Способ обессоливания воды

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9942 А 1 С 02 Р 1/4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКО но-строительньалин нскии А,С, Обесной воды электхнология воды АНИЯ ВОДЫобессоливания мена и электроь эксплуатационить загрязнение б обессоливания овательным прочерез катионитГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4773797/26 (22) 26,12.89 (46) 23.12,91.Бюл. М 47 (71) Московский инженер институт им. В.В,Куйбышев (72) В,А.Чухин и А.В,Михай (53) 663.635(088,8)(57) Изобретение касается воды методами ионного обдиализа и позволяет снизит ные затраты, предотврат окружающей среды. Спосо воды осуществляют послед пусканием исходной воды Изобретение относится к водоподготовке, в частности к обессоливанию воды методами ионного обмена и электродиализа, и может быть использовано в тепловой и атомной энергетике, а также в химической и электронной промышленности.Известен способ обессоливания воды; включающий последовательную обработку на катионитном фильтре в Н -,форме и на анионитном фильтре в ОН -форме, регенерацию фильтров кислотой и щелочью соответственно и сброс отработанныхрегенерационных растворов,Известен способ обработки сточных вод процесса регенерации ионообменных смол в установках для очистки воды, включающий нейтрализацию отработанных регенерациный фильтр в натрий-форме и кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными и катионитными мембранами, при этом одновременно в щелочных камерах получают щелочь. После кислотных камер обработку ведут на декарбонизаторе. при этом отделяют диоксид углерода, а декарбонизовэнную воду подают на анионитный фильтр в ОН - форме, Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного и анионитного фильтров, причем умягченую смесь подают на регенерацию катионитного фильтра. 2 з.п,ф-лы, 2 ил 1 табл. онных растворов анионитного и катионитного фильтров кислотой и щелочью соответственно, последующее смешивание нейтрализованных растворов и обработку смеси осаждением.Недостатками известных способов являются значительные эксплуатационные затраты на реагенты для регенерации ионитных фильтров и нейтрализации отработанных регенерационных растворов, а также необходимость соблюдения высоких требований к технике безопасности при работе с кислотами.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обессоливэния воды, включающий очистку нэ ионитном5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фильтре с последующей подачей на электродиализный аппарат, извлечение реагента из ионированной воды и его использование для регенерации ионитного фильтра, реагентное умягчение отработанного регенерационного раствора,Недостатками известного способа являются дополнительные эксплуатационные затраты на товарные реагенты - известь, соду или щелочь, применяемые для осаждения ионов жесткости из отработанных регенерационных растворов, и опасность процесса при использовании кислоты для регенерации ионитного фильтра.Целью изобретения является снижение эксплуатационных затрат и обеспечение безопасности процесса.Поставленная цель достигается тем, что Воду после очистки на катионитном фильтре В натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярныМи и катионитньри мембранами, а затем на анионитный фильтр в ОН -форме, отработанные регенерационные растворы аниоНитного и катионитного фильтров замешивают, причем полученную в электродиализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью отработанных регенерационных растворов.На умягчение смеси отработанных реге-. нерационных растворов и на регенерацию нионитного фильтра щелочь подают в количествах, пропорциональных содерканию и исходной воде кальциевой и магниевой жесткости и сумме анионов сильных кислот Соответственно.Щелочь перед подачей на умягчение Смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до Образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде. Предлагаемый способ реализуют последовательной обработкой исходной воды на ионитных фильтрах и электродиализном аппарате с биполярными и катионитными мембранами, которые образуют кислотные и щелочные камеры, Биполярная мембрана в электродиализном аппарате анионитной стороной обращена к аноду и под действием постоянного электрического тока генерирует ионы водорода Н и гидроксида ОН,которые поступают в кислотные и щелочные камеры соответственно.Извлечение ионов жесткости из исходной воды ведут на катионитном фильтре в натрий-форме, после чего воду, содержащую хлорид, сульфат и бикарбонат натрия,подают в кислотные камеры электродиализного аппарата, где за счет замещения ионовнатрия на ионы водорода Н, которые генерирует биполярная мембрана, получают воду, одинаковую по качественным+показателям с Н -катионированной водой,при этом исключают применение катионит+ного фильтра в Н -форме для извлеченияионов жесткости из исходной воды и егорегенерацию кислотой, что обеспечиваетбезопасность процесса обессоливания,Воду из кислотных камер подают на декарбонизатор, в котором отделяют диоксидуглерода С 02, а декарбонизованную водуподают на анионитный фильтр в ОН -форме,Ионы натрия. замещенные в кислотнойкамере ионами водорода Н, под действиемпостоянного электрического тока через катионитную мембрану поступают в щелочные камеры, где с ионами гидроксида ОН,которые генерирует биполярная мембрана,образуют щелочь, Часть полученной щелочив количестве, пропорциональном суммеанионов сильных кислот в исходной воде,подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды иподают на умягчение смеси отработанныхрегенерационных растворов катионитногои анионитного фильтров, причем умягченную смесь подают на регенерацию катио-нитного фильтра.Такое техническое решение позволяетрационально использовать полученную вэлектродиализном аппарате щелочь и исключить применение товарных реагентов настадиях регенерации и обработки стоковионитных фильтров, что снижает эксплуатационные затраты на ведение процесса обессоливания воды,На фиг,1 приведена схема, поясняющаяпредлагаемый способ; на фиг.2 - схемаэлектродиализного аппарата.Схема содеркит катионитный фильтр 1,электродиализный аппарат 2, вакуумныйдекарбонизатор 3, анионитный фильтр 4,реактор 5, бак 6 щелочи, бак 7 умягченнойсмеси отработанных регенерационных растворов. насосы 8-10,Электродиализный аппарат 2 представляет собой фильтр-прессную сборку чередующихся биполярных 11 и катионитных 12мембран. Биполярная мембрана 11 ориентирована таким образом, что катионитнаясторона обращена к катоду 13 и образует скатионитной мембраной 12 кислотную камеру 14, а анионитная сторона обращена каноду 15 и образует с катионитной мембраной 12 щелочную камеру 16, Кислотная 14 и30 40 50 55 щелочная 16 камеры, образованные чередующимися биполярными 11 и катионитными 12 мембранами, являются основным элементом электродиализного аппарата 2 и могут повториться п раз. 5Биполярная мембрана 11 под действием постоянного электрического тока генерируют ионы водорода Н, которые поступают в кислотные камеры 14, и ионы гидроксида ОН, которые поступают в ще лочные камеры 16,Исходную воду подают на вход катионитного фильтра 1 в натрий-форме, фильтруют через слой ионообменной загрузки и умягченный фильтрат, содержащий хлорид, 15 сульфат и бикарбонат натрия, подаютв кислотные камеры 14 электролизного аппарата 2 с биполярными 11 и катионитными 12 мембранами, где ион натрия замещается ионом водорода Н, поступает через катионитную 20 мембрану 12 в щелочные камеры 16 и с гидроксид ионом ОН образует щелочь, которую отводят в бак 6. Воду, имеющую после обработки в кислотных камерах 14 электролизного аппарата 2 значение рН 25 меньшее 4, при котором бикарбонат ион НСОз переходит в диоксид углерода С 02. подают на вакуумный декарбонизатор 3, отделяют диоксид углерода СО 2, а затем насосом 8 подают на вход анионитного фильтра 4, который находится в ОН -форме. После фильтрования через слой ионообменной загрузки, при котором хлорид-и сульфат-ионы обмениваются на гидроксид-ион ОН, на выходе анионитного фильтра 4 получают обессоленную воду.После истощения загрузки анионитный фильтр 4 регенерируют полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают насосом 9 из бака 6 в количестве, пропорциональном содержанию анионов сильных кислот в исходной воде. Отработанный регенерационный раствор(ОРР). содержащий хлорид и сульфат натрия, подают в реактор 5, где смешивают с ОРР катионитного фильтра 1 предыдущей регенерации. Умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного 1 и анионитного 4 фильтров ведут полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают из бака 6 в реактор 5 в количестве, пропорциональном содержанию ионов кальция и магния в исходной воде, причем часть подаваемой щелочи насыщают диоксидом углерода СО 2 до образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде, После умягчения смеси отработанных регенерационных растворов в реакторе 5 отстоенный и осветленный раствор собирают в бак 7 и насосом 10 подают на регенерацию катионитного фильтра 1. Отработанный регенерационный раствор, содержащий соли жесткости, подают на стадию смешения и умягчения в реактор 5. Осадок из реактора 5, содержащий карбонат кальция и гидроксид магния, направляют на обезвоживание и утилизацию, Избыточную умягченную смесь отработанных регенерационных растворов из бака 7 направляют на упаривание, например в установке погружного горения. П р и м е р. Через колонку диаметром2,4 см, загруженную катионитом КУ-8 внатрий-форме и высотой слоя загрузки27 см, с расходом 8,4 л/ч и скоростью фильтрования 18,6 м/ч пропускают воду с ионным составом, мг-экв/л: Са 1,7; М 9 0,7; Ка1,6; С 0,7; 504 0,8; НСОз 2,5,Умягченную воду после натрий-катионирования подают в кислотные камерыэлектродиализного аппарата с биполярными мембранами М Би катион итн ыми мембранами М К. Рабочая площадьмембраны 160 см,В щелочные камеры электродиализногоаппарата подают дистиллированную воду срасходом 0,07 л/ч. После электродиализа,который ведут при плотности тока 50 А/м,водуиз кислотных камерс рН=2,8 подаютнавакуумный дегазатор и далее на колонку,загруженную анионитном АВв ОН - форме, с высотой слоя загрузки 37 см.Всего за фильтроцикл пропущено 42 лисходной воды, при этом в электродиализном аппарате получают 360 мл щелочи сконцентрацией 460 мг-экв/л, а в вакуумномдегазаторе - 105 мг-экв диоксида углеродаС 02,Часть полученной щелочи в количестве140 мл подают на регенерацию анионита,АВ, а 150 мл насыщают диоксидом углерода СО 2, при этом получают 70,0 мг-эквсодь 1 Гча 2 СОз.Отработанный регенерационный раствор анионита АВсмешивают с отработанными регенерационным растворомкатионита КУ-8 предыдущей регенерацииобъемом 200 мл и концентрацией солей жесткости 504 мг-экв/л,Для осаждения солей жесткости к смесиотработанных регенерационных растворовдобавляют 150 мл полученного раствора соды и оставшиеся 70 мл полученной в электродиализном аппарате щелочи. Отстоенныйи осветленный раствор объемом 560 мл упаривают в 2,8 раза и получают 200 мл раствора хлорида и сульфата натрия с остаточнойжесткостью 10 мг-экв/л, который вновь под1699942 10 е е е е Расчетные показатели по способу еееСтатьи затрат известному предлагаемому Г ее 3Кислота лля регенерацииНь-катионитного фильтра: удельный расходг/тезка 80,0384,029,69661,4 средний годовой расход, т стоимость 1 т рубгодовые затраты, руб Сода на умягчение стоковфильтра: удельный расход, г/г-экв 53,0 1 о 8, 40,04324 о средний годовой расход, т стоимостьт, Рубгодовые затраты, руб. Известь на умягчение стоковфильтра: удельный расходг/г-экв 28,0 23,5 средний годовой расход, т стоииость 1 т, руб, годовые затРаты, Руб . 12,0282;О Известь на нейтрализацию . иэеыточной кислотности в сто-. ке фильтра: 21,2254,4 средний годовой расход, т годовые затраты, руб,Электроэнергия на ведениепроцесса электродиапиза о,о 5 ,0,12 удельный расходэлектро энергии, кВтц/геэкв средний годовой расход,кВтч 816000 . 72000 0,01 о,о стоимость 1 кВт,ч, дуб720 8160 годовыезатраты, руб ают на регенерацию катионита КУ-8, при этом отмечено, что загипсовывания загрузки катионитного фильтра не происходит.Расчеты затрат по предлагаемому и известному способам приведены в таблице. 5Количество возвращаемой кислоты на регенерацию Н -катионитного фильтра по прототипу составляет 15-20 о/ь. Формула изобретения 1. Способ обессоливания воды, включа ющий очистку воды на катионитном фильтре последующей подачей на электролизный аппарат, регенерацию фильтра, реагентное 15 умягчение отработанного регенерационного раствора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрати предотвращения загрязнений окружаю щей среды, воду после очистки на катионит ном фильтре в натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного ап-. парата с биполярными и катионитными мембранами, затем на анионитный фильтр в ОН - форме, отработанные регенерационные растворы катионитного и анионитного фильтров смешивают, причем полученную в электродиализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью отработанных регенерационн ых растворов.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что щелочь подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов и на регенерацию анионитного фильтра в количествах, пропорциональных содержанию в исходной воде кальциевой и магниевой жесткости и сумме анионов сильных кислот соответственно,3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что щелочь перед подачей на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде.1699942 г ор Н.Гунько МакСимишииец оррект Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Т СССР