Способ умягчения воды Советский патент 1984 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 

Изобретение относится к области водоподготовки ионитами и может бы использовано при создании безотход технологии умягчения воды для подп ки парогенераторов и тепловых сетей. Известен способ умягчения воды путем пропуска воды через последовательно расположенные Н- и Na-катионитные фильтры l Недостатком способа является сброс засоленных сточных вод. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ умягчения воды, включакхдий пропускание воды через Н- и Ма-катионитные фильтры, регенерацию их соответственно раствором серной кислоты и хлорида натрия и обработку отработанных регенерационных растворов известью и содой для осаждения ионов жесткости в виде СаСОд и М(ОН)2. 2 . Недостатком известного способа является наличие в воде связанной углекислоты в виде солей натрия (,, или МаНСОз) , которые, разлагаясь при повьшенной температуре в парогенераторе или в водогрей ном котле систекзы теплоснабжения, выделяют свободную углекислоту, чт приводит к коррозии трубопроводов и оборудования. Кроме того, примен ние соды для умягчения отработанны растворов приводит к увеличению ст имости умягченной воды. Целью изобретения является повы шение качества умягчаемой воды и сокращение стоков. Поставленная цель достигается согласно способу умягчения воды, включакщему пропускание воды сначала через Wa-катионитный фильтр регенерируемый хлоридом натрия, за тем через Н-катионитный фильтр, ре генерируемый стехиометрическим количеством кислоты с получением отработанных растворов, отработанный раствор Н-катионитного фильтра, со держащий сульфат натрия, после кон центрирования сманивают с отрабоI тайным раствором ,||а-катионитного фильтра после известкования и концентрирования последнего, и смесь после удаления сульфата кальция и гидроокиси магния направляют на регенерацию Я а-катионитного фильтр При зтом концентрирование сульфата натрия ведут до 10-19%, а отработанного раствора N а-катионитного фильтра до 10-25%. Причем известкование отработанного раствора 5 а-катионитного фильтра ведут в соотношенни Са10Н}л О 1д г.экв„ Сущность способа заключается в том, что воду сначала пропускают через J a-катионитный фильтр, где происходит обмен ионов Са и М на .а, затем через Н-катион 1тный фильтр, работакадий в режиме ,голодной регенерации, где происходит поглощение той части ионов натрия, которые находятся в воде в виде углекислотных солей, а отработанный раствор Н-катионитного фильтра, содержащий сульфат натрия, после концентрирования используют вместо соды для осаждения ионов кальция из отработанного раствора Nа-катионитного фильтра. Это позволяет снизить расход соды на обработку отработанного раствора. Поглощение ионов натрия в Н-катионитном ф шьтpe голодной регенерации позволяет снизить щелочность умягченной воды практически до нулевых величин и, следовательно, превратить связанную углекислоту в свободную, легкоудаляемую в дц,карбонаторе и термическом деаэраторе. Это позволяет исключить углекислотную коррозию в цикле парогенератора, а также в тепловых сетях, Кроме того, поглощение натрия в Я-катионитном фильтре позволяет снизить расход хлористого натрия на регенерацию Na-катионитного фильтра до величины, равнойнекарбонатной жесткости в обрабатываемой воде В связи-с тем, что в предлагаемом способе производится рекуперация соли из отработанных растворов На-катионитных фильтров, появляется возможность увеличить кратность избытка соли при регенерации до 4-8, а это позволяет увеличить емкость Иа-катионитного фильтра в 1,5-2 раза при одновременном снижении жесткости Na-катионированной воды до 1-10 мкг экв/л. Дальнейшее умягчение воды практически до нулевой жесткости ( 1 мкг-экв/л) происходит в Н-катионитном фильтре, который срабатывается только по иону На, При срабатывании , Ка-катнонитного фильтра до больших величин (3050 мкг« экв/л) проскока катионов жесткостк остаточная жесткость умягченной воды также не превышает 1 мкгЭКВ/Л, что удовлетворяет требованиям к качеству воды парогенераторов высокого давления„ При регенерации Н-катионитного фильтра кислоту подают в стехиометрическом количестве ( голодная регенерация), что позволяет исключить поступление свободной кислоты в отработанный раствор и отказаться от узла нейтрализации отработанного раствора.

Таким образом, предлагаемый способ умягчения воды позволяет снизит расход хлористого натрия и серной кислоты на регенерацию катионитов до теоретических величин при одновременном увеличении емкости поглощения Na-катионитного фильтра в 1,5-2 раза и снижения жесткости и щелочности умягченной воды до практически нулевых величин.

Качество умягченной воды по предлагаемому способу превьшает :качество воды, умягчаемой известными способами, так как она не образует накипи и не приводит к углекислотной коррозии.

Отработанный раствор Na-катионитных фильтров содержит хороио растворимые соли NaCt, СаС,. Растворимость указанных солей при температуре составляет соответственно 35, 74 и 54%.

Отработанный раствор Na-катионит ных фильтров содержит 70-150 г экв/ катионов жесткости и 0,85-1,25% МаС Этот раствор может быть сконцентрирован перед его очисткой. Кратность концентрирования раствора ограничивается растворимостью NaCf и может достигать 30-40.

. Обработку раствора производят вначале известью. При этом в осадок вьшадает труднорастворимая гидроокись магния. Дозировку извести производят в количестве Ga(OH)g

Mg

1,00-1,1 гэкв/гэкв, что обеспечивает практически полное удаление иона магния из отработанного раствора. Снижение количества извести менее 1,О г-экв приводит к увелиг экв

чению остаточной концентрации маг;ния. Увеличение расхода извести более 1,1 приводит к повышению

I . Г Э ifr О

щелочности очищенного раствора, что недопустимо.

Гидроокись магния может быть выделена на фильтр-прессе и использована в качестве удобрения или как сырье для производства металлического магния.

Дальнейшую очистку раствора производят с помощью отработанного сконцентрированного раствора Н-катионитного фильтра, который содержит сульфат натрия. При этом в осадок вьшадает труднодоступный сульфат кальция. Концентрирование обработанного раствора Н-катионитного фильтра производят для снижения степени разбавления регенерационного раствора и повышения эффекта осаждения.

Качество отработанного и очищенного регенерационного раствора Накатионитного фильтра представлено в таблице.

Концентрация .,5О4 в проводившихся опытах составляет 150 г/л. При разбавлении очищенного раствора до 6%-ной концентрации по NacE происходит одновременно снижение кон, центрации жесткости до 30-35 мг-экв/л, что исключает образование осадка сульфата кальция при регенерации очищенным раствором Na-катионитного фильтра.

0

При умягчении вод, в .которых щелочность равна или больше жесткос:5ги нёкарбонатной, количество сульфата натрия, образующегося при регенерации Н-катионитного фильтра,

5 достаточно для умягчения отработанного раствора Na-катионитного фильтра. Для большинства вод указанное условие выдерживается.

В отличие от известного в предла0гаемом способе концентрирование отработанньк растворов ведут до умягчения, так как в растворах не содержатся труднорастворимые соли. Вследствие этого появляется возмож5ность использования для концентрирования электродиализаторов, требующих значительно меньших капитальных затрат, чем многоступенчатые аппараты мгновенного вскипания.

0

Пример. Водопроводную воду с исходной жесткостью 3,75 мг экв/л последовательно пропускают через две лабораторные колонки, загруженные сульфоуглем соответственно в Na5и Н-формах, Остаточная жесткость за Н-катионитом в среднем не превышает 1,0 мкг.экв/л, fja-катионитный фильтр отключают на регенерацию после достижения в фильтрате жесткости, равной 50 мкг.экв/л.

0

При этом жесткость за Н-катиоыитом равна 1,0 мкгэкв/л. Отработанный регенерационный раствор Naкатионитного фильтра сконцентрирован в электродиализаторе в 30 раз.

5 При этом концентрация хлористого натрия составляет 24,5% при объеме раствора 70 мл. Концентрация ионов кальция и магния соответственно составляет 1500 и 750 мг экв/л,

0 |В этот раствор при непрерывном перемешивании введена суспензия извести в количестве 53 мг экв. После отделения выпавшей гидроокиси магния в раствор введен сконцентри5рованный в 10 раз отработанный регенерационный раствор Н-катионитного фильтра, содержащий 12% сульфата натрия. После отстаивания и удаления сульфата кальция жесткость вос0становленного раствора при объеме 250 мл составляет 61,5 мг экв/л, концентрация хлористого натрия 9,5%, Из полученнохх) раствора 130 мл до полнительно умягчено содой и упарено до сухих солей, а оставшиеся

5

120 мл после разбавления и доводения концентрации хлористого натрия до б% использованы для регенерации Ца катионитног6 фильтра.

В промыишенных условиях осадки, полученные в результате раздельного умягчения и промывки, могут биЛт использованы в строительстве.

Ожидаемый экономический эффект при внедрении предлагаемого способа по сравнению с известным на установке производительностью 100 м/ч при жесткости обрабатываемой воды 2-4 мг экв/л составляет 60-80 тыс.руб. капитальных затрат

и 10-20 тыс.руб./год эксплуатационных расходов.

Удельные капитальные затраты на 1 т/ч обрабатываемых растворов составляют для известного, 40-50, а для предлагаемого способа 5 тыс. руб Эксплуатационные расходы на концентрирование и очистку стоков составляют 100-150 для известного и 50-70 коп., стоков для предлагаемого способа.

Для реализации предлагаемого способа не требуется разработки нового оборудования.

1. СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, включающий пропускание воды через й-и Na-катиониткые фильтры и их регенерацию серной кислотой и хло: РИДОМ натрия соответственно с получением отработанных растворов, отличающий ся тем, что, с целью повышения качества умягчаемой воды и сокращения стоков, во|ду сначала пропускают через Naкатионитный фильтр, затем через Н-катионитный, регенерируемый стехиометрическим количеством кислоты, а отработанный раствор Н-катионитного фильтра, содержсцций сульфат натрия, после концентрирования смешивают с отработанным раствором Ма-катионитного фильтра, после известкования и концентрирования последнего, и смесь после удаления сульфата кальция и гидроокиси магния направляют на регенерацию На-катионитного фильтра. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что концентрирюi вание сульфата натрия ведут до 10-19%, а отработанного раствора (Л Ка-катионитного фильтра до 10-25%. 3.Способ по п. 1, отлис чающийся тем, что известкование отработанного раствора Naкатионитного фильтра ведут в соотнаяеняи Ca()i.i ,0-1,1 г-зкв gг -экв 14: С 00

Ж-70-150 мг экв/л 8,5-12,5 г/л Ж-700-1500 мг экв/л ЖгбО-70 мг экв/л ilaCi 85,0-125,0 г/л ,,0 г/л Ж 1050-2260 мг- экв/л Ж бО-70 мг экв/л /NaCg«127,0-18Q,0 г/л КаС й95-104,5 г/л С-1400-ЗОООмг экв/л (62-73 мг ЭКЕ/Л .4|aCfr 170,0-250,0 г/л .«аСе) г/л