СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ПУТЕМ ИОННОГО ОБМЕНА С ПРОТИВОТОЧНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ИОНИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01J47/02 B01D15/04 C02F1/42 

Изобретение относится к технике очистки воды и водных растворов от примесей, находящихся в виде ионов, с помощью ионообменных материалов-ионитов, и может быть использовано в ионитных фильтрах, применяющихся в энергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Наиболее экономичным способом удаления из воды растворенных примесей является противоточный способ ионирования, заключающийся в том, что исходная вода и раствор реагента, периодически вводимого для восстановления обменной емкости ионитов, подаются в фильтр в противоположных направлениях. Применение противотока при ионообмене позволяет существенно снизить расход реагента и повысить качество очищенной воды.

Для реализации этой технологии необходимо выполнение основных требований - обеспечение неподвижности слоя ионита при подаче раствора реагента в направлении снизу вверх, наличие свободного пространства в фильтре для изменения объема ионита при переходе из одной формы в другую в процессе эксплуатации, а также возможность для проведения периодической промывки с целью удаления грязи и мелких фракций из верхнего слоя ионита.

Известен способ регенерации ионита в противоточном ионитном фильтре, включающий взрыхление слоя ионита и блокирующего слоя промывочной водой, подачу раствора реагента через слой ионита в направлении снизу вверх и гидравлическое зажатие блокирующего слоя путем ввода в верхнюю часть фильтра отработанного раствора реагентов. Противоточный ионитный фильтр для регенерации ионита таким способом состоит из корпуса, установленных в нем верхнего, нижнего и среднего сборно-распределительных устройств, штуцеров для подачи и отвода исходной, очищенной и промывочной вод, а также подачу и отвод раствора реагента. Между верхним и средним сборно-распределительными устройствами установлена плита с отверстиями и отражателями с целью снижения энергозатрат и гидравлическое зажатие блокирующего слоя при проведении противоточной регенерации ионита. При этом свободное пространство в фильтре составляет 70 - 100% от объема загруженного в фильтр ионита для обеспечения взрыхляющей промывки ионита [Авторское свидетельство СССР N 1111815, 1993 г. ].

Недостатком этого способа и соответствующего устройства является сложная конструкция фильтра из-за наличия в нем среднего сборно-распределительного устройства и плиты с отверстиями и отражателями из дорогостоящих антикоррозионных материалов, что приводит к снижению ремонтопригодности а надежности устройства, увеличению истираемости ионита при проведении взрыхляющей промывки последнего, увеличению гидравлического сопротивления при ионировании исходной воды.

Наиболее близким техническим решением является способ противоточной регенерации ионита и устройство для его осуществления, который включает подачу исходной воды и раствора реагента, периодически вводимого для восстановления обменной емкости ионита, в противоположных направлениях.

Устройство противоточного фильтра состоит из корпуса, установленных в нем верхнего и нижнего сборно-распределительных устройств, штуцеров, обеспечивающих подачу и отвод исходной и очищенной вод и регенерационного раствора.

Для предотвращения забивания щелей сборно-распределительного устройства мелкими фракциями ионита при регенерации предусматривается слой инертного материала с гранулометрическим составом не менее 1,5 мм и плотностью меньше 1 г/см³.

Между слоем ионита, загруженного в фильтр, и слоем инертного материала предусмотрено свободное пространство.

Неподвижность ионита при подаче регенерационного раствора в направлении снизу вверх обеспечивается гидравлическим методом за счет предварительного поднятия и уплотнения слоя ионита к слою инертного материала сильным потоком очищенной воды в направлении снизу вверх с расходом в 4 - 5 раз превышающим расход регенерационного раствора.

Промывка верхнего слоя ионита от грязи и мелких фракций производится одновременно с регенерацией [Проспект фирмы "Дау Кемикал Компани" (США). "Процесс АПКОР. Противоточная регенерация ионообменных смол: прогрессивная технология, позволяющая улучшить качество и снизить себестоимость технологической воды". 1993 г.] - прототип.

При явной простоте конструкции противоточного фильтра недостатками данного способа противоточной регенерации ионита являются необходимость дополнительного насоса для создания сильного потока очищенной воды при предварительном уплотнении слоя ионита перед его регенерацией, а также повышенные диаметры трубопроводов, обеспечивающих подвод регенерационного и отвод отработанного регенерационного растворов.

Целью изобретения является повышение эффективности и упрощение эксплуатации устройства с противоточной регенерацией ионита.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита, включающем подачу исходной воды через слой ионита в направлении сверху вниз, его периодическую противоточную регенерацию и одновременную промывку загрязненного верхнего слоя ионита путем подачи снизу вверх регенерационного раствора, отличительной особенностью является то, что весь объем ионита разделяют на основной и вспомогательный слои, над которыми предусматривают свободное пространство на 5 - 50% меньшее объема вспомогательного слоя ионита, при этом подачу исходной воды производят двумя потоками, один из которых подают снизу вверх во вспомогательный слой ионита, для вытеснения его в свободное пространство с целью защиты основного слоя ионита от загрязнения взвешенными веществами, присутствующими в исходной воде, далее совместно со вторым потоком пропускают через основной слой ионита в направлении сверху вниз. При этом через вспомогательный слой ионита поступает 20 - 70% всего расхода исходной воды.

Зажатие основного слоя ионита при его периодической регенерации в направлении снизу вверх осуществляют гидромеханическим методом за счет подачи исходной воды или отработанного регенерационного раствора во вспомогательный слой ионита в направлении снизу вверх для вытеснения его в свободное пространство, при этом производится промывка и регенерация загрязненного вспомогательного слоя ионита.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита, содержащем корпус фильтра, установленные в нем верхнее и нижнее сборно-распределительные устройства, штуцеры для подачи и отвода исходной и очищенной вод и регенерационного раствора, а также слой инертного материала, размещенный под верхним сборно-распределительным устройством, слой ионита, свободное пространство между слоем ионита и слоем инертного материала, отличительной особенностью является то, что внутри корпуса фильтра по его оси установлена цилиндрическая перегородка, площадь сечения которой составляет 3 - 30% от площади сечения фильтра и делящая его объем на периферийную и центральную камеры, заполненные на высоту цилиндрической перегородки соответственно основным и вспомогательным слоями ионита, нижняя часть цилиндрической перегородки снабжена распределительным устройством и герметично соединена со штуцером подачи исходной воды, при этом между верхним концом цилиндрической перегородки и слоем инертного материала предусмотрено свободное пространство, объем которого на 5 - 50% меньше объема центральной камеры.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлено устройство для очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита.

Устройство содержит корпус фильтра 1, сборно-распределительные устройства соответственно верхнее 2 и нижнее 3. Внутри корпуса по оси фильтра установлена цилиндрическая перегородка 4, делящая объем фильтра на периферийную 5 и центральную 6 камеры, полностью заполненные на высоту перегородки 4 соответственно основным и вспомогательным слоями ионитов. Нижняя часть цилиндрической перегородки 4 снабжена распределительным устройством 7 и герметично соединена со штуцером подачи исходной воды или отработанного раствора реагента 8.

Под верхним сборно-распределительным устройством 2 предусматривается пространство 9 для заполнения инертным материалом с гранулометрическим составом не менее 1,5 мм и плотностью меньше 1 г/см³. Между данным пространством 9 и верхним концом цилиндрической перегородки 4 имеется свободное пространство 10, объем которого на 5 - 50% меньше объема центральной камеры 6.

Отвод очищенной воды осуществляется через штуцер 11, который также служит для подачи регенерационного раствора, для отвода отработанного раствора реагента служит штуцер 12, который также служит для подачи части исходной воды при ее очистке.

Пример
При очистке часть исходной воды через штуцер 8, распределительное устройство 7 поступает снизу вверх в центральную камеру 6, вытесняя из нее вспомогательный слой ионита в свободное пространство 10, далее совместно с другим потоком исходной воды, поступающей через штуцер 12, фильтруется сверху вниз через основной слой ионита, расположенный в периферийной камере 5. Очищенная вода отводится из фильтра через нижнее сборно-распределительное устройство 3 и далее через штуцер 11. Так как площадь сечения центральной камеры составляет 3 - 30% от площади сечения фильтра, то скорость потока в центральной камеры превышает в 1,5 - 3 раза скорость потока в периферийной камере, последняя из которых составляет 3 - 15 л/с • м². За счет данной разницы в скоростях потоков вспомогательный слой ионита из центральной камеры 6 вытесняется в свободное пространство 10, образуя верхний слой над основным слоем ионита, защищая последний от загрязнения взвешенными веществами. При истощении обменной емкости ионита фильтр отключается на регенерацию. При этом вспомогательный слой ионита под действием силы тяжести из свободного пространства 10 оседает и заполняет центральную камеру 6 фильтра.

При регенерации, например, ионита марки АВ-17-8 в нижнее сборно-распределительное устройство 3 через штуцер 11 вводят 4%-ный раствор едкого натра, который пропускают черед основной слой анионита в периферийной камере в направлении снизу вверх при скорости движения раствора 1,4 - 1,5 л/с • м². Отработанный раствор щелочи выводят из фильтра через верхнее сборно-распределительное устройство 2 и далее через штуцер 12. Зажатие основного слоя анионита производят гидромеханическим способом. Для этого предварительно в центральную камеру 6 фильтра подают исходную воду или отработанный раствор реагента через штуцер 8 и распределительное устройство 7 со скоростью потока 8 - 15 л/с• м². Под действием данного расхода воды анионит из центральной камеры 6 вытесняется в свободное пространство 10, полностью заполняя его и обеспечивая неподвижность основного слоя анионитов. При этом одновременно происходит удаление грязи и мелких фракций анионита из вспомогательного слоя. При дальнейшей регенерации анионита расход исходной воды или отработанного раствора реагента снижают до 3 - 7 л/с • м².

Размер щелей в верхнем распределительном устройстве 2 предусматривается в пределах 0,4 - 0,6 мм, а защита от выноса рабочих фракций анионита из фильтра обеспечивается за счет присутствия под верхним сборно-распределительным устройством 2 слоя инертного материала 9 с гранулометрическим составом не менее 1,5 мм и плотностью 1 г/см³.

Отмывку основного слоя анионита от раствора реагента производят аналогично процессу регенерации ионированной водой в направлении снизу вверх со скоростью потока 2 - 4 л/с • м² и скоростью потока исходной воды 4 - 8 л/с • м² для вытеснения вспомогательного слоя ионита из центральной камеры в свободное пространство для зажатия основного слоя ионита.

В устройстве очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией может быть использована однородная загрузка, состоящая из сильнокислотного катионита или сильноосновного анионита, либо двухслойная загрузка, состоящая из сильно- и слабокислотных катионитов или сильно- и слабоосновных анионитов.

Таким образом, использование способа очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией в ионитных фильтрах позволяет защитить основной слой ионита от загрязнения его взвешенными веществами, присутствующими в исходной воде, при ее очистке, а также обеспечивает противоточную регенерацию основного слоя ионита в неподвижном состоянии за счет гидромеханического метода зажатия, что повышает эффективность очистки и упрощает эксплуатацию фильтра.

Изобретение предназначено для очистки воды и водных растворов путем ионного обмена. В устройстве для очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита, содержащем корпус, слой плавающего инертного материала, установленную в корпусе коаксиально цилиндрическую перегородку, с образованием между слоем инертного материала и кромкой перегородки свободного пространства, основной слой ионита , размещенный в кольцевом пространстве между корпусом и цилиндрической перегородкой, и расположенный внутри последней вспомогательный слой ионита, очищаемую воду подают двумя потоками. Первый поток направляют снизу вверх во вспомогательный слой ионита, перемещают его в свободное пространство над основным слоем и затем совместно с вторым потоком пропускают через основной слой в направлении сверху вниз. Изобретение позволяет защитить основной слой ионита от загрязнения его взвешенными частицами. 2 с.и 2 з.п. ф-лы,1 ил.

1. Способ очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита, включающий очистку исходной воды через слой ионита в направлении сверху вниз, периодическую противоточную регенерацию и одновременную промывку загрязненного верхнего слоя ионита путем подачи снизу вверх регенерационного раствора через слой ионита, отличающийся тем, что для защиты основного слоя ионита от загрязнения взвешенными веществами, присутствующими в исходной воде, ее подачу осуществляют двумя потоками, один из которых направляют снизу вверх во вспомогательный слой ионита для вытеснения в свободное пространство, расположенное над основным слоем ионита, далее совместно с вторым потоком пропускают сверху вниз через основной слой ионита. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при очистке исходной воды во вспомогательный слой ионита направляют 20 - 70% ее потока. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что зажатие основного слоя ионита при противоточной его регенерации снизу вверх осуществляют гидромеханическим методом за счет предварительного вытеснения вспомогательного слоя ионита снизу вверх потоком воды в свободное пространство, где одновременно проводят его промывку и регенерацию, при этом первоначальный расход через вспомогательный слой ионита поддерживают в пределах 8 - 15 л/с • м² с последующим снижением до 3 - 7 л/с • м². 4. Устройство для очистки воды путем ионного обмена с противоточной регенерацией ионита, содержащее корпус фильтра, установленный в нем верхнее и нижнее сборно-распределительные устройства, штуцеры для подачи и отвода исходной и очищенной вод и регенерационного раствора, слой ионита, слой инертного материала с гранулометрическим составом не менее 1,5 мм и плотностью меньше 1 г/см³, расположенный под верхним сборно-распределительным устройством, а также свободное пространство, расположенное между слоем ионита и слоем инертного материала, отличающееся тем, что внутри корпуса фильтра по оси установлена цилиндрическая перегородка, площадь сечения которой составляет 3 - 30% площади сечения корпуса фильтра и делящая его объем на периферийную и центральную камеры, заполненные на высоту цилиндрической перегородки соответственно основным и вспомогательным слоями ионитов, нижняя часть цилиндрической перегородки снабжена распределительным устройством и герметично соединена с дополнительным штуцером подачи исходной воды, при этом между верхним концом цилиндрической перегородки и слоем инертного материала предусмотрено свободное пространство, объем которого на 5 - 50% меньше объема центральной камеры.