Способ глубокого химобессоливанияводы

Союз Сфветсния Сфциалистичесник Республик(51)М, Кл,з С С 2 В 1/40 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийДата опубликования описаммя 15. 03. 81(54) СПОСОБ ГЛУБОКОГО ХИМОБЕССОЛИВАНИЯВОДЫ Изобретение относится к очисткеводы и может быть использояано в теплоэнергетике, черной металлургии,химической и нефтехимической промышленности.Известен способ обессоливания. воды с регенерацией ионитных Фильтровкислотой и щелочным реагентом, заключающийся в пропускании обессоливаемой воды через Н-катьонитные Фильтры, где все катионы солей замещаются ионами водорода, а затем через ОН-анионитные фильтры, в которых анионы обрабатываемой воды замещаются на гидроксильные ионы, в результате чего получают обессоленную воду 113.Недостатком данного способа являются большие расходы кислот и щелочей и низкая обменная емкость ионитов.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ глубокого химобессоливания воды путемпротивотачного пропускания воды через Н-катионитный Фильтр первой ступени, загруженный полифункциональнымкатионитом, ОН-анионитный фильтР первой ступени, Н-катионитный фильтр второй ступени, декарбониэатор,ОН-анионитный Фильтр второй ступении регенерации ионитных фильтров сполучением отработанного раствораанионнтных фильтров. Обессоливаемуюводу пропускают через первую ступеньН-катнонирования, предназначеннуюдля обмена всех катионов, содержащихся в фильтруемой воде, на катионыводорода, а затем - через первую ступень ОН-анионирования, проводимогона слабоосновном анионите, где анионы сильных кислот заменяются на гидроксильные ионы. Н-катионированнепервой ступени по известному способупроизводят до проскока одновалентных ионов натрия, а анионитный фильтрпервой ступени работает до проскокаионов хлора в фильтрат, Далее водупропускают через вторую ступеньН-катионнрования, предназначеннуюдля задержания катионов, случайно"проскочивших" через Н-катионитныйфильтр первой ступени или попавшихв фнльтрат иэ Фильтров со слабоосновным анионнтом, вследствие его старения или недостаточно хорсаей отьивки после регенерации. Суммарная концентрация катионов в воде, поступаюЗ 0 щей во вторую ступень Н-катионирования, находится в пределах 0,1-0,2 0,2 мг-, экв/л. В декарбонизаторе из фильтрата после Н-катионитных Фильтров второй ступени удаляют свободную углекислоту, Далее воду пропускают через вторую ступень анионирования на сильноосновном анионите, где происходит поглощение анионов кремние/. вой кислоты и сотатка свободной углекислоты. Обессоленную воду направляют к потребителю. Регенерация Н-катионитных Фильтров второй и первой ступени производится 1-2-ной серной кислотой, а анионитных Фильтров второй и первой ступени 3-4-ным Поставленная цель достигается тем,что согласно способу глубокого химо-бессоливаиия воды, заключающемуся в противоточном пропускании воды сначала через Н-катионитный Фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 50-95 катионов со 35 держащихся в исходной воде, до проскока ионов жесткости в Фильтрат,затем через ОН-анионитный фильтр первой ступени в количестве, обеспечивающем сорбцию 65-98 авионов сильных кислот, содержащихся в исходнойводе, после чего - через Н-катионит 40 ный фильтр второй ступени, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр второйступени и последующей регенерацииионитных фильтров с получением отработанного раствора анионитных фильтров, содержащего щелочь в количестве 30-70 от общего количества анионовсильных кислот, сорбируеьвх .за Фильтроцикл из обрабатываемой воды, который перед каждым циклом регенерациифильтруют через анионитные фильтрыв направлении пропускания свежегорегенерационного раствора. При работе Н-катионитного Фильтра первойступени, загруженного полифункциональным катионитом, до проскока конов 50 55 жесткости в фильтрат в ионном обмене участвуют почти все ионогеиные группы как сильнокислотные, так и слабо" кислотные и, следовательно существенно повышается рабочая обменная емкость катионита. Так как слабокислотные иогенные группы очень хорошорегенерируются раствором серной кислоты даже со стехиометрическим коли раствором едкого натра Г 2 .Недостатками этого способа являют ся низкая степень использования обменной еьвости ионитов, большие удельные расходы щелочи и кислоты (1,5-3 г-экв/г-экв) на регенерацию ионитных Фильтров и образование зна чительного количества агрессивных стоков.Цель изобретения - повышение степени использования обменной емкости ионитов, снижение расхода реагентов до стехиометрического , устранение агрессивных стоков и удешевление процесса. чеством, а доля слабокислотных ионогенных групп в полифункциональных катионитах составляет обычно более половины, в. частности для сульфоугля 2/3 от полной обменной емкостито удельный расход кислоты относительно сильнокислотных групп составляет более двух при общем расходе кислоты, равном стехиометрическому, Поэтому если полифункциональный катионит при очистке воды полностью переводится в солевую форму, то его можно глубоко регенерировать стехиометрическим количеством кислоты. При очистке поли- Функциональный катионит может быть переведен в солевую форму .путем продолжения наботы Н-катионитного Фильтра первой ступени до проскока ионовжесткости в Фильтрат. Прн регенерациистехиометрическим количеством кислоты в слое катионита, последним соприкасающимся с отработанным раствором,остаются ионы жесткости. Поэтому длятого, чтобы при очистке воды в Фильтрат Н-катионитного Фильтра первой ступени не попадали ионы жесткости, процесс ионирования осуществляют по противотоку.Для большинства пресных вод концентрация ионов натрия не превышает20-25 от общей концентрации катионовв исходной воде. Поэтому при пропускании регенерационного раствора кислоты последовательно через вторуюи первую ступени Н-катнонитных Фильтров удельный расход кислоты относительно одновалентных ионов натрия,сорбируемых во второй ступени, составляет более 4-5 г-экв/г-экв, что обеспечивает его глубокую регенерацию и существенно повышает рабочую обменную емкость катионита. Суммарный удельный расход кислоты на регенерацию второй и первой ступени Н-катионитных фильтров при этом равен стехиометрическому количеству и, следовательно, отсутствуют агрессивные сточные воды Н-катионитных фильтров. При работе Н-катионитного фильтра первой ступени до проскока ионов жесткости, в анионитные фильтры первой ступени поступает смесь разбавленного раствора кислоты и солей натрия. Поэтому при загрузке анионитного фильтра слабоосновным анионитом все анионы сильных кислот не могут быть сорбнрованы в нем и часть анионов сильных кислот должна быть поглощена анионитным Фильтром второй ступени, Для обеспечения достаточной степени регенерации и очистки водыудельный расход щелочи на регенерацию анионитного фильтра второй ступени, истощенного по смеси анионов, сос.- тавляет .4-6 г-экв/г-экв. Для обеспе" чения такого удельного расхода щелочи при регенерации анионитного фильтра второй ступени, при стехиометрическом расходе щелочи относительно812726 60 65 общей загрузки анионита, последнийсорбирует до 25 анионов сильных кислот. При повторном использовании отработанного раствора предыдущей регенерации анионитных Фильтров для пред- . варительной регенерации последних, в анионитном Фильтре второй ступени сорбируется до 35 анионов сильных кислот обрабатываемой за фильтроцикл водыПРИ применении в качестве первой ступени аяионирования ступенчатопротивоточного Фильтра с загрузкой первого корпуса по ходу очистки воды слабоосновным, а второго корпуса ссильноосновным анионитом и пропускании регенерационного раствора щелочи (после анионитного фильтра второй ступени) сначала через второй, а затем через первый корпус анионитногофильтра первой ступени, стехиометрическое количество целочи на регенерацию может обеспечить сорбцию практически всех анионов сильных кислотобрабатываемой воды в первой ступени анионитного фильтра, а вторая ступень анионитного фильтра будет поглощатьв ос нов ном свободную у глекислоту,оставшуюся после декарбонизатора, и анионы кремниевой кислоты. Следовательно, в зависимости от условий работы, анионитный фильтр первой ступени сорбирует 65-98, а анионитный фильтрвторой ступени - 2-35 анионов сильных кислот исходной воды. Указанное достигается также при загрузке анис",нитного фильтра первой ступени смесью низкоосновного и высокоосновного анионита.Расход щелочи, пропускаемой черезанионитный фильтры второй и первойступени, с отработанным растворомпредыдущей регенерации в количестве30-70 от суммы анионов сильных кислот и со свежим раствором в количестве 100 от суюсь анионов сильных кислот исходной воды, обусловлен необходимостью обеспечения 4-12- кратного расхода щелочного реа;ента черезвторую и 1,5-2-кратного расхода через первую ступень анионитных фильтров. При этом общий Расход щелочи равен стехиометрическому расходу и сточные воды анионитных Фильтров представляют нейтральные и неагрессивные растворы натриевых солей.Технология осуществления предла-. гаемого способа обессоливания воды состоит в следующемИсходную воду направляют в противоточный Н-катионитный фильтр первой ступени, загруженный полифункциональ. ным катионитом, работающий до проскока ионов жесткости в Фильтрат. фильтрат Н-катионитного фильтра первой ступени, представлякщий собой смесь слабого раствора кислоты и солей натрия, пропускают через аныонитный фильтр первой ступени, где сорбируется 65-98 анионов сильных кислот. Далее фильтрат анионитногО фильтра первой ступени, являющий смесьнатриевых солей и щелочи, подают вН-катионитный фильтр второй стУпени,где все ионы натрия обмениваются на ионы водорода. После удаления свободной угольной кислоты из фильтратаН-катионитного Фильтра второй ступени в декарбонизаторе слабый растворкислоты пропускают через анионитныйфильтр второй ступени, где сорбируется 2-35 анионов сильных кислот обрабатываемой воды, остатки свободной углекислоты и анионы кремниевой кис лоты, после чего обессоленную водунаправляют к потребителю, при этомв момент проскока ионов жесткости вфильтрат после Н-катионитных Фильтров первой ступени, прекращают 20 процесс обессоливания и отключаютфильтры на регенерацию. Далее 1-2 ный раствор серной кислоты пропускают по прямотоку через Н-катионитный Фильтр второй ступени и затем по прод 5. тивотоку через Н-катионитный фильтрпервой ступени. Кратность расходакислоты относительно ионов натрия,сорбированных во второй ступени,составляет при этом более 4-5 г-экю/г-экв, а суммарный расход кислотына регенерацию второй и первой ступени равен стехиометрическому. Отработанный регенерационный раствор анионитных фильтров из бака, со деРжащий щелоч ь в коли чест ве ЗС - 70от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл из обрабатываемой воды, пропускают последовательно через анионитный фильтр второй ступени и анио нитный фильтр первой ступени. При.этом фильтр второй ступени загруженвысокоосновным анионитом, а фильтрпервой ступени - низкоосновным. Основная часть щелочи отработанного 45 Раствора задерживается в ниэкоосновном анионите и стоки после него представляют нейтральный раствор солейнатрия.После окончания отработанного50 раствора пропускают свежий регенерационный раствор щелочи последовательно через анионитные фильтры второй и первой ступенейПосле проскока.; щелочи отработанный раствор из анионитного фильтра первой ступени собирают в бак в таком количестве, чтобы содержание щелочи в нем составляло 30-70 от общего количества анйонов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл иэ обрабатываемой воды. При этом общее количество свежегощелочного раствора равно стехиометрическому, а избыток щелочи в количестве 30-70 от общего количества анионов сильных кислот обрабатываемойза фильтроцикл воды постоянно цирку812726 лирует между баком отработанного раствора и анионитными фильтрами.После окончания подачи регенерационного раствора фильтра отвевают от продуктов регенерации и повторяют процесс обессоливания.П р и м е р. Обессоливают воду, имеющую следукщй состав, мг-экв/л: Са 3 6, М 9 ),2, йа 0,7, С) 0,8, 50, 1,9,НСО 2,8, путем ее пропускания через Н-Йатионитный фильтр первой ступени, загруженный сульфоуглем с объемом 6 л, а затем через ОН-анионитный фильтр первой ступени, загруженный анионитом АН, объемом 1 л, Н-катионитный фильтр второй ступени с загрузкой сульфоуглем 1,5 л, декарбонизатор и ОН-анионитный фильтр, загруженный анионитом АВс объемом 1.л. Процесс обессоливания осуществляют до проскока жесткости в Фильтрат после.Н-катионитного фильтра первой ступени, после чего фильтры отключают на регенерацию. При регенерации Н-катионитных Фильтров 1,5-ный раствор кислоты пропускают последовательно через вторую и первую ступени, причем через первую ступень - по противотоку, в стехиометрическом количестве - без проскока кислоты в отработанный раствор, после чего отмавают Фильтры Н-катионированной водой из бака декарбониза" тора. Регенерацию ОН-анионитных Фильтров производят сначала отработанным раствором предыдущей регенерации, содержащим щелочь,в количестве 60 от общего количества анионов сильных кислот, сорбированных за фильтроцикл 0 из обработанной воды, а затем в том 5 10 15 20Предлагаемый способ Показатели 11 Н Н-, А; А;,Н Н;, Ар А;,Рабочая обменная емкость, г-экв/м 400 235 1100 350 250 200 800 200 2,0 1,5 1,0 1,0 Как следует из таблицы, при химобессоливании по предлагаемому способу удельный расход реагентов равенстехиометрическому, что в 1,5-2 раза нийе, чем по известному способу,а обменные емкости ионитов в среднем в 1,4-1,6 раз больше, чем дляизвестного способа. Кроме того, прихимобессоливаиии по предлагаемому 60способу отсутствуют агрессивные стокии соответственно затраты на их нейтрализацию,Н-катионитный фильтр первой ступени можно загружать полифункциона Суммарный удельный расход реагентов на регенерацию,г-экв/г-экв. же направлении пропускают 3-ныйраствор едкого натра в количестве100 от общего количества анионовльных кислот, сорбируеьых за Фильтроцикл из обработанной воды, При э.:.количество сорбированных ионов поступеням ионирования равно, мг-экв:Ар 350, Н - 2400, А 1100, Н д 350,где Н; и Нт - Н-Катионитнйе фильч -ры первой и второй ступени соответственно, А; и А-, - ОН-анионитныефильтры первой и второй ступени. Количество сорбированных в А 7 анионовсильных кислот равно 250 мг-экв, чтсоставляет 19 от суммы сорбированных за Фильтроцикл анионов сильныхкислот, а остальные 100 мг-зкв сорбированных в А 17 анионов составляетсвободная углекислота и анионы кремниевой кислоты. В анионитном Фильтре первой ступени А- сорбировано 81анионов сильных кислот. Результаты опытов по. обменной емкости и удельным расходам реагентов приведены в таблице. Для сравнения в таблице также приведены результаты опытов по известному способу, согласно которому Н-катионирование первой ступени производят до проскока ионов натрия в фильтрат, регенерацию Н-катионитных фильтров второй и первой ступеней производят последовательным пропусканием 1,5-ной серной кислоты с удельным расходом 2 г-экв/г-экв, а ОН.-анионитных Фильтров второй и первой ступени - последовательным пропусканием 3-ного едкого натра с удельным расходом 1,5 г-экв/г-экв. льной смесью сильнокислотных и слабокислотных катионитов, например типа КУи КБ, в объемных соотношениях 1:(0,2 - 1,0) .Кроме того, первая ступень Н"катионирования может быть выполнена ступенчато-противоточной, При этом первый по ходу воды корпус заполняют полифункциональным катионитом и воду пропускают до проскока ионов жесткости в фильтрат после первого корпуса, работающего по противотоку. На установках со ступенчато-противо- точным Н-катионированием первой сту812726 10 Формула изобретени Составитель Г. Андреева Редактор М. Дылын Техред С.Мигунова Корректор Н.ШвыдкаяЗаказ 674/26 Тираж 1007 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП Патент, гУжгород, ул. Проектная, 4 пени между корпусами фильтров включают ОН-анионитный фильтр, что улучшает условия работы второго корпусакатионирования.Для создания бессточной схемыстоки ионитных фильтров направляютв осветлитель, предназначенный длясодоизвесткования умягчаемой воды,Технико-экономический эффект отреализации предлагаемого способапри производительности установки500 м/ч в год составит 120 тыс. р.,что в масштабах страны составит 35 млн. р, в год,1. Способ глубокого химобессоливания воды, включающий противоточное пропускание воды через 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 регенерацию ионитных Фильтров с получением отработанного раствора анионитных фильтров, отличающийся тем, что, с целью повышения степени использования обменной емкости иони,тов, снижения расхода реагентов длястехиометрического,.устранения адрессивных стоков и удешевления процесса, через Н-катионитный фильтр первойступени пропускают всду в количестве,обеспечивающем сорбцию 50-95 катио"нов, содержащихся,в исходной воде,до проскока ионов жесткости в фильтррат, а через ОН-анионитный фильтрпервой ступени пропускают воду в количестве, обеспечивающем сорбцию65-98 анионов сильных кислот, содержащихся в исходной воде.2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что отработанный регенерационный раствор анионитных 15 фильтров, содержащий щелочь в количестве 30-70 от общего количестваанионов сильных кислот, сорбируемыхза Фильтроцикл из обрабатываемойводы, фильтруют перед каждым циклом 20 регенерации через анионитные фильтры в направлении пропускания свежего регенерационного раствора. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1, Белан Ф. И, Водоподготовка. М Энергияф, 1979, с. 193-195,2, Мартынова О, И. Водоподготовка,процессы и аппараты, М., 1977,с. 167-Д 70.