СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАСТВОРЕННЫХ И НЕРАСТВОРЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2003 года по МПК C02F9/02 B01J47/02 C02F9/02 C02F1/42 C02F103/04 

Изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод и водных растворов физико-химическими методами с применением ионитов и может быть использовано в энергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки воды от нерастворенных примесей путем ее пропускания через двухслойный фильтр. В качестве материала для верхних фильтрующих слоев используют дробленый антрацит или гранулы керамзита, в качестве нижних слоев - кварцевый песок, магнитный железняк, магнезит. Промывку двухслойных фильтров осуществляют восходящим потоком воды с расширением фильтрующих слоев (1).

Указанный способ обеспечивает очистку воды только от нерастворенных примесей для ее осветления и обесцвечивания. Если по технологии требуется дальнейшая ее очистка, например умягчение или обессоливание воды, приходится устанавливать дополнительные ионообменные фильтры. Кроме того, процесс промывки фильтрующих слоев осуществляется с расширением фильтрующих материалов, что способствует выносу их из фильтра вместе с промывной водой и засорению распределительных устройств фильтра.

Известен способ очистки воды от растворенных и нерастворенных примесей, осуществляемый в фильтре с центральным вертикальным распределительным устройством, в котором только часть обрабатываемой жидкости пропускают через слой фильтрующего материала и затем слой ионитной загрузки. Причем ионитную загрузку жидкость проходит в радиальном направлении (2).

Недостатком указанного способа является сложность его осуществления, обусловленная достаточно сложной конструкцией фильтра.

Наиболее близким к предложенному способу является способ очистки воды, включающий последовательное пропускание очищаемой воды в направлении сверху вниз через плавающий слой инертного материала, фильтрующий слой, задерживающий нерастворенные примесей и состоящий из ионообменного материала, и ионообменный слой. Затем осуществляют периодическую регенерацию путем предварительного подъема и прижатия фильтрующего и ионообменного слоев к слою плавающего инертного материала и последующую подачу регенерационного раствора через все слои восходящим потоком. При этом фильтрующий слой ионита при очистке и регенерации предварительно вытесняется из центральной камеры фильтра в свободное пространство над основным слоем ионита (3).

Недостатками указанного способа являются сложность и низкая экономическая эффективность при очистке воды с повышенным количеством нерастворенных примесей. Это объясняется тем, что вся загрузка фильтра состоит из одного и того же материала, верхний слой которого в рабочем состоянии выполняет роль фильтрующего слоя, задерживая неуловленные на механическом фильтре нерастворенные примеси. При более высоких концентрациях нерастворенных примесей использование в качестве фильтрующего слоя дорогостоящего ионитного материала экономически невыгодно. Кроме того, в процессе возможно перемешивание однородного по составу и размеру ионита, что приводит к загрязнению ионитного материала по всему объему, сокращая срок его службы.

Задачей изобретения является создание достаточно простой и экономически эффективной очистки воды от растворенных и нерастворенных примесей в одном аппарате в условиях противоточной технологии. При этом возможно исключение предварительной очистки воды от нерастворенных примесей в механическом фильтре, что позволяет сократить количество оборудования и коммуникаций и соответственно уменьшить производственные площади.

Так как инертный материал, используемый в фильтрующем слое, имеет гранулометрический состав в пределах 0,5-2,5 мм, что больше, чем гранулометрический состав ионита, например катионита КУ-2-8, размеры зерен которого составляют 0,3-1,2 мм, происходит снижение перепада давления в фильтре во время рабочего цикла и повышается его производительность на 20-30%. Фильтрующий зернистый материал, расположенный на слое ионита, позволяет защитить его от загрязнения взвешенными веществами, окислами железа и другими нерастворенными примесями и тем самым увеличить срок службы ионита.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки воды от растворенных и нерастворенных примесей, последовательно пропускают очищаемую воду в направлении сверху вниз через плавающий слой инертного материала, фильтрующий слой, задерживающий нерастворенные примеси, и ионообменный слой и периодическую регенерацию путем предварительного подъема и прижатия фильтрующего и ионообменного слоев к слою плавающего инертного материала и восходящую подачу регенерационного раствора через все слои противотоком. При этом в качестве фильтрующего слоя используют гранулированный инертный полимер, размещенный непосредственно на ионообменном слое, имеющий плотность больше 1 г/см³, но меньшей плотности используемого ионита, и гранулометрический состав 0,5-2,5 мм. Кроме того, высота фильтрующего слоя выполнена составляющей 5-50% от высоты ионообменного слоя.

На фиг.1. показана схема осуществления процесса в рабочем режиме очистки воды. На фиг.2. представлена схема осуществления процесса в режиме регенерации загрузки.

Противоточный фильтр 1 содержит штуцер 2 для подачи обрабатываемой воды и вывода отработанного регенерационного раствора, верхнее распределительное устройство 3, соединенное со штуцером 2, штуцером 4 для вывода очищенного воды и подачи регенерационного раствора, нижнее распределительное устройство 5, соединенное со штуцером 4, плавающий слой инертного материала 6 и загрузку, содержащую ионообменный слой 7 и расположенный непосредственно на нем фильтрующий слой 8. Между слоем плавающего инертного материала 6 и фильтрующим слоем 8 находится свободное пространство 9 (фиг.1). В режиме регенерации загрузки (фиг.2) свободное пространство 9 размещено между ионообменным слоем 7 и нижним распределительным устройством 5.

Способ осуществляется следующим образом.

В ходе рабочего цикла очистки воды обрабатываемую воду подают в противоточный фильтр 1 через штуцер 2 и верхнее распределительное устройство 3. Вода проходит нисходящим потоком последовательно плавающий слой инертного материала 6, фильтрующий слой 8 и ионообменный слой 7. Вывод очищенной воды производят через нижнее распределительное устройство 5 и штуцер 4. При этом в фильтрующем слое 8 задерживаются из обрабатываемой воды нерастворенные примеси (взвешенные вещества, окислы железа и т.д.), а в ионообменном слое 7 задерживаются растворенные примеси (соответствующие ионы). Неперемешивание слоев загрузки обеспечивается значительной разностью плотностей зерен фильтрующего материала и ионита.

После завершения рабочего цикла проводят процесс регенерации (фиг.2) с целью восстановления обменной емкости ионита и очистки от нерастворенных примесей фильтрующего материала. Для этого через штуцер 4 и нижнее распределительное устройство 5 предварительно подают восходящий поток воды для поршнеобразного подъема и прижатия ионообменного слоя 7 и фильтрующего слоя 8 к слою плавающего инертного материала 6.

Во время операции по прижатию слоев загрузки к плавающему инертному материалу благодаря активной гидродинамике подающего потока воды из фильтрующего слоя уносятся взвеси и иные нерастворенные примеси, задержанные фильтрующим материалом в течение рабочего цикла. Плавающий инертный материал свободно пропускает уплотняющий или регенерационный поток, нерастворенные примеси и задерживает целые зерна загрузки. Далее через штуцер 4 подают регенерационный раствор в направлении снизу вверх с расходом, обеспечивающим сохранение слоев 7 и 8 в зажатом состоянии, к плавающему слою 6. Вывод воды для подъема и прижатия слоев, а также отработанного регенерационного раствора из противоточного фильтра 1 осуществляют через верхнее распределительное устройство 3 и штуцер 2.

ПРИМЕР
В противоточный натрий-катионитный фильтр диаметром 1000 мм загружают сильнокислотный катионит марки КУ-2-8 в натриевой форме с гранулометрическим составом 0,3-1,2 мм, с плотностью 1,25-1,28 г/см³ и в количестве 1700 л. В качестве фильтрующего материала используют гранулированный сополимер стирола и дивинилбензола с гранулометрическим составом 0,8-2,0 и с плотностью 1,05 г/см³, расположенный на слое катионита. Высота фильтрующего слоя составляет 400 мм. В качестве инертного материала плавающего слоя используют полиэтилен низкого давления с гранулометрическим составом 2-5 мм и плотностью 0,95 г/см³, нижний слой которого на 100 мм ниже верхнего распределительного устройства. Между слоем плавающего инертного материала и фильтрующим слоем находится свободное пространство высотой 100 мм. Обрабатываемую воду с содержанием взвешенных веществ 7-8 мг/л и общей жесткостью 4,5 мг-экв/л пропускают со скоростью 20 м/ч в направлении сверху вниз последовательно через слой плавающего инертного материала, фильтрующий слой и слой катионита. На выходе из противоточного натрий-катионитного фильтра очищенная вода имела содержание взвешенных веществ менее 0,5 мг/л и общую жесткость не более 0,005 мг-экв/л. При увеличении проскока солей жесткости в очищенной воде свыше 0,03 мг-экв/л противоточный фильтр отключается на регенерацию. С этой целью предварительно подают в фильтр воду в направлении снизу вверх со скоростью потока не более 50 м/ч с целью поршнеобразного подъема слоя катионита и фильтрующего слоя к плавающему слою инертного материала, а затем в том же восходящем направлении подают 8-10%-ный раствор поваренной соли с расходом, обеспечивающим сохранение слоев катионита и фильтрующего материала в зажатом состоянии.

При этом во время регенерации происходит восстановление обменной емкости катионита в натриевую форму и одновременно обеспечивается удаление нерастворенных примесей из фильтрующего материала (сополимера стирола и дивинилбензола).

Противоточный фильтр может быть также загружен вместо катионита анионитом, например анионитом АВ-17-8 в гидроксидной форме, имеющий грансостав 0,3-1,2 мм и плотность 1,1 г/см³. В этом случае обеспечивается удаление из обрабатываемой воды нерастворенных примесей (слой сополимера стирола и дивинилбензола) и растворенных примесей - анионов (слой анионита). При этом во время противоточной регенерации используют 4%-ный раствор едкого натра.

Таким образом, применение данного способа очистки воды позволяет совместить в одном аппарате удаление из обрабатываемой воды нерастворенных примесей с использованием всех преимуществ противоточной регенерации ионита и фильтрующего материала.

Источники информации
1. В. А. Клячко, М.Э. Апельцин, Очистка природных вод, Москва, Стройиздат, 1971г., с.231-236.

2. Пат. РФ 1319367, опубл. 23.07.90г., кл. В 01 D 24/00.

3. Пат. РФ 2121873, опубл. 20.11.98г., B 01 J 47/02, В 01 D 15/04, C 02 F 1/42.

Изобретение относится к способам очистки воды от растворенных и нерастворенных примесей и может быть использовано в энергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Для осуществления способа исходную воду подают в противоточный фильтр в направлении сверху вниз через плавающий слой инертного материала и загрузку, содержащую слой ионита, и расположенный непосредственно над ним дополнительный фильтрующий слой. В качестве фильтрующего материала используют инертный полимер с плотностью больше 1 г/см³, но меньше плотности используемого ионита и с гранулометрическим составом 0,5-2,5 мм. Осуществляют периодическую регенерацию загрузки путем предварительного подъема и зажатия ее к плавающему слою инертного материала и последующей подачей регенерационного раствора в направлении снизу вверх через загрузку и плавающий слой инертного материала с удалением задержанных примесей при прохождении регенерационного раствора через дополнительный фильтрующий слой и слой ионита. Способ обеспечивает повышение производительности фильтра при очистке воды от растворенных и нерастворенных примесей в одном аппарате с использованием преимуществ противоточной технологии при регенерации фильтрующего материала и ионита. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки воды от растворенных и нерастворенных примесей, включающий последовательное пропускание очищаемой воды в направлении сверху вниз через плавающий слой инертного материала, фильтрующий слой, задерживающий нерастворенные примеси, и ионообменный слой и периодическую регенерацию путем предварительного подъема и прижатия фильтрующего и ионообменного слоев к слою плавающего инертного материала и подачу регенерационного раствора через все слои противотоком, отличающийся тем, что в качестве фильтрующего слоя используют гранулированный инертный материал, размещенный непосредственно на ионообменном слое, имеющий плотность больше 1 г/см³, но меньше плотности используемого ионита и гранулометрический состав 0,5-2,5 мм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота фильтрующего слоя выполнена составляющей 5-50% от высоты ионообменного слоя.