СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/42 B01J47/00 

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к ионообменной технологии обессоливания, умягчения воды с одновременным снижением ее щелочности, и может быть использовано в энергетике для получения высококачественной кондиционированной воды, пригодной для применения как теплоноситель.

Известен способ получения глубоко умягченной воды /СНиП 2.04,02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1985. - 136 с./[1]. Согласно способу [1] вода обрабатывается последовательно в двух ионообменных фильтрах. Первый фильтр содержит карбоксильный катионит, регенерируемый кислотой, а второй содержит сульфокатионит, регенерируемый раствором хлорида натрия. Остаточная жесткость обработанной воды составляет 0,01 мг-экв/дм³, щелочность - 0,7-1,5 мг-экв/дм³, удельный расход кислоты - 1 экв/экв удаляемых катионов временной жесткости, удельный расход хлорида натрия - не менее 100 г/экв удаляемых ионов постоянной жесткости, рабочая емкость карбоксильного катионита - 500-600 мг-экв/дм³, рабочая емкость сульфокатионита - не более 1350 мг-экв/дм³.

Недостатками способа [1] являются высокие удельные расходы реагентов, низкая рабочая емкость карбоксильного катионита, большие сбросы водорастворимых солей, низкая производительность процесса.

Известен способ получения обессоленной воды /Прохорова А.М., Алексеева Т. В. О перспективе применения отечественных карбоксильных катионитов при ступенчато-противоточном катионировании воды. //Теплоэнергетика. -1976. -N 9. С.83-85/[2]. Согласно способу [2] обессоливание воды осуществляется H-OH ионированием, причем на H-фильтрах вода обрабатывается путем последовательного фильтрования через карбоксильный катионит и сульфокатионит. Регенерацию катионитов осуществляют близким к стехиометрии (1 экв/экв поглощенных катионов) количеством кислоты. Средняя рабочая емкость карбоксильного и сульфокатионита составляет около 600 мг-экв/дм³. Способ эффективен при значительной относительной щелочности воды, подвергаемой H-ионированию: стехиометрический расход серной кислоты на регенерацию катионитов достигается, если отношение щелочности к сумме анионов кислот в исходной воде составляет не менее 0,75.

Недостатками способа [2] являются узкая область его эффективного применения и низкая рабочая емкость катионитов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки обессоленной и умягченной воды /А.с. N 1791392 A1, SU, МКИ⁵ С 02 F 1/42, Способ бессточной подготовки воды. //В.В. Ставицкий, М.Н.Кобзаренко. - Опубл. 30.01.93. Бюл. N 4/[3]. Согласно известному способу [3] исходная вода подвергается реагентному умягчению для получения воды с отсутствующей постоянной жесткостью с последующим обессоливанием на H- и OH-фильтрах. После истощения при обессоливании (при проскоке ионов натрия в фильтрат) H-фильтры используются для получения умягченной воды. Для этого реагентно умягченную исходную воду фильтруют через отработанные при обессоливании воды H-фильтры. Умягчение воды на H-фильтрах завершают при достижении предельно допустимой жесткости фильтрата, которая определяется требованиями потребителя воды, после чего фильтры регенерируют. OH-фильтры регенерируют щелочью и нейтральную часть полученного отработанного регенерационного раствора совместно с мягкими стоками предыдущей операции регенерации H-фильтра используют для предварительной обработки последнего. H-фильтры регенерируют в две стадии: путем предварительной обработки смесью мягких стоков H- и OH-фильтров, а затем стехиометрическим количеством серной кислоты. После первой стадии регенерации получают жесткие стоки, а после второй - мягкие (содержащие соли натрия) стоки, которые смешивают с нейтральной частью сточных вод OH-фильтров и применяют для предварительной обработки H-фильтра в следующей операции его регенерации.

Согласно известному способу [3] на H- и OH-фильтрах обрабатывают воду, в которой отсутствует постоянная жесткость (имеется только временная жесткость), что позволяет получать как обессоленную, так и умягченную воду с применением одних и тех же H-фильтров при стехиометрическом расходе серной кислоты на регенерацию последних.

В описании известного способа [3] отсутствуют данные о качестве получаемой обессоленной воды, щелочности умягченной воды, рабочей емкости катионита, а также об эффективности использования способа в случае обработки на H- и OH-фильтрах вод с постоянной жесткостью. Для определения показателей качества обессоленной и умягченной воды, рабочей емкости катионита нами была реализована известная технология подготовки воды [3]. Найдено, что при обессоливании и умягчении исходной воды только с временной жесткостью состава, мг-экв/дм³: жесткость - 0,8; щелочность - 0,8, анионы сильных кислот - 2; натрий - 2 (таблица, пример 5) согласно известному способу [3] содержание ионов натрия в обессоленной воде составило 0,32 мг-экв/дм³. Щелочность умягченной воды в течение фильтроцикла нестабильна, а в полном объеме умягченной за фильтроцикл воды значение щелочности незначительно отличаются от того же показателя исходной воды. Так, как показали наши исследования, первая порция воды, умягченной согласно известному способу, имеет кислотность 0,5 мг-экв/дм³. При дальнейшем умягчении щелочность воды до и после H-фильтра уравнивается и составляют 0,8 мг-экв/дм³. В полном объеме умягченной воды значение щелочности составляет 0,74 мг-экв/дм³. Рабочая емкость катионита составляет 680 мг-экв/дм³ (таблица, пример 5). Аналогичные результаты получены при подготовке согласно известному способу [3] воды как с временной, так и постоянной жесткостью (таблица, примеры 7, 9).

В известном способе [3] стехиометрический расход серной кислоты на регенерацию H-фильтров (1 экв/экв поглощенных ионов) достигается путем регенерации катионита серной кислотой из натриевой формы, в которую катионит переводится путем предварительной обработки мягкими стоками. Такой прием, как известно, позволяет при стехиометрическом расходе серной кислоты десорбировать из катионита не более 700 мг-экв/дм³ ионов натрия, что соответствует переводу катионита в H-форму на (700/1700)·100=41% /Г.К.Фейзиев. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды. - М.: Энергоатомиздат, 1988 (рис. 5.1 а, с. 100)/[4]. Указанному значению коэффициента эффективности регенерации соответствуют концентрации ионов натрия в H-ионированной, а следовательно, и в обессоленной воде, равные 1,4; 2,8; 5,6 мг-экв/дм³ при содержании анионов сильных кислот в исходной воде соответственно 2,5; 5 и 10 мг-экв/дм³ [4, таблица 5.2], что согласуется с нашими данными о низком качестве обессоленной по способу [3] воды вследствие высокого содержания ионов натрия.

Таким образом, недостатками известного способа [3] являются низкое качество обессоленной и умягченной воды, что обусловлено значительным содержанием ионов натрия в обессоленной воде, нестабильным значением щелочности умягченной на H-фильтрах воды (в том числе и присутствием сильных кислот в части умягченной воды) при близости среднего значения этого показателя к таковому для исходной воды, а также низкая рабочая емкость катионита.

Из вышеизложенного следует, что проблема улучшения качества воды, используемой как теплоноситель, за счет снижения содержания ионов натрия в обессоленной воде, стабилизации и снижения значения щелочности умягченной воды, увеличения рабочей емкости катионита при стехиометрическом расходе кислоты на регенерацию катионита актуальна и важна.

Действительно, например, содержание ионов натрия в обессоленной воде, предназначенной для подпитки котлов давлением 13,8 МПа, не должно превышать 100 мкг/дм³ (0,0043 мг-экв/дм³) /Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Энергоатомиздат, 1989,- с.152/[5]. Для котлов давлением 3,9 МПа с барабанами, имеющими заклепочные соединения, относительная щелочность умягченной воды не должна превышать 20%, а наличие сильных кислот в умягченной воде недопустимо [5, с. 149]. При получении умягченной воды согласно известному способу относительная щелочность составляет 24 - 27%, а часть умягченной воды характеризуется кислотностью 0,5 - 0,7 мг-экв/дм³ (таблица, примеры 5, 7, 9).

В основу изобретения поставлена задача разработать такой способ подготовки воды, который обеспечил бы вследствие применения комплекса ионообменных материалов и технологических операций достижение технического результата - повышения качества обессоленной воды (за счет уменьшения содержания ионов натрия) и глубоко умягченной воды (за счет стабилизации и снижения значения ее щелочности, исключения возможности получения кислой воды), увеличения рабочей емкости катионита при стехиометрическом удельном расходе кислоты.

Для решения поставленной задачи предлагается способ подготовки воды, включающий обессоливание исходной воды на H- и OH-фильтрах, умягчение исходной воды на истощенных при обессоливании H-фильтрах, регенерацию OH-фильтров щелочью, обработку отработанных H-фильтров отработанным регенерационным раствором OH-фильтров и их регенерацию кислотой, в котором, согласно изобретению, в качестве загрузки H-фильтров используют карбоксильный катионит и сульфокатионит и обессоливание осуществляют последовательным пропусканием исходной воды через карбоксильный катионит и сульфокатионит, умягчение осуществляют последовательным или параллельным пропусканием воды через карбоксильный катионит и сульфокатионит, истощенные при обессоливании воды и дополнительно обработанные отработанным регенерационным раствором OH-фильтров пропусканием последнего через указанные катиониты в любой последовательности, а регенерации подвергают H-фильтры, отработанные при умягчении, пропусканием кислоты последовательно через сульфокатионит и карбоксильный катионит, причем при регенерации H-фильтров кислотой карбоксильный катионит предварительно обрабатывают отработанным регенерационным раствором H-фильтров предыдущей операции регенерации.

Нами установлено, что последовательное фильтрование воды через карбоксильный, а затем сульфокатионит на стадии обессоливания, обработка катионитов в любой последовательности отработанным регенерационным раствором OH-фильтров перед умягчением воды, умягчение воды последовательным или параллельным пропусканием через карбоксильный и сульфокатионит, а также регенерация H-фильтров, отработанных при умягчении воды, кислотой путем последовательного пропускания через сульфокатионит и карбоксильный катионит обеспечивают получение обессоленной воды с низким (0,004 мг-экв/дм³) содержанием ионов натрия и глубоко умягченной воды (жесткость 0,01 мг-экв/дм³) со стабильным в течение фильтроцикла значением щелочности (0,25±0,2 мг-экв/дм³), соответствующей нормативам [5] величиной относительной щелочности умягченной воды (13-15%) при стехиометрическом расходе кислоты на регенерацию катионитов (1,0 ± 0,1 экв/экв), высокой рабочей емкости катионитов (1150- 1800 мг-экв/дм³) (таблица, примеры 1-3, 6, 8).

Дополнительный положительный эффект (повышение рабочей емкости катионитов в H-фильтре до 2210 мг-экв/дм³) в предлагаемом способе достигается за счет применения кислых отработанных регенерационных растворов H-фильтров предыдущей операции регенерации для предварительной обработки карбоксильного катионита при регенерации H-фильтра кислотой (таблица, пример 4).

Полученный результат является неожиданным, так как известно, что в отличие от сульфокатионита карбоксильный ионит при обессоливании воды способен поглощать только часть катионов, связанных с анионами углекислоты, тогда как сульфокатионит может поглощать все катионы (связанные как с анионами сильных кислот, так и углекислоты) [1, 2]. Исходя из этого нельзя было ожидать, что применение наряду с сульфокатионитом на стадии обессоливания воды карбоксильного ионита может привести к уменьшению содержания ионов натрия в обессоленной воде.

Известно, что щелочность воды, обработанной отрегенерированным при стехиометрическом расходе серной кислоты карбоксильным катионитом, составляет 0,7 - 1,5 мг-экв/дм³, а ее жесткость - на 0,7 - 1,5 мг-экв/дм³ превышает постоянную жесткость исходной воды [1]. Рабочая емкость карбоксильного катионита при стехиометрическом расходе кислоты на регенерацию при умягчении воды составляет 500 - 600 мг-экв/дм³ [1]. При обессоливании воды путем последовательного ее фильтрования через карбоксильный, а затем сульфокатионит рабочая емкость катионитов составляет 508-615 мг-экв/дм³ [2]. Обработка карбоксильного катионита щелочным раствором приводит к снижению жесткости обработанной воды, но сопровождается повышением pH, а следовательно, и щелочности умягченной воды /Патент N 4083782 США, МКИ С 02 В 1/76. Способ кондиционирования воды.// R.Kunin- Опубл. 11.04.78/[6]. Поэтому, за счет применения на стадии умягчения воды наряду с сульфокатионитом карбоксильного ионита при предварительной обработке катионитов щелочными сточными водами OH-фильтров нельзя было ожидать уменьшения величины щелочности воды, обработанной по предлагаемому способу, по сравнению тем же показателем для известного способа [3] и повышения рабочей емкости катионитов (таблица, примеры 1-9).

Таким образом, получение обессоленной воды с низким содержанием ионов натрия и глубоко умягченной воды со стабильным и низким значением щелочности при увеличении рабочей емкости катионита при стехиометрическом удельном расходе кислоты по предлагаемому способу не является следствием применения известных приемов, а гарантируется всей совокупностью существенных признаков.

Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - повышения качества обессоленной воды (за счет уменьшения содержания ионов натрия до 0,004 мг-экв/дм³ (95 мкг/дм³) и глубоко умягченной воды (за счет стабилизации и снижения значения ее щелочности до 0,05 - 0,45 мг-экв/дм³, исключения возможности получения кислой воды) при увеличении рабочей емкости катионита до 1150 - 2210 мг-экв/дм³ при стехиометрическом удельном расходе кислоты (1,0 ± 0,1 экв/экв) на регенерацию катионитов.

Реализацию способа иллюстрирует схема на чертеже.

Исходную воду (в качестве исходной воды может использоваться как вода только с временной жесткостью (таблица, примеры 1-4), так и вода с постоянной жесткостью (таблица, пример 6) или воды разного состава для получения обессоленной и умягченной воды (таблица, пример 8)) последовательно фильтруют через карбоксильный катионит, сульфокатионит и анионит, загруженные соответственно в ионообменные аппараты 1, 2, 3. В результате получают обессоленную воду с содержанием натрия на уровне требуемых показателей (в примерах конкретного выполнения - не более 0,004 мг-экв/дм³, что эквивалентно 4 мкг-экв/дм³). После достижения заданной предельно допустимой концентрации ионов натрия в обессоленной воде анионит в аппарате 3 регенерируют раствором щелочи (гидроксида натрия) с целью десорбции анионов. Остатки щелочи из анионита отмывают обессоленной водой. В результате получают отработанный регенерационный раствор OH-фильтра (поток А), который пропускают через H-фильтр. Пропускание отработанного регенерационного раствора OH-фильтра может осуществляться вначале через карбоксильный, а затем сульфокатионит (таблица, примеры 1, 2, 4, 6, 8) или наоборот - вначале через сульфокатионит, а затем через карбоксильный катионит (таблица, пример 3). После пропускания отработанного регенерационного раствора OH-фильтра катиониты отмывают водой. Затем исходную воду пропускают через катиониты с целью получения умягченной воды.

Пропускание исходной воды может осуществляться последовательно вначале через карбоксильный, а затем сульфокатионит с получением умягченной воды или путем разделения исходной воды на два потока, один из которых (поток В) пропускают через карбоксильный катионит, а второй (поток С) - через сульфокатионит параллельно с последующим объединением и получением умягченной воды. В первом случае получают умягченную воду с более значительными отклонениями щелочности от среднего значения (таблица, пример 1). Во втором - значение щелочности умягченной воды более стабильно (таблица, примеры 2-4, 6, 8).

В результате получают умягченную воду с качеством на уровне требуемых показателей (в примере 1: жесткость - не более 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,05-0,45 мг-экв/дм²; в примерах 2-4, 6, 8: жесткость - не более 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,25-0,45 мг-экв/дм³).

После достижения в умягченной воде величины предельно допустимой жесткости катиониты регенерируют раствором кислоты. Для этого раствор кислоты пропускают вначале через сульфокатионит, а затем через карбоксильный катионит (через аппарат 2, а затем 1). Дополнительное повышение рабочей емкости катионитов в H-фильтре при стехиометрическом расходе кислоты на их регенерацию достигается за счет предварительной обработки карбоксильного катионита кислым отработанным регенерационным раствором H-фильтра предыдущей операции регенерации (таблица, пример 4). Для этого через карбоксильный катионит пропускают отработанный регенерационный раствор H- фильтров предыдущей операции регенерации (поток D), а затем катиониты регенерируют кислотой в описанном выше порядке. Кислый отработанный раствор собирают в емкость 4 и используют для предварительной обработки карбоксильного катионита при следующей регенерации H-фильтра кислотой. После пропускания раствора кислоты катиониты в той же последовательности отмывают обессоленной водой. Отрегенерированные иониты используют в следующем цикле обессоливания и умягчения воды.

Жесткость и щелочность воды определяют по общепринятым методикам /Справочник химика-энергетика. Под общей редакцией С.М.Гурвича. М.: Энергия. - 1972. T.1. С.391-397./[7], а содержание ионов натрия - с помощью пламенного фотометра.

Примеры реализации предложенного способа.

Пример 1
Исходную воду состава, мг-экв/дм³: жесткость - 0,8; щелочность - 0,8, анионы сильных кислот - 2; ионы натрия - 2 последовательно пропускают через три колонки (H- и OH-фильтры), отрегенерированные после предыдущего цикла подготовки воды. Колонки содержат: первая (колонка 1) - 60 см³ карбоксильного катионита Lewatit CNP 80; вторая (колонка 2) - 50 см³ сульфокатионита КУ 2-8, третья (колонка 3) - 47 см³ анионита АН-31. В обессоленной воде измеряют содержание ионов натрия. При достижении предельно допустимой величины концентрации ионов натрия (0,004 мг-экв/дм³, что эквивалентно 4 мкг-экв/дм³) обессоливание воды прекращают. В результате получено 18,8 дм³ обессоленной воды с содержанием ионов натрия 0,004 мг-экв/дм³ (4 мкг-экв/дм³). Затем OH-фильтр (колонку 3) регенерируют растворенными в 0,1 дм³ обессоленной воды 75 мг-экв гидроксида натрия (ГОСТ 4328-77) и отмывают 1 дм³ обессоленной воды. Общие затраты обессоленной воды на регенерацию анионита составили 1,1 дм³. Полученный отработанный регенерационный раствор объемом 1,1 дм³ (поток А) последовательно пропускают через колонки 1 и 2. Затем колонки 1 и 2 в том же порядке отмывают 1 дм³ исходной воды.

Через обработанные отработанным регенерационным раствором OH-фильтра и отмытые исходной водой катиониты пропускают исходную воду с целью получения умягченной воды. Для этого исходную воду последовательно пропускают через колонку 1, а затем через колонку 2. В умягченной воде контролируют величины щелочности и жесткости. Пропускание воды через колонки 1 и 2 прекращают при достижении заданного предельно допустимого значения жесткости фильтрата (0,01 мг-экв/дм³). В течение фильтроцикла получено 200 дм³ умягченной воды со следующими показателями: жесткость - 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,3 мг-экв/дм³. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,3/(0,3+2)] ·100= 13%. Измерения щелочности умягченной воды в течение фильтроцикла показали, что ее величина составляла 0,05 - 0,45 мг-экв/дм³.

H-фильтр регенерируют путем пропускания раствора, содержащего 188 мг-экв серной кислоты (ГОСТ 4207-77)? вначале через колонку 2 с сульфокатионитом, а затем через колонку 1 с карбоксильным ионитом. После пропускания раствора кислоты катиониты в той же последовательности отмывают обессоленной водой. На приготовление раствора серной кислоты и отмывку катионитов затрачено 1,6 дм³ обессоленной воды. Отрегенерированные H- и OH-фильтры применяют для подготовки воды в следующем цикле идентично описанному примеру.

В результате за рабочий цикл получено (за вычетом расходов на регенерацию H- и OH-фильтров): обессоленной воды - 16,1 дм³; умягченной воды - 200 дм³; всего - 216,1 дм³. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 216,1/(0,05+0,060+0,047)=1380. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 188/[(0,8-0,01)·216,1]=1,1, т.е. в пределах погрешности определения соответствует стехиометрическому. Рабочая емкость катионитов по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8- 0,01)·216,1/(0,06+0,05)= 1550 мг-экв/дм³ загрузки H-фильтра (колонок 1 и 2) (таблица, пример 1).

Идентично описанному выше примеру проведен следующий цикл подготовки воды. В результате получены следующие показатели предлагаемого способа. Получено воды, дм³: обессоленной -16,2; умягченной - 199 дм³. Всего - 215,2 дм³. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 215,2/(0,05+0,06+0,047)= 1370. Содержание натрия в обессоленной воде - 0,004 мг-экв/дм³ (4 мкг-экв/дм³). Показатели качества умягченной воды: жесткость - 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,32 мг-экв/дм³. Изменение щелочности умягченной воды в течение фильтроцикла находилось в пределах 0,05 - 0,4 мг-экв/дм³. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,32/(0,32+2)]·100= 14%. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 188/[(0,8-0,01)·215,2] = 1,1, т.е. в пределах погрешности определения соответствует стехиометрическому. Рабочая емкость катионитов по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8-0,01)·215,2)/(0,06+0,05)=1545 мг-экв/дм³.

Пример 2
Обработку той же исходной воды и ионитов проводят идентично примеру 1 за исключением этапа получения умягченной воды. Для получения умягченной воды исходную воду разделяют на два потока, В и С. Поток В пропускают через колонку 1 с карбоксильным катионитом, а поток С - через колонку 2 с сульфокатионитом, после чего потоки В и С смешивают и получают умягченную воду. В умягченной воде в каждом из потоков В и С контролируют жесткость, а в смеси потоков B и C - щелочность. Пропускание воды через колонки 1 и 2 прекращают при достижении жесткостью фильтрата в каждом из умягченных потоков заданного предельно допустимого значения (0,01 мг-экв/дм³). В течение фильтроцикла получено 199 дм³ умягченной воды со следующими показателями: жесткость - 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,31 мг-экв/дм³. Измерения щелочности умягченной воды в течение фильтроцикла показали, что ее величина составляла 0,25 - 0,45 мг-экв/дм³.

В результате за рабочий цикл получено (за вычетом расходов на регенерацию H- и OH-фильтров): обессоленной воды - 15,7 дм³; умягченной воды - 199 дм³. Всего - 214,7 дм³. Содержание ионов натрия в обессоленной воде равно 4 мкг-экв/дм³. Жесткость умягченной воды равна 0,01 мг-экв/дм³. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 214,7/(0,05+0,06+0,047)= 1370. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,31/(0,31+2)]·100= 13%. Затрачено 188 мг-экв серной кислоты. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 188/[(0,8-0,01)·214,7]=1,1, т.е. в пределах погрешности определения соответствует стехиометрическому. Рабочая емкость катионитов по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8-0,01)·214,7/(0,06+0,05)= 1540 мг-экв/дм³ загрузки H-фильтра (колонок 1 и 2) (таблица, пример 2).

Пример 3
Обработку той же исходной воды и ионитов проводят идентично примеру 2 за исключением этапа обработки истощенных при обессоливании воды катионитов отработанным регенерационным раствором OH-фильтра. Отработанный регенерационный раствор OH-фильтра объемом 1,1 дм³ (поток А) последовательно пропускают через колонки 2 (загружена сульфокатионитом) и 1 (загружена карбоксильным катионитом). Затем колонки 2 и 1 в том же порядке отмывают 1 дм³ исходной воды.

В результате за рабочий цикл получено (за вычетом расходов на регенерацию H- и OH-фильтров): обессоленной воды - 15,7 дм³; умягченной воды - 234 дм³. Всего - 249,7 дм³. Содержание ионов натрия в обессоленной воде равно 4 мкг-экв/дм³. Жесткость умягченной воды равна 0,01 мг-экв/дм³. Щелочность умягченной воды равна 0,36 мг-экв/дм³. Измерения щелочности умягченной воды в течение фильтроцикла показали, что ее величина составляла 0,25 - 0,43 мг-экв/дм³. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,36/(0,36+2)]·100= 15%. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 249,7/(0,05+0,06+0,047)= 1600. Затрачено 188 мг-экв серной кислоты. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 188/[(0,8-0,01)·249,7] = 1,0, т. е. соответствует стехиометрическому. Рабочая емкость катионитов по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8-0,01)·249,7/(0,06+0,05)= 1800 мг-экв/дм³ загрузки H-фильтра (колонок 1 и 2) (таблица, пример 3).

Пример 4
Обработку той же исходной воды и ионитов проводят идентично примеру 2 за исключением этапа регенерации отработанных при умягчении воды катионитов кислотой. После завершения получения умягченной воды карбоксильный катионит в колонке 1 обрабатывают 1,6 дм³ отработанного регенерационного раствора предыдущей регенерации H-фильтра, содержащего 121 мг-экв серной кислоты. Затем H-фильтр регенерируют путем пропускания раствора, содержащего 238 мг-экв серной кислоты (ГОСТ 4207-77), вначале через колонку 2 с сульфокатионитом, а затем через колонку 1 с карбоксильным ионитом. После пропускания раствора кислоты катиониты в той же последовательности отмывают обессоленной водой. В результате получают 1,6 дм³ отработанного раствора, содержащего 120 мг-экв серной кислоты, который используют для обработки карбоксильного катионита в следующей операции регенерации H-фильтра кислотой. На приготовление раствора серной кислоты и отмывку катионитов затрачено 1,6 дм³ обессоленной воды. Отрегенерированные H- и OH-фильтры применяют для подготовки воды в следующем цикле идентично описанному примеру.

В результате за рабочий цикл получено (за вычетом расходов на регенерацию H- и OH-фильтров): обессоленной воды - 15,3 дм³; умягченной воды - 293 дм³. Всего - 308,3 дм³. Содержание ионов натрия в обессоленной воде равно 4 мкг-экв/дм³. Жесткость умягченной воды равна 0,01 мг-экв/дм³. Щелочность умягченной воды равна 0,29 мг-экв/дм³. Измерения щелочности умягченной воды в течение фильтроцикла показали, что ее величина составляла 0,20 - 0,35 мг-экв/дм³. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,29/(0,29+2)]·100= 13%. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 308,3/(0,05+0,06+0,047)= 1960. Затрачено 239 мг-экв серной кислоты. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 239/[(0,8-0,01)·308,3] = 1,0, т. е. соответствует стехиометрическому. Рабочая емкость катионитов по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8-0,01)·308,3/(0,06+0,05)= 2210 мг-экв/дм³ загрузки H-фильтра (колонок 1 и 2) (таблица, пример 4).

При подготовке той же исходной воды согласно известному способу [3] получены следующие результаты. Получено воды, дм³: обессоленной - 12,9; умягченной - 30. Всего - 42,9 дм³. Отношение объема выработанной воды к объему ионитов составляет 42,9/(0,05+0,03)=535. Содержание натрия в обессоленной воде - 0,32 мг-экв/дм³. Показатели качества умягченной воды: жесткость - 0,01 мг-экв/дм³; щелочность - 0,74 мг-экв/дм³, причем в начале фильтроцикла получена умягченная вода с кислотностью 0,5 мг-экв/дм³. В конце фильтроцикла щелочность умягченной воды составила 0,8 мг-экв/дм³. Относительная щелочность умягченной воды равна [0,74/(0,74+2)]·100=27%.

Затрачено, мг-экв: серной кислоты - 35. Расход серной кислоты на удаление 1 экв ионов жесткости составил 35/[(0,8-0,01)·42,9]=1,0. Рабочая емкость катионита по ионам жесткости в H-фильтре равна (0,8-0,01)·42,9/0,05=680 мг-экв/дм³ (таблица, пример 5).

С целью установления сравнительной эффективности применения предлагаемого и известного [3] способов для получения обессоленной и умягченной воды из исходной воды с постоянной жесткостью (состава, мг-экв/дм³: жесткость - 1,8; щелочность - 0,8; анионы сильных кислот - 2; ионы натрия - 1) проведены опыты идентично описанным выше примерам. Результаты приведены в таблице (примеры 6 - 9).

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с известным [3] подтверждаются примерами их реализации (таблица, примеры 1 - 9). Использование предлагаемого способа позволяет улучшить качество как обессоленной, так и умягченной воды: обессоленной - за счет уменьшения содержания ионов натрия с 320 до 4 мкг-экв/дм³ (в 80 раз); умягченной - за счет стабилизации ее щелочности (в том числе за счет исключения возможности получения кислой умягченной воды) и снижения этого показателя для всего объема умягченной воды от 0,62 - 0,74 до 0,29 - 0,36 мг-экв/дм³, в результате чего умягченная вода приводится в соответствие с требованиями [5] к воде, предназначенной для применения как для подпитки теплосети, так и паровых котлов низкого давления. При этом достигается глубокое умягчение воды (остаточная жесткость 0,01 мг-экв/дм³) и стехиометрический расход серной кислоты на регенерацию H-фильтра (1,0±0,1 экв/экв поглощенных ионов жесткости).

Следует отметить, что применение предлагаемого способа обеспечивает значительное повышение рабочей емкости загрузки H-фильтра по ионам жесткости: от 650 - 680 до 1150 - 2210 мг-экв/дм³ (в 1,7 - 3,3 раза). Это приводит к увеличению суммарной выработки обессоленной и умягченной воды единицей объема ионитов в 1,4 - 3,7 раза.

Изобретение относится к обработке воды, в частности к ионообменной технологии обессоливания, умягчения воды с одновременным снижением ее щелочности, и может быть использовано в энергетике для получения высококачественной кондиционированной воды, пригодной в качестве теплоносителя. Для осуществления способа исходную воду обессоливают обработкой на Н-фильтрах путем последовательного пропускания через карбоксильный катионит и сульфокатионит, а потом на ОН-фильтрах. Умягченную воду готовят путем последовательного или параллельного пропускания исходной воды через карбоксильный катионит и сульфокатионит, предварительно обработанные отработанным регенерационным раствором ОН-фильтров, который пропускают через истощенные при обессоливании воды катиониты в любой последовательности. Обработанные при умягчении воды Н-фильтры регенерируют раствором кислоты при стехиометрическом расходе реагента путем пропускания регенерационного раствора вначале через сульфокатионит, а затем через карбоксильный катионит. Дополнительное повышение рабочей емкости катионитов в Н-фильтре достигается за счет обработки карбоксильного катионита кислым отработанным регенерационным раствором Н-фильтров предыдущей операции регенерации перед регенерацией Н-фильтра кислотой. Реализация способа позволяет в 80 раз уменьшить содержание ионов натрия в обессоленной воде, стабилизировать и снизить щелочность умягченной воды до значений 0,29-0,36 мг-экв/дм³. При этом рабочая емкость катионитов повышается в 1,7-3,3 раза, что приводит к увеличению суммарной выработки обессоленной и умягченной воды в 1,4-3,7 раза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. Способ подготовки воды, включающий обессоливание исходной воды на Н- и ОН-фильтрах, умягчение исходной воды на истощенных при обессоливании Н-фильтрах, регенерацию ОН-фильтров щелочью, обработку отработанных Н-фильтров отработанным регенерационным раствором ОН-фильтров и их регенерацию кислотой, отличающийся тем, что в качестве загрузки Н-фильтров используют карбоксильный катионит и сульфокатионит и обессоливание осуществляют последовательным пропусканием исходной воды через карбоксильный катионит и сульфокатионит, умягчение осуществляют последовательным или параллельным пропусканием воды через карбоксильный катионит и сульфокатионит, истощенные при обессоливании воды и дополнительно обработанные отработанным регенерационным раствором ОН-фильтров, пропусканием последнего через указанные катиониты в любой последовательности, а регенерации подвергают Н-фильтры, отработанные при умягчении, пропусканием кислоты последовательно через сульфокатионит и карбоксильный катионит. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регенерации Н-фильтров кислотой карбоксильный катионит предварительно обрабатывают обработанным регенерационным раствором Н-фильтров предыдущей операции регенерации.