Способ глубокого ионообменного обессоливания воды Советский патент 1991 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/02 

Изобретение относится к водоподготов- ке при глубоком ионообменном-обессолива- нии воды на двухступенчатых установках.

Цель изобретения - повышение обменной емкости Н-катионита и слабоосновного анионита в фильтрах первой ступени обессоливания, снижение расходов кислоты и щелочи на регенерацию фильтров без ухудшения качества обессоленной воды.

Способ реализуют следующим образом.

Исходная вода, пройдя ступень Na-ка- тионирование, обменивает ионы кальция и магния на ион натрия и поступает на первую ступень обессоливания - Н-катионитовый и сульфат-анионитовый фильтр, где происходит обмен ионов натрия на ион водорода и хлор-ионов на сульфат-ионы, и затем на ОН- анионитовый фильтр, где происходит обмен сульфат-иона на гидроксильный ион. Образующаяся в процессе Н-катионирования в

результате разложения бикарбонатов углекислота удаляется в декарбонизаторе. После декарбонизации частично обессоленная вода подается на вторую ступень обессоливания - Н- катионитовый фильтр и ОН-ани- онитовый фильтр, работающие на глубокое поглощение ионов, в основном натрия и угле- и кремниевой кислоты.

Регенерацию группы катионитовых и анионитовых фильтров осуществляют сту- пенчато-противоточно, т.е. регенерацион- ный раствор серной кислоты сначала поступает на Н-катионитовый фильтр второй ступени и потом на Н-катионитовый фильтр первой ступени. Регенерационный раствор едкого натра также последовательно проходит энионитовый фильтр второй ступени и анионитоэый фильтр первой ступени. Регенерация сульфат-анионита в Н- катионитовом фильтре происходит

одновременно с регенерацией водород-ка- тионита серной кислотой. Регенерация на- трий-катионита в фильтре осуществляется натриевыми солями, образующимися при регенерации Н-катионитовых и анионито- вых фильтров,

Если перед водород-катионированием заменить находящиеся в исходной воде ионы кальция и магния на ион натрия, обменная емкость водород-катионита даже при регенерации его стехиометрическим расходом кислоты будет достаточно высокой. Для решения этой задачи предлагается исходную воду перед Н-катионированием пропускать через Na-катионитовый фильтр. Регенерация Na-катионитового фильтра осуществляется натриевыми солями, образующимися в процессе регенерации Н-ка- тионита в фильтре первой ступени.

Для повышения обменной емкости слабоосновного анионита АН-31 по сульфат-ионам предлагается водород-катионированную воду перед ОН-анионированием пропускать через слой анионита в сульфатной форме и осуществлять при этом обмен образующейся при Н-катионированной соляной кислоты (НС на серную кислоту HaSCM). Для этого в Н-ка- тионитовый фильтр первой ступени в нижнюю зону загружается слой анионита крупной фракции. В зависимости от соотношения в исходной воде хлорид- и сульфат- ионов подбирается необходимый объем сульфат-знионита Сульфат-анионит также может быть смешан с водород-катионитом или представлять собой автономную ступень обмена, после водород-катионировэ- ния перед ОН-анионированием.

Таким образов, на знионитовый фильтр первой ступени обессоливания поступает в основном слабый раствор серной кислоты. При этом обменная емкость ОН-анионита будет достаточно высокой и при стехиомет- рическом расходе щелочи (например, едкого натра) на регенерацию.

Регенерация водород-катионита и суль- фат-анионита фильтра первой ступени осуществляется раствором серной кислоты, при этом ион водорода вытесняет поглощенный катионитом натрий (и незначительные проскоки после натрий-катмонирования ионов кальция и магния), а SO-q-ион вытесняет поглощенные аммонитом хлорид-ионы. Образующиеся при регенерации растворы сульфаты и хлорид натрия направляются, как было указано, на регенерацию натрий- катионита.

Обессоленная вода после первой ступени, пройдя стадию декарбонизации (при необходимости), поступает последовательно на вюпую ступень обессоливания воды, т.е.

Н-катионитовый фильтр и ОН-анионитовый фильтр второй ступени, загруженный сильноосновным анионитом, например АВ-17. Так как при стехиометрическом расходе

реагентов на регенерацию фильтров первой ступени обессоливания качество воды может быть несколько снижено, на регенерацию фильтров второй ступени обессоливания подается реагент с 3 - 60 кратным избытком для глубокой регенерации и ступени очистки воды. Регенерация катионитовых и анионитовых фильтров первой и второй ступени происходит одновременно, т.е. регенерационные растворы

5 после второй ступени направляются на первую, на которой полностью поглощаются избытки кислоты и щелочи, и, соответственно, отсутствуют сбросы кислых и щелочных стоков.

0 Пример. Исходная вода, предварительно прошедшая очистку коагуляцией в осветителе и доочистку на механических фильтрах, имеет следующий состав, мг- экв/кг: Са+2+ М2+2,5; Na+ 1,0; НСОз 1.0; Cf

5 1,5; S042-1,0.

Вода последовательно поступает на блок обессоливания, включающий фильтры: загруженный катионитом КУ-2, слой 2500 мм, натрий-катионитовый; водород-катио0 нитовый фильтр первой ступени, в нижней зоне которого загружен слой (400-500 мм) слабоосновного анионита АН-31 в форме S042

Загрузка водород-катионитового фильт5 ра первой ступени катионитом КУ-2 на высоту 2000-2100 мм; декарбонизатор и водород-катионитовый фильтр второй ступени, загруженный катионитом КУ-2 с высотой слоя 1500 мм,и анионитовый фильтр

0 второй ступени, загруженный высокоосновным анионитом АВ-17.

Регенерация фильтров принята ступен- чато-противоточная, т.е. регенерационный раствор поступает на ионитные фильтры

5 второй ступени и далее на фильтры первой ступени. На анионитовые фильтры второй ступени поступает 8-12%-ный раствор NaOH, который на выходе из фильтра смешивается с водой,доводится до концентра0 ции 0,5-1% и подается на анионитовый фильтр первой ступени. Расход 100% NaOH определяется из расчета суммарно поглощенных анионитов фильтрами первой и ВТОРОЙ ступени, при этом избыток NaOH после

5 анионитового фильтра второй ступени должен быть близким к стехиометрическому количеству, так как 40 г/г-экв снимаемых анионов.

Так как анионитовый фильтр первой ступени будет поглощать, в основном, только

анионы S04 , его обменная емкость даже при стехиометрическом расходе NaOH будет достаточно высокой и составит 600-800 r-экв/м так как обменная емкость АН-31 по анионам SOV приблизительно в 1,5 раза выше чем по CI-ионам.

На водород-катионитовый фильтр второй ступени, заработанный катионами Na, подается 5-10%-ный раствор H2S04, который на выходе из фильтра имеет концентра- цию 2-5% и поступает на водород-катионитовый и SCM-энионитовый фильтр первой ступени, в котором идет замена, поглощенных катионов Na (катиони- том) и хлор-ионов (анионитом), соответственно Н-катионитом и ЗСм-анио- ном. Образующиеся при регенерации этого фильтра натриевые соли (№2$См и NaCI) с концентрацией до 2% поступают на регенерацию натрий-катионитового фильтра, вы- тесняя катионы Са + и М +. Так как обменная емкость катионита КУ-2 по ионам Na в 1,5-2 раза выше, чем по ионам Са2т и Мд , емкость катионита КУ-2 даже при стехиометрическом режиме регенерации будет достаточно высокой и составит 700-1000 г- экв/м .

Так как на водород-катионитовый и ани- онитовый фильтры второй ступени подается расход реагентов приблизительно с 3-крат- ным избытком, качество обессоленной зоды удовлетворяет предъявляемым требованиям, а именно содержание остаточного SiOa не более 0,2 мг/л.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным повысить в 1,5-2 раза используемую емкость Н- катионита и слабоосновного анионита в фильтрах первой ступени обессоливания, а удельные расходы кислоты и щелочи на ре- генерацию фильтров снизить до стехиомет- рических без ухудшения качества обессоливания воды после второй ступени обессоливания. Для регенерации Na-катио- нитового фильтра используются натриевые

соли, образующиеся при регенерации Н-ка- тионитового и анионитового фильтров, в количестве, достаточном для его регенерации. Формула изобретения

1.Способ глубокого ионообменного обессоливания воды, включающий последовательное, блочное или параллельное Н-ка- тионирование и ОН-анионирование первой ступени, декарбонизацию, Н-катионирова- ние и ОН-анионирование второй ступени и противоточную регенерацию ионитов. отличающийся тем, что, с целью повышения обменной емкости Н-катионита и слабоосновного анионита в фильтрах первой ступени обессоливания, снижения расходов кислоты и щелочи на регенерацию фильтров без ухудшения качества обессоленной воды, перед Н-катионированием первой ступени установлена ступень Na-катионирования. а перед ОН-анионированием первой ступени - ступень сульфат-анионирования.

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что, ступень сульфат-анионирования расположена в нижней зоне фильтра-с Н-катионитом или в смеси с катионитом или автономнойступеньюпослеН-катионирования первой ступени.

3.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что Н-катионитовый и ОН-анионитовый фильтры первой ступени регенерируют сте- хиометрическими расходами кислоты и щелочи, образующимися при регенерации Н-катионитового и ОН-анионитового фильтров второй ступени обессоливания.

4.Способ по пп.1 -3, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что регенерацию фильтра ступени Na-катионирования осуществляют раствором натриевых солей (сернокислого натрия и хлористого натрия), образующимися при регенерации Н-катионитовых и анионито- вых фильтров первой ступени обессоливания воды, а сульфат-анионит регенерируют сульфат-ионами, образующимися при регенерации Н-катионитового фильтра первой ступени раствором серной кислоты.

Изобретение относится к способам глубокого обессоливания воды по двухступенчатой схеме Н-ОН-ионирования и позволяет повысить обменную емкость Н- катионита и слабоосновного анионита в фильтрах I ступени, снизить расход кислоты и щелочи на регенерацию фильтров и уменьшить количество образующихся сточных вод. Способ осуществляют путем установки перед Н-катионированием и ОН-аниониро- ванием I ступени ступеней Na-катионирова- ния и сульфат-анионирования соответственно При этом сульфат-анионит расположен в нижней зоне фильтра с Н-ка- тионитом I ступени или в смеси с ним или автономной ступенью после него. Регенерацию Н- и ОН-фильтров I ступени осуществляют стехиометрическими расходами кислоты и щелочи, образующимися после регенерации Н- и ОН-фильтров II ступени. Регенерацию Na-катионита осуществляют раствором Na-солей после регенерации Н- и ОН-фильтров I ступени, а сульфат-аниони- та - раствором после регенерации Н-катио- нита I ступени серной кислотой. 3 з.п.ф-лы.