Способ обессоливания и умягчения воды

О П И С А Н И Е ( )939398ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалнстическикРеспублик(23) Приоритет 25. 02. 81 3 Ъвудирстикииый иенитет СССР ав двлаи иэобретеиий и открытийДата опубликования описания 30 . 06, 82(54) СПОСОБ ОБЕССОДИВАНИЯ И УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ 1Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промыщлен" ностях.Известен способ обессоливания водыс регенерацией ионитных фильтров кислотой и щелочным реагентом. Сущность известного способа заключается в пропускании обессоливаемой воды чео рез Н-катионитные фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-ионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксиль-, ные ионы, в результате чего получают обессоленную воду 11Недостатками известного способа явНяются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость иони- щ тов.Наиболее близким к предлагаемому является способ обессоливания и умягчения воды путем пропускания воды 2через 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 агрессивных отработанных растворов-стоков. Н-катионирование первой ступени по известному способу производят до проскока одновалентных ионов натрия 2 .К недостаткам способа относятся низкая степень использования змеиной емкости ионитов ( 250 г-экв/м ), большие удельные расходы реагентов (1,5-3 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 степенииспользования обменной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключения агрессивных стоков.Поставленная цель достигается тем,5 что:приосуществлении способа обессоливания и умягчения воды, включающего пропускание исходной воды через Н-катионитный и ОН-анионитный фильтры первой и второй ступени соответст венно, исходную воду пропускают через Н-катионитный Фильтр первой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии: на первойдо повышения концентрации ионов натрия в выходящем иэ 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 10-703 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого Фильтрата.Нейтрализацию ведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или нвтрийкатионированной водой.Осуществление Н-катионированиязо первой ступени в две стадии способст. вует тому, что в ионном обмене участвуют 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 регенерируются раствором серной кислоты даже прию стехиометрическом расходе ее, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах составляет 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 кислоты равном стехиометрическому.После проскока ионов натрия в Фильо трат, равного 20-1004, от исходной концентрации, Н-катионитный фильтр первой ступени начинает работать как водород-натрийкатионитный фильтр. При этом ионы натрия, имеющиеся в составе исходной воды и задержанные в катионите в процессе работы катионитного Фильтра до проскока ионов натрия в Фильтрат, равного 20-100/ от исходной концентрации, выполняют роль ионарегенеранта, поэтому исключается потребность в привозной поваренной соли для регенерации Фильтра. Наиболеецелесообразным является использованиев качестве Н-катионитного фильтрапервой ступени противоточных или ступенчато-противоточных фильтров. Этообеспечивает возможность снижениярасхода кислоты на регенерацию практически до стехиометрического количества,После проскока ионов натрия вфильтрат кислотность последйего постепенно снижается. При загрузке фильтраполифункциональным катионитом Фильтрат почти до проскока ионов жесткости, равного 10-703 от исходной жесткости, имеет кислую реакцию. Для устранения кислотности умягченной воды,пропущенной через Н-катионитныйфильтр первой ступени, и полученияумягченной воды определенной щелочности (0,3-0,5 мг-экв/л) последнююсмешивают с исходной или натрийкатионированной водой и далее доумягчаютпропусканием через натрийкатионитныйфильтр,Нижние и верхние пределы концентраций проскока ионов натрия в фильтрат, подлежащий дальнейшему обессоливанию воды, выбираются в зависимостиот соотношения требуемых количествобессоленной и умягченной вод. При относительно меньших расходах обессоленной во"ы принимается нижний предел, а при относительно большем расходе - верхний предел,Нижние и верхние пределы концентраций проскока солей жесткости вфильтрат умягченной воды, получаемойв первой ступени Н-катионитного фильтра, выбираются в зависимости от того, с какой водой смешивается этаумягченная вода. 6 сли эта умягченнаявода смешивается с натрийкатионированной водой, то принимается нижний предел, а если смешивается с исходнойводой, то принимается верхний предел.Технология осуществления предлагаемого способа заключается в следующем,Исходную воду пропускают через Нкатионитный Фильтр первой ступени,отрегенерированный 1-21-ным раствором серной кислоты, в две стадии:на первой - до повышения концентрации 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 - 1 о до повышения концентрации солей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-703 от содержания их в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного умягченного кислого 15 Фильтрата и его доумягцением. Нейтрализацию ведут либо путем смешивания умягченного кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной водой, либо путем подщелачивания щелочным реагентом, например отработанным раствором анионитных фильтров обессоливающей установки. Доумягчение полученной нейтрализованной воды ведут путем пропускания ее через Иа-ка- д 5 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 обеспецения бессточности способа обессоливания и умягчения воды отработанные регенерационные растворы катионитных фильтров подвергают известкованию и осаждают основную часть солей жесткости в виде сульфата кальция и гидроокиси магния. При этом концентрация солей жесткости в извест , 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 раствора углекислым газом может быть использована углекислота (деаэратора) водо- подготовительной установки или дымовые газы. При этом расход извести должен быть на 25-50 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-катионитный фильтр первой ступени в период работы последнего в режиме умягчения. Для снижения расхода едкого натра на регенерацию анионитных фильт. ров 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 натрийкатионитного фильтра может быть осуществлена отработанным раствором анионитных фильтров.П р и м е р. Исходную воду с ибнным составом, мг-экв/л: Са 2,1; Мд 1,5, Ха 2,0 , НСО 2,1, БО, 2,2, Ы 1,3 - пропускают через Н-катионитный Фильтр первой ступени, выполненный по ступенчато-противоточной схеме и отрегенерированный стехиометрическим количеством 1,5 Ф-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 полифункциональ. ным катионитом, в количестве 32 м 1 обменная емкость при этом составляет 178 г-экв/м ) до проскока ионов3натрия в фильтрат, равного 20 от концентрации их в исходной воде, Далее полученный фильтрат пропускают через анионитный Фильтр первой сту-. пени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбонизатор, анионитный фильтр второй ступени, после чего обессоленную воду направляют потребителю. На второй стадии через Н-катионитный фльтр первой ступени пропускают исходную воду до проскока ионов жесткости в фильтрат, равного 10, от концентрации их в исходной воде. При этом дополнительно получают 80 м умягченной воды со средней кислотностью 1,06 мг-экв/л. Обменная емкость по солям жесткости составля939398 формула изобретения Составитель Н, СавенковаРедактор А. Маковская Техред С,Мигунова Корректор В. Синицкая Заказ 4579/32 Тираж 981 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, В, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ет: общая 407 г-экв/м , дополнительная 228 г-экв/м , Полученную кислуюумягченную воду смешивают с таким жеколичеством натрийкатионированнойводы и пропускают через Иа-катионит- зный фильтр. Последний выполняет рольбуферного фильтра, щелочность полученной умягченной воды составляет0,5 мг-экв/л, При этом стоки ионитных фильтров представляют собой нейт Оральные растворы солей.Таким образом, предлагаемый способ обессоливания и умягчения водыпозволяет существенно повысить степень использования обменной емкостикатионитов, уменьшить удельный расход кислоты и поваренной соли для регенерации катионитных фильтров в 1,52,5 раза. Кроме того, устраняетсяналичие агрессивных стоков ионитных 29Фильтров, а при необходимости вообщеустраняется наличие стоков обессоливающих и натрийкатионитных установок,Техника-экономический эффект отреализации способа при производитель Зности установки химобессоливания500 м /ч и умягчительной установки1000 м /ч в год составит ориентировочно 250 тыс. руб., что в масштабестраны составит более 1 О млн. рублей зов год,1, Способ обессоливания и умягчения воды, включающий пропускание исходной воды через Н-катионитный иОН-анионитный фильтры первой и второй ступени соответственно, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью удешевления процесса эа счетповышения степени использования обмен.ной емкости ионитов, снижения удельного расхода реагентов и исключенияагрессивных стоков, исходную водупропускают через Н-катионитный фильтрпервой ступени, загруженный полифункциональным катионитом, в две стадии:на первой - до повышения концентрацииионов натрия в выходящем иэ фильтрарастворе до 20-100 от содержания ихв исходной воде с последующим пропусканием полученного фильтрата черезОН-анионитный фильтр первой ступени,на второй - до повышения концентрациисолей жесткости в выходящем из фильтра растворе до 10-703 от содержанияих в исходной воде с последующей нейтрализацией полученного кислого фильтрата,2. Способ по и. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что нейтрализациюведут путем смешивания кислого фильтрата с исходной или натрийкатионированной Водой,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Белан Ф. И. Водоподготовка.М., 1979, "Энергия", с. 193-195.2, Мартынова О, И. Водоподготовка,процессы и аппараты. М., 1977,с. 167-170 (прототип),