Способ обессоливания и умягчения воды

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалнстическик

Республик (939398 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (5! )М. Кл.

С 02 F 1/42 (22) Заявлено 25. 02. 81 (2! ) 2965896/23-26 с присоелинением заявки М— (23) Приоритет 25. 02. 81

9щдарстикииый ионитот

СССР ао двлаи иэобретеиий и открытий

Опубликовано 30.06.82. бюллетень Мт 24

Дата опубликования описания 30 . 06 . 82 (53) УДК 628. 543..7(088.8) (72) Автор изобретения

Г. К. Фейзиев

1 (1

Азербайджанский инженерно-строительный институт (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЕССОДИВАНИЯ И УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промыщлен" ностях.

Известен способ обессоливания воды с регенерацией ионитных фильтров кислотой и щелочным реагентом. Сущность известного способа заключается в пропускании обессоливаемой воды че о рез Н-катионитные фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-ионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксиль-, ные ионы, в результате чего получают обессоленную воду (11.

Недостатками известного способа явНяются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость иони- щ тов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обессоливания и умягчения воды путем пропускания воды

2 через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, OH-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, OHанионитный фильтр второй ступени и регенерации ионитных фильтров с получением агрессивных отработанных растворов-стоков. Н-катионирование первой ступени по известному способу производят до проскока одновалентных ионов натрия (2 ).

К недостаткам способа относятся низкая степень использования о менной емкости ионитов (250 г-экв/м ), большие удельные расходы реагентов (1,5-3 г-экв/г-экв) на регенерацию ионитных фильтров и образование значительного количества агрессивных . стоков, для нейтрализации которых требуется дополнительный расход щелочи.

4ель изооретения - удешевление процесса за счет повышения степени

939398 использования обменной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключения агрессивных стоков.

Поставленная цель достигается тем, S что:приосуществлении способа обессоливания и умягчения воды, включающего пропускание исходной воды через

Н-катионитный и OH-анионитный фильтры первой и второй ступени соответст- о венно, исходную воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии: на первойдо повышения концентрации ионов натрия в выходящем иэ фильтра растворе до 20-1001 от содержания их в исходной воде с последующим пропусканием полученного фильтрата через ОН-анионитный фильтр первой ступени, на второй - до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-703 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого фи.пьтрата.

Нейтрализацию ведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или нвтрийкатионированной водой.

Осуществление Н-катионирования зо первой ступени в две стадии способствует тому, что в ионном обмене участвуют почти все ионогенные группы полифункционального катионита (как слабокислотные, так и сильнокислотные ), в связи с чем существенно повы- шается рабочая обменная емкость последнего. Так как слабокислотные ионогенные группы хорошо регенерируются раствором серной кислоты даже при ю стехиометрическом расходе ее, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах составляет обычно более половины, в частности для сульфоугля эта величина равна 2/3 от полной обменной емкости, то удельный расход кислоты относительно сильнокислотных групп составляет более двух при общем расходе кислоты равном стехиометрическому.

После проскока ионов натрия в филь В трат, равного 20-1004, от исходной концентрации, Н-катионитный фильтр первой ступени начинает работать как водород-натрийкатионитный фильтр. При этом ионы натрия, имеющиеся в составе исходной воды и задержанные в катионите в процессе работы катионитного фильтра до проскока ионов натрия в фильтрат, равного 20-1001 от исходной концентрации, выполняют роль ионарегенеранта, поэтому исключается IlA требность в привозной поваренной соли для регенерации фильтра. Наиболее целесообразным является использование в качестве Н-катионитного фильтра первой ступени противоточных или ступенчато-противоточных фильтров. Это обеспечивает возможность снижения расхода кислоты на регенерацию практически до стехиометрического количества.

После проскока ионов натрия в фильтрат кислотность последйего постепенно снижается. При загрузке фильтра полифункциональным катионитом фильтрат почти до проскока ионов жесткости, равного 10-703 от исходной жесткости, имеет кислую реакцию. Для устранения кислотности умягченной воды, пропущенной через Н-катионитный фильтр первой ступени, и получения умягченной воды определенной щелочности (0,3-0,5 мг-зкв/л) последнюю смешивают с исходной или натрийкатионированной водой и далее доумягчают пропусканием через натрийкатионитный фильтр.

Нижние и верхние пределы концентраций проскока ионов натрия в фильтрат, подлежащий дальнейшему обессоливанию воды, выбираются в зависимости от соотношения требуемых количеств обессоленной и умягченной вод. При относительно меньших расходах обессоленной во"ы принимается нижний предел, а при относительно большем расходе - верхний предел.

Нижние и верхние пределы концентраций проскока солей жесткости в фильтрат умягченной воды, получаемой в первой ступени Н-катионитного фильтра, выбираются s зависимости от того, с какой водой смешивается зта умягченная вода. Если эта умягченная вода смешивается с натрийкатионированной водой, то принимается нижний предел, а если смешивается с исходной водой, то принимается верхний предел.

Технология осуществления предлагаемого способа заключается в следующем.

Исходную воду пропускают через Нкатионитный фильтр первой ступени, отрегенерированный 1-2/-ным раствором серной кислоты, в две стадии: на первой — до повышения концентра939398 6 ции ионов натрия в выходящем из фильтра растворе до 20-100/ от содержания их в исходной воде, после чего полученный фильтрат направляют на

ОН-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, OH-анионитный фильтр второй ступени, и полученную обессоленную воду направляют к потребителю обессоленной воды; на второй стадии - >p до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-703 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного умягченного кислого 15 фильтрата и его доумягчением. Нейтрализацию ведут либо путем смешивания умягченного кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой, либо путем подщелачивания щелочным реагентом, например отработанным раствором анионитных фильтров обессоливающей установки. Доумягчение полученной нейтрализованной воды ведут путем пропускания ее через Na-ка- gg тионитный фильтр.

Нейтрализацию полученной в Н-катионитном фильтре первой ступени кислой умягченной воды можно осуществлять также путем пропускания через анионитный фильтр, загруженный слабоосновным анионитом.

Для обеспечения бессточности способа обессоливания и умягчения воды отработанные регенерационные растворы катионитных фильтров подвергают известкованию и осаждают основную часть солей жесткости в виде сульфата кальция и гидроокиси магния. При этом концентрация солей жесткости в извест » кованном и осветленном отработанном растворе составляет 30-50 нг-экв/л.

Концентрацию солей жесткости в этом растворе можно дополнительно снизить путем содирования или рекарбонизации углекислым газом осветленной известкованной воды. При обработке раствора углекислым газом может быть использована углекислота (деаэратора) водоподготовительной установки или дымовые газы. При этом расход извести должен быть на 25-50 мг-экв/л больше, чем магниевая жесткость отработанного раствора. Отработанный раствор смешивают с исходной водой, подаваемой на натрийкатионитный фильтр, или с исходной водой, подаваемой на Н-катионитный фильтр первой ступени в период работы последнего в режиме умягчения. Для снижения расхода едкого натра на регенерацию анионитных фильтров практически до стехиометрического количества используют отработанный раствор для предварительной регенерации анионитных фильтров. Отработанные растворы анионитных фильтров смешивают также с исходной водой, подаваемой в Н-катионитный фильтр, работающий в режиме умягчения, или исходной водой, подаваемой на натрийкатионитный фильтр. При смешении отработанного раствора анионитных фильтров, обладающего некоторой гидратной щелочностью, с исходной водой, подаваемой на Н-катионитный фильтр первой ступени, в период работы последнего в режиме умягчения, рН смеси повышается и тем самым увеличивается используемая обменная емкость полифункциональных катионитов.

Регенерация натрийкатионитного фильтра может быть осуществлена отработанным раствором анионитных фильтров.

Пример. Исходную воду с ис1н+ Ф ным составом, мг-экв/л: Са 2,1; Mg

1,5, Na 2,0, НСО 2,1, So 2,2, С0 1,3 — пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, выполненный по -ступенчато-противоточной схеме и отрегенерированный стехиометрическим количеством 1,5 -ной серной кислоты. При этом оба корпуса загружены сульфоуглем с общим объемом 1 м и высотой загрузки катионита в каждом корпусе по 1,8 м .

На первой стадии воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в количестве 32 м (обменная емкость при этом составляет 178 г-экв/м ) до проскока ионов

3 натрия в фильтрат, равного 203 от концентрации их в исходной воде. Далее полученный фильтрат пропускают через анионитный фильтр первой сту-. пени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, анионитный фильтр второй ступени, после чего обессоленную воду направляют потребителю. На второй стадии через Н-катионитный фильтр первой ступени пропускают исходную воду до проскока ионов жесткости в фильтрат, равного

104 от концентрации их в исходной воде. При этом дополнительно получают

80 м умягченной воды со средней кислотностью 1,06 мг-экв/л. Обменная емкость IlG солям жесткости составля939398

Формула изобретения

Составитель Н. Савенкова

Редактор А. Маковская Техред С.Мигунова Корректор В. Синицкая

Заказ 4579/32

Тираж 981 Подписное

8HHHflH Государственного -комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ет: общая 407 r-экв/м, дополнительHciR 228 г-экв/м . Полученную кислую умягченную воду смешивают с таким же количеством натрийкатионированной воды и пропускают через Na-катионит- s ный фильтр. Последний выполняет роль буферного фильтра. Щелочность полученной умягченной воды составляет

0,5 мг-экв/л. При этом стоки ионитных фильтров представляют собой нейт- 10 ральные растворы солей.

Таким образом, предлагаемый способ обессоливания и умягчения воды позволяет существенно повысить степень использования обменной емкости катионитов, уменьшить удельный расход кислоты и поваренной соли для регенерации катионитных фильтров в 1,52,5 раза. Кроме того, устраняется наличие агрессивных стоков ионитных 2В фильтров, а при необходимости вообще устраняется наличие стоков обессоливающих и натрийкатионитных установок.

Техника-экономический эффект от реализации способа при производитель- 2$ ности установки химобессоливания

500 м /ч и умягчительной установки

1000 м /u в год составит ориентировочно 250 тыс. руб., что в масштабе страны составит более 1О млн. рублей зо в год.

1. Способ обессоливания и умягчения воды, включающий прапускание исходной воды через Н-катионитный и

ОН-анионитный фильтры первой и второй ступени соответственно, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью удешевления процесса эа счет повышения степени использования обменной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключения агрессивных стоков, исходную воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии: на первой - до повышения концентрации ионов натрия в выходящем иэ фильтра растворе до 20-1003 от содержания их в исходной воде с последующим пропусканием полученного фильтрата через

ОН-анионитный фильтр первой ступени, на второй — до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-703 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого фильтрата.

2. Способ по и. l, о т л и ч а— ю шийся тем, что нейтрализацию ведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белан Ф. И. Водоподготовка.

М., 1979, "ЭнеРгия", с. 193-195.

2. Мартынова О. И. Водоподготавка, процессы и аппараты. М., 1977, с. 167-170 (прототип).