Способ обессоливания и умягчения воды Советский патент 1982 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 C02F103/16 C02F103/34 

(5) СПОСОБ ОБЕССОЛИ8АНИЯ И УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теп лоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промыщленностях. , Известен способ обессоливания воды с регенерацией ионитных фильтров кислотой и щелочным реагентом. Сущность известного способа заключается в пропускании обессоливаемой воды через Н-катионитные фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-ионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксильные ионы, в результате чего получают обессоленную воду tljНедостатками известного способа являются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость ионитов. Наиболее близким к предлагаемому является СП-особ обессоливания и умя1- чения воды путем пропускания воды через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, ОН-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОНанионитный фильтр второй ступени и регенерации ионитных фильтров с получением агрессивных отработанных растворов-стоков. Н-катионирование первой ступени по известному способу производят до проскока одновалентных ионов натрия С2. К недостаткам способа относятся низкая степень использования обменной емкости ионитов ( А- 250 г-экв/м ) , большие удельные расходы реагентов ( г-экв/г-экв) на регенерацию ионитных фильтров и образование значительного количества агрессивных стоков, для нейтрализации которых требуется дополнительный расход щелочи . Цель изобретения - удешевление процесса за счет повышения степени использования обменной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключения агрессивных стоков. Поставленная цель достигается тем чтопри осуществлении способа обессоливания и умягчения воды, включающего пропускание исходной воды через Н-катионитный и ОН-анионитный фильтры первой и второй ступени соответст венно, исходйую воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии: на первойдо повышения концентрации ионов натрия в выходящем из фильтра растворе до 20-100 от содержания их в исходной Воде с последующим пропусканием полученного фильтрата через ОН-анионитный фильтр первой ступени, на второй - до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-70% от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого фильтрата. Нейтрализацию ведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой. Осуществление Н-катионирования первой ступени в две стадии способст вует тому, что в ионном обмене участ вуют почти все ионогенные группы полифункционального катионита (как слабокислотные, так и сильнокислотные ), в связи с чем существенно повы шается рабочая обменная емкость последнего. Так как слабокислотные ионогенные группы хорошо регенерируютс раствором серной кислоты даже при стехиометрическом расходе ее, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах состав ляет обычно более половины, в частности для сульфоугля эта величина равна 2/3 от полной обменной емкости то удельный расход кислоты относительно сильнокислотных групп составляет более двух при общем расходе ки лоты равном стехиометрическому После проскока ионов натрия в фил

трат, равного 20-100, от исходной концентрации, Н-катионитный фильтр первой ступени начинает работать как водород-натрийкатионитный фильтр. При этом ионы натрия, имеющиеся в соста- 55 ве исходной воды и задержанные в катионите в процессе работы катионитного фильтра до проскока ионов натрия

Технология осуществления предлагаемого способа заключается в следующем.

Исходную воду пропускают через Нкатионитный фильтр первой ступени, отрегенерированный 1-2%-ным раствором серной-кислоты, в две стадии: на первой - до повышения концентрав фильтрат, равного 20-100 от исходной концентрации, выполняют роль ионарегенеранта, поэтому исключается потребность в привозной поваренной соли для регенерации фильтра. Наиболее целесообразным является использование в качестве Н-катионитного фильтра первой ступени противоточных или ступенчато-противоточных фильтров. Это обеспечивает возможность снижения расхода кислоты на регенерацию практически до стехиометрического количества. После проскока ионов натрия в фильтрат кислотность последне го постепенно снижается. При загрузке фильтра полифункциональным катионктом фильтрат почти до проскока ионов жесткости, равного 10-70% от исходной жесткости, имеет кислую реакцию. Для устранения кислотности умягченной воды, пропущенной через Н-катионитный фильтр первой ступени, и получения умягченной воды определенной щелочности (0,3-0,5 мг-экв/л) последнюю смешивают с исходной или натрийкатионированной водой и далее доумягчают пропусканием через натрийкатионитный фильтр. Нижние и верхние пределы концентраций проскока ионов натрия в фильтрат, подлежащий дальнейшему обессоливанию воды, выбираются в зависимости от соотношения требуемых количеств обессоленной и умягченной вод. При относительно меньших расходах обессоленной принимается нижний предел, а при относительно большем расходе - верхний предел. Нижние и верхние пределы концентраций проскока солей жесткости в фильтрат умягченной воды, получаемой в первой ступени Н-катионитного фильтра, выбираются в зависимости от того, с какой водой смешивается эта умягченная вода. Если эта умягченная вода смешивается с натрийкатионированной водой, то принимается нижний предел, а если смешивается с исходной водой, то принимается верхний предел. ции ионов натрия в выходящем из фильтра растворе до 20-100% от содержания их в исходной воде, после чего полученный фильтрат направляют на ОН-анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второй ступени, и полученную обессоленную воду направляют к потребителю обессоленной воды; на второй стадии до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до Ю-УО от содержания их в исход ной воде с последующей нейтрализацией полученного умягченного кислого фильтрата и его доумягчением. Нейтрализацию ведут либо путем смешивания умягченного кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой, либо путем подщелачивания щелочным реагентом, например отработан ным раствором анионитных фильтров обессоливающей установки. Доумягчение полученной нейтрализованной воды ведут путем пропускания ее через Na-Ka тионитный фильтр. Нейтрализацию полученной в Н-катионитном фильтре первой ступени кислой умягченной воды можно осуществлять также путем пропускания через анионитный фильтр, загруженный слабоосновным анионитом. Для обеспечения бессточности спо соба обессоливания и умягчения воды отработанные регенерационные раствор катионитных фильтров подвергают изве сткованию и осаждают основную часть солей жесткости в виде сульфата каль ция и гидроокиси магния. При этом концентрация солей жесткости в извес кованном и осветленном отработанном растворе составляет 30-50 нг-экв/л. Концентрацию солей жесткости в этом растворе можно дополнительно снизить путем содирования или рекарбонизации углекислым газом осветленной известкованной воды. При обработке раствор углекислым газом может быть использована углекислота (деаэратора) водо подготовительной установки или дымовые газы. При этом расход извести должен быть на мг-экв/л больше чем магниевая жесткость отработанного раствора. Отработанный раствор смешивают с исходной водой, подаваемой на натрийкатионитный фильтр, или с исходной водой, подаваемой на Н-кати онитный фильтр первой ступени в пери од работы последнего в режиме умягчения. Для снижения расхода едкого натра на регенерацию анионитных фильтров практически до стехиометрического количества используют отработанный раствор для предварительной регенерации анионитных фильтров. Отработанные растворы анионитных фильтров смешивают также с исходной водой, подаваемой в Н-катионитный фильтр, работающий в режиме умягчения, или исходной водой, подаваемой на натрийкатионитный фильтр. При смешении отработанного раствора анионитных фильтров, обладающего некоторой гидратной щелочностью, с исходной водой, подаваемой на Н-катионитный фильтр первой ступени, в период работы последнего в режиме умягчения, рН смеси повышается и тем самым увеличивается используемая обменная емкость полифункциональных катионитов. Регенерация натрийкатионйтного фильтра может быть осуществлена отработанным раствором анионитных фильтров. Пример. Исходную воду с иО|Нным составом, мг-экв/л: ,1; Mg 1,5, Na 2,0 , НСО 2,1, SO 2,2, СИ 1,3 - пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, выполненный по -ступенчато-противоточной схеме и отрегенерированный стехиометрическим количеством 1,5%-ной серной кислоты. При этом оба корпуса загружены сульфоуглем с общим объемом 1 м и высотой загрузки катионита в каждом,корпусе по 1,8 м. На первой стадии воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в количестве 32 м (обменная емкость при этом составляет 178 г-экв/м ) до проскока ионов натрия в фильтрат, равного 20% от концентрации их в исходной воде. Далее полученный фильтрат пропускают через анионитный фильтр первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ст пени, декарбонизатор, анионитный фильтр второй ступени, после чего обессоленную воду направляют потребителю. На второй стадии через Н-катионитный фкльтр первой ступени пропускают исходную воду до проскока ионов жесткости в фильтрат, равного 10% от концентрации их в исходной воде. При этом дополнительно получают Во м умягченной воды со средней кислотностью 1,06мг-экв/л, Обменная емкость по солям жесткости составляет: общая kQJ г-экв/м, дополнительная 228 г-экв/м. Полученную кислую умягченную воду смешивают с таким же количеством натрийкатионироранной воды и пропускают через Na-катионитный фильтр. Последний выполняет роль буферного фильтра. Щелочность полученной умягченной воды составляет 0,5 мг-экв/л. При этом стоки ионитных фильтррв представляют собой нейт ральные растворы солей. Таким образом, предлагаемый способ обессоливания и умягчения воды позволяет существенно повысить степень использования обменной емкости катионитов, уменьшить удельный расход кислоты и поваренной соли для ре генерации катионитных фильтров а 1,5 2,5 раза. Кроме того, устраняется наличие агрессивных стоков ионитных фильтров, а при необходимости вообще устраняется наличие стоков обессоливающих и натрийкатионитных установок Технико-экономический эффект от реализации способа при производитель ностй установки химобессоливания 500 и умягчительной установки 1000 в год составит ориентировочно 250 тыс, руб,, что в масштабе стратны составит более 10 млн, рублей в год. Формула изобретения 1, Способ обессоливания и умягчения воды, включающий пропускание ис9ходной воды через Н-катионитный и ОН-анионитный фильтры первой и второй ступени соответственно, о т личающийся тем, что, с целью удешевления процесса за счет повышения степени использования обменной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключения агрессивных стоков, исходную воду пропускают через Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии: на первой - до повышения концентрации ионов натрия в выходящем из фильтра растворе до 20-100 от содержания их в исходной воде с последующим пропусканием полученного фильтрата через ОН-анионитный фильтр первой ступени, на второй - до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-70 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого фильтрата, 2, Способ поп, 1, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Белан Ф, И, Водоподготовка. М,, 1979, Энергия, с, 193-1952,Мартынова О, И, Водоподготовка, процессы и аппараты, М,, 1Э77, с, (прототип).