Способ управления процессом непрерывной ионообменной очистки воды Советский патент 1988 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 

Изобретение относится к способам обработки воды природных источников . и очистки производственных сточных ВОД методом ионного обмена,,

Цель изобретения - упрощение управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры, На чертеже представлена техноло- гическая схема реализации способа, в fO момент полной выработки обменной емкости ионита в фильтре.

Схема содержит фильтр 1, в фильтре 2 осуществляют доумягчение воды, прошедший через фильтр 1, а фильтр 3 полней отмывочной водой с остатками реагентов из фильтра 2 и в предыдущей фазе работы не участвует,

Б первой фазе .фильтроцикла в фильтре 1 должно быть вьшолнено взрых-2о ление ионита, в фильтре 2 - умягчение исходной воды, а фипьтр 3 в этой фазе работы не используется.

Для выполнения этих операций открывают клапан 4 и оставляют откры- 25 тым клапан 5, Одновременно закрывают клапан 6, клапан 7 оставляют открытым и открывают клапаны 8 и 9. При этом, часть потока исходной воды, поступающей из магистрали 10 через ЗО клапан 4 в фильтр 2, отводят по кольцевому участку магистрали через отг.. крытый клапан 7 на выход, фильтра I. Поскольку бход фильтра 1 через откры тые клапаны 8 и 9 оказывается подключенным к сливной магистрали 11, упомянутую часть потока исходной воды направляют с выхода фильтра 1 к его входу через слой ионита а противотоке и осуществляют его взрыхление, Q а далее через указанные магистрали и запорные органы направляют в сливную магистраль, при этом поток уносит грязь и механически разрушенные мел- ; кие частицы ионита. Основной поток . исходной воды, проходящий через слой ионита в фильтр 2, будет подвергнут об обработке (умягчению), и по магистрали 12 направлен потребителю или в накопительную емкость (не показана). Фильтр 3 в этой фазе фильтроцикла не используется.

Для осуществления второй фазы фильтроцикла осуществляют переключе ние следующих запорных органов: закрывают клапаны 7 и 9, открывают клапаны 13 и 14, а несколько позже клапан 15, Клапаны 16 и 5 остаются открытыми,35

50

55

O

о

5 О Q .

5

0

5

При таком переключении режим ра- боты фильтра 2 не изменится: теперь уже вся исходная вода, поступающая из магистрали 10 через клапан 4, будет проходить через слой ионита фи.пьт- ра 2, умягчаться за счет ионообменных процессов от контакта с ионитом, а умягченная вода с выхода фильтра 2 через клапан 5 поступит в магистраль 12, В фильтр 2 из магистрали 17 поступит свежий раствор реагента, вытесняя находившийся в нем раствор с остатками реагентов и отмывочной водой в фильтр 1, Расход свежего раствора реагентов устанавливают таким, чтобы за время открытого состояния . клапана 14 в фильтр 3 поступило количество раствора реагентов, равно.е объему камеры фильтра с ионитным материалом, а количество реагента в этом объеме раствора не должно пре- вьшать стехиометрического для полного восстановления всего объема ионита. Учитывая, что примерно такое количество реагентов уже пропшо через слой ионита данного фильтра, его обработку осуществляют двойным против стехиометрического количеством реагентов. В этой фазе обеспечивается вступление в реакцию восстановления практически всех непрореагировавших частиц ионита. С прекращением подачи раствора реагентов и началом отмывки раствор реагентов поступит из фильтра 3 через магистраль с клапаном 8 в фильтр 1, вытесняя из него в слив исходную .воду после взрыхления иоии- та. Поскольку BI фильтре 1 ионит полностью истощен, обеспечивается практически полное взаимодействие всего количества реагентов, поступающих в растворе из фильтра 3 и с отмывочной водой, а избыток отмывочной воды удаляется в сливную магистраль 11 через клапан 7о

Для осуществления третьей фазы фильтроцикла осуществляют переключение следующих запорных органов: открывают клапаны 16 и 1й, закрывают клапаны 13, 5, 14, 8 и 15, Клапан 4 в этой фазе остается открытым,

В этой фазе фильтроцикла фильтр 1 выключен из работы, фильтр 2 отключен от магистрали 12 отвода обработанной воды и соединен со входом фильтра 3, Исходную воду, поступившую из магистрали 10 через клапан 4 в фильтр 2, направляют через слой

уже истощенного ионита и обрабатывают частично, но при этом обеснечивает ся практически полная выработка обменной емкости ионнта в фильтре 2. До- умягчение воды, прошедшей через фильтр 2, осуществляют в фильтре 3, из которого умягченную воду через клапан 18 отводят в магистраль 11,

Для осуществления четвертой фазы фильтроцикла включают -клапаны 7 в 13 и 15, отключают клапан 4, а клапаны 16 к 18 остаются открытыми. В этой фазе фильтродикла осуществляются те же операции, что и в первой, фазе, но

,каждая из них выполняется в следующем в технологической цепи -фильтре;, Так, исходная вода из магистрали 10 через клапан 15 поступает в фильтр 3, а часть потока ее по участку кольцевой магистрали через клапан 16 поступит на выход фильтра 2. В фильтре 3 осуществляется умягчение исходной воды и отвод фильтрата (обработанной воды) в магистраль 12 через клапан 18 (как в фильтре 2 в первой фазе). Подве-. денная к выходу фильтра 2 исходная вода, проходит через слой ионита противотоком, взрыхляет ионит и со входа фильтра 2 по участку кольцевой магистрали через клапан 13 от:водится в слив, т.е. в фильтре 2 в этой фазе выполняется операция взрых-

ления ионита, как в фильтре 1 .в первой фазе. Фильтр 1 в этой фазе в работе не участвует, как фильтр 3 в первой фазе, . ,

Клапаны 19 и 20 обеспечивают подачу раствора реагента соответственно в фильтры 1 и 2. Через клапан 21 умягченную воду после фильтра 1 подают в магистраль 12, а через клапан 22 в сливную магистраль 11 сбрасывают отмывочный раствор и отработанный раствор реагентов из-фильтра 2,

Таким образом, начиная с четвертой фазы фипьтроцикла, на установке осутцествляются последовательно все описанные операции, но в каждой фазе фильтроцикла они выполняются в следующем в технологической цепи фильтре. Вторичное вьшолнение всех опера-, ций технологического процесса непрерывной обработки воды завершается

вятой фазе. За один фильтроцикл в каждом фильтре установки будет осуществлен весь технологический процесс непрерывной обработки воды, но при равномерном смещении операций от фильтра к фильтру в пределах одного фильтрО1щкла,

Изобретрние не измен 1ет процесса

.jQ непрерывной ионообменной очистки во- ды, сохраняя все операции известного процесса - очистку исходной вода:, взрыхление, регенерацию и отмывку ионита для очередного использования

J5 и параметры их проведения. Предлагаемое изменение направления потоков во- ды для взрыхления ионита предполагает некторое yвeличeшie расхода жидкости через отдельные участки Гидрав2Q лическое сопротивление фильтра с загрузкой при неизменных эксплуатационных параметрах потоков на входе (давлении среды) изменяется незначительно, и расход среды через фильтр будет

25 практически неизменным. Поддержание заданного давления среды на участке магистрали независимо от расхода среды обеспечивается, например, установкой в подающей магистрали перепускных

30 клапанов, а пропуск через участок требуемого количества среды без заметных колебаний параметров потока достига- ется выполнением участка с определенным гидравлическим сопротивлением,- - т,е, подбором формы и размеров ходного сечения.

В данном случае предполагается некоторое увеличение проходного сечения трубопроводов и арматуры на участке

40 подачи в фильтр исходной воды и на частке отвода стоков и слива.

При соблюдении указанных условий параметры протекания процессов в каждом фильтре при реализации нового соба останутся неизменными, а значит не изменится качество обработки исходной воды и подготовки ионита.

Пример, Реализацию производят на стенде, который имеет следующие

gQ характеристики: внутренний диаметр ионообменного фильтра 32 мм; высота слоя загрузки катионита 615 мм; марка катионита-.КУ-2х8; внутренние диаметры магистралей подвода исходной воды.

в шестой фазе фильтроцикла, В седьмой gg отвода умягченной воды, слива отрабо- фазе фильтроцикла описанный техноло- танного раствора реагентов, отмывоч- гический процесс начнется в третий ной вОды и воды после взрыхления, раз, причем с операции взрыхления подвода исходной воды для взрыхления ионита в фильтре 3, и завершится в де- ионита 10 мм; внутренний диаметр маг

вятой фазе. За один фильтроцикл в каждом фильтре установки будет осуществлен весь технологический процесс непрерывной обработки воды, но при равномерном смещении операций от фильтра к фильтру в пределах одного фильтрО1щкла,

Изобретрние не измен 1ет процесса

Q непрерывной ионообменной очистки во- ды, сохраняя все операции известного процесса - очистку исходной вода:, взрыхление, регенерацию и отмывку ионита для очередного использования

5 и параметры их проведения. Предлагаемое изменение направления потоков во- ды для взрыхления ионита предполагает некторое yвeличeшie расхода жидкости через отдельные участки ГидравQ лическое сопротивление фильтра с загрузкой при неизменных эксплуатационных параметрах потоков на входе (давлении среды) изменяется незначительно, и расход среды через фильтр будет

5 практически неизменным. Поддержание заданного давления среды на участке магистрали независимо от расхода среды обеспечивается, например, установкой в подающей магистрали перепускных

0 клапанов, а пропуск через участок требуемого количества среды без заметных колебаний параметров потока достига- ется выполнением участка с определенным гидравлическим сопротивлением,- - т,е, подбором формы и размеров ходного сечения.

В данном случае предполагается некоторое увеличение проходного сечения трубопроводов и арматуры на участке

0 подачи в фильтр исходной воды и на частке отвода стоков и слива.

При соблюдении указанных условий параметры протекания процессов в каждом фильтре при реализации нового споg соба останутся неизменными, а значит не изменится качество обработки исходной воды и подготовки ионита.

Пример, Реализацию производят на стенде, который имеет следующие

Q характеристики: внутренний диаметр ионообменного фильтра 32 мм; высота слоя загрузки катионита 615 мм; марка катионита-.КУ-2х8; внутренние диаметры магистралей подвода исходной воды.

гистрапи подвода раствора реагентов 4 мм; диаметры подводящих и отводящих трубопроводов ионообменных фильтров, а тагаке диаметр трубопровода кольце- вого контура 10 мм; условные проходы управляемых клапанов подвода и отво- да раствора реагентов 4 мм; остальных 10 мм; подачу реагентов осуществляют насосом перистальтического типа; пода-ю чу исходной воды осуществляют центробежным насосом типа Кама, Требуемую Производительность (40 л/ч).устанавливают изменением числа оборотов насоса; регенерацию ионитных фильтров npo-is водят 10%-ным раствором поваренной соли NaCl), приготовленным на водопроводной воде; скорость умягчения 60 м/ч; скорость пропускания регенера- ционного раствора 2,1 м/ч, скорость 20 пропускания взрыхляющей воды 8 м/ч. При обработке воды по известному и предлагаемому способам последовательность технологических операций и соответствующих им переключений управ-25 лаемых клапанов осуществляют в соответствии с технологией, Обрабатывают воду двух составов: сетевую воду го- , родского водопровода и имитата высокоминерализованной воды с общим солесо- J30 держанием до 15 г/л (250 мг-зкв/л) I Усредненные показатели работы лабораторной установки по сравниваемым вариантам на пресной воде даны в табл.1. Аналогичные показатели при умягчении имитата высокоминерализован- ной воды представлены в табл.2.

Анализ полученных результатов показывает, i.4TO основные технологические характеристики работы установки (ра- Q бочая емкость поглощения, удельный рат:ход соли на регенерацию, остаточная жесткость умягченной воды, расход воды на собственные нужды) по сравниваемым вариантам практически g одинаковы. Имеющиеся расхождения рбус- ловлены погрещностью в проведении экспериментов и выполнении химических анализов.

Эффективность при сравнении технологических схем известного и предложенного способов приведена в табл.З.

Таким образом, сравнительный ана- ; лиЭ предложенного и известного спо-. собов показывает, что оба они по количеству операций, их видам, количеству фаз фильтроцикла и последовательности проведения операций в каждом фильтре полностью совпадают. Очевидно, что при одинаковых размерах фильтров, количестве и типе ионообменного материала и исходной воды, совпадут режимы проведения операций и их продолжительность. Однако для осуществления предложенного способа на идентичной установке потребовалось на шесть клапанов меньще и соответственно на шесть переключе шй их в каждом фильтро- цикле меньще.

Формула изобретен и я

Способ управления. проп,ессом непрерывной ионообменной очистки воды на группе ионитных фильтров с неподвищ- ным слоем ионита, последовательно соединенных между собой трубопроводами в замкн5 тый кольцевой контур, включающий последовательную подачу с использованием залорно-регулирующей арматуры в каждый фильтр обрабатываемой воды, воды для взрыхления истощенного ионита, раствора реагентов и воды для отмывки ионита, отвод обработанной воды, воды после взрыхления ионита, отработанного раствора реагентов и отмывочной воды при равномерном смещении указанных фаз работы фильтров в пределах одного фильтроцикла, отличающийся тем, что, с целью упрощения управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры, подачу в каждый фильтр исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре фильтра по соединяющей эти фильтры магистрали, после взрыхления ионита воду отводят с входа фильтра на выход предыдущего в кольцевом контуре фильтра по соединяющей их магистрали и далее в слив- ную магистраль по трубопроводу, соединяющему ее с фильтром.

Та б л и ц а I

Изобретение относится к способам обработки воды природных источников и очистки производственных сточных вод методом ионного обмена и позволяет упростить управление процессом, уменьшая общее количество переключений арматуры. При непрерывной ионообменной очистке воды на группе ионитных фильтров (ф) с неподвижным слоен ионита последовательно соединен ных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, в каждый Ф при использовании запорно-регулиру1о- щей арматуры последовательно подают обрабатываемую воду, воду для взрыхления истбщенного ионита, раствор реагента, воду для отмывки ионита и отводят обработанную воду,,воду после взрыхления ионита, отработанный раствор реагентов и отмывочную воду при равномерном смещении указанных фаз работы в пределах одного фильтро- цикла. Подачу в каждый Ф исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре Ф по соединяющей эти Ф магистрали. После взрыхления ионита воду отводят с входа Ф на выход предыдущего в кольцевом контуре Ф на соединяющей их магистрали и далее в сливную магистраль по трубопроводу, соединяющему ее с Ф. 1 ил., 3 табл. сл 4а 00 00 со о ю

Известный способ

0,0123 393 2,569,8

0,0093 457 2,1810,1

Предлагаемый способ

0,011 402 2,529,8

0,0098 445 2,3210,0

Таблица 2

Известный способ

20 -0,28

11,5 0,27

12 0,26

П 0,27

Предлагаемьй спос

20 0,27

11,5 0,27

12 0,28

11 0,26

Количество эапорных органов

Количество переключений за фильтроцикл

Количество магистралей

Количество подводящих трубопроводов на 1 фильтре

-

Л

W

2/

12

I /f

Т

15

48 4

/5Х

,5 Х22