Способ умягчения и обессоливания воды

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)5 С 02 Г 1/42 ПИСАН РЕТЕНИЯ К О,1 - 3,0 мгпадения нпосле выхоПеред нвую смолуратную фпропускаютраствор, в2 С 01/ОНФ+ + ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Челябинский государственный институтпо проектированию металлургических заводов Челябгипромез(57) Изобретение относится к ионообменной обработке воды, в частности аниони Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленностях, а также в других отраслях для умягчения и обессоливания воды.Цель изобретения - повышение степени умягчения и обессоливания воды, а также предотвращение выпадения малораст.- воримых солей жесткости в анионитовой загрузке фильтра.Способ умягчения и обессоливания воды включает пропускание исходной воды с анионитом в карбонатно-гидратной форме, регенерацию которой ведут смесью растворов соды и щелочи, при этом фильтрат подвергают отстаиванию, а удвоенное молярное отношение карбонат-иона к гидрат-иону в регенерационном растворе принимают равным мольному отношению кальция и магния в исходной воде,Особенностью предлагаемого способа является и то, что в исходную воду перед фильтрованием добавляют фосфорсодержащие комплексоны, например ИОМС, в дозах,8016047 рованием, и позволяет повысить степень ее умягчения и обессоливания, а также предотвратить выпадение малорастворимых солей жесткости в анионите, Способ осуществляют путем пропускания исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивания фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонат- и гидроксид-ионы при молярном отношении 2 СО/ /ОН, равном молярному отношению Са+/ /Мд+ в исходной воде. Перед фильтрованием в исходную воду добавляют фосфорсодержащий комплексон ИОМС в количестве 0,1 - 3,0 мг/л. 1 з.п. ф-лы./л, обеспечиваюгцих начало выерастворимых осадков из воды да ее из загрузки.ачалом фильтроцикла анионитопереводят в карбонатно-гидорму. Дл я этого через фил ьтрсмешанный регенерационный СвРкотором молярное отношение ььравно молярному отношению Са /Мд + в исходной воде, подаваемой на фильтр. При этом карбонат-ион вводится за счет карбоната натрия (или другой растворимой карбонатной соли, нанример, карбоната калия, карбоната аммония), а гидрат-ион за счет гидроксида натрия (или другого гидроксида, например, гидроксида калия, аммония). При этом гидрат-ион дается с избытком (по отношению к 2 СОз / /ОН=Са/Мд) в количестве 0,5 - 1 мгэкв/л. Избыток гидрат-иоона обеспечивает необходимое значение рН для предотвращения перехода карбонат-иона в бикарбонат: СОз +НОН - НСОз +ОН . Реакция за счет добавки гидрат-иона практически полностью смещается в сторону об 16047465 10 15 20 зразования СОз . При фильтровании наанионите происходят следующие обменныереакции; ан гСОз+2 С =2 ан) С 1+СОз ан гСОз+804 = ан г 804+СОз ан ОН+СГ= ан) С 1+ОН2 ан) ОН+804 = ан г 804+ОН Таким образом, на анионите происходит обмен анионов, содержащихся в обрабатываемой воде, на карбонат- и гидрат-ионы.В процессе реакции обмена на анионите переходящие в воду карбонат- и гидрат-ионы взаимодействуют с катионами кальция и магния. С а СОз = Са СОз,Ма+20 Н=М 20 НЬ,За счет дозирования в обрабатываемую воду перед анионитовым фильтром фосфорсодержащего комплексона кристаллизация образующихся нерастворимых солей не успевает произойти непосредственно на ионообменной смоле в фильтре. Доза комплексона подобрана так, чтобы кристаллизация карбоната кальция и гидроксида магния начались за пределами фильтра в специальном отстойнике. При отстаивании карбонат кальция и гидроксид магния выпадают в осадок. Доза комплексона находится в пределах 0,1 - 3 мг/л по основному веществу, зависит от конкретного состава исходной воды и расстояния между ионообменным фильтром и сооружениями для отстаивания. Если они находятся рядом в одной установке, доза комплексона минимальна, если, например, после ионообменного фильтра вода подается в шламонакопитель, расположенный на значительном удалении от фильтровальной установки, то доза комплексона принимается максимальной. Нижний предел дозы обусловлен минимальным уровнем начала действия комплексона - торможение процесса кристаллизации малорастворимых соединений, верхний предел - слишком интенсивным торможением, что можут ухудшить процесс выпадения их при отстаивании.Таким образом, на анионите из воды удаляются сульфаты, хлориды, нитраты, заменяясь на эквивалентное количество карбонат и гидрат-ионов, а затем в результате химического воздействия последних с кальцием и магнием происходит умягчение воды с эквивалентным выведением в осадок карбонат- и гидрат-ионов. Если в обрабатываемой воде (в эквивалентах) СаМд(804 +С 1 + МОз, то кальций и магний удаляются из воды полностью, в эквивалентном количестве удаляются из воды сульфаты, хлориды, нитраты, а в воду с анионита дополнительно переходят карбонат и гидрат-ионы в коли 25 30 35 40 45 50 55 честве, равном разности: 04 +С 1 + +Юз ) - (СаМу). Если Са +Мд)804 +СГ+МОз, то удаление кальция и магния происходит не полностью, а в количестве, равном 204 +С 1 +МОз . При этом сульфаты, хлориды и нитраты полностью удаляются из воды, а обмениваемые на эти анианы. карбонат- и гидрат-ионы полностью связываются в нерастворимые соединения ионами кальция и магния, вследствие чего удаляются из воды в осадок. По истощении емкости поглощения анионитового фильтра, что фиксируется по проскоку анионов 04 О, МОз выше заданной величины, ионообменную смолу регенерируют 2 - 10 О смесью растворов щелочи и кальцинированной соды (по сумме, например, МаОН и ХаСОз) При этом на анионите происходят обменные реакции: 2 ан С 1+СОз = ан," г СОз+2 Сан г 804+СОз = ан г СОз+504ан С 1+ОН = ан ОН+СГ;ан) г 04+ОН =2 ан ОН+804 При особом качестве исходной воды,когда имеется только кальциевая илитолько магниевая жесткости или становится задача удаления из воды только кальцияили только магния, анионит регенерируеттолько одним раствором. В первом случае(для удаления только кальция) его переводят в карбонатную форму содой, во втором случае (для удаления только магния) -в гидратную форму щелочью. Регенерированные и отмытые от продуктов регенерации анионитовые фильтры, заряженные вкарбонатно-гидратную форму, вновь включаются в работу, После этого цикл очисткиводы повторяется.Пример. Состав исходной воды, мг-экв/л:КатионыС а 7,0Мд 2 0Ма 1,0Х-. =10,0,Ан ионыНСОз 2,5804 40С 1 3,5.Хан.= 10,0.Общее солесодержание равно 656,34 мг/л,рН 7,28, жесткость общая 9,0 мг-экв/л,щелочность общая 2,5 мг-экв/л. Расходводы 100 мз/ч.Используют три анионитовых фильтрадиаметром 2,0 м типа ФИП 1 - 2,0-6 с анионитом типа АВ - 17, высота слоя анионита2,5 м. Объем анионита в одном фильтре7,85 м. Полная динамическая емкость поглощения анионита 800 г-экв/мз, рабочая640 г-экв-мз.Определение параметров перевода фильтра в карбонатно-гидратную форму:1604746 35 ао 45 50 формула изобретения 5Са+ф+Мд=9 г-экв/м,504 +С 1 =75 г-экв/м,СаМд)504 +О9,0 г-экв/и)7,5 г-экв/м.Следовательно, теоретически можно, поглотив на анионите сульфаты и хлориды в количестве 7,5 г-экв/мз, осадить за счет эквивалентного количества анионов СОз и ОН катионы Са и Мд в сумме 7,5 г-экв/м, в том числе весь кальций в количестве 7,0 г-экв/м. Оставшаяся магниевая жесткость составит 2,0 мг-экв/мз. Соответствующее количество магния можно осадить за счет обменной реакции на анионите: ан ОН+НСОз - ан НСОз+ОНМд 2 ОН =МэОНТогда щелочность воды (содержание НСОз ) уменьшится на 2,0 г-экв/м и составит 0,5 г-экв/м. Состав смеси регенерационного раствора для перевода анионита в карбонатно-гидратную форму определяется на основе соотношения:2 СОз /ОН =Са/Мд;2 СОз /ОН =3,5.Таким образом, отношение ЯагСОз и 1 ЧаОН в регенерационном растворе (в эквивалентах или в удвоенном отношении малярных концентрациях этих реагентов) должно составить 3,5. Принимается регенерационный раствор из смеси МагСОз и ХаОН общей концентрацией 4% (по сумме МаСОз и МаОН). Общий расход реагентов принимается 60 г/г-экв емкости анионита, в том числе 10,6 г/г-экв щелочи (ХаОН) и 49,4 г/г-экв соды (МагСОз). Раствор указанного состава пропускается через анионитовый фильтр со скоростью 4 м/ч, т.е. общее количество регенерационного раствора 7,25 м на один фильтр пропущено через анионит за 34,6 мин. На одну регенерацию израсходовано 301,4 кг реагента (в расчете на 100% продукта), в том. числе 248 кг соды и 53,4 кг щелочи. После отмывки анионита в обычном режиме фильтр вводится в работу. Рабочий цикл одного фильтра длится 16,7 ч, при этом получается 555,8 м фильтрата или 70,8 об. очищенной воды на 1 об. смолы в фильтре. Полученный фильтрат отстаивают в вертикальном отстойнике с гидравлической нагрузкой 0,36 в . Осадок накапливают в кои нической части, осветленную воду сливают в приемную емкость очищенной воды.Состав очищенной воды, мг-экв/л:содержание ионов кальция и магния в сумме 1 (общая жесткость), в том числе кальций 0,53; магний 0,47; натрий 1; общая щелочность воды 2,0 (в том числе гидратная 0,55, карбонатная 1,29, бикарбонатная 5 10 15 20 25 30 60,16). Общее солесодержание очищенной воды 97,16 мг/л, рН 10,9.Таким образом, жесткость воды уменьшается на 90%, общее солесодержание - на 85,2% (по сравнению с этими показателями в исходной воде) . Такое качество очищенной воды позволяет без ограничения использовать ее в системах оборотного водоснабжения большинства промышленных предприятий.Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет снизить содержание магния от 2,0 до 0,47 мг-экв/л, (по известному способу снижение содержания магния не произошло бы) и кальция от 7,0 до 0,53 мг-экв/л (по известному способу снижение концентрации кальция не могло бы быть меньше, чем 2,5 мг-экв/л, т.е. величины, соответствующей бикарбонатной кальциевой жесткости). Кроме того, из-за низкого рН исходной воды удаление кальция по известному способу произошло бы очень незначительно, так как при рН 7,28 вообще практически не образуются карбонат-ионы, позволяющие вывести кальций в осадок в виде карбоната кальция.Снижается также общее солесодержание воды от 656,3 до 97,16 мг/л. По известному методу оно было бы больше, не менее чем на величину, соответствующую концентрации магния (2,0 мг-экв/л) в исходной воде. Практически оно было бы еще больше из-за образования по известному методу при рН 7,28 бикарбоната кальция, хорошо растворимого в воде (вместо нерастворимого карбоната кальция по предлагаемому способу). Исходная вода имеет рН 7,28 и содержание 2,0 мг-экв/л магния. При таком качестве исходной воды известный способ практически не применим. Согласно предлагаемому способу достигнуты эффекты умягчения и обессоливания (соответственно 90 и 85,2% ), позволяющие использовать очищенную воду повторно без сброса в водные объекты. Применение предлагаемого способа для умягчения и обессоливания сточных вод, например, от процессов травления металлов, снижает капитальные затраты путем исключения из схемы очистки катионитовых фильтров и сопутствующего оборудования (склады кислоты, кислотные насосы, сооружения для нейтрализации кислотных регенерационных раствороЮ) а также эксплуатационные расходы за счет исключения из схемы регенерации катионитовых фильтров кислотой,1. Способ умягчения и обессоливанияводы, включающий пропускание исходной1604746 воды через фильтр, заполненный анионитом, отстаивание фильтрата, регенерацию анионита, отличающийся тем, что, с целью повышения степени умягчения и обессоливания воды, анионит используют в смешанной карбонатно-гидратной форме, а его регенерацию ведут раствором, содержащим карбонат и гидроксид-ионы при молярном 8отношении 2 СОз 2 /ОН, равном молярному отношению Са+/Мд+ в исходной воде,2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения выпадения малорастворимых солей жесткости в анионите, в исходную воду перед фильтрованием добавляют фосфорсодержащий комплексон в количестве 0,1 - 3,0 мг/л.Составитель В. ВилинскаяРедактор Н. Рогулич Техред А. Кравчук Корректор С.ШевкунЗаказ 3429 Тираж 800 ПодписноеВНИИПИ Государственного комнте 1 та по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул, Гагарина, 101