Способ умягчения и обессоливания воды Советский патент 1990 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/16 C02F103/34 

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленностях, а также в других отраслях для умягчения и обессоли- вания воды.

Цель изобретения - повышение степени умягчения и обессоливания воды, а также предотвращение выпадения малорастворимых солей жесткости в анионитовой загрузке фильтра.

Способ умягчения и обессоливания воды включает пропускание исходной воды с анионитом в карбонатно-гидратной форме, регенерацию которой ведут смесью растворов соды и щелочи, при этом фильтрат подвергают отстаиванию, а удвоенное молярное отношение карбонат-иона к гидрат-иону в регенерационном растворе принимают равным мольному отношению кальция и магния в исходной воде.

Особенностью предлагаемого способа является и то, что в исходную воду перед фильтрованием добавляют фосфорсодержащие комплексоны, например ИОМС, в дозах

0,1-3,0 мг/л, обеспечивающих начало выпадения нерастворимых осадков из воды после выхода ее из загрузки.

Перед началом фильтроцикла анионито- вую смолу переводят в карбонатмо-гнд- ратную форму. Для этого через фильтр пропускают смешанный регенерационный раств рр, в котором молярное отношение 2СО з/ОН равно молярному отношению в исходной воде, подаваемой на фильтр. При этом карбонат-ион вводится за счет карбоната натрия (или другой растворимой карбонатной соли, например, карбоната калия, карбоната аммония), а гидрат-ион за счет гидроксида натрия (или другого гидроксида, например, гидроксида калия, аммония). При этом гидрат-ион дается с избытком (по отношению к /OH Ca /Mg ) в количестве 0,5-1 мг- экв/л. Избыток гидрат-иоона обеспечивает необходимое значение рН для предотвращения перехода карбонат-иона в бикарбонат: СОз--fHOHj±HCO3 -fOH-. Реакция за счет добавки гидрат-иона практически полностью смещается в сторону об05

о

4

4

О5

разования СОз . При фильтровании на анионите происходят следующие обменные реакции:

--:

ан 2СОз+2С1- 2 ан С1 + СОз ан 2СОз+5О4- ан 25О4+СОз ан ОН+С1- ан С1+ОН -; OH+S04- ан 25О4+ОН -, Таким образом, на анионите происходит обмен анионов, содержащихся в обрабатываемой воде, на карбонат- и гидрат-ионы.

В процессе реакции обмена на анионите переходящие в воду карбонат- и гидрат-ионы взаимодействуют с катионами кальция и магния.

Са+++СОз СаСОз; Mg+++2OH Mg(OH)2. За счет дозирования в обрабатываечестве, равном разности: SO4 +С1 + NO3) -(Ca+++Mg++). Если Са++ -j-Mg++ SO4 -fCl -fNOs, то удале кальция и магния происходит не полност а в количестве, равном SO4 +С1 -4-ЫО При этом сульфаты, хлориды и нитра полностью удаляются из воды, а обме ваемые на эти анионы, карбонат- и г рат-ионы полностью связываются в растворимые соединения ионами каль и магния, вследствие чего удаляются воды в осадок. По истощении емко поглощения анионитового фильтра, фиксируется «по проскоку анионов SO4 С1, ГМОз выще заданной величины, ио обменную смолу регенерируют 2-1 смесью растворов щелочи и кальцини ванной соды (по сумме, например, Na и ЫаСОз). При этом на анионите про ходят обменные реакции:

мую воду перед анионитовым фильтром 20 2 ан С1 + СОз ан 2 СОз + 2СГ

ан 2SO4+CO3- ан 2 СОз + 5О4- ан С1+ОН- ан ОН+СГ; ан 25О4+ОН- 2 ан OH+SO4--.

фосфорсодержащего комплексона кристал лизация образующихся нерастворимых солей не успевает произойти непосредственно на ионообменной смоле в фильтре. Доза комплексона подобрана так, чтобы кристаллизация карбоната кальция и гидроксида магния начались за пределами фильтра в специальном отстойнике. При отстаивании карбонат кальция и гидроксид магния выпадают в осадок. Доза комплексона находится в пределах 0,1-3 мг/л по основному веществу, зависит от конкретного состава исходной воды и расстояния между ионообменным фильтром и сооружениями для отстаивания. Если они находятся рядом в одной установке, доза комплексона минимальна, если, например, после ионообменного фильтра вода подается в щламо- накопитель, расположенный на значительном удалении от фильтровальной установки, то доза комплексона принимается максимальной. Нижний предел дозы обусловлен минимальным уровнем начала действия комплексона-торможение процесса кристаллизации малорастворимых соединений, верхний предел - слищком интенсивным торможением, что можут ухудшить процесс выпадения их при отстаивании.

Таким образом, на анионите из воды удаляются сульфаты, хлориды, нитраты, заменяясь на эквивалентное количество карбонат и гидрат-ионов, а затем в результате химического воздействия последних

25

30

35

40

При особом качестве исходной во когда имеется только кальциевая только магниевая жесткости или станов ся задача удаления из воды только каль или только магния, анионит регенерир только одним раствором. В первом слу (для удаления только кальция) его пер дят в карбонатную форму содой, во ром случае (для удаления только магния в гидратную форму щелочью. Регенери ванные и отмытые от продуктов рег рации анионитовые фильтры, заряженны карбонатно-гидратную форму, вновь вклю ются в работу. После этого цикл очис воды повторяется.

Пример. Состав исходной воды, мг-экв

Катионы

7,0 2,0 1,0

45

Са++ Mg+ +

Na++

2кат. 10,0.

Анионы НСОзSO4

сг

Еан. 10,0.

Общее солесодержание равно 656,34 м рН 7,28, жесткость общая 9,0 мг-эк щелочность общая 2,5 мг-экв/л. Рас

2,5 4,0 3,5.

с кальцием и магнием происходит умяг- go воды 100 .

Используют три анионитовых филь диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с ан нитом типа АВ-17, высота слоя анион 2,5 м. Объем анионита в одном филь 7,85 м Полная динамическая емкость

чение воды с эквивалентным выведением в осадок карбонат- и гидрат-ионов. Если в обрабатываемой воде (в эквивалентах) Ca + + + Mg+ + SO4-- + Cl- + NO3-, то кальций и магний удаляются из воды полИспользуют три анионитовых фильтра диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с анио- нитом типа АВ-17, высота слоя анионита 2,5 м. Объем анионита в одном фильтре 7,85 м Полная динамическая емкость поностью, в эквивалентном количестве удаля-55 глощения анионита 800 г-экв/м, рабочая

ются из воды сульфаты, хлориды, нит-640 г-экв-м.

раты, а в воду- с анионита дополнительноОпределение параметров перевода фильтпереходят карбонат и гидрат-ионы в коли-ра в карбонатно-гидратную форму:

честве, равном разности: SO4 +С1 + + NO3) -(Ca+++Mg++). Если Са+++ -j-Mg++ SO4 -fCl -fNOs, то удаление кальция и магния происходит не полностью, а в количестве, равном SO4 +С1 -4-ЫОз. При этом сульфаты, хлориды и нитраты полностью удаляются из воды, а обмениваемые на эти анионы, карбонат- и гидрат-ионы полностью связываются в нерастворимые соединения ионами кальция и магния, вследствие чего удаляются из воды в осадок. По истощении емкости поглощения анионитового фильтра, что фиксируется «по проскоку анионов SO4, С1, ГМОз выще заданной величины, ионообменную смолу регенерируют 2-10% смесью растворов щелочи и кальцинированной соды (по сумме, например, NaOH и ЫаСОз). При этом на анионите происходят обменные реакции:

5

0

5

0

При особом качестве исходной воды, когда имеется только кальциевая или только магниевая жесткости или становится задача удаления из воды только кальция или только магния, анионит регенерирует только одним раствором. В первом случае (для удаления только кальция) его переводят в карбонатную форму содой, во втором случае (для удаления только магния) - в гидратную форму щелочью. Регенерированные и отмытые от продуктов регенерации анионитовые фильтры, заряженные в карбонатно-гидратную форму, вновь включаются в работу. После этого цикл очистки воды повторяется.

Пример. Состав исходной воды, мг-экв/л:

Катионы

7,0 2,0 1,0

5

Са++ Mg+ +

Na++

2кат. 10,0.

Анионы НСОзSO4

сг

Еан. 10,0.

Общее солесодержание равно 656,34 мг/л, рН 7,28, жесткость общая 9,0 мг-экв/л, щелочность общая 2,5 мг-экв/л. Расход

2,5 4,0 3,5.

воды 100 .

Используют три анионитовых фильтра диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с анио- нитом типа АВ-17, высота слоя анионита 2,5 м. Объем анионита в одном фильтре 7,85 м Полная динамическая емкость поглощения анионита 800 г-экв/м, рабочая

Ca+ -+Mg++ 9 г-экв/м ;

,5 г-экв/м

Ca+++Mg++ SO4-+C1-;

9,0 г-экв/м 7,5 г-экв/м

Следовательно, теоретически можно, поглотив на анионите сульфаты и хлориды в количестве 7,5 г-экв/м, осадить за счет эквивалентного количества анионов СОз и ОН катионы Са и Mg в сумме 7,5 г-экв/м, в том числе весь кальций в количестве 7,0 г-экв/м. Оставшаяся магниевая жесткость составит 2,0 мг-экв/м Соответствующее количество магния можно осадить за счет обменной реакции на анионите:

аи ОН+НСОз ан НСОз+ОН-;

Mg+++2OH- Mg(OH)2. J

Тогда щелочность воды (содержание НСОз) уменьшится на 2,0 г-экв/м и составит 0,5 г-экв/м Состав смеси регенера- ционного раствора для перевода анионита в карбонатно-гидратную форму определяется на основе соотношения:

2СОз-/OH- Ca++/Mg++ ;

,5.

Таким образом, отношение Na2CO3 и NaOH в регенерационном растворе (в эквивалентах или в удвоенном отношении молярных концентрациях этих реагентов) должно составить 3,5. Принимается регенерационный раствор из смеси Na2CO3 и NaOH общей концентрацией 4% (по сумме ЫаСОз и NaOH). Общий расход реагентов принимается 60 г/г-экв емкости анионита, в том числе 10,6 г/г-экв щелочи (NaOH) и 49,4 г/г-экв соды (Na2CO3). Раствор указанного состава пропускается через анио- нитовый фильтр со скоростью 4 м/ч, т.е. общее количество регенерационного раствора 7,25 м на один фильтр пропущено через анионит за 34,6 мин. На одну регенерацию израсходовано 301,4 кг реагента (в расчете на 100% продукта), в том числе 248 кг соды и 53,4 кг щелочи. После отмывки анионита в обычном режиме фильтр вводится в работу. Рабочий цикл одного фильтра длится 16,7 ч, при этом получается 555,8 м фильтрата или 70,8 об. очищенной воды на 1 об. смолы в фильтре.

Полученный фильтрат отстаивают в вертикальном отстойнике с гидравлической нагрузкой 0,36 Y Осадок накапливают в конической части, осветленную воду сливают в приемную емкость очищенной воды.

Состав очищенной воды, мг-экв/л: содержание ионов кальция и магния в сумме 1 (общая жесткость), в том числе кальций 0,53; магний 0,47; натрий 1; общая щелочность воды 2,0 (в том числе гидратная 0,55, ка|3бонатная 1,29, бикарбонатная

5

0,16). Общее солесодержание очищенной воды 97,16 мг/л, рН 10,9.

Таким образом, жесткость воды уменьшается на 90%, общее солесодержание - на 85,2% (по сравнению с этими показателями в исходной воде). Такое качество очищенной воды позволяет без ограничения использовать ее в системах оборотного водоснабжения больщинства промышленных предприятий.

0 Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет снизить содержание магния от 2,0 до 0,47 мг-экв/л, (по известному способу снижение содержания магния не произощло бы) и кальция от 7,0 до 0,53 мг-экв/л (по известному способу снижение концентрации кальция не могло бы быть меньше, чем 2,5 мг-экв/л, т.е. величины, соответствующей бикарбонатной кальциевой жесткости). Кроме того, из-за низкого рН исходной воды удаление кальция по извест0 ному способу произошло бы очень незначительно, так как при рН 7,28 вообще практически не образуются карбонат-ионы, позволяющие вывести кальций в осадок в виде ка рбоната кальция.

Снижается также общее солесодержание

воды от 656,3 до 97,16 мг/л. По известному методу оно было бы больше, не менее чем на величину, соответствующую концентрации магния (2,0 мг-экв/л) в исходной воде. Практически оно было бы еще больше

Q из-за образования по известному методу при рН 7,28 бикарбоната кальция, хорошо растворимого в воде (вместо нерастворимого карбоната кальция по предлагаемому способу).

5 Исходная вода имеет рН 7,28 и содержание 2,0 мг-экв/л магния. При таком качестве исходной воды известный способ практически не применим. Согласно предлагаемому способу достигнуты эффекты умягчения и обессоливания (соответственно

0 90 и 85,2%), позволяющие использовать очищенную воду повторно без сброса в водные объекты.

Применение предлагаемого способа для умягчения и обессоливания сточных вод, например, от процессов травления металлов, снижает капитальные затраты путем исключения из схемы очистки катионито- вых фильтров и сопутствующего оборудования (склады кислоты, кислотные насосы, сооружения для нейтрализации кислотных регенерационных растворой) а также эксплуатационные расходы за счет исключения из схемы регенерации катионитовых фильтров кислотой.

5Формула изобретения

1. Способ умягчения и обессоливания воды, включающий пропускание исходной

1604746

- 8

воды через фильтр, заполненный аниони-отношении равном молярному

том, отстаивание фильтрата, регенерациюотношению в исходной воде,

анноиита, отличающийся тем, что, с целью2. Способ по п. 1, отличающийся тем,

повышения степени умягчения и обессоли-что, с целью предотвращеиия выпадения

вания воды, анионит используют в смешан-малорастворимых солей жесткости в аниной карбонатно-гидратной форме, а его реге- оните, в исходную воду перед фильтрованерацию ведут раствором, содержаш,им кар-нием добавляют фосфорсодержащий комбонат и гидроксид-ионы при молярномплексон в количестве 0,1-3,0 мг/л.

Изобретение относится к ионообменной обработке воды, в частности анионированием, и позволяет повысить степень ее умягчения и обессоливания, а также предотвратить выпадение малорастворимых солей жесткости в анионите. Способ осуществляют путем пропускания исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивания фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонат- и гидроксид-ионы при мольном отношении 2CO₃/OH^-, равном мольному отношению CA²⁺/MG²⁺ в исходной воде. Перед фильтрованием в исходную воду добавляют фосфорсодержащий комплексон ИОМС в количестве 0,1-3,0 мг/л. 1 з.п. ф-лы.