СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ РАСТВОРОВ СОЛИ НАТРИЙ-КАТИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ Российский патент 2003 года по МПК B01J49/00 C02F1/42 C02F103/04 C02F103/08 

Изобретение относится к области обработки отработанных регенерационных растворов, в частности обработки отработанных регенерационных растворов соли (ОРРС), и может быть использовано в водоподготовке, в процессах умягчения воды натрий-катионированием. Известен способ обработки сточных вод натрий-катионитовых фильтров, включающий противоточную регенерацию фильтров насыщенным раствором поваренной соли, упаривание регенерационного раствора, содержащего смесь хлоридов кальция, магния и натрия, с разделением солей, фильтрование под вакуумом, промывку выделенных кристаллов NaCl исходным солевым раствором (см. Сборник трудов ВОДГЕО "Исследования в области очистки сточных вод предприятий машиностроения, металлообработки и химической промышленности", М. , 1983, стр. 23-26, Амосова Э.Г. и др. "Обработка сточных вод натрий-катионитовых фильтров с получением товарных продуктов").

Недостатком известного способа является его высокая стоимость из-за повышенной энергоемкости, обусловленной необходимостью упаривания регенерационного раствора и капитальными расходами на сооружение и эксплуатацию сложного оборудования.

Известен способ обработки отработанного регенерационного раствора хлористого натрия, используемого для регенерации натрий-катионитовых фильтров, включающий умягчение раствором реагентов - осадителей (известью и содой), его осветление и электродиализ; способ характеризуется тем, что осветленный раствор после отделения твердого осадка разделяют на два потока в соотношении объемов от 2,5:1 до 1,2:1. Электродиализ ведут с направлением в контур обессоливания электродиализного аппарата большего объема раствора и в контур концентрирования аппарата - меньшего объема до достижения требуемой концентрации хлористого натрия в концентрируемом потоке (см. а.с. СССР 874651 с приоритетом 05.12.79 г., кл. C 02 F 1/42, опубл. 23.10.1981 г.).

Недостатками известного способа являются повышенная энергоемкость, связанная с необходимостью использования электродиализа, и многостадийность процесса, обусловленная разделением обрабатываемой воды на два потока.

Известен способ обработки сточных вод натрий-катионитовых фильтров, заключающийся в предварительном их концентрировании до концентрации 3,4-6,0% по хлорид-иону, известково-содовой обработке, отделении раствора от образовавшейся взвеси с возвратом раствора на регенерацию, фильтровании под вакуумом отделенного осадка с нейтрализацией фильтрата соляной кислотой и декарбонизацией (авт. св. СССР 859311, с приоритетом 14.12.79 г., кл. C 02 F 1/4, опубл. 30.08.81 г.).

Недостатком известного способа является сложность его, обусловленная многостадийностью процесса, высокая энерго- и материалоемкость, вследствие необходимости применения операции концентрирования упариванием, использования соляной кислоты и проведения операции декарбонизации.

Известен способ обработки отработанных регенерационных растворов соли натрий-катионитовых фильтров, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, путем усреднения при перемешивании в отстойнике с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин наиболее минерализованной части регенерационных растворов, одновременного дозирования умягчающих реагентов -извести, соды и соли, перемешивания при вышеуказанных параметрах для улучшения смешения раствора с реагентами, медленного перемешивания образующейся смеси с интенсивностью 100-120 об/мин в течение 5-7 мин для интенсификации процесса хлопьеобразования, с последующим отстаиванием, отделением осадка и подачей осветленного раствора на регенерацию фильтра (см. Сборник научных трудов "Физико-химическая очистка промышленных сточных вод", М., ВНИИ ВОДГЕО, 1982 г., с.25-28, Амосова Э.Г. и др. "Рекуперация отработанных растворов соли при регенерации натрий-катионитовых фильтров водоподготовительных установок".

Недостатками известного способа являются:
невысокая степень осветления ОРРС, характеризующаяся скоростью осаждения взвеси в растворе и составляющая по воспроизведенным нами данным:
- для воды с содержанием Са и Mg по 130 мг-экв/л - 0,07 мм/с;
- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 169 и 91 мг-экв/л - 0,14 мм/с;
- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 208 и 52 мг-экв/л - 0,53 мм/с;
низкие водоотдающие свойства осадка, избыточно насыщенного влагой, трудноотделимой при механическом обезвоживании, и характеризующегося величиной удельного сопротивления фильтрации, равной по воспроизведенным нами данным:
- для воды с содержанием Са и Mg по 130 мг-экв/л - 102,4•10^-10 см/г;
- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 169 и 91 мг-экв/л - 49,7•10^-10 см/г;
- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 208 и 52 мг-экв/л - 40,5•10^-10 см/г;
потери соли с осадком, обусловленные введением концентрированного раствора соли (совместно с растворами извести и соды) для корректировки концентрации регенерационного раствора на стадии усреднения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение степени осветления отработанного регенерационного раствора соли, улучшение водоотдающих свойств осадка и предотвращение потерь соли.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки отработанных регенерационных растворов соли натрий-катионитовых фильтров, включающем усреднение при перемешивании наиболее минерализованной их части, дозирование реагентов - извести, соды и концентрированного раствора поваренной соли, перемешивание, отстаивание раствора с отделением осадка и механическим обезвоживанием последнего, дозирование реагентов ведут постадийно с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при перемешивании, соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6: 1-8:1, и дозированием раствора поваренной соли в осветленный регенерационный раствор на третьей стадии.

Способ осуществляют следующим образом.

После истощения обменной емкости катионита натрий-катионитовых фильтров производят его регенерацию 8%-ным раствором поваренной соли и последующую отмывку загрузки от продуктов регенерации. Наиболее концентрированную часть отработанного раствора соли с минерализацией более 2 г/л, определяемой по концентратомеру, отводят в отстойник, где раствор подвергают усреднительному перемешиванию механической мешалкой с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин. Далее определяют концентрацию катионов кальция и магния в растворе (кальциево-магниевое соотношение) и расчетные дозы реагентов извести и соды. Дозирование реагентов ведут постадийно: на первой стадии в отстойник равномерно в течение 30-40 мин дозируют известь в виде известкового молока 5%-ной концентрации при одновременном перемешивании с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин, а затем с интенсивностью 120 об/мин, на второй стадии в отстойник дозируют 8%-ный раствор соды при одновременном перемешивании отработанного регенерационного раствора с теми же параметрами.

Соотношение длительности дозирования извести к длительности дозирования соды должно составлять 6:1-8:1.

После отстаивания раствора в течение 3 ч отделяют осадок, осуществляют его декантацию и подвергают вакуум-фильтрации для обезвоживания.

На третьей стадии в регенерационный раствор соли после осветления и фильтрации дозируют соль до 8%-ной концентрации и направляют в бак-мерник, откуда раствор берут для реализации регенерационного цикла натрий-катионитового фильтра.

Постадийное введение реагентов, а именно, равномерное введение извести на первой стадии, соды на второй и соли на третьей при одновременном перемешивании растворов целесообразно ввиду различной химической природы и структурного строения вещества; частицы карбоната кальция имеют конденсационно-кристаллизационную структуру, а гидроксида магния - коагуляционную. Способность к обезвоживанию кальциево-магниевых осадков определяется величиной гидроксида магния. Первоначальным и постепенным введением извести достигается создание и равномерное распределение по всему объему отстойника однородной зародышевой субстанции, каковой являются нерастворимые частицы гидроксида магния, присутствующие в суспензии известкового молока. Последующим введением соды инициируется процесс кристаллообразования карбоната кальция, при котором происходит захват частиц гидроксида магния и последующее их утяжеление, в результате которого увеличивается скорость осаждения взвеси и, стало быть, повышается степень осветления ОРРС. Одновременно с этим, за счет кристаллической структуры образующейся взвеси происходит более плотная упаковка частиц в осадке с меньшим влагосодержанием. Это значительно повышает седиментационные свойства взвеси и водоотдающую способность осадка.

Введение соли в осветленный регенерационный раствор на третьей стадии целесообразно еще и потому, что препятствует потере соли с осадком.

Осуществление трехстадийного дозирования реагентов с опережающим введением извести на первой стадии и поддержание временных интервалов дозирования обеспечивает высокую степень осветления раствора и увеличивает водоотдающие свойства осадка: так, например, для воды с содержанием магния и кальция 130 мг-экв/л скорость осаждения взвеси составляет 0,10-0,12 мм/с, а удельное сопротивление фильтрации осадка - 51,8-53,3•10^-10 см/г, величина общей жесткости отработанного раствора соли составляет 3,0-10,0 мг-экв/л.

Уменьшение соотношения временных интервалов - длительности дозирования извести и соды приводит к снижению степени осветления ОРРС (снижению скорости осаждения взвеси) и увеличению удельного сопротивления фильтрации за счет неравномерности образования зародышевой субстанции гидроксида магния и создания местных пересыщений.

Увеличение соотношения вышеуказанных временных интервалов нецелесообразно, т.к. не приводит к более высокой степени однородности и равномерности распределения суспензии по всему объему отстойника (по сравнению с заявляемыми временными интервалами), а, стало быть, не способствует улучшению седиментационных свойств взвеси-скорости ее осаждения и водоотдающих свойств осадка - удельного сопротивления фильтрации; длительность процесса обработки ОРРС и энергозатраты при этом повышаются.

Данные, свидетельствующие о преимуществе предложенной последовательности введения реагентов и параметров их введения, представлены в табл.1.

Пример 1
В отстойник объемом 20 м³ подают отработанный регенерационный раствор соли и подвергают усреднению при перемешивании. ОРРС с содержанием 260 мг-экв/л общей жесткости хлористого натрия 500 мг-экв/л, катионов кальция и магния соответственно 208 и 52 мг-экв/л, обрабатывают расчетным количеством извести, составляющим 30 кг (по СаО). Данное количество извести равномерно вводят на первой стадии реагентной обработки в ОРРС в виде известкового молока 5%-ной концентрации при одновременном перемешивании со скоростью 250 об/мин в течение 2 мин, а затем со скоростью 120 об/мин в течение 28 мин; на второй стадии реагентной обработки вводят 8%-ный раствор соды в количестве 275 кг (по Na₂CO₃) при одновременном перемешивании со скоростью 250 об/мин в течение 2 мин, а затем со скоростью 120 об/мин в течение 3 мин. Соотношение длительности дозирования извести к длительности дозирования соды поддерживают равным 6:1, т.е. известь дозируют в течение 30 мин, а соду - в течение 5 мин. После отстаивания в течение 3 ч, отделяют осадок, подвергают его декантации и вакуум-фильтрации для обезвоживания.

На третьей стадии дозирования в осветленный ОРРС вводят концентрированный раствор соли, доводя его концентрацию до 8% для реализации регенерационного цикла натрий-катионитового фильтра.

Величина общей жесткости ОРРС после обработки составляла 3,0 мг-экв/л, скорость осаждения взвеси - 0,68 мм/с, удельное сопротивление фильтрации осадка - 30,0 • 10^-10 см/г.

Пример 2
Процесс ведут аналогично примеру 1, при длительности дозирования извести - 35 мин, а соды - 5 мин, т.е. при соотношении длительности дозирования извести к длительности дозирования соды 7:1.

Величина общей жесткости ОРРС после обработки составляла 5,1 мг-экв/л, скорость осаждения взвеси - 0,73 мм/с, удельное сопротивление фильтрации осадка - 29,6 • 10^-10 см/г.

Пример 3
Процесс ведут аналогично примеру 1, при длительности дозирования извести - 40 мин, а соды - 5 мин, т.е. при соотношении длительности дозирования извести к длительности дозирования соды 8:1.

Величина общей жесткости ОРРС после обработки составляет 4,9 мг-экв/л, скорость осаждения взвеси - 0,72 мм/с, удельное сопротивление фильтрации осадка - 27,6 • 10^-10 см/г.

Данные, свидетельствующие о преимуществах постадийного дозирования реагентов и предлагаемых интервалов длительности дозирования, приведены в таблице 1.

Представленные табличные данные свидетельствуют о том, что на всех трех типах ОРРС (по кальциево-магниевому соотношению) такие показатели, как степень осветления ОРРС, характеризующаяся скоростью осаждения взвеси, равно как и водоотдающие свойства осадка, повышаются при постадийном дозировании реагентов с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при той же интенсивности перемешивания и соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6:1-8:1, и дозированием соли на третьей стадии обработки непосредственно в осветленный регенерационный раствор.

Данные о преимуществах предложенного способа по сравнению с известным приведены в таблице 2.

Только совокупность таких признаков, как: постадийное дозирование реагентов с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при той же интенсивности перемешивания и соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6:1-8:1, и дозирование соли в осветленный регенерационный раствор соли на третьей стадии обеспечивает достижение технического результата - повышение степени осветления регенерационного раствора соли, улучшение водоотдающих свойств осадка и предотвращение потерь соли.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает повышение степени осветления ОРРС, характеризующейся скоростью осаждения взвеси, с 0,07 до 0,10 - 0,12 мм/с за счет повышения скорости осаждения взвеси, и улучшение водоотдающих свойств осадка, характеризующихся удельным сопротивлением фильтрации, за счет снижения величины последнего с 102,4•10^-10 до 51,8 - 53,3•10^-10 см/г.

Изобретение относится к области обработки отработанных регенерационных растворов соли (ОРРС) и может быть использовано в водоподготовке, в процессах умягчения воды натрий-катионированием. Способ обработки ОРРС натрий-катионитовых фильтров по предложенному изобретению включает усреднение при перемешивании наиболее минерализованной части растворов, постадийное дозирование реагентов с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при перемешивании, соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6:1-8:1, отстаивание раствора с отделением осадка, механическим обезвоживанием последнего и дозированием раствора поваренной соли в осветленный регенерационный раствор на третьей стадии. Способ обеспечивает повышение степени осветления отработанного регенерационного раствора соли, улучшение водоотдающих свойств осадка и предотвращение потерь соли. 2 табл.

Способ обработки отработанных регенерационных растворов соли натрий-катионитных фильтров, включающий усреднение при перемешивании наиболее минерализованной части растворов, дозирование реагентов - извести, соды и концентрированного раствора поваренной соли, перемешивание, отстаивание раствора с отделением осадка и механическим обезвоживанием последнего, отличающийся тем, что дозирование реагентов ведут постадийно с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при перемешивании, соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6: 1-8: 1, и дозированием раствора поваренной соли в осветленный регенерационный раствор на третьей стадии.