Способ бессточной обработки подпиточной воды теплосети Советский патент 1991 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/02 C02F103/34 

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетике, химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Известен способ обработки подпиточной воды теплосети Н-катионированием с голодной регенерацией, включающий пропускание обрабатываемой воды сначала через полуфункциональный или слабокислотный катионит, затем через буферный саморегенерирующийся фильтр с последующей регенерацией отработанного катио- нита стехиометрическим количеством серной кислоты. При обработке по известному способу в Н-катионите разрушаются бикарбонатные ионы и снижается только карбонатная жесткость до 0,7-1,5 мг-экв/л. Отработанный регенерированный раствор Н-катионита сбрасывается в окружающую среду либо утилизируется на отдельной установке.

Недостатками известного способа являются наличие сбросных стоков, низкая степень очистки воды от ионов кальция, узкий диапазон применения способа по составам природных води необходимость существенных затрат на утилизацию солевых стоков.

Наиболее близким к предлагаемому способ обработки подпиточной воды теплосети, включающий пропускание обрабатываемой воды в условиях противотока сначала через полифункциональный или слабокислотный катионит в Н-форме, затем через буфер- ный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита сте- хиометрическим количеством серной кислоты, осаждение сульфага кальция из отработанного регенерационного раствора в кристаллизаторе и смешивание полученного отработанного раствора с Н-катиони- рованной водой перед буферным фильтром в количестве 0,03-0,1 дм 7м .

Ч

О

-л

о

СО Ю

При этом кальциевая жесткость подпи- точной воды в зависимости от состава обрабатываемой воды поддерживается равной 0,1-3,0 мг-экв/л, В процессе регенерации Н-катионитного фильтра через него пропускают по принципу противотока стехиомет- рическое количество 2-4 %-ной серной кислоты со скоростью 15-20 м/ч, после чего отмывают умягченной водой. Первые 15- 35 % отработанного регенерационного раствора пропускают через кристаллизатор сульфата кальция, смешивают с остальной частью стоков отработанного регенерационного раствора, после чего полученный раствор направляют в цикл на стадию смешивания с Н-катионированной водой. Все обеспечивает исключение сброса сточных вод, предотвращение загрязнения окружающей среды и удешевление троцесса за счет отсутствия дополнительных установок для переработки стоков.

Недостатками этого способа являются низкая степень очистки воды от ионов кальция, вызванная смешиванием обработанной Н-катионированной воды со всем объемом отработанного регенерационного раствора, содержащего сульфат кальция, осаждением в кристаллизаторе и выведением из цикла сульфата кальция в твердой кристаллической фазе, большой относительно удаляемых при регенерации ионов кальция расход кислоты, обусловленный тем, что водород-ионы регенерадионного раствора кислоты расходуются только частично на вытеснение ионов кальция, задержанных «атионитом, а существенная часть расходуемой кислоты приходится на вытеснение монов магния, которые затем в виде сульфата магния вновь возвращаются в обрабатываемую воду, ограниченность диапазона составов природных вод, которые могут обрабатываться известным способом, обусловленная тем, что низкая степень очистки воды от ионов кальция и увеличение содержания сульфат-ионов за счет возврата сульфата магния и части сульфата кальция в обработанную воду в составе смешиваемого с ней офаботанно- го регенерационного pacrsopa не обеспечивают для ряда состааов исходных тел требований на предотвращение сульфатной накипи в тепловых сетях; сравнительно высокие затраты на обработку воды, обусловленные нерациональным}сточки зрения удаления ионов кальция, расходом кислоты, а также необходимостью использования при этом относительно дорогостоящих про- тивоточных фильтроз.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды от ионов кальция

и снижение расхода кислоты на регенерацию за счет использования магнийсодер- жащих сточных вод для удаления ионов кальция и исключения подачи кальцийсодержащих стоков в обработанную воду, расширение диапазона исходных составов обрабат ывземых вод за счет сокращения количества вводимых в обработанную воду сульфат-ионов регенерационного раствора

и снижения остаточной кальциевой жесткости обработанной воды, удешевление процесса обработки воды за счет сокращения расхода кислоты на регенерацию при сохранении выработки воды, отвечающей необходимым требованиям по карбонатному

индексу и возможности применения более дешевых прямоточных фильтров.

Согласно предлагаемому способу бессточной обработки подпиточной воды

теплосети, включающему пропускание обрабатываемой воды сначала через полифункциональный или слабокислотный катионит в Н-форме, затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита стехиометрическим количеством серной кислоты, отмывку катионита, осаждение сульфата кальция из отработанного регенерационного раствора в кристаллизаторе и смешивание обрабатываемой воды с полученным раствором, обрабатываемую воду перед пропусканием через Н-катио- нитный фильтр смешивают 40-70 % отработанного регенерационного раствора в

объемном соотношении 0,01-0,06 м3/м3, а остальными 30-60 % отработанного раствора, содержащими 100-250 мг-экв/л MgSO-5, после осаждения из него сульфата кальция в кристаллизаторе регенерируют

катионит в три стадии: сначала пропускают через катионит 35-45 % отработанного раствора, затем 30-10 % отработанного раствора доукрепляют серной кислотой до концентрации 2-4 % и пропускают через

катионит, после чего пропускают через катионит остальные 35-45 % отработанных растворов.

Технология осуществления способа заключается в следующем.

Обрабатываемую воду смешивают с 40- 70 % отработанного регенерационного раствора (предыдущей регенерации), включающего объем отмывочных вод, и пропускают сначала через прямоточный или

противоточный Н-катионитный фильтр, загруженный полифункциональным или слабокислотным катионитом, & затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, служащий для сглаживания колебаний кислотности и щелочности обработанной воды и предотвращения попадания кислого фильтрата в теплосеть, после чего направляют воду к потребителю. Смешивание отработанных регенерационного раствора с обрабатываемой водой произ- водят в объемном соотношении 0;01- 0,06 м3/м3, обеспечивающем равномерную дозировку всех отмывочных вод на протяжении фильтроцикла. Тем самым достигается утилизация разбавленной части отработанного раствора (40-70 %) и поглощение катионитом содержащихся в ней ионов кальция, что позволяет более полно удалять их при регенерации, а также повысить степень очистки воды.

Верхний предел количества смешиваемого отработанного раствора 70 % соответствует случаю использования низкоомных катионитов типа сульфоуголь в прямоточных фильтрах при концентрации MgS04 в регенерационном растворе 250 мг-экв/л. Нижний предел 40 % характеризует случай использования высокоомных слабокислотных катионитов типа КВ-4, загруженных в противоточные фильтры. При концентра- ции MgSCM в регенерационном растворе 100 мг-экв/л,

Н-катионитный фильтр отключают на регенерацию по проскоку кальциевой жесткости и щелочности в обработанной воде, не превышающему допустимую величину карбонатного индекса во всем объеме фильтрата.

Регенерацию Н-катионитного фильтра по предлагаемому способу производят ос- тальными 30-60 % отработанного раствора предыдущей регенерации, на которых предварительно осаждают сульфат кальция в кристаллизаторе. В составе этой части отработанного регенерационного раствора содержание сульфата магния поддерживают в пределах 100-250 мг-экв/л для обеспе- чения условий повышения полноты вытеснения ионов кальция и снижения расхода кислоты на регенерацию. Регенера- цию Н-катионитного фильтра производят в три стадии: сначала пропускают через кати- онит 35-45 % указанного количества отработанного раствора для удаления части ионов кальция из катионита и создания ус- ловий повышения степени вытеснения оставшихся ионов кальция ионами водорода без опасности гипсования катионита, затем 3Q-10 % отработанного раствора до- укрепляют серной кислотой до общей концентрации 2-4 % в зависимости от составов обрабатываемой воды и пропускают через катионит, обеспечивая тем самым перевод катионита в Н-форму при преимущественном обмене ионов водорода на ионы кальция, за счет противоион- ного эффекта содержащихся в растворе ионов магния (в составе МдЗОл. Затем пропускают через кэтионит остальные 35-45 % отработанного раствора для получения в выходной зоне катионита соотношения ионов кальция и магния, обеспечивающего необходимую степень очистки воды и удаление вытесненных кислотой из слабокиспот- ных функциональных групп катионита ионов кальция. Количественные характеристики отработанного раствора для первой и третьей стадий регенерации установлены на основании опытно-экспериментальных данных. Их верхние и нижние пределы соответствуют различным типам ионитов и концентрациям регенера- ционных растворов в зависимости от состава обоабатываемых вод. Количество отработанного раствора (30-10 %), используемого во второй стадии регенерации, определяется условиями приготовления на нем раствора кислоты путем доукрепления необходимым ее количеством до общей концентрации 2-4 %, а достигаемый эффект обеспечивается за счет подобранного на второй стадии соотношения ионов магния и водорода в этом растворе, способствующего избирательной десорбции ионоа кальция из катионита.

Известен способ регенерации Н-катио- нитных фильтров, согласно которому регенерация Н-катионитных фильтров также производится в три стадии. Однако процесс регенерации на всех стадиях производится раствором серной кислоты с нарастанием ее концентрации в последовательности 2- 4-6%. Этим достигается увеличение обменной емкости сильнокислотных катионитов с схемах химического обессоливания воды, где из нее удаляют Н-катионированием все катионы, При этом расход кислоты на регенерацию выше стехиометрического в 1,5-2 раза.

-В предлагаемом способе признак регенерации катионита в три стадии присутствует в новом качестве и BI лючает пропускание через катионит кислоты только во второй стадии, а в первой и тр-етьей - отработанного магнийсодержащего раствора. При этом трехстадийной регенерацией слабокислотных и полифункциональных катионитов по предлагаемому способу достигается избирательная десорбция только ионов кальция пр многократном использовании магнийсодержащей части регенерацмон- ного раствора. Все это в целом обеспечивает бессточную подготовку подпиточной воды теплосети с повышением степени очистки по ионам кальция для обширного диапазона вод при стехиометричееком расходе кислоты.

П р и м е р 1. Исходную воду с составом мг-экв/л: Са 2,3; Мд 2,0; Na 0,7 Щ4„3; SC-4+CI 0,7, смешивают в соотношении 0,06 м3/м3 с 70 % отработанного регенерационного раствора предыдущей регенерации, содержащего отмывочные воды в количестве 6 м3 на 1 м3 катионита и пропускают через прямоточный Н-катионитный фильтр, загруженный сульфоуглем. Затем обработанную воду с катмонитным составом, мг-экв/л: Са 0,2; Мд 2,0; Na 0,7, пропускают через буферный фильтр и после дегазации направляют в теплосеть. Рабочая обменная емкость сульфоугля, загруженного в Н-катионитный фильтр, по ионам кальция составляет 210 r-экв/м3. Количество воды, обрабатываемой каждым 1 м3 сульфоугля за фильтро- цикл, составляет 210:(2,3-0,2)100 м3. Регенерацию Н-катионитного фильтра осуществляют остальными 30 % отработанного раствора предыдущей регенерации, прошедшего стадию осаждения из него твердой фазы сульфата кальция в кристаллизаторе и содержащего 250 мг-экв/л Мд304 и 25 мг-экв/л СаЗСм. Процесс регенерации осуществляют в 3 стадии: сначала через катионит (каждый 1 м3) пропускают 1,16 м3 отработанного раствора (45 % количества, используемого для регенерации), -затем 10 % (0,26 м3} отработанного раствора доукрепляют серной кислотой до концентрации H2S04 4% (250 мг-экв/л MgS04 и 800 мг-экв/л H2S04) и пропускают через катионит, после чего через него пропускают остальные 1,16 м (45 %) неукрепленного отработанного раствора и отмывают его обработанной водой в количестве 6 м3 на 1 м3 катионита. Полученные в процессе регенерации разбавленные порции (6 м3 или 70 %) отработанного раствора (отмывочные воды) в начале регенерации и в конце отмывки собирают в бак для смешивания с исходной водой в цикле обработки, а остальные 30 % направляют в кристаллизатор сульфата кальция, после чего используют для следующей регенерации.

Таким образом, согласно предлагаемому способу глубина очистки обрабатываемой воды от ионов кальция составляет 0,2 мг-экв/л а на обработку каждого 1 м3 воды затрачивается 2,1 г-экв H2S04.

Обработка воды указанного состава по базовой технологии Н-катм омирования с голодной (прототип) регенерацией позволяет снизить кальциевую жесткость до 0,5-0,7 мг-экв/л. При этом на обработку каждого 1 м3 воды затрачивается 3,4 г-экв/л H2S04.

П р и м е р 2. Исходную воду с составом, мг-экв/л: Са 2,5; Мд 2,7; Na 2,8; Щ 1,9; S04+CI 6,1, смешивают в соотношении 0,01 М3/м3с40 % отработанного регенерационного раствора (в количестве 4 м3 на 1 м3 катионита) и пропускают снизу- вверх через противоточный Н-катионный фильтр, загруженный слабокислотным кати- онитом КБ-4. Затем обработанную воду с

катионным составом, мг-экв/л: Са 0,7; Мд 2,7; Na 2,8, пропускают через буферный фильтр и после дегазации к потребителю. Рабочая обменная емкость КБ-4 по кальцию составляет в этом случае 720 r-экв/м3,

а количество воды, обрабатываемой каждым 1 м3 катионита составляет 720:(2,5- -0,7)400 м3.

Регенерацию Н-катионитного фильтра осуществляют остальными 60 % отработанного раствора предыдущей регенерации (6 м3) после стадии осаждения из него твердой фазы сульфата кальция в кристаллизаторе, содержащими 100 мг-экв/л MgS04 и 25 мг-экв/л CaSO/i. Процесс регенерации ведут в 3 стадии: сначала через каждый 1 м3 катионита пропускают 35 % отработанного раствора (2,1 м3), затем 30 % отработанного раствора (1,8 м3) доукрепляют серной кислотой до концентрации H2S04 2% (100 мг-экв/л МдЗСм и 400 мг-экв/л HzSCM) и пропускают через катионит, после чего через него пропускают остальные 35% (2,1 м3) отработанного раствора и отмывают отработанной водой

в количестве 4 м3 на 1 м3 катионита. Разбавленные порции вновь полученного отработанного раствора в количестве 4 м3 на 1 м3 катионита, составляющие 40 % всего объема продуктов регенерации, собирают в

бак для смешивания с исходной водой в последующем фильтроцикле, а остальные 60% направляют в кристаллизатор сульфата кальция и используют в следующей регенерации.

Согласно предлагаемому способу остаточная кальциевая жесткость обработанной воды снижается до 0,7 мг-экв/л, а щелочность - до 0,1 - 0,2 мг-экв/л, тем самым удовлетворяются требования к качеству

подпиточной воды по карбонатному индексу без существенного увеличения содержания сульфатов в обработанной воде. При этом на обработку 1 м воды затрачивается 1,8 г-экв НгЗСм.

Вода указанного состава для обработки по базовой технологии Н-катионирования с голодной регенерацией не пригодна, исходя из соотношения карбонатной и общей жесткости , а также из соотношения

щелочности к содержанию анионов сильных Щ

кислот

0,3.

S04 + CI

Применение для данного состава воды способа подкисления невозможно из-за ус- ловий опасности сульфатной накипи, а натри икатионирование сопровождается наличием сбросных сточных вод и необходимостью дополнительных затрат на их переработку.

Таким образом, расширяется диапазон исходных вод, обработка которых для подпитки теплосети возможна с использованием бессточного Н-катионирования и не требуется использование других способов, характеризующихся наличием сбросных стоков.

При этом имеет место удешевление процесса обработки за счет отсутствия сбросных стоков и затрат на их утилизацию.

Использование предлагаемого способа по сравнению с аналогом и прототипом позволяет повысить степень очистки подпи- точной воды теплосети от ионов кальция при одновременном снижении расхода кис- лоты на регенерацию и расширить диапазон исходных вод, которые можно обрабатывать бессточным Н-катионированием для подпитки теплосети. Тем самым обеспечивается удешевление процесса обработки как за счет снижения расхода кислоты, так

и за счет исключения затрат на утилизацию стоков.

Формула изобретения Способ бессточной обработки подпи- точной воды теплосети, включающий пропускание обрабатываемой воды сначала через полифункциональный или слабокислотный кэтионит в Н+-форме, затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита серной кислотой, отмывку катионита, смешение отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно осажден сульфат кальция, с обрабатываемой водой, о т - личающийся тем, что, с целью снижения количества ионов кальция в обрабатываемой воде и расхода кислоты на регенерацию, обрабатываемую воду перед пропусканием через Н-катионитный фильтр смешивают с 40-70 % отработанного регенерационного раствора при объемном соотношении 0,01-0,06 м3/м3, а остальные 30-60 % отработанного раствора, содержащие 100-250 мг-экв/л сульфата магния, направляют на регенерацию и отмывку катионита, при этом сначала через катионит пропуска ют 35-45 % отработанного раствора, затем 10-30 % отработанного раствора, доукрепленного серной кислотой до концентрации 2-4 %, а затем пропускают 35- 45% отработанного раствора.

Изобретение относится к способам бессточной обработки подпиточной воды теплосети в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности. Цель изобретения - повышение степени очистки воды от ионов кальция, снижение расхода кислоты на регенерацию. Бессточная обработка воды включает пропускание воды через катионит в Н-форме, а затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию и отмывку кати- онита, смешение 40-70 % отработанного регенерационного раствора (ОРР), из которого предварительно осажден сульфат кальция, с обрабатываемой водой, остальные 30-60 % ОРР, содержащие 100-250 мг- экв/л сульфата магния, направляют на регенерацию и отмывку катионита. При этом сначала через катионит пропускают 35-45 % ОРР, затем 10-30 % ОРР, доукрепленно- го серной кислотой до 2-4 %, а затем пропускают остальные 35-45 % ОРР.