Способ глубокого химобессоливанияводы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсния

Социалистичесник

Республик

<н812726

Ф

«

-г" (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 31 ° 05. 79 (21) 2772206/23-26 с присоединением заявим М (я)м. кл.

С С2 В 1/40

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1503.81 Бюллетемь М 10 (53) УДК 628 543 (088,8) Дата опубликования описаммя 15. 03. 81 (72) Автор изобретения

Г. К. Фейэиев ч .,-,,()Я с °

° «

Азербайджанский инженерно-строительный инстввг т.... t «1 и 3:. : .

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГЛУБОКОГО ХИМОБЕССОЛИВАНИЯ

ВОДЫ

Изобретение относится к очистке воды и может быть использояано в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ обессоливания. воды с регенерацией ионитных фильтров кислотой и щелочным реагентом, заключающийся в пропускании обессоливаемой воды через Н-катьонитные фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-анионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксильные ионы, в результате чего получают обессоленную воду Е1а.

Недостатком данного способа являются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость ионитов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ глубокого химобессоливания воды путем противотачноro пропускания воды через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, OH-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбониэатор, ОН-анионитный фильтр второй ступени и регенерации ионитных фильтров с получением отработанного раствора анионнтных фильтров.. Обессоливаемую воду пропускают через первую ступень

Н-катнонирования, предназначенную для обмена всех катионов, содержащихся в фильтруемой воде, на катионы водорода, а затем — через первую ступень ОН-анионирования, проводимого на слабоосновном анионите, где анионы сильных кислот заменяются на гидроксильные ионы. Н-катионированне первой ступени по известному способу производят до проскока одновалентных ионов натрия, а анионитный фильтр первой ступени работает до проскока ионов хлора в фильтрат. Далее воду пропускают через вторую ступень

Н-катионнрования, предназначенную для задержания катионов, случайно

"проскочивших" через Н-катионитный фильтр первой ступени или попавших в фнльтрат иэ фильтров со слабоосновным анионнтом, вследствие его старения или недостаточно хорс аей отьивки после регенерации. Суммарная концентрация катионов в воде, поступаюЗо щей во вторую ступень Н-катиониро812726 вания, находится в пределах 0,1-0,2

0,2 мг-, экв/л. В декарбонизаторе из фильтрата после Н-катионитных фильтров второй ступени удаляют свободную углекислрту. Далее воду пропускают через вторую ступень анионирования на сильноосновном анионите, где происходит поглощение анионов кремние/вой кислоты и сотатка свободной углекислоты. Обессоленную воду направляют к потребителю. Регенерация Н- кати они т ных фил ь тров в торой и первой с ту пени произ води тс я 1- 2 Ъ- ной серной кислотой, а анионитных фильтров второй и первой ступени 3-4Ъ-ным

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу глубокого химо- 0 бессоливаиия воды, заключающемуся в противоточном пропускании воды сначала через Н-катионитный фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 50-95Ъ катионов со35 держащихся в исходной воде, до проскока ионов жесткости в фильтрат, затем через ОН-анионитный фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 65-98Ъ анионов сильных кислот, содержащихся в исходной воде, после чего - через Н-катионит40 ный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второй. ступени и последующей регенерации ионитных фильтров с получением отработанного раствора анионитных фильтров, содержащего щелочь в количестве

30-70Ъ от общего количества анионов сильных кислот, сорбируеьых .за Фильтроцикл из обрабатываемой воды, который перед каждым циклом регенерации фильтруют через анионитные фильтры в направлении пропускания свежего регенерационного раствора. При работе Н-катионитного фильтра первой ступени, загруженного полифункциональным катионитом, до проскока конов

S0

55 жесткости в фильтрат в ионном обмене участвуют почти все ионогеиные группы как сильнокислотные, так и слабокислотные и, следовательно| cyttecòâåí-ф0 но повышается рабочая обменная емкость катионита. Так как слабокислотные иогенные группы очень хорошо регенерируются раствором серной кислоты даже со стехиометрическим коли- 5 раствором едкого натра Г2 .

Недостатками этого способа являют- 15 ся низкая степень использования обменной емкости ионитов, большие удельные расходы щелочи и кислоты (1,5-3 г-экв/г-экв) на регенерацию ионитных фильтров и образование зна- 20 чительного количества агрессивных стоков.

Цель изобретения — повышение степени использования обменной емкости ионитов, снижение расхода реагентов до стехиометрического, устранение агрессивных стоков и удешевление процесса. чеством, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах составляет обычно более половины, в. частности для сульфоугля

2/3 от полной обменной емкости,,то удельный расход кис лоты относительно сильнокислотных групп составляет более двух при общем расходе кислоты, равном стехиометрическому. Поэтому если полифункциональный катионит при очистке воды полностью переводится в солевую форму, то его можно глубоко регенерировать стехиометрическим количеством кислоты. При очистке полифункциональный катионит может быть переведен в солевую форму .путем продолжения наботы Н-катионитного Фильтра первой ступени до проскока ионов жесткости в фильтрат. При регенерации стехиометрическим количеством кислоты в слое катионита, последним соприкасающимся с отработанным раствором, остаются ионы жесткости. Поэтому для того, чтобы при очистке воды в фильтрат Н-катионитного Фильтра первой ступени не попадали ионы жесткости, процесс ионирования осуществляют по противотоку.

Для большинства пресных вод концентрация ионов натрия не превышает

20-25Ъ от общей концентрации катионов в исходной воде. Поэтому при пропускании регенерационного раствора кислоты последовательно через вторую и первую ступени Н-катнонитных фильтров удельный расход кислоты относительно одновалентных ионов натрия, сорбируемых во второй ступени, составляет более 4-5 г-экв/г-экв, что обеспечивает его глубокую регенерацию и существенно повышает рабочую обменную емкость катионита. Суммарный удельный расход кислоты на регенерацию второй и первой ступени Н-катионитных фильтров при этом равен стехиометрическому количеству и, следовательно, отсутствуют агрессивные сточные воды Н-катионитных фильтров.

При работе Н-катионитного фильтра первой ступени до проскока ионов жесткости, в анионитные фильтры первой ступени поступает смесь разбавленного раствора кислоты и солей натрия. Поэтому при загрузке анионитного фильтра слабоосновным анионитом все анионы сильных кислот не могут быть сорбнрованы в нем и часть анионов сильных кислот должна быть поглощена анионитным Фильтром второй ступени. Для обеспечения достаточной степени регенерации и очистки воды удельный расход щелочи на регенерацию анионитного фильтра второй ступени, истощенного по смеси анионов, сос.тавляет .4-6 r-экв/г-экв. Для oeecne" чения такого удельного расхода щелочи при регенерации анионитного фильтра второй ступени, при стехиометрическом расходе щелочи относительно

812726

d0

65 общей загрузки анионита, последний сорбирует до 25% анионов сильных кислот.

При повторном использовании отработанного раствора предыдущей регенерации анионитных фильтров для предварительной регенерации последних, в анионитном фильтре второй ступени сорбируется до 35% анионов сильных кислот обрабатываемой за фильтроцикл воды.

ПРИ применении в качестве первой ступени аяионирования ступенчатопротивоточного фильтра с загрузкой первого корпуса по ходу очистки воды слабоосновным, а второго корпуса с сил ьноос нов ным анионитом и пропускании регенерационного раствора щелочи (после анионитного фильтра второй ступени) сначала через второй, а затем через первый корпус анионитного фильтра первой ступени, стехиометрическое количество целочи на регенерацию может обеспечить сорбцию практически всех анионов сильных кислот обрабатываемой воды в первой ступени анионитного фильтра, а вторая ступень анионит ноro филbтра будет поглощать в основном свободную углекислоту, оставшуюся после декарбонизатора, и анионы кремниевой кислоты. Следовательно, в зависимости от условий работы, анионитный фильтр первой ступени сорбирует 65-98Ъ, а анионитный фильтр второй ступени — 2-35Ъ анионов сильных кислот исходной воды. Указанное достигается также при загрузке анио-, нитного фильтра первой ступени смесью низкоосновного и высокоосновного анионита.

Расход щелочи, пропускаемой через анионитный фильтры второй и первой ступени, с отработанным раствором предыдущей регенерации в количестве

30-70% от суммы анионов сильных кислот и со свежим раствором в количестве 100Ъ от сумьы анионов сильных кислот исходной воды, обусловлен необходимостью обеспечения 4-12- кратного расхода щелочного реа:ента через вторую и 1,5-2-кратного расхода через первую ступень анионитных фильтров. При этом общий расход щелочи равен стехиометрическому расходу и сточные воды анионитных фильтров представляют нейтральные и неагрессивные растворы натриевых солей.

Технология осуществления предла-. гаемого способа обессоливания воды состоит в следующем.Исходную воду направляют в противоточный Н-катионитный фильтр первой ступени, э агруженный полифункциональ ным катионитом, работающий до проскока ионов жесткости в фильтрат.

Фильтрат Н-катионитного фильтра первой ступени, представляющий собой смесь слабого раствора кислоты и солей натрия, пропускают через аныонитный фильтр первой ступени, где сорбируется 65-98% анионов сильных кислот. Далее фильтрат анионитногО фильтра первой ступени, являющий смесь натриевых солей и щелочи, подают в

Н-катионитный фильтр второй ступени, где все ионы натрия обмениваются на ионы водорода. После удаления свободной угольной кислоты из фильтрата

H-катионитного фильтра второй ступени в декарбонизаторе слабый раствор кислоты пропускают -.через анионитный фильтр второй ступени, где сорбируется 2-35% анионов сильных кислот обрабатываемой воды, остатки свободной углекислоты и анионы кремниевой кис15 лоты, после чего обессоленную воду направляют к потребителю, при этом в момент проскока ионов жесткости в фильтрат после Н-катионитных фильтров первой ступени, прекращают

20 процесс обессоливания и отключают фильтры на регенерацию. Далее 1-2%ный раствор серной кислоты пропускают по прямотоку через Н-катионитный фильтр второй ступени и затем по проу5. тивотоку через Н-катионитный фильтр первой ступени .. Кратность расхода кислоты относительно ионов натрия, сорбированных во второй ступени, составляет при этом более 4-5 r-axy/ г-экв, а суммарный расход кислоты на регенерацию второй и первой ступени равен стехиометрическому.

Отработанный регенерационный раствор анионитных фильтров из бака, со35 держащий щелочь в количестве ЗС вЂ” 70% от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл из обрабатываемой воды, пропускают последовательно через анионитный фильтр второй ступени и анио40 нитный фильтр первой ступени. При. этом фильтр второй ступени з агру>кен высокоосновным анионитом, а фильтр первой ступени — низ коосновным. Основная часть щелочи отработанного

45 РаствоРа задерживается в ниэкоосновном анионите и стоки после него представляют нейтральный раствор солей натрия.

После окончания отработанного раствора пропускают свежий регенерационный раствор щелочи последовательно через анионитные фильтры второй и первой ступеней. После проскока.; щелочи отработанный раствор из анионитного фильтра первой ступени собирают в бак в таком количестве, чтобы содержание щелочи в нем составляло

30-70% от общего количества анйонов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл иэ обрабатываемой воды.

При этом общее количество свежего щелочного раствора равно стехиометрическому, а избыток щелочи в количестве 30-70% от общего количества анионов сильных кислот обрабатываемой за фильтроцикл воды постоянно цирку812726 лирует между баком отработанного раствора и анионитными фильтрами.

После окончания подачи регенерационного раствора фильтра отвевают от продуктов регенерации и повторяют процесс обессоливания.

Пример. Обессоливают воду, имеющую следукюаий состав, мг-экв/л:

Са 3,6, Hg 1,2, йа 0,7, С1 0,8, 50,„ 1,9, НСО 2,8, путем ее пропускания через Н-Йатионитный фильтр первой ступени, загруженный сульфоуглем с объемом 6 л, а затем через ОН-анионитный фильтр первой ступени, загруженный анионитом АН-31, объемом 1 л, Н-катионитный фильтр второй ступени с загрузкой сульфоуглем 1,5 л, декарбонизатор и ОН-анионитный фильтр, загруженный анионитом AB-17 с объемом 1.л. Процесс обессоливания осуществляют до проскока жесткости в фильтрат после. Н-катионитного фильтра первой ступени, после чего фильтры отключают на регенерацию. При регенерации Н-катионитных фильтров

1,5Ъ-ный раствор кислоты пропускают последовательно через вторую и первую ступени, причем через первую ступень — по противотоку, в стехиометрическом количестве — без проскока кислоты в отработанный раствор, после чего отмавают фильтры Н-катионированной водой из бака декарбонизатора. Регенерацию ОН-анионитных фильтров производят сначала отработанным раствором предыдущей регенерации, содержащим щелочь,в количестве 60Ъ от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроциклО из обработанной воды, а затем в том

15

25

fEE.

Известный способ

Предлагаемый способ

Показатели

E(E

А;, A1 AII

Рабочая обменная емкость, r-экв/м

400 235 1100 350 250 200 800 200

»

2,0 1,5

1,0

1,0

Как следует из таблицы, при химобессоливании по предлагаемому способу удельный расход реагентов равен стехиометрическому, что в 1,5-2 раза ниже, чем по известному способу, а обменные емкости ионитов в среднем в 1,4-1,6 раз больше, чем для известного способа. Кроме того, при химобессоливании по предлагаемому 6{} способу отсутствуют агрессивные стоки и соответственно затраты на их нейтрализацию.

Н-катионитный фильтр первой ступени можно загружать полифункциона- 65

Суммарный удельный расход реагентов на регенерацию,г-экв/г-экв. же направлении пропускают ЗЪ-ный раствор едкого натра в количестве

100% от общего количества анионов льных кислот, сорбируемях за фильтроцикл из обработанной воды. При э .:. количество сорбированных ионов по ступеням ионирования равно, мг-экв:

Ар 350, Н - 2400, А 11110000, Н - 350, где Н; и H;, — Н-Катионитнйе фильмов ры первой и второй ступени соответственно, А; и А-, — OH-анионитные фильтры первой и второй ступени. Количество сорбированных в А7 анионов сильных кислот равно 250 мг-экв, чт.. составляет 19% от суммы сорбированных за фильтроцикл анионов сильных кислот, а остальные 100 мг-зкв сорбированных в А7 анионов составляет свободная углекислота и анионы кремниевой кислоты. В анионитном фильтре первой ступени А- сорбировано 81» анионов сильных кислот.

Результаты опытов по обменной емкости и удельным расходам реагентов приведены в таблице. Для сравнения в таблице также приведены результаты опытов по известному способу, coIласно которому Н-катионирование первой ступени производят до проскока ионов натрия в фильтрат, регенерацию Н-катионитных фильтров второй и первой ступеней производят последовательным пропусканием 1,5Ъ-ной серной кислоты с удельным расходом

2 г-экв/г-экв, а ОН.-анионитных фильтров второй и первой ступени — .последовательным пропусканием ЗЪ-ного едкого натра с удельным расходом

1,5 г-экв/г-экв. льной смесью сильнокислотных и слабокислотных катионитов, например типа КУ-2 и КБ, в объемных соотношениях 1:(0,2 — 1,0) .

Кроме того, первая ступень Н-катионирования может быть выполнена ступенчато-противоточной. При этОм первый по ходу воды корпус заполHHIoT полифункциональным катионитом и воду пропускают до проскока ионов жесткости в фильтрат после первого корпуса, работающего по противотоку.

На установках со ступенчато-противоточным Н-катионированием первой сту812726

Формула изобретени

Составитель Г. Андреева

Редактор М. Дылын Техред С.Мигунова Корректор Н.Швыдкая

Заказ 674/26 Тираж 1007 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4 пени между корпусами фильтров включают ОН-анионитный фильтр, что улучшает условия работы второго корпуса катионирования.

Для создания бессточной схемы стоки ионитных фильтров направляют в осветлитель, предназначенный для содоизвесткования умягчаемой воды.

Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа при производительности установки

500 м/ч в год составит 120 тыс. р., что в масштабах страны составит 35 млн. р. в год.

1. Способ глубокого химобессоливания воды, включающий противоточное пропускание воды через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, ОН-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второй ступени и регенерацию ионитных фильтров с получением отработанного раствора анионитных фильтров, отличающийся тем, что, с целью повышения степени использования обменной емкости иони,тов, снижения расхода реагентов для стехиометрического,.устранения адрессивных стоков и удешевления процесса, через Н-катионитный фильтр первой ступени пропускают всду в количестве, обеспечивающем сорбцию 50-95% катионов, содержащихся,в исходной воде, до проскока ионов жесткости в фильтррат, а через ОН-анионитный фильтр первой ступени пропускают воду в количестве, обеспечивающем сорбцию

65-98Ъ анионов сильных кислот, содержащихся в исходной воде.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что отработанный регенерационный раствор анионитных

15 фильтров, содержащий мелочь в количестве 30-70% от общего количества анионов сильных кислот, сорбируемых за фильтроцикл из обрабатываемой воды, фильтруют перед каждым циклом

2О регенерации через анионитные фильтры в направлении пропускания свежего регенерационного раствора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белан Ф. И. Водоподготовка.

М., Энергия, 1979, с. 193-195.

2. Мартынова О. И. Водоподготовка, процессы и аппараты, М., 1977, с. 167-j70.