И.В.Бекбулатова, Ю.В.Гассельбах, А.Г.Набиуллин, В.А.Михайлов, И.А.Закиров, А.С.Сапожников, Н.И.Варламов (Россия). Научно-технический кооператив Поиск. - №5002010/26; заявлено 29.08.91).
К основным недостаткам прототипа относится использование реагента, необходимого для вывода избытка регенерирующего вещества в нежидкую фазу, отделение полученного осадка от сточных вод и растворение этого осадка в воде для повторного использования, что усложняет процесс обессоливания воды. Кроме того, из сточных вод извлекается только избыток регенерирующего вещества, а хлориды и сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов, образующихся в процессе регенерации, достаточно часто содержатся в сточных водах в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации.
Предлагаемое изобретение решает техническую задачу - упрощение процесса обессоливания воды и очистку сточных вод, образующихся в процессе регенерации ионообменных фильтров, от хлоридов и сульфатов с одновременным получением щелочи и кислоты, которые могут использоваться в процессе регенерации ионообменных фильтров.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе получения обессоленной воды путем пропускания ее через катионитовые и анионитовые фильтры и регенерации ионообменных фильтров растворами щелочи и кислоты, согласно изобретению, сточную воду, образующуюся при регенерации анионообменных фильтров, подвергают электрохимической обработке в средней камере трехкамерного электролизера с ионообменными мембранами при плотности тока 400…800 А/м2, а образующуюся в катодной и анодной камерах щелочь и кислоту используют для регенерации ионообменных фильтров.
Обычная ионообменная установка для обессоливания воды включает две группы ионитовых фильтров, из которых первая служит для извлечения из воды катионов, а вторая группа фильтров служит для удаления из воды анионов. Регенерацию катионитовых фильтров проводят растворами кислоты (как правило, 2-4% раствором H2SO4). При этом получают сточную воду, содержащую в основном сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Регенерацию анионитовых фильтров осуществляют щелочными реагентами (как правило, 2-4% растворами NaOH). Образующаяся при этом сточная вода в основном содержит сульфат и хлорид натрия.
Пример 1
В таблице 1 представлено максимальное содержание солей в сточной воде, образующейся при регенерации ионообменных фильтров цеха водоподготовки Стерлитамакской ТЭЦ.
| Таблица 1 | |||||||
| Тип фильтра | Концентрация, г/л | ||||||
| Na2SO4 | CaSO4 | MgSO4 | K2SO4 | NaCl | H2SO4 | NaOH | |
| Катионитовый | 37,1 | 0,8 | 0,4 | 0,2 | - | 12,8 | - |
| Анионитовый | 32,5 | - | - | - | 4,9 | - | 15,7 |
Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что сточная вода, образующаяся на стадии регенерации катионитовых фильтров, в основном содержит сульфат натрия и серную кислоту. Вместе с тем, в составе этой сточной воды содержится до 0,8 г/л сульфата кальция и до 0,4 г/л сульфата магния. Сточная вода, образующаяся на стадии регенерации анионитовых фильтров, в своем составе содержит сульфат натрия, хлорид натрия и гидроксид натрия.
При электрохимической обработке сточных вод, образующихся в процессе регенерации катионитовых фильтров из-за наличия в них солей кальция и магния, поверхность катода покрывается осадком гидроокисей этих металлов, что делает процесс электрохимической очистки такого стока невозможным. В отличие от этого сточная вода после регенерации анионитовых фильтров содержит сульфаты и хлориды натрия и гидроксид натрия. При электрохимической обработке такого стока в трехкамерном мембранном электролизере в анодной и катодной камерах концентрируются растворы кислоты и щелочи соответственно.
Способ обессоливания воды осуществляется следующим образом. Сточную воду, полученную в процессе регенерации анионитовых фильтров и содержащую сульфат натрия, хлорид натрия и гидроксид натрия помещают в среднюю камеру 2 трехкамерного электролизера (см. чертеж). В катодную камеру 1, отделенную катионообменной мембраной К, помещают 0,1 н. раствор гидроксида натрия. В анодную камеру 3, отделенную анионообменной мембраной А, помещают 0,1 н. раствор серной кислоты. В электрическом поле, создаваемом в электролизере при подаче напряжения на электроды, происходит перенос катионов Na+ из средней камеры через катионообменную мембрану в катодную камеру электролизера и анионов Сl-, SO2- 4, ОН- через анионообменную мембрану в анодную камеру электролизера. В катодной камере происходит разложение воды с выделением газообразного водорода и образованием анионов ОН-
2Н2O+2е→Н2+2OН-.
В результате этого в катодной камере происходит концентрирование гидроксида натрия. В анодной камере разлагаются ионы хлора и гидроксила
2Сl--2е→Cl2
2OH--2e→O2+2H+.
Это приводит к концентрированию в анодной камере серной кислоты.
Пример 2
Через среднюю камеру трехкамерного электролизера прокачивают сточную воду, полученную при регенерации анионитовых фильтров цеха водоподготовки Стерлитамакской ТЭЦ и содержащую 19,8 г/л сульфата натрия, 1,8 г/л хлорида натрия и 15,7 г/л гидроксида натрия. В катодную и анодную камеры электролизера заливают по 150 мл 0,1 н. раствора гидроксида натрия и серной кислоты соответственно. Процесс электрохимической обработки стока проводят при комнатной температуре в течение 6 часов при различных токовых нагрузках. Результаты опытов представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Сила тока, А | Плотность тока, А/м2 | Концентр. NaOH, г/л | Концентр. H2SO4, г/л | Выход по току, % | Затраты электроэнергии, кВт·ч/кг |
| 5 | 400 | 88,6 | 20,3 | 70,8 | 9,4 |
| 7,5 | 600 | 124,2 | 37,9 | 71,2 | 11,3 |
| 10 | 800 | 134,7 | 45,1 | 68,7 | 13,7 |
| 12,5 | 1000 | 153,4 | 62,9 | 65,2 | 15,0 |
| 15 | 1200 | 169,9 | 69,0 | 64,7 | 15,8 |
Из данных, представленных в таблице 2, видно, что гидроксид натрия и серная кислота, образующиеся в катодной и анодной камерах электролизера, могут использоваться для регенерации ионообменных фильтров. Увеличение плотности тока приводит к возрастанию концентрации кислоты и щелочи, снижению выхода по току и повышению энергозатрат на процесс. При плотностях тока выше 800 А/м2 происходит значительный разогрев растворов в электролизере, поэтому увеличение плотности тока выше 800 А/м2 не желательно.
Использование предлагаемого способа обессоливания воды по сравнению с существующим имеет следующие преимущества:
а) электрохимическая обработка сточных вод анионитовых фильтров приводит к уменьшению концентрации сульфатов и хлоридов в сточной воде без использования реагентной обработки;
б) растворы щелочи и кислоты, получаемые при электрохимической обработке сточных вод анионитовых фильтров, пригодны для их использования в процессе регенерации ионитовых фильтров.
Способ обессоливания воды, включающий ионирование воды в катионитовых и анионитовых фильтрах, регенерацию фильтров, обработку отработавшего регенерационного раствора, отличающийся тем, что отработавший регенерационный раствор после регенерации анионообменных фильтров подвергают электрохимической обработке в средней камере трехкамерного электролизера с ионообменными мембранами при плотности тока 400-800 А/м2, а образующуюся в катодной и анодной камерах щелочь и кислоту используют для регенерации ионообменных фильтров.
