Способ переработки сточных вод Советский патент 1986 года по МПК C02F5/00 C02F103/02 

1

Изобретение относится к очистке сточных вод ионообменных водоподго- товительных установок и может быть использовано при подготовке воды водоподготовительных установок теплоэлектроцентралей и котельных для повторного использования.

Известен способ очистки сточных вод натрий-катионитовых фильтров раствором соды, отстаиванием и фильтрованием раствора поваренной соли с целью последующего его использования для регенерации натрий- катионитовых фильтров ij .

Недостатками способа являются повьшенный расход соды, увеличивающий стоимость очистки, и недостаточное уменьшение концентрации ионов магния, ухудшающих регенерационную способность получаемого раствора поваренной соли.

Известен способ очистки и повторного использования сточных минерализованных вод, включающий содоизвест- кование, отделение осадка и последующее упаривание до сухих солей jZ .

Недостатком способа является значительный расход реагентов на обработку сточных вод, особенно дефицитной дорогостоящей соды, кроме того, оставшееся после регенерации ионитовых фильтров избыточное количество кислоты и щелочи в сточных водах не используется в качестве реагентов для очистки, а. нейтрализуется и безвозвратно теряется.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ очистки сточных вод ионообменных водоподготовительных установок, заключающийся в смешении кислых и щелочньпс стоков ионитовых фильтров обработке их дымовыми газами, отделении осадка и повторном использовании обработанной воды в системах оборотного водоснабжения 3J .

Недостатком данного способа является большое количество стоков с высокой минерализацией после обработки, что резко увеличивает агрес- срганость воды оборотных систем, а при наличии,продувки происходит загрязнение водоемов окружающей среды минеральными солями.

Кроме того, способ имеет ограниченное применение, так как он эффек вен только при обработке щелочных стоков, а в большинстве случаев смесь регене;рационных вод водород

10

15

20

, и- 55

2258271.

.катионитовых и анионитовых фильтров имеет кислую реакцию, что требует дополнительных расходов щелочных реагентов.

Цель изобретения - уменьшение количества сбросных сточных вод и их минерализации, а также снижение расхода реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что при переработке сточных вод ионообменных водоподготовительных установок в замкнутом контуре циркуляции в начале смешивают сточные воды катиоиитовых фильтров водоподготовительных установок подпитки теплосети со щелочными сточными водами анионитовых фильтров обессоливающих установок в соотношении 1:0,3- 1:0,1, затем смесь подают в шламо- отстойник, где в присутствии осадка сульфата кальция и гидрата окиси магния проводят осветление воды, а осветленную воду смешивают со сточными водами водород-катионитовых

.., фильтров обессоливающих установок до концентрации кальция 20-30 мг-экв/ /кг и направляют на взрыхление и per., генерацию катионитовых фильтров подпитки теплосети, а фильтрат смешивают со сточными водами анионитовых фильтров.

При этом сточные воды катионитовых фильтров обессоливакнцих установок смешивают с осветленными водами в соотношении 1:2-1:7, а при регене 5 рации фильтров водоподготовительных установок подпитки теплосети кислоту добавляют в стехиометрическом количестве в смесь осветленной воды и сточных вод водород-катионито вьпс фильтров через каждые 3-4 цикла фильтрации, а время прохождения ре- генерационного раствора в пределах фильтров установок подпитки теплосети ограничено 8-15 мин.

П р и м е р. Теплозлектроцент- раль имеет установку подпитки теплосети с количеством стоков 80,32 т/ч и обессоливающую установку с количеством стоков 35,21 т/ч, из которых 15,53 т/ч щелочные стоки анионитовых фильтров и 19,68 т/ч кислые стоки катионитовых фильтров.

Предлагаемый способ осуществляют по схеме, указанной на чертеже.

Отработанные растворы катионитовых фильтров подпитки теплосети по трубопроводу 1 подают в смеситель 2, куда поступают по трубопроводу 3 от30

45

SO

работанчые регенерационные воды от фильтров первой 4 и второй 5 ступеней анионирования обессоливающей установки.

После смешения раствор направляют по трубопроводу 6 в шламоотстой- ник 7, где в присутствии химическог осадка происходит осалздение сульфата кальция и гидрата окиси магния.

Полученный осветленный раствор по трубопроводу 8 направляют на узел 9 смешения, куда по трубопроводу 10 поступает сток отработанного регенератщонного раствора водо- род-катионитовых фильтров первой 11 и второй I2 ступеней катионирования обессоливающей установки.

После смешения раствор направляют по трубопроводу 13 на регенераци катионитовых фильтров подпитки теплосети 14.

При необходимости воду подкисляют, дозируя концентрированную серную кислоту по трубопроводу 15.

Избыточное количество осветленной воды, равное расходу сточных вод обессоливающей установки, выводится из контура по трубопроводу 16 и используется для восполнения потерь оборотных систем охлаждения.

Исходная вода подается на обработку в ионообменные фильтры по трубопроводам 17 и 18 на обессоливающую установку..

Химически очищенную воду катионитовых фильтров подпитки теплосети направляют по трубопроводу 19 на подпитку системы теплоснабжения, а фильтрат обессоливающей установки направляют по трубопроводу 20 на восполнение потерь основного теплового контура станции или котельной,

В табл.1 и 2 приведены экспериментальные данные по переработке ч сточных вод ионктовьпс фильтров предлагаемым способом, полученные на установке подпитки теплосети с ка- тионитовыми фильтрами, регенерируемыми первоначально стехиометричес- ким расходом серной кислоты.

Изменение параметров качества стоков осуществляют изменением расходов стоков анионитовых и катионитовых фильтров обессоливающей установки, в

Сточные воды фильтров умягчения установки подпитки теплосети и анионитовых фильтров обессоливающей установки смешивают в соотношении

10

225827

1:0,8, 1:0,3, 1:0,1 и направляют в шламоотстойники.

Из табл.1 следует, что при увеличении доли сточных вод анионитовых

5 фильтров выше 0,3 снижается экономичность способа из-за увеличения расхода катионов водорода отработанных регенерационных стоков водород-ка- тионитовых фильтров обессол1вающей установки на нейтрализацию с 20- 30 (при щелочности 13,5 мг-зкв/кг) до 70-100% (при щелочности 32,0 мг- экв/кг).

Дополнительно проводят смешение

15 стоков в соотношении 1:0,05. В результате рН осветленного раствора 5гменьшается до , при этом остаточная концентрация магния возрастает до 3,5 мг-экв/кг, а степень

20 осаждения составляет только 49/92Z. При уменьшении доли сточных вод анионитовых фильтров ниже 0,1 резко возрастает растворимость гндрата окиси магния и степень осаждения магния

25 снижается.

Так, растворимость гвдрата окиси магния при соотношении сточных вод 1:0,1 составляет 0,5 мг-экв/кг, что соответствует степени осаящения маг30 ния 82-92%, а при соотношении 1:0,05 она возрастает до 3,5 мг-экв/кг, что соответствует степени осаждения менее 50%.

При смешении сточных вод в соотношении 1:0,3-1:0,1 достигается уменьшение содержания кальция на 80%, а сульфатов - на 50%.

Стоки водород-катионитовых фильтров обессоливающей установки (табл. 2) смешивают с каждым из растворов осветленной воды (табл.1) в соотношении 0,3:1; 0,1:1 (1:2; 1:3,3; 1:10) и направляют на регенерацию фильтров умягчения.

Из табл.2 следует,что при увеличении рН смешанных .стоков или увеличений доли осветленной воды возрастает количество катионов водорода, которое теряется безвозвратно на нейтрализацию ионов гидроксила осветленной воды.

35

40

45

50

Так, при соотношении 3,3:1 расходов осветленной воды с рН 12,5 и стока водород-катионитовых фильтров 55 потери составляют 98,8%, la при

рН 11,24 - только 5,42% (соответственно остаточная концентрация водорода 0,3 и 23,57 мг-зкв/кг).

При увеличении соотношения до 10:1 при рН 12,5 потери катионов водорода составляют 100%, а при рН 11 ,24 - 16,29.

Из табл. 2 видно, что показателем для эксплуатационного контроля является концентрация катионов кальция, которая характеризует степень разбавления раствора и эффективность использования катионов.

С увеличением концентрации кальци растет количество катионов водорода, которое используют для регенерации фильтров зжягчения.

Так при рН осветленной воды 12s1 и соотношении смешения ее со стоком водород-катионитовых фильтров 1:0,5(2:1) концентрация кальция равна 32,26 мг-экв/кг, при этом концентрация катионов водорода составляет 27,01 мг-экв/кг, что соответствует 75% его использования для регенерации фильтров. При соотношении растворов 1:0,3 (3,3:1) концентрация кальция 26,98 мг-экв/кг, концентрация катионов водорода 14,55 мг-экв/кг, процент использования 58,4%, а при соотношении растворов 1:0,1(10:1) и концентрации кальция 9,78 мг-экв/кг концентрация водорода и процент его использования становится равным 0.

Для предупреждения вьшадения сульфата кальция в катионитовом фнпьтре и гипсования катионита за- мещение катионов кальция катиони- тами водорода и натрия в катиони- те ведут в два этапа.

Первый этап совмещают с периодом взрыхления и проводят слабым раствором кислоты и натриевых солей, полученным при смешении осветленных вод после шламоотстойника. Эти воды содержат натриевые соли с отработанными регенерационными водами водоро катионитовых фильтров обессоливающей установки, которые имеют избыток кислоты (равный расходу кислоты пошедшему на регенерацию водород- . катионитовых фильтров за вычетом стехиометрического ее количества, пошедшего на задержание кальция, магния и натрия в процессе фильтрования) . При этом концентрация кальция после смешения должна быть равной 20-30 мг-экв/кг.

Нижний предел определяют эффективностью использования катионов во0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дорода сточных вод водород-катионитовых фильтров на регенерацию каткони- товых фильтров подпитки теплосети и уменьшением безвозвратных потерь на нейтрализацию ионов гидроксила. Так при концентрации кальция 18 мг-экв/ /кг эффективность использования близка 0%, а при концентрации кальция 20 мг-экв/кг эта величина составляет в среднем 40%.

Кроме того, с увеличением разбавления раствора снижается эффективность использования суммарной концентрации катионов-восстановителей (натрия и водорода) .

Так при концентрации кальция 15- 18 мг-экв/кг суммарная концентрация водорода и натрия менее 70% от сте- хиометрической концентрации, расходуемой на восстановление рабочей емкости фильтров умягчения, а при концентрации кальция 18-20 мг-экв/кг становится вьш1е 87%.

Кроме того, концентрация кислоты становится недостаточной для прохождения реакции замещения катионов жесткости в катионите.

Верхний предел концентрации жесткости 30 мг-экв/кг ограничен резким снижением периода химической индукции, т.е. временем, в течение которого не происходит образования твердой фазы сульфата кальция. В результате превьш1ения установленного предела выпадение гипса происходит в слое катионита, что недопустимо.

Для получения концентрации жесткое ти в установленных пределах соотношение потоков кислых,стоков водород- катионитовых фильтров и осветленной воды при смешении должно соответствовать интервалу 1:2-1:7. Для предупреждения, вьшадения гипса на зернах катионита (гипсования) и повышения экономичности процесса регенерации время контакта регенерационного раствора с катионитом ограничивают интервалом 8-15 мин, т.е.устанавливают допустимые верхний и нижний пределы времени прохождения отдельных порций раствора через фильтр.

При увеличении времени прохождения CBbmie 15 мин отмечается гипсо- Всшие, свидетельством которого является понижение концентрации ионов сульфата в фильтрате регенерационного раствора. Так, установлено, что при увеличении контакта до 18 мин

концентрация сульфат-ионов уменьшается на 1-2% по сравнению с исходной

В результате гипсования снижается емкость поглощения катионита, увеличивается расход реагентов и воды на восстановление работоспособности фильтров. Причем снижение емкости поглощения при несоблюдении установленного предела приводит практически к полной потере работоспособнос- тика катионита через 15-20 фильтро- циклов.

Уменьшение времени прохождения раствора через фильтр ниже 8 мин снижает эффективность использования катионов водорода и натрия на восстановление рабочей емкости, что потребует дополнительного расхода реагентов.

Кроме того, несоблюдение нижнего предела (8 мин), который соответствует допустимому пределу интенсивности взрыхления, обычно применяемому на водоочистках фильтрующих материалов, приводит к их выносу.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения дост тигается за счет полного прекращения сбросов ионообменных установок подпитки теплосетей, осаждения задержанных в процессе ионного обмена катионов кальция и эквивалентного им количества сульфат-ионов, а также катионов магния без дополнительных затрат химических реагентов.

Обработка стоков по известному способу дает количество сбрасьшаемых вод в оборотную систему 115,3 т/ч.

Компоненты, г-экв/кг: кальций Са

2+

мапний Mg натрий Na водород Н

Щелочность, мг-экв/кг

2

78,21 6,33 А0,3 0,3

.43,45 60,16 71,1 5,2 15,1 15,0 3,52 4,87 5,75 О, 0,1 0,5 138,87 84,11 63,05 49,26 84,11

80,0835,42 18,25 7,01

32,0 13,48 1,76

10

15

258278

что на 80,3 т/ч больше, чем по пред- лагаемому.

Количество сбрасьгааемых солей по предлагаемому способу в среднем составляет 177 кг/ч, а по известному более 1046 кг/ч, при этом для получения в обработанных стоках по извес - ному способу концентрация жест - кости, равной концентрации жесткости по предлагаемому, необходимо затратить 2,5 г 106%-ной каустической соды на каждую тонну стоков.

Кроме того, в результате регенерации катионитовых фильтров подпитки теплосети сточными водами, имеющими остаточную кислотность и высокую концентрацию натрия, увеличивается глубина регенерации катионита до 20-25% и снижается за счет этого удельный расход кислоты. Кислоту добавляют в смесь осветленной воды и сточных вод водород-катионитовых фильтров в стехиометрическом коли-, честве через каждые 3-4 цикла фильт- 25 рации.

Предлагаемый способ при переработке сточных вод ионообменных установок теплоэлектроцентрали, имекщей водо- подготовительную установку для подпитки теплосети производительностью 1000 т/ч, источником водоснабжения которой является городская водопроводная вода, сокращает количество сточных вод на 120 т/ч, а расход кислоты - на 2 т в сутки. По сравнению с известным в предлагаемом способе полностью сокращается расход щелочных реагентов на обработку сточных вод.

Таблица i

20

30

35

32,0 13,48 1,76

Компоябпты«

МГ-ЭКВ/КГ

19

Iff

o

V10

17:

1 JL

11

1Z

Т

16