Способ глубокого химобессоливанияВОды Советский патент 1981 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/16 C02F103/34 

(54) СПОСОБ ГЛУБОКОГО ХИМОБЕССОЛИВАНИЯ

ВОДЫ

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности

Известен способ обессоливания воды с регенерацией ионитных фильтров кислотой и щелочным реагентом, заключающийся в пропускании обессоливаемой воды через Н-катьонйтные фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-анионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксильные ионы, в результате чего получают обессоленную воду El.

Недостатком данного способа являются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость ионитов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ глубокого химобессоливания воды путем i противоточного пропускания воды через Н-катионитный фильтр, первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, ОН-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр

второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второй ступени и регенерации ионитных фильтров с получением отработанного раствора анионитных фильтров.. Обессоливаемую воду пропускают через первую ступень Н-катионирования, предназначенную для обмена всех катионов, содержащихся в фильтруемой воде, на катионы

0 водорода, а затем - через первую ступень ОН-анионирования, проводимого на слабоосновном анионите, где анионы сильных кислот заменяются на гидроксильные ионы. Н-катионирование

5 первой ступени по известному способу производят до проскока одновалентных ионов натрия, а алионитный фильтр первой ступени работает до проскока ионов хлора в фильтрат. Далее воду

0 пропускают через вторую ступень Н-катионирования, предназначенную для задержания катионов, случайно проскочивших через Н-катионитный фильтр первой ступени или попавших

5 в фильтрат из фильтров со слабоосновным анионитом, вследствие его старения или недостаточно хорошей отмлвки после pei-енерации. Суммарная концентрация катионов в воде, поступаю0 ,щей во вторую ступень Н-катионирования, находится в пределах 0,1-0,2 0,2 мггэкв/л, В декарбонизаторе из фильтрата после Н-катионитных фильтров второй ступени удаляют свободную углекис дэту. Далее воду пропускают через вторую ступень анионирования«

на сильноосновном анионите, где происходит поглощение анионов кремниевой кислоты и сотатка свободной углекислоты. Обессоленную воду, направляют к потребителю. Регенера- «А ция Н-катионитных фильтров второй и первой ступени производится 1-2%-ной серной кислотой, а анионитных фильтров второй и первой ступени 3-4%-ным раствором еякого натра f2J.

Недостатками этого способа являют- Э ся низкая степень использования обменной емкости ионитов, болыцие уделыше расходы щелочи и кислоты (1,5-3 г-экв/г-экв) на рег енерацию ионитных фильтров и образование зна- 20 чительного количества агрессивных стоков.

Цель изобретения - повышение степени использования обменной емкости ионитов, снижение расхода реагентов 25 до стехиомётрическогб , устранение агрессивных стоков и удешевление процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу глубокого химо- -Q бессоливания воды, заключакнцемуся в противоточном пропускании воды сначала через Н-катионитный фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 50-95% катионов, со- , держащихся в исходной воде, до проскока ионов жесткости в фильтрат, затем через ОН-аниониТный фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 65-98% анионов сильных кислот, содержащихся в исходной 40 воде, после чего - через Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второй ступени и последующей регенерации ионитных фильтров с получением отра- j ботанного раствора анионитных фильтрОв, содержащего щелочь в количестве 30-70% от общего количества анионов сильных кислот, сорбируемых за фильтроцикл из обрабатываемой воды, кото- JQ рый перед каяадым циклом регенерации фильтруют через анионитные фильтры в направлении пропускания свежего регенерационного раствора. При работе Н-катионитного фильтра первой ступени, загруженного полифункциона- льным катионитом, до проскока ионов жесткости а фильтрат в ионном обмене участвуют почти все ионогенные группы как сильнокислотные, так и слабокислотные и, следовател.ьно, существен-йО нсз повышается рабочая обменная емкость катионита. Так как слабокислотные иогенные группы очень хорошо регенерируются раствором серной кислоты даже со стехиометрическим коли- 65

честном, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах составляет обычно более половины, в частности для сульфоугля 2/3 от полной обменной емкости, .то удельный расход кислоты относительно сильнокислотных групп составляет более двух при общем расходе кислоты, равном стехиометрическому. Поэтому если полифункциональный катионит при очистке воды полностью переводится в солевую форму, то его можно глубоко регенерировать стехиометрическим количеством кислоты. При очистке полифункциональный катионит может быть переведен в солевую форму путем продолжения наботы Н-катионитного фильтра первой ступени до проскока ионов жесткости в фильтрат. При регенераци стехиометрическим количеством кислоты в слое катионита, последним соприкасающимся с отработанным раствором, остаются ионы жесткости. Поэтому для того, чтобы при очистке воды в фильтрат Н-катионитного фильтра первой ступени не попадали ионы жесткости, процесс ионирования осуществляют по противотоку.

Для большинства пресных вод концентрация ионов натрия не превышает 20-25% от общей концентрации катионо в исходной воде. Поэтому при пропускании регенерационного раствора кислоты последовательно через вторую и первую ступени Н-катионитных фильтров удельный расход кислоты относительно одновалентных ионов натрия, сорбируемых во второй ступени, состаляет более 4-5 г-экв/г-экв, что обеспечивает его глубокую регенерацию и существенно повышает рабочую обменную емкость катионита. Суммарный удельный расход кислоты на регенерацию второй и первой ступени Н-катионитных фильтров при этом равен стехиометрическому количеству и, следовательно, отсутствуют агрессивные сточные воды Н-катионитных фильтров. При работе Н-катионитного фильтра первой ступени до проскока иоНов жесткости, в анионитные фильтры первой ступени поступает смесь разбав-. ленного раствора кислоты и солей натрия. Поэтому при загрузке анйонитного фильтра слабоосновным анионитом все анионы сильных кислот не могут быть сорбированы в нем и часть анионов сильных кислот должна быть поглосцена анионитным фильтром второй ступени. Для обеспечения достаточной степени регенергщии и очистки воды удельный расход щелочи на регенерацию анионитного фильтра второй ступени, истощенного по смеси анионов, составляет .4-6 г-экв/г-экв. Для обеспечения такого удельного расхода мелочи при регенерации анионитного фильтра второй ступени, при стехиометрическом расходе щелочи относительно общей загрузки анионига, последний сорбирует до 25% анионов сильных кис лот. При повторном использовании отработанного раствора предыдущей регене рации анионитных фильтров для предварительной регенерации последних, в анионитном фильтре второй ступени сс збируется до Э5% анионов сильных кислот обрабатываемой за фильтроцикл воды. При применении в качестве первой ступени а,ионирования ступенчатопротивоточного фильтра с загрузкой первого корпуса по ходу очистки воды слабоосновным, а второго корпуса с сильноосновным анионитом и пропускании регенерационного раствора щелочи (после анионитного фильтра второй ступени) сначала через второй, а затем через первый корпус анионитного фильтра первой ступени, стехиометрическое количество щелочи на регенерацию может обеспечить сорбцию практически всех анионов сильных кислот обрабатываемой воды в первой ступени анионитного фильтра/ а вторая ступен анионитного фильтра будет поглощать в основном свободную углекислоту, ; остав1луюся после декарбонизатора, и анионы кремниевой кислоты. Следовате льно, в зависимости от условий работы, анионитный фильтр первой ступени сорбирует 65-98%, а анионитиый фильт второй ступени - 2-35% анионов сильных кислот исходной воды. Указанное достигается также при загрузке анионитного фильтра первой ступени смесью низкоосновного и высокоосновного анионита. Расход щелочи, пропускаемой через . анионитнь1й фильтры второй и первой ступени, с отработанным раствором предыдущей регенерещии в количестве 30-70% от суммы анионов сильных кислот и со свежим раствором в количест ве 100% от суммы анионов сильных кис лот исходной воды, обусловлен необходимостью обеспечения 4-12-кратного расхода щелочного реагента через вторую и 1,5-2-кратного расхода через первую ступень анионитных фильтров. При этом общий расход щелочи ра вен стехиометрическому расходу и сточные воды анионитных фильтров представляют нейтргшьные и неагрессивные растворы натриевых солей. Технология осуществления предлагаемого способа обессоливания воды состоит в следующем.Исходную воду направляют в противоточный Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункцирналь ным катионитом, работающий до Щоскока ионов жесткости в фильтрат. Фильтрат Н-катионитного фильтра первой ступени, представляющий собой смесь слабого раствора кислоты и солей натрия, пропускают через анионит ный фильтр первой ступени, где сорбируется 65-98% анионов сильных кислот. Далее фильтрат анионитного фильтра первой ступени, являющий смесь натриевых солей и щелочи, подают в Н-катионитный фильтр второй ступени, где все ионы натрия обмениваются на ионы водорода. После удаления свободной угольной кислоты из фильтрата Н-катионитного фильтра второй ступени в декарбонизаторе слабый раствор кислоты пропускаюточерез анионитный фильтр второй ступени, где сорбируется анионов сильных кислот обрабатываемой воды, остатки свободной углекислоты и анионы кремниевой кислоты, после чего обессоленную воду направляют к потребителю, при этом в момент проскока ионов жесткости в фильтрат после Н-катионитных фильтров первой ступени, прекращают процесс обессоливания и отключают фильтры на регенерацию. Далее 1-2%ный раствор серной кислоты пропускают по прямотоку через Н-катионитный фильтр второй ступени и затем по противотоку через Н-катиойитный фильтр первой ступени.. Кратность расхода кислоты относительно ионов натрия, сорбированных во второй ступени, составляет при этом более 4-5 г-экр/ г-экв, а суммарный расход кислоты на регенерацию второй и первой ступени равен стехиометрическому. Отработанный регенерационный раствор анионитных фильтров из бака, содержащий щелочь в количестве ЗС-70% от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл из обрабатываемой воды, пропускают последовательно через анионитный фильтр второй ступени и анионитный фильтр первой ступени. При, этом фильтр второй ступени загружен высокоосновным анионитом, а фильтр первой ступени - низкоосновным. Основная часть щелочи отработанного раствора задерживается в низкоосновном анионите и стоки после него представляют нейтральный раствор солей натрия. После окончания отработанного, раствора пропускают свежий регенерационный раствор -щелочи последовательно через анионитные фильтры второй и первой ступеней. После проскока. щелочи отработанный раствор из анионитного фильтра первой ступени соби- . рают в бак в таком количестве, чтобы содержание щелочи в нем составляло 30-70% от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл из обрабатываемой воды. При этом общее количество свежего щелочного раствора равно стехиометрическому, а избыток щелочи в количестве 30-70% от общего количества анионов сильных кислот обрабатываемой за фильтроцикл воды постоянно циркулирует меищу баком отрабоаганного раствора и анионитными фильтрами.

После окончания подачи регенерационного раствора фильтра отмывают от продуктов регенерации и повторяют процесс обессоливания.

Пример. Обессоливают воду, имеющую следующий состав, мг-экв/л: Са 3,6, Мд 1,2, Na 0,7, С1 ,0,8, 50 1,9,НСОа 2,8, путем ее пропускания через Н-катионитный фильтр перво ступени, загруженный сульфоуглем с объемом б л, а затем через ОН-анионитный фильтр первой ступени, загруженный анионитом АН-31, объемом 1 л, Н-катионитный фильтр второй ступени с загрузкой сульфоуглем 1,5 л, декарбонизатор и ОН-анионитный фильтр, загружённый анионитом АВ-17 с объемом 1 л. Процесс обессопивания осуществляют до проскока жесткости в фильтрат послеН-катионитного фильтра первой ступени, после чего фильтры отключают на регенерацию. При регенерации Н-катйонитных фильтров 1,5%-ный раствор кислоты пропускают последовательно через вторую и первую ступени, причем через первую ступень - по противотоку, в стехиометрическом количестве - без проскока кислоты в отработанный раствор, после чего отмывают фильтры Н-катионированной водой из бака декарбонизатора. Регенерацию ОН-анионитных фильтров производят сначала отработанным раствором предьщущей регенерации, содержащим щелочь,в количестве 60% от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл из обработанной воды, а затем в том

Рабочая обменная емкость, г-экв/м

Суммарный удельный расход реагентов на регенерацию, г-экв/г-экв. Как следует из таблищд, при химобессоливании по предлагаемому способу удельный расход реагентов равен стёхиОметрическому, что в 1,5-2 раза ни:)се, чем по известному способу, а обменные емкости ионитов в среднем в 1,4-1,6 раз больше, чем для известного способа. Кроме того, при химобессоливании по предлагаемому способу отсутствуют агрессивные сток и соответственно затраты на их нейтрализацию. Н-катионитный фильтр первой ступени можно загружать полифункционаже направлении пропускают 3%-ный раствор едкого натра в количестве 100% от общего количества анионов i.:n льных кислот, сорбируеких за филыроцикл из обработанной воды. При эчс.. количество со|рбированных ионов по ступеням ионирования равно, мг-экв: Aj 350, Н|-2400, АГ 1100, Ну; 350, где Нг и Н,7 - Н-Катионитные фильтры первой и второй ступени соответственно, А и А - ОН-анионитные фильтры первой и второй ступени. Количество сорбированных в А анионов сильных кислот равно 250 мг-экв, составляет 19% от суммы сорбированных за фильтроцикл анионов сильных ки-слот, а остальные 100 мг-экв сорбированных в А у нионов составляет свободная углекислота и анионы кремниевой кислоты. В анионитном фильтре первой ступени Aj сорбировано 81% анионов сильных кислот.

Результаты опытов по. обменной емкости и удельным расходам реагентов приведены в таблице. Для сравнения в таблице также приведены результаты опытов по известному способу, согласно которому Н-катионирование первой ступени производят до проскока ионов натрия в фильтрат, регенерацию Н катионитных фильтров второй и первой ступеней производят последовательным пропусканием 1,5%-нои серной кислоты с удельным расходом 2 г-экв/г-экв, а ОН-анионитных фильтров второй и первой ступени - .последовательным пропусканием 3%-ного едкого натра с удельным расходом 1,5 г-экв/г-экв.

4бО 235 1100 350 250 200 800 200

2,0 1,5

1,0 льной смесью сильнокислотных и слабокислотных катионитов, например типа КУ-2 и КБ, в объемных соотношениях 1:(0,2 - 1,0). Кроме того, первая ступень Н- атионирования может быть выполнена ступенчато-противоточной, При зтОм первый по ходу воды корпус заполняют полифункциональным катионитом и воду пропускают до проскока ионов жесткости в фильтрат после первого корпуса, работающего по противотоку. На установках со ступенчато-противоточным Н-катионированием первой ступени между корпусами фильтров включают ОН-анионитный фильтр, что улучшает условия работы второго корпуса катионирования.

Для создания бессточной схемы стоки ионитных фильтров направляют в осветлитель, предназначенный для содоизвестковйния умягчаемой воды.

Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа при производительности установки 500 м/ч в год составит 120 тыс. р., что в масштабах страны составит 35 млн. р. в год.

Формула изобретени

0 65-98% анионов сильных кислот, содержащи§ся в исходной воде.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

с. .