СИСТЕМА ГЛУБОКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ НА ПРОТИВОТОЧНЫХ Н-ОН-ИОНИТНЫХ ФИЛЬТРАХ Российский патент 2008 года по МПК C02F9/04 

Изобретение относится к области осуществления ионообменных процессов в режиме противотока на Н-ОН-ионитных фильтрах и может быть использовано для получения глубоко обессоленной воды в энергетической, электронной, химико-технологической, металлургической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известна система глубокого обессоливания воды, содержащая последовательно включенные установку осветления с линией осветленной воды и установку химического обессоливания осветленной воды с противоточными Н-катионитным фильтром, ОН-анионитным фильтром и с линиями отработанных регенерационных растворов [1] - прототип. Недостатками этой системы являются повышенные расходы кислоты (1,8-1,9 г-экв/г·экв) на регенерацию Н-катионитных фильтров; загрязнение ионообменных смол взвешенными веществами, продуктами коагуляции, соединениями алюминия и железа, органическими веществами и связанное с этим ухудшение технологических показателей фильтров; необходимость периодических очисток ионообменных смол в Н- ОН-фильтрах и связанные с этим расходы кислоты и щелочи; повышенные расходы воды на собственные нужды (˜14%). Указанные недостатки являются следствием упрощенной схемы предочистки (коагуляция в осветлителях и осветление на механических фильтрах), которая не предусматривает удаление из осветленной воды остаточных загрязнений. Еще одним недостатком системы [1] является сброс отработанных регенерационных растворов от установки Н-ОН-ионирования, содержащих высокие концентрации реакционно-способной кислоты и щелочи.

Достигаемыми результатами изобретения являются снижение удельных расходов кислоты на регенерацию Н-фильтров до 1,2-1,3 г·экв/г·экв; предотвращение загрязнения противоточных Н-катионитного и ОН-анионитного фильтров взвешенными веществами, соединениями алюминия и железа, органическими веществами, а также сокращение числа или исключение химических очисток ионообменных смол; повторное использование отработанных растворов Н- и ОН-ионитных фильтров и содержащихся в них кислоты, щелочи и натриевых солей; уменьшение расходов воды на собственные нужды установки (до 8-10%).

Указанные результаты обеспечиваются тем, что в системе глубокого обессоливания воды, содержащей последовательно включенные установку осветления с линией осветленной воды и установку химического обессоливания осветленной воды с противоточными Н-катионитным фильтром, ОН-анионитным фильтром и с линиями отработанных регенерационных растворов, согласно изобретению на линии осветленной воды перед установкой химического обессоливания дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр и/или Cl-анионитный фильтр или H-Na-Cl-ионитный фильтр, линия отработанного регенерационного раствора Н-катионитного фильтра подключена к H-Na-катионитному фильтру или H-Na-Cl-ионитному фильтру, а линия отработанного раствора ОН-анионитного фильтра - к Cl-анионитному или H-Na-Cl-ионитному фильтру. При этом H-Na-катионитный фильтр может быть загружен сильно- и/или слабокислотными катионитами, Cl-анионитный фильтр - сильноосновным органопоглощающим анионитом, а H-Na-Cl-ионитный фильтр - смесью этих ионитов.

Современные технологии противоточного Н-ОН-ионирования (Апкор, Амберпак, Швебебед и др.) предъявляют высокие требования к качеству поступающей воды (существенно более жесткие, чем для прямоточного обессоливания). Это связано с тем, что противоточные Н-ОН-фильтры, работающие по указанным технологиям, заполнены ионитами на всю высоту объема, практически до верхнего дренажа. В связи с этим они в большей степени подвержены загрязнениям, содержащимся в поступающей воде. По этой причине перед противоточными Н-ОН-фильтрами содержание взвешенных веществ лимитируется менее 0,5 мг/дм³, железа менее 0,05 мг/дм³, алюминия менее 0,05 мг/дм³, органических соединений по окисляемости не более 2,5 мгО/дм³, а по ХПК не более 8,0 мгО/дм³.

Кроме того, особенность противоточного тонирования в возможности получения более высоких технологических показателей (рабочей обменной емкости ионитов, низкого удельного расхода реагентов) при поступлении на фильтры воды с преимущественным содержанием одновалентных ионов (например, высоким содержанием натрия и низким содержанием кальция, магния).

В соответствии с изобретением H-Na-катионитный фильтр включается в состав осветлительной установки (предочистки) при повышенном содержании железа, алюминия и наличии жесткости в осветленной воде.

Cl-анионитный фильтр включается в состав предочистки при повышенном содержании органических соединений и сульфатов в осветленной воде.

H-Na-Cl-ионитный фильтр включается в состав предочистки при повышенном содержании перечисленных выше примесей в осветленной воде.

В воде, поступающей на установку Н-ОН-ионирования системы согласно изобретению, содержание взвешенных веществ составляет 0-0,1 мг/дм³, содержание ионов жесткости - 0,05 мг·экв/л, щелочности - 0,2 -0,3 мг-экв/л, а органических веществ по окисляемости - 2 мгО/л, т.е. существенно ниже, чем в системе согласно прототипу [1]. Кроме того, содержание в этой воде алюминия и железа в 5-7 раз ниже, чем в осветленной воде. Это предотвращает загрязнение загрузки Н-ОН-фильтров и сокращает или полностью исключает необходимость водовоздушных промывок (что приводит к перемешиванию слоев и необходимости повышенных расходов реагентов кислоты и щелочи), а также необходимость химических очисток, которые влекут дополнительные расходы реагентов. Кроме того, в дополнительно обработанной осветленной воде существенно меняется ионный состав: после И- Na-фильтра снижается содержание катионов жесткости и щелочность и увеличивается содержание натрия, после Cl-анионитного фильтра снижается содержание сульфатов и щелочность и увеличивается содержание хлоридов.

В системе согласно изобретению Н-катионитный фильтр установки химического обессоливания к моменту истощения будет находиться в Na-форме, в связи с этим на вытеснение одновалентных катионов натрия по противоточной схеме регенерации требуются значительно меньшие расходы кислоты, чем на вытеснение двухвалентных катионов Са и Mg.

На фиг.1 в качестве одного из примеров реализации изобретения схематически изображена система глубокого обессоливания воды Н-ОН-ионитными фильтрами, в состав предочистки которой, кроме осветлителя и механического фильтра, предусмотрен H-Na-катионитный фильтр; на фиг.2 в качестве другого примера применительно к исходной воде с высоким содержанием органических соединений и с низким содержанием катионов жесткости - система, в которой в состав предочистки включен Cl-анионитный фильтр; на фиг.3 в качестве другого примера реализации изобретения применительно к воде с повышенным содержанием катионов жесткости и органических соединений - система, в которой в состав предочистки последовательно с H-Na-катионитным фильтром включен Cl-анионитный фильтр для удаления органических веществ; на фиг.4 в качестве еще одного примера реализации изобретения применительно к исходной воде аналогичного качества, что и на фиг.3 - система, в составе предочистки которой предусмотрен H-Na-Cl-ионитный фильтр.

Система глубокого обессоливания воды согласно изобретению содержит последовательно включенные установку осветления (предочистку) (ПО) 1 с осветлителем (О) 1.1, механическим фильтром 1.2 и линией 1.3 осветленной воды, а также установку химического обессоливания (ХОУ) 2 осветленной воды на противоточных Н-катионитном фильтре (Н) 2.1 и ОН-анионитном фильтре (ОН) 2.2 с декарбонизатором (Д) 2.3 между ними, линиями 2.4, 2.5 подвода свежих регенерационных растворов соответственно кислоты и щелочи и линиями 2.6, 2.7 отвода соответствующих отработанных регенерационных растворов. В состав ПО 1 на линии 1.3 осветленной воды (перед ХОУ 2) дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр (HNa) 1.4 (фиг.1, 3), Cl-анионитный фильтр (Cl) 1.6 (фиг.2, 3) или H-Na-Cl-ионитный фильтр (HNaCI) 1.5 (фиг.4). При этом линия 2.6 отработанного регенерационного раствора Н-катионитного фильтра 2.1 ХОУ 2 подключена к H-Na-катионитному фильтру 1.4 или H-Na-Cl-ионитному фильтру 1.5, а линия 2.7 отработанного раствора ОН-анионитного фильтра 2.2 - к Cl-анионитному фильтру 1.6 или H-Na-Cl-ионитному фильтру 1.5.

Система согласно изобретению работает следующим образом. Исходная вода предварительно подается в ПО 1, где последовательно проходит осветлитель О1.1, механический фильтр (М) 1.2, H-Na-катионитный фильтр 1.4 (фиг.1, 3) и/или Cl-анионитный фильтр 1.6 (фиг.2, 3) или H-Na-Cl-ионитный фильтр 1.5 (фиг.3). Глубоко очищенная от взвешенных веществ, умягченная вода (фиг.1), очищенная от органических веществ (фиг.2), умягченная и дополнительно очищенная от органических веществ (фиг.3, 4), подается на ХОУ 2, работающую на Н-ОН-фильтрах 2.1, 2.2, между которыми она проходит декарбонизацию в декарбонизаторе Д 2.3. Для регенерации в Н-катионитный фильтр 2.1 по линии 2.4 подается серная кислота, а в ОН-анионитный фильтр 2.2 по линии 2.7 - едкий натр. Отработанный раствор от Н-катионитного фильтра 2.1 подается по линии 2.6 на регенерацию Н-Na-катионитного фильтра 1.4 (фиг.1, 3) или на регенерацию H-Na-Cl-ионитного фильтра 1.5 (фиг.4). Отработанный раствор из ОН-ионитного фильтра 2.2 подается по линии 2.7 на регенерацию Cl-анионитного фильтра 1.6 (фиг.2, 3) или на регенерацию H-Na-Cl-ионитного фильтра 1.5 (фиг.4).

Пример. Исходная вода после обработки в осветлителе О1.1 сернокислым алюминием и осветления на механическом фильтре М 1.2 (фиг.3) поступает на H-Na-катионирование на фильтре 1.4, загруженном слабо- и сильнокислотным катионитами (МАС-3 и КУ-2-8), а затем на Cl-анионирование на фильтре 1.6, загруженном органопоглощающим анионитом (Marathon 11). Далее глубоко очищенная от взвешенных и органических веществ, железа и алюминия, умягченная вода подается на ХОУ 2 с противоточными Н-ОН-фильтрами 2.1, 2.2 и декарбонизатором Д 2.3 между ними.

Ниже в таблице приведены составы исходной, осветленной и H-Na-Cl-ионированной воды, подаваемой на противоточные Н-ОН-ионитные фильтры 2.1, 2.2.

ТаблицаПоказатели состава исходной воды ВПУ и по стадиям ее предочисткиПоказатели составаисходнаяпосле осветлительного фильтрапосле H-Na- и Cl-фильтровВзвешенные вещества, мг/дм³13-302,0-3,00,0-0,1Окисляемость, мгО/дм³18-304,0-6,01,6-2,0ХПК, мгО/дм³40-6015-246,4-8,0Жесткость, мг·экв/дм³1,8-2,81,8-2,80,02-0,05Са, мг·экв/дм³1,1-1,61,1-1,6-Mg, мг·экв/дм³0,7-1,20,7-1,2-Натрий, мг/дм³14-2514-2532-57Щелочность, мг·экв/дм³1,8-2,51,2-1,60,15-0,2рН7,6-7,97,4-7,66,4-6,6Cl, мг/дм14-3414-34322-64SO₄, мг/дм³11-2140-6416-23SiO₂, мг/дм³2,2-5,12,1-4,71,9-4,5NO₂, мг/дм³0,02-0,030,003-0,005следыNO₃, мг/дм³1,3-2,30,2-1,00,1-0,5Fe, мг/дм³0,7-1,80,1-0,20,02-0,03Al, мг/дм³0,12-0,270,1-0,120,01-0,015

Как видно из таблицы, качество воды после H-Na- и Cl-фильтров (в соответствии с изобретением) значительно лучше, чем после осветлительных фильтров (прототип) по показателям содержания взвешенных веществ, органики (окисляемость, ХПК), железа, алюминия, нитритов, нитратов, негативно влияющих на работу Н-ОН-ионитных фильтров. Это позволяет эксплуатировать Н-ОН-ионитные фильтры без периодических водовоздушных промывок и химических очисток со стабильными технологическими показателями (качество обессоленной воды, обменная емкость ионитов, расход воды на собственные нужды 8 - 10%). Кроме того, подача на химическое обессоливание умягченной воды существенно улучшает условия регенерации Н-катионитных фильтров, а именно позволяет снизить удельный расход кислоты на регенерацию до минимума 1,2-1,3 г·экв/г·экв.

Отработанный регенерационный раствор Н-катионитного фильтра 2.1 УХО 2 подается по линии 2.6 на регенерацию H-Na-катионитного фильтра 1.4. В результате слабокислотный катионит переходит в Н-форму, сильноосновный катионит - в Na-форму. Отработанный регенерационный раствор ОН-анионитных фильтра 2.2 ХОУ 2 подается по линии 2.7 на регенерацию Cl-фильтра 1.5. В результате органопоглощающий анионит регенерируется по органике и переходит преимущественно в Cl-форму. В результате проведенных регенераций H-Na-катионитный фильтр 1.4 и Cl-анионитный фильтр 1.5 обеспечивают высокое качество воды, подаваемой на противоточные Н-ОН-катионитные фильтры 2.1,2.2 (см. таблицу).

Источник информации

1. Внедрение противоточной технологии APKORE на ВПУ по обессоливанию воды ТЭЦ-12 Мосэнерго / И.И. Боровкова и др. // Электрические станции. 2000, №5, с.38.

Изобретение относится к области осуществления ионообменных процессов и может быть использовано для получения глубоко обессоленной воды. В системе глубокого обессоливания воды перед установкой химического обессоливания на линии осветленной воды дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр и/или Cl-анионитный фильтр или Н-Na-Cl-ионитный фильтр. Линия отработанного регенерационного раствора Н-катионитного фильтра установки химического обессоливания подключена к H-Na-катионитному фильтру или H-Na-Cl-ионитному фильтру, а линия отработанного раствора ОН-анионитного фильтра - к Cl-анионитному или Н-Na-Cl-ионитному фильтру. Предложенное изобретение обеспечивает снижение удельных расходов кислоты на регенерацию Н-фильтров, предотвращение загрязнения противоточных Н-катионитного и ОН-анионитного фильтров, а также сокращение числа или исключение химических очисток ионообменных смол и уменьшение расходов воды на собственные нужды установки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Система глубокого обессоливания воды, содержащая последовательно включенные установку осветления с линией осветленной воды и установку химического обессоливания осветленной воды с противоточными Н-катионитным фильтром, ОН-анионитным фильтром и с линиями отработанных регенерационных растворов, отличающаяся тем, что на линии осветленной воды перед установкой химического обессоливания дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр и/или Cl-анионитный фильтр или H-Na-Cl-ионитный фильтр, линия отработанного регенерационного раствора Н-катионитного фильтра подключена к H-Na-катионитному фильтру или H-Na-Cl-ионитному фильтру, а линия отработанного раствора ОН-анионитного фильтра - к Cl-анионитному или H-Na-Cl-ионитному фильтру.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что H-Na-катионитный фильтр загружен сильно- и/или слабокислотными катионитами, Cl-анионитный фильтр - сильноосновным органопоглощающим анионитом, a H-Na-Cl-ионитный фильтр - смесью этих ионитов.