Способ обессоливания воды Советский патент 1991 года по МПК C02F1/42 C02F1/469 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/34 

Изобретение относится к водоподготов- ке, в частности к обессоливанию воды методами ионного обмена и электродиализа, и может быть использовано в тепловой и атомной энергетике, а также в химической и электронной промышленности.

Известен способ обессоливания воды, включающий последовательную обработку на катионитном фильтре в Н+-форме и на анионитном фильтре в ОН -форме, регенерацию фильтров кислотой и щелочью соот- ветственно и сброс отработанных регенерационных растворов.

Известен способ обработки сточных вод процесса регенерации ионообменных смол в установках для очистки воды, включающий нейтрализацию отработанных регенерационных растворов анионитного и катионит- ного фильтров кислотой и щелочью соответ- ственно, последующее смешивание нейтрализованных растворов и обработку смеси осаждением.

Недостатками известных способов являются значительные эксплуатационные затраты на реагенты для регенерации ионитных фильтров и нейтрализации отработанных регенерационных растворов, а также необходимость соблюдения высоких требований к технике безопасности при работе с кислотами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обессоливания воды, включающий очистку на ионитном

О О О О

4 Ю

фильтре с последующей подачей на электродиализный аппарат, извлечение реагента из ионированной воды и его использование для регенерации ионитного фильтра, реа- гентное умягчение отработанного регенера- ционного раствора.

Недостатками известного способа являются дополнительные эксплуатационные затраты на товарные реагенты - известь, Јоду или щелочь, применяемые для осажде- рия ионов жесткости из отработанных реге- нерационных растворов, и опасность процесса при использовании кислоты для регенерации ионитного фильтра.

Целью изобретения является снижение эксплуатационных затрат и обеспечение безопасности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что йоду после очистки на катионитном фильтре В натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными и катионитньции мембранами, а затем на анионитный фильтр в ОН -форме, отработанные регенерационные растворы анионитного и катионитного фильтров Смешивают, причем полученную в электро- диализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью Отработанных регенерационных растворов.

На умягчение смеси отработанных реге- ерационных растворов и на регенерацию фнионитного фильтра щелочь подают в количествах, пропорциональных содержанию .в исходной воде кальциевой и магниевой жесткости и сумме анионов сильных кислот Соответственно.

Щелочь перед подачей на умягчение Смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до Образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде.

Предлагаемый способ реализуют последовательной обработкой исходной воды на ионитных фильтрах и электродиализном аппарате, с биполярными и катионитными мембранами, которые образуют кислотные и щелочные камеры. Биполярная мембрана в электродиализном аппарате анионитной 1 стороной обращена к аноду и под действием постоянного электрического тока генерирует ионы водорода Н+и гидроксида ОН, которые постулают в кислотные и щелочные камеры соответственно.

Извлечение ионов жесткости из исходной воды ведут на катионитном фильтре в натрий-форме, после чего воду, содержащую хлорид,сульфат и бикарбонат натрия,

подают в кислотные камеры электродиализного аппарата, где за счет замещения ионов натрия на ионы водорода Н+, которые генерирует биполярная мембрана, получают во5 ду, одинаковую по качественным показателям с Н+-катионированной водой, при этом исключают применение катионитного фильтра в Н -форме для извлечения ионов жесткости из исходной воды и его

0 регенерацию кислотой, что обеспечивает безопасность процесса обессоливания.

Воду из кислотных камер подают на де- карбонизатор, в котором отделяют диоксид углерода С02, а декарбонизованную воду

5 подают на анионитный фильтр в ОН -форме,

Ионы натрия, замещенные в кислотной камере ионами водорода , под действием постоянного электрического тока через ка0 тионитную мембрану поступают в щелочные камеры, где с ионами гидроксида ОН, которые генерирует биполярная мембрана, образуют щелочь. Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме

5 анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного филь- тра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных

0 регенерационных растворов катионитного и анионитного фильтров, причем умягченную смесь подают на регенерацию катио- нитного фильтра.

Такое техническое решение Позволяет

5 рационально использовать полученную в электродиализном аппарате щелочь и исключить применение товарных реагентов на стадиях регенерации и обработки стоков ионитных фильтров, что снижает эксплуата0 ционные затраты на ведение процесса обессоливания воды.

На фиг.1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг.2 - схема электродиализного аппарата.

5Схема содержит катионитный фильтр 1,

электродиализный аппарат 2, вакуумный декарбонизатор 3, анионитный фильтр 4, реактор 5, бак 6 щелочи, бак 7 умягченной смеси отработанных регенерационных рас0 творов, насосы 8-10.

Электродиализный аппарат 2 представляет собой фильтр-прессную сборку чередующихся биполярных 11 и катионитных 12 мембран. Биполярная мембрана 11 ориен5 тирована таким образом, что катионитная сторона обращена к катоду 13 и образует с катионитной мембраной 12 кислотную камеру 14, а анионитная сторона обращена к аноду 15 и образуете катионитной мембраной 12 щелочную камеру 16. Кислотная 14 и

щелочная 16 камеры, образованные чередующимися биполярными 11 и катионитными 12 мембранами,являются основным элементом электродиализного аппарата 2 и могут повториться п раз.

Биполярная мембрана 11 под действием постоянного электрического тока генерируют ионы водорода Н+, которые поступают в кислотные камеры 14, и ионы гидроксида ОН, которые поступают в щелочные камеры 16.

Исходную воду подают на вход катио- нитного фильтра 1 в натрий-форме, фильтруют через слой ионообменной загрузки и умягченный фильтрат, содержащий хлорид, сульфат и бикарбонат натрия, подают в кислотные камеры 14 электролизного аппарата 2 с биполярными 11 и катионитными 12 мембранами, где ион натрия замещается ионом водорода Н+, поступает через катионитную мембрану 12 в щелочные камеры 16 и с гидроксид ионом ОН образует щелочь, которую отводят в бак 6. Воду, имеющую после обработки в кислотных камерах 14 электролизного аппарата 2 значение рН меньшее 4, при котором бикарбонат ион НСОз переходит в диоксид углерода С02, подают на вакуумный декарбонизатор 3, отделяют диоксид углерода СОа, а затем насосом 8 подают на вход анионитного фильтра 4, который находится в ОН -форме. После фильтрования через слой ионообменной загрузки, при котором хлорид-и сульфат-ионы обмениваются на гидроксид-ион ОН, на выходе анионитного фильтра 4 получают обессоленную воду.

После истощения загрузки анионитный фильтр 4 регенерируют полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают насосом 9 из бака 6 в количестве, пропорциональном содержанию анионов сильных кислот в исходной воде. Отработанный регенерационный раствор(ОРР) содержащий хлорид и сульфат натрия, подают в реактор 5, где смешивают с ОРР катионит- ного фильтра 1 предыдущей регенерации. Умягчение смеси отработанных регенера- ционных растворов катионитного 1 и анионитного 4 фильтров ведут полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают из бака 6 в реактор 5 в количестве, пропорциональном содержанию ионов кальция и магния в исходной воде, причем часть подаваемой щелочи насыщают диоксидом углерода С02 до образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде. После умягчения смеси отработанных регенерационных растворов в реакторе 5 отстоенный и осветленный раствор собирают в бак 7 и насосом 10 подают на регенерацию катионитного фильтра 1. Отработанный регенерационный раствор, содержащий соли жесткости, подают

на стадию смешения и умягчения в реактор 5. Осадок из реактора 5, содержащий карбонат кальция и гидроксид магния, направляют на обезвоживание и утилизацию. Избыточную умягченную смесь отработан0 ных регенерационных растворов из бака 7 направляют на упаривание, например в установке погружного горения.

Пример. Через колонку диаметром

5 2,4 см, загруженную катионитом КУ-2-8 в натрий-форме и высотой слоя загрузки 27 см, с расходом 8,4 л/ч и скоростью фильтрования 18,6 м/ч пропускают воду с ионным составом, мг-экв/л: Са 1,7; Мд 0,7; Na

0 1.6; CI 0.7:504 0.8; НСОз 2,5.

Умягченную воду после натрий-катио- нирования подают в кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными мембранами МБ-1 и катионитными мем5 бранами МК-40. Рабочая площадь мембраны 160 см .

В щелочные камеры электродиализного аппарата подают дистиллированную воду с расходом 0,07 л/ч. После электродиализа,

0 который ведут при плотности тока 50 А/м . воду из кислотных камере ,8подаютна вакуумный дегазатор и далее на колонку, загруженную анионитном АВ-17 в ОН -фор- ме, с высотой слоя загрузки 37 см.

5 Всего за фильтроцикл пропущено 42 л исходной воды, при этом в электродиализном аппарате получают 360 мл щелочи с концентрацией 460 мг-экв/л, а в вакуумном дегазаторе - 105 мг-экв диоксида углерода

0 С02.

Часть полученной щелочи в количестве 140 мл подают на регенерацию анионита, АВ-17, а 150 мл насыщают диоксидом углерода С02. при этом получают 70,0 мг-экв

5 соды N32C03.

Отработанный регенерационный раствор анионита АВ-17 смешивают с отработанными регенерационным раствором катионита КУ-2-8 предыдущей регенерации

0 объемом 200 мл и концентрацией солей жесткости 504 мг-экв/л.

Для осаждения солей жесткости к смеси отработанных регенерационных растворов добавляют 150 мл полученного раствора со5 ды и оставшиеся 70 мл полученной в электродиализном аппарате щелочи. Отстоенный и осветленный раствор объемом 560 мл упаривают в 2,8 раза и получают 200 мл раствора хлорида и сульфата натрия с остаточной жесткостью 10 мг-экв/л, который вновь подают на регенерацию катионита КУ-2-8, при том отмечено, что загипсовывания загрузки катионитного фильтра не происходит.

Расчеты затрат по предлагаемому и известному способам приведены в таблице.

Количество возвращаемой кислоты на регенерацию Н+-катионитного фильтра по прототипу составляет 15-20%.

Формула изобретения

1. Способ обессоливания воды, включающий очистку воды на катионитном фильтре последующей подачей на электролизный аппарат, регенерацию фильтра, реагентное умягчение отработанного регенерационно- го раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрат и предотвращения загрязнений окружающей среды, воду после очистки на катионитном фильтре в натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного аппарата-с биполярными и катионитными мембранами, затем на анионитный фильтр

в ОН -форме, отработанные регенерацион- ные растворы катионитного и анионитного фильтров смешивают, причем полученную в электродиализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью отработанных регенерационных растворов.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что щелочь подают на умягчение смеси

отработанных регенерационных растворов и на регенерацию анионитного фильтра s количествах, пропорциональных содержанию в исходной воде кальциевой и магние- вой жесткости и сумме анионов сильных кислот соответственно.

3,Способ по пп.1 и2,отличающий- с я тем, что щелочь перед подачей на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до образования расдвора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде.

Изобретение касается обессоливания воды методами ионного обмена и электродиализа и позволяет снизить эксплуатационные затраты, предотвратить загрязнение окружающей среды. Способ обессоливания воды осуществляют последовательным пропусканием исходной воды через катионитный фильтр в натрий-форме и кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными и катионитными мембранами, при этом одновременно в щелочных камерах получают щелочь. После кислотных камер обработку ведут на декарбонизаторе, при этом отделяют диоксид углерода, а де- карбонизованную воду подают на анионит- ный фильтр в ОН -форме. Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного и анионитного фильтров, причем умягченую смесь подают на регенерацию катионитного фильтра. 2 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл. Ё

Статьи затрат

Кислота ллп регенерации Н -катионитиого фильтра:

удельный расход, г/г-экв80,0

средний годовой расход, т 38,0 стоимость 1 т, руб 29,6 годовые затраты, руб 9661,

Сода на умягчение стоков фильтра:

удельный расход, г/г-экв53,0

средний годовой расход, т1Q8tl

стоимость 1 т, руб.,0

годовые затраты, руб.,0

Известь на умягчение стоков фильтра:

улельный расход,

г/г-экв28,0

средний головой расход, т 23,5 . стоимость I т, руб. 12,0 годовые затраты, руб. 282,0

Известь на нейтрализацию избыточной кислотности в сто-, ке фильтра:

средний годовой расход, т 21,2 годовые затраты, ру€, 25,

Электроэнергия кэ ведение процесса электродиализа

удельный расход электроэнергии, к8т,ч/г-экв 0,015

средний годовой расход,

кВт.ч72000

стоимость I кВт,ч, руб, 0,01 годовые затраты, руб 720

Расчетные показатели по способу известному предлагаемому

-....-..ь......- -..--- „-.««.и

0,17

816000

0,01

3|бО

13

X

.77

16

12

11

15

П