Способ термического обессоливания пресных вод Советский патент 1982 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/16 C02F103/34 

1

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

Известен способ термической дистилляции пресных и соленых вод без их предварительной обработки, заключающийся в выпаривании сырой воды в многоступенчатых испарителях мгновенного .вскипания и дополнительной выпарной установке l.

Недостатками этого способа являются наличие жестких продувочных стоков, загрязняющих окружающую среду, ,5 а также большие затраты на выпарные аппараты, выполняемые из дорогостоящих и дефицитных сплавов.

Известен способ термического обессоливания пресных вод,включающий пред- го варительное умягчение их натрийкатионированием с регенерацией катионитных фильтров привозной поваренной солью и последующее выпаривание умягченной воды в испарителях, выполняемых из углеродистой стали t2j.

Недостатками известного способа являются затраты на привозную поварен ную соль и наличие большого количества жестких сбросных стоков от регенерации натрийкатионитных фильтров. Кроме того, по данному способу в сток сбрасывается продувочная вода испарителей, содержащая концентрированные соли натрия, загрязняющие окружающую среду. Для утилизации этих стоков необходимо использование специальных установок, что в несколько раз удорожает обработку. Ограничение количества поваренной соли, используемой для регенерации, приводит к снижению степени использования обменной емкости катионита по данному способу.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термического обессоливания пресных вод, включающий умягчение их натрийкатиони рованием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрийкатионитных фильтров подкисленной про дувочной водой испарителей C3J. Недостатками способа являются наличие сбросных жестких регенерационных стоков катионитных фильтров, низкая степень использования обменной емкости катионита вследствие низкого соотношения солей натрия и жесткости в пресных водах, а также большие затраты на кислоту для подкисления продувочной воды испарителей, обусловлен ные высокой относительной щелочностью ресных вод. Цель изобретения - исключение сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров в окружающую среду и удешевление процесса путем снижения затрат на утилизацию стоков и расхода кислоты на подкисление продувочной воды. Поставленная цель достигается тем что в способе термического обессолива ния пресных вод, включающем умягчение их натрийкатионированием, выпаривание умягченной виды в испарителях и регенерацию натрийкатионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, регенерацию натрийкатионитных фильтров ведут подкисленной проду вочной водой испарителей, содержащей 20-50 отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, а остальной объем отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионированием. Кроме того, ионы жесткости предварительно удаляют из отработанного регенерационного раствора путем пропу кания последнего через кристаллизатор сульфата кальция. Смешивание малоконцентрированной части отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионировани ем позволяет исключить сброс стоков и использовать содержащиеся в них сол натрия при незначительном повышении содержания солей в натрийкатионированной воде. Осуществление регенерации натрийкатионитных фильтров продувочной водой, содержащей 20-50 отработанного регенерационного раствора, из котороГО предварительно удалены ионы жесткости , способствует образованию и выделению малорастворимых соединений и повышению содержания натриевых солей в регенерационном растворе. Указанное количество отработанного регенерационного раствора обусловлено тем, что последнее содержит основную часть солей жесткости, подлежащих осаждению, и солей натрия отработанного регенерационного раствора, используемых повторно. Нижний предел 20 соответствует случаю использования прямоточных фильтров, имеющих более высокий удельный расход воды на отмывку, а также при загрузке противоточных фильтров сульфоуглем. Верхний предел 50iS обусловлен применением противоточных фильтров со сниженным расходом воды нэ отмыв.ку в случае загрузки их высокоемкими катионитами типа КУ-2. Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа позволяет исключить наличие жестких регенерационных стоков за счет осаждения солей жесткости в виде сульфата кальция в кристаллизаторе и взаимодействия карбонатных и гидратных ионов, содержащихся в продувочной воде, с ионами жесткости отработанного раствора, приводящего к выпадению в твердую фазу и отделению малорастворимых соединений. При этом становится возможным использование солей натрия, содержащихся в отработанном растворе, совместно с солями натрия в продувочной воде, что повышает эффективность регенерации натрийкатионитных фильтров и позволяет снизить расход кислоты на подкисление регенерационного раствора более чем в 10 раз. Излишек солей натрия, циркулирующих в системе, может дозироваться в умягченную воду, отдаваемую потребителю, при наличии последнего, либо без существенных затрат выпариваться до сухих солей в обычных поверхностных испарителях. На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ. Схема содержит натрийкатйонитный фильтр 1, испаритель 2, бак-реактор 3 для смешения и отстаивания продувочной воды и отработанного регенерационного раствора, .кристаллизатор Ц сульфата кальция, бак 5 сброса части отработанного раствора с отмывочными водами и бак 6 свежего регенерационного раствора. Исходную пресную воду пропускают через натрийкатионитный фильтр 1, где происходит ее глубокое умягчение, после чего подают в испаритель 2, где умягченная вода подвергается термической дистилляции. Продувочную воду испарителя 2 в стадии обработки собирают в бак-реактор 3, куда в стадии регенерации собирают также 20-50 отработанного регенерационного раствора, пропущенного через кристаллизатор сульфата кальция. В баке 3 происходит выпадение образующихся в результате смешения малорастворимых соединений CaCOj, Мд(ОН)(2 и CaS04. Ос тальные 50-80 отработанного раствора собирают в процессе регенерации в бак 5- Причем этого раствора собирают в бак 5, предварительно пропустив через кристаллизатор +, а остальные - непосредственно после фильтра 1. Из бака 5 в процесс умягчения часть отработанных стоков, содержащих в основном отмывочную воду смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения в фильтре 1. После Ьтстаивания смеси продувочной воды и 20-50 отработанного регенерационного раствора в баке-реакторе 3 с отделением выпавшего шлама продувочную воду, содержащую отработанный раствор, направляют из бака 3 в бак 6 свежего регенерационного раствора, от куда в стадии регенерации раствор пропускают через натрийкатионитный фильтр 1. Излишек солей натрия в зави симости от конкретных условий отводит ся либо с продувочной водой, либо со смесью из бака 3Способ осуществляется следующим об разом. В исходную воду дозируют отмывочные воды, собранные в стадии регенера ции, и пропускают ее через натрийкатионитный фильтр. Затем глубокоумягченную воду подают в испаритель, где ее выпаривают, а продувку испарителей смешивают с 20-50 отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата кальция.. Для регенерации продувочную воду из бака-реактора 3, содержащую отработанный раствор в количестве 2050 об., собирают в бак 6 и пропускают через натрийкатионитный фильтр 1 После подачи регенерационного раствора через фильтр пропускают отмывочную умягченную воду. Выходящий из фильтра отработанный раствор в количестве 20-50 пропускают через кристаллизатор k сульфата кальция, где содержание СаЗОл снижается до величины 35-50 мг-экв/л, после чего собирают в баке-реакторе 3. Остальные 55-80 отработанного раствора, содержащие в основном отмывочную воду, собирают в бак 5. Причем этого количества, в которых концентрация CaSO превышает 35-50 мг-экв/л, также пропускают через кристаллизатор Ц, а остальные 55-85 собирают в бак S, минуя кристаллизатор. Избыток смеси продувочной воды с отработанным раствором, образующийся в результате накопления солей натрия, поступающих с исходной водой, отводят с продувочной водой либо из бака 3 и дозируют в умягченную воду при наличии потребителя, либо выпаривают до сухих солей обычных поверхностных испарителях. Пример 1. Термическому обессоливанию подвергают пресную воду, имеющую следующий ионный состав, мг-экв/л; Са 1,2; Мд 0,5; о5Ь7; Na 1,3; НСО 1,5; S04 1,2; С 0,3. Исходную воду равномерно смешивают с 55 отработанного раствора стадии регенерации в количестве 6 м , имеющего катионный состав, мг-экв/л: Са k3; Mof 30; Na 200, и пропускают через прямоточный натрийкатионитный фильтр, загруженный катионитом КУ-2. При этом содержание катионов жесткости в обрабатываемой воде повышается на величины, мг-экв/л: дСа О,Ц; ДМд 0,2. Обменная емкость катионита КУ-2 при кратности расхода регенерационного раствора солей натрия m 2,5 составляет 1200 г-экв/м . Глубокоумягченную воду после натрийкатионирования подают в поверхностный испаритель, где происходит ее термическая дистилляция. Содержание солей в продувочной воде составляет, г-экв: С ДЛЙОА 60; GNOM IS; ,, СмаонЗь5. Продувочную воду в количестве 1.1м собирают в бак-реактор, где содержится 20 отработанного раствора предыдущей регенерации в количестве 2.2м, пропущенного через кристаллизатор сульфата кальция, в который выходят, г-зкв Gcaeo4 °i МссзОдЗб ; ЬНй 04950; 795.

В результате смешения продувочной воды с 20 отработанного регенерациониого раствора, пропущенного через кристаллизатор сульфата , в реакторе выпадают в осадок практически все соли жесткости в виде карбоната кальция, гидроокиси магния и сульфата кальция. Концентрация солей натрия в полученном растворе равна концентрации их в исходном регенерационном растворе и составляет 1400 г-экв/м. Количество полученного раствора составляет 2,2+1,,3 м. После отделения осадка полученная смесь направляется в бак регенерационного раствора в количестве 2,1 м, равном исходному. Избыток солей натрия выпаривается досуха в поверхностном испарителе. После истощения катионита до проскока жесткости производят его регенерацию путем пропускания по прямотоку регенерационного раствора из бака содержащего продувочную воду и 20 отработанного раствора предыдущей стадии регенерации. Перед подачей регенерационного раствора его подкисляют в количестве 0,8 г-экв/м для устранения карбонатной и гидратной щелочности. После регенерационного раст вора через фильтр пропускают отмывочную воду с удельным расходом 6 При этом 20 вновь полученного отработанного раствора, содержащего мак симальное количество солей жесткости и натрия, пропускают через кристаллизатор сульфата кальция и собирают в бак-реактор. Остальные 80 отработанного раствора собирают в отдельный бак для последующего смешения с исходной водой перед стадией ее умягчения. Причем 15 данного количества Ьтработанного раствора, концентрация ионов кальция в котором превышает 50 мг-экв/л также пропускают через кристаллизатор и собирают с остальным 85 непосредственно после фильтра. Указанную часть отработанного раствора смешивают в процессе обработки с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионированием. Состав и содержание регенерационного раствора по предлагаемому способу остаются постоянными из цикла в цикл, что достигается соответствующим подбором кратности упаривания воды в испарителе. В результате обработки по предлагаемому способу отсутствуют сточные

воды и затраты на оборудование для их утилизации .

Для сравнения исходную воду обрабатывают известным способом. При этом

расход кислоты на подкисление продувочной воды составляет около 180 г-экв/и, а удельный расход сбросных жестких регенерационных стоков 7-8 мЗ/мЗ.

Пример 2. Исходную воду по составу аналогичную примеру 1 обрабатывают с использованием для умягчения противоточного натрийкатионитного фильтра, загруженного катионитом КУ-2.

При этом удельный расход отмывочной воды составляет 2,5 . Для регенерации катионитных фильтров используют продувочную воду испарителя, содержащую 50 отработанного раствора стадии регенерации. Этим достигается устранение жесткости отработанного раствора и щелочности продувочной воды, позволяющее использовать соли натрия обоих этих растворов для регенерации фильтров. Полученный в процессе регенерации фильтра отработанный раствор в количестве 50% пропускают через кристаллизатор сульфата кальция и смешивают с продувочной водой в бакереакторе. Остальные 50 отработанноГО раствора, содержащие в основном отмывочную воду, собирают в бак, причем 5 этого количества также пропускают через кристаллизатор, а 55 собирают, минуя кристаллизатор. Все соли жесткости отводят из системы в виде твердого шлама. В результате обработки по предлагаемому способу сброс жестких регенерационных стоков натрийкатионитных фильтров отсутствует, в то время как по известному способу он составляет м на 1 м катионита, а расход кислоты на подкисление продувочной воды снижается с 180 до 0,8 г-экв/м. Таким образом, предлагаемый способ позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды путем исключения сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров. Экономическая эффективность предлагаемого способа оценивалась на примере установки термического обессоливания пресных вод производительностью 1000 . Годовой объем сточных вод для такой установки составляет при числе часов работы 7000 ч и расходе воды йа собственные нужды 5. 1000x0,05x7000 350000 (MVr) Удельные приведенные затраты на утилизацию этих стоков с применением наиболее современных методов составляют 2,5б руб/м. Годовая экономия от реализации предлагаемого способа для этой установки за счет исключения дополнитель ных затрат на утилизацию стоков и бе учета экономии от снижения расхода кислоты на подкисление продувочных вод испарителей составит ориентирово но 350000x2, (тыс.руб/г), а экономический эффект в масштабах страны 10 млн.рублей в год. Формула изобретения 1. Способ термического обессолива ния пресных вод,включающий умягчение их натрийкатионированием, выпари вание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрийкатионитных филь ров подкисленной продувочной водой испарителей, отличающийся тем, что, с целью исключения сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров в окружающую среду и удешевления процесса путем снижени затрат на утилизацию стоков и расхода кислоты на подкисление продувочной воды, регенерацию натрийкатионитных фильтров ведут подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей 20-50 отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, а остальной объем отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионированием. 2. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что ионы жесткости предварительно удаляют из отработанного регенерационного раствора .путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата кальция. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ № 2236519, кл. С 02 В 1/04, 1977. 2.Вихрев В.Ф. и др. Водоподготовка. М., 1973, с, 335. 3.Авторское свидетельство СССР № 64tt6, кл. С 02 F 1А2, (прототип).