Способ управления процессом непрерывной ионообменной очистки воды

(51)4 С 02 1" 1 4 ЕНИЯ ПИСАНИЕ ключе ионоо геееп 1 ЕССОИЧИСТКИ ВОДЫ к спосо х источни ных сточена и позпроце тво п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56) Патент США В 3642616,кл. 210-32, 1972Апйегеоп Х.В. 7 оее Б.А. РгоКече шойе соппцоце соцп 1 егсцгт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРО НЕПРЕРЫВНОЙ ИОНООБМЕННОЙ О (57) Изобретение относится бам обработки воды природнь ков и очистки производстве ных вод методом ионного обм воляет упростить управлени сом, уменьшая общее количе нии арматуры. При непрерывнойбменной очистке воды на группе ионитных фильтров (Ф) с неподвижным слоем ионита последовательно соединенных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, в каждый Ф при использовании запорно-регулирующей арматуры последовательно подают обрабатываемую воду, воду для взрыхления истдщенного ионита, раствор реагента, воду для отмывки ионита и отводят обработанную воду, воду после взрыхления ионита, отработанный раствор реагентов и отмывочную воду при равномерном смещении указанных фаз работы в пределах одного фильтро- эС 2 цикла. Подачу в каждый Ф исходной воды для взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре Ф по соединяющей эти Ф магистрали. После взрыхления ф ионита воду отводят с входа Ф на выход предыдущего в кольцевом контуре Ф на соединяющей их магистрали и далее )РЬ в сливную магистраль по трубопроводу, ф;) соединяющему ее с Ф. 1 ил., 3 табл. ф 1Изобретение относится к способамобработки воды природных источникови очистки производственных сточныхвод методом ионного обмена.Цель изобретения - упрощение управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры.На чертеже представлена технологическая схема реализации способа, в 10момент полной выработки обменной емкости ионита в фильтре.Схема содержит фильтр 1, в фильтре2 осуществляют доумягчение воды, прошедший через фильтр 1, а фильтр 3 заполнен отмывочной водой с остаткамиреагентов из фильтра 2 и в предыдущейФазе работы не участвует,В первой фазе фильтроцикла вфильтре 1 должно быть выполнено взрых ление ионита, в Фильтре 2 - умягчениеисходной воды, а Фильтр 3 в этой Фазеработы не используетсяДля выполнения этик операций открывают клапан 4 и оставляют открытым клапан 5, Одновременно закрываютклапан. 6, клапан 7 оставляют открытым и открывают клапаны 8 и 9. Приэтом, часть потока исходной воды,поступающей из магистрали 10 через 30клапан 4 в фильтр 2, отводят по кольцевому участку магистрали через от.- .крытый клапан 7 на выход, Фильтра 1,Поскольку йход фильтра 1 через открытые клапаны 8 и 9 оказывается подключенным к сливной магистрали 11,упомянутую часть потока исходной воды направляют с выхода фильтра 1 кего входу через слой ионита в противотоке и осуществляют его взрыхление, 40а далее через указанные магистралии запорные органы направляют в сливную магистраль, при этом поток уноситгрязь и механически разрушенные мелкие частицы ионита. Основной потокисходной воды, проходящий через слойионита в фильтр 2, будет подвергнут обобработке (умягчению), и по магистрали 12 направлен потребителю илив накопительную емкость (не показана),Фильтр 3 в этой фазе фильтроцикла50не используется.Для осуществления второй Фазыфильтроцикла осуществляют переключе",ние следующих запорных органов: за 55крывают клапаны 7 и 9, открываютклапаны 13 и 14, а несколько позжеклапан 15. Клапаны 16 и 5 остаютсяоткрытыми.При таком переключении режим ра- боты фильтра 2 не изменится: теперь уже вся исходная вода, поступающая из магистрали 10 через клапан 4, будет проходить через слой ионита фильтра 2, умягчаться за счет ионообменных процессов от контакта с ионитом, а умягченная вода с выкода фильтра 2 через клапан 5 поступит в магистраль 12. В фильтр 2 из магистрали 17 поступит свежий раствор реагента, вытесняя находившийся в нем раствор с остатками реагентов и отмывочной водой в Фильтр 1. Расход свежего раствора реагентов устанавливают таким, чтобы за время открытого состояния клапана 14 в фильтр 3 поступило количество раствора реагентов, равное объему камеры фильтра с ионитным материалом, а количество реагента в этом объеме раствора не должно превышать стехиометрического для полного восстановления всего объема ионита. Учитывая, что примерно такое количество реагентов уже прошло через слой ионита данного фильтра, его обработку осуществляют двойным против стехиометрического количеством реа" гентов. В этой фазе обеспечивается вступление в реакцию восстановления практически всех непрореагировавших частиц ионита С прекращением подачи раствора реагентов и началом отмывки раствор реагентов поступит из фильтра 3 через магистраль с клапаном 8 в фильтр 1, вытесняя из него в слив исходную воду после вэрыхления ионита. Поскольку в фильтре 1 ионит полностью истощен, обеспечивается практически полное взаимодействие всего количества реагентов, поступаю щих в растворе из фильтра 3 и с отмывочной водой, а избыток отмывочной воды удаляется в сливную магистраль 11 через клапан 7.Для осуществления третьей фазы фильтроцикла осуществляют переключение следующих запорных органов: открывают клапаны 16 и 18, закрывают клапаны 13, 5, 14, 8 и 15. Клапан 4 в этой фазе остается открытым.В этой Фазе фильтроцикла фильтр 1 выключен из раболы, фильтр 2 отключен от магистрали 2 отвода обработанной воды и соединен со входом Фильтра 3. Исходную воду, поступившую из магистрали 1 О через клапан 4 в фильтр 2, направляют через слой3 14339 уже истощенного ионита и обрабатывают частично, но при этом обеспечивается практически полная выработка обменной емкости ионита в фильтре 2. До 5 умягчение водь 1, прошедшей через фильтр 2, осуществляют в Фильтре 3, иэ которого умягченную воду через клапан 18 отводят в магистраль 11.Для осуществления четвертой фазы фильтроцикла включают клапаны 7, 13 и 15, отключают клапан 4, а клапаны 16 и 18 остаются открытыми. В этой Фазе фильтроцикла осуществляются те же операции, что и в первой. Фазе, но 15 .каждая из них выполняется в следующем в технологической цепи фильтре Так, исходная вода из магистрали 10 через клапан 15 поступает в Фильтр 3, а часть потока ее о участку кольцевой магистрали через клапан 16 поступит на выход Фильтра 2. В фильтре 3 осуществляется умягчение исходной воды и отвод Фильтрата (обработанной воды) в магистраль 12 через клапан 18 как 25 в фильтре 2 в первой фазе), Подве-. денная к выходу фильтра 2 исходная вода. проходит через слой ионита противотоком, взрыхляет ионит и со входа Фильтра 2 по участку коль" З 0 цевой магистрали через клапан 13 от" :водится в слив, т.е, в фильтре 2 в этой фазе выполняется операция взрыхления ионита, как в фильтре 1 .в первой фазе. Фильтр 1 в этой Фазе в работе не участвует, как фильтр 3 в первой Фазе.Клапаны 19 и 20 обеспечивают подачу раствора реагента соответственно в фильтры 1 и 2. Через клапан 21 умягченную воду после фильтра 1 подают в магистраль 12, а через клапан 22 в сливную магистраль 11 сбрасывают отмывочный раствор и отработанньй раствор реагентов из -фильтра 2.Таким образом, начиная с четвертой фазы фильтроцикла, на установке осуществляются последовательно все описанные операции, но в каждой фазе фильтроцикла Они Выполняются в сле 50 дующем в технологической цепи фильтре. Вторичное выполнение всех опера-. ций технологического процесса непрерывной обработки воды завершается В шестой фазе фильтроцикла В седьмОЙ Фазе фильтроцикла описанный технологический процесс начнется в третий раэ, причем с операции взрыхления ионита в фильтре 3, и завершится в де 024вятой фазе. За один фильтроцикл вкаждом Фильтре установки будет осуществлен весь технологический процесс непрерывной обработки воды, нопри равномерном смещении операций отфильтра к Фильтру в пределах одногофильтроцикла,Изобретение не изменяет процессанепрерывной ионообменной очистки воды, сохраняя все операции известногопроцесса - очистку исходной воды,взрыхление, регенерацию и отмывкуионита для очередного использованияи параметры их проведения. Предлагаемое изменение направления потоков воды для взрыхления ионита предполагает некторое увеличение расхода жидкости через отдельные участки. Гидрав"лическое сопротивление фильтра с загрузкой при неизменных эксплуатационных параметрах потоков на входе (давлении среды) изменяется незначительно,и расход среды через фильтр будетпрактически неизменным. Поддержаниезаданного давления среды на участкемагистрали независимо от расхода среды обеспечивается, например, установкой в подающей магистрали перепускныхклапанов, а пропуск через участок требуемого количества среды без заметныхколебаний параметров потока достигается выполнением участка с определенным гидравлическим сопротивлением, -т.е. подбором формы и размеров про-,ходного сечения.В данном случае предполагается некоторое увеличение проходного сечениятрубопроводов и арматуры на участкеподачи в фильтр исходной воды и научастке отвода стоков и слива.При соблюдении указанных условийпараметры протекания процессов в каждом фильтре при реализации нового способа останутся неизменными, а значитне изменится качество обработки исходной воды и подготовки ионита,П р и м е р. реализацию производятна стенде, который имеет следующиехарактеристики: внутренний диаметрионообменного Фильтра 32 мм; высотаслоя загрузки катионита 615 мм; маркакатионита.,КУх 8; внутренние диаметры магистралей подвода исходной воды,отвода умягченной воды, слива отработанного раствора реагентов, отмывочной воды и воды после взрыхления,подвода исходной воды для взрыхленияионита 10 мм; внутренний диаметр ма."гистрали подвода раствора реагентов 4 мм; диаметры подводящих и отводящих трубопроводов ионообменных фильтров, а также диаметр трубопровода кольце 5 вого контура 10 мм; условные проходы управляемых клапанов подвода и отво, да раствора реагентов 4 мм; остальных 10 мм; подачу реагентов осуществляют насосом перистальтического типа; пода чу исходной воды осуществляют центробежным насосом типа "Кама". Требуемую производительность 40 л/ч) устанавливают изменением числа оборотов насоса; регенерацию ионитных фильтров проводят 10/-ным раствором поваренной соли ИаС 1), приготовленным на водопроводной воде; скорость умягчения б 0 м/ч; скорость пропускания регенерационного раствора 2,1 м/ч, скорость 20 пропускания взрыхляющей воды 8 м/ч.ри обработке воды по известному и предлагаемому способам последовательность технологических операций и соответствующих им переключений управляемых клапанов осуществляют в соответствии с технологией, Обрабатывают воду двух составов: сетевую .воду городского водопровода и имитата высокоминерализованной воды с общим солесо- Зо держанием до 15 г/л (250 мг-экв/л)Усредненные показатели работы лабораторной установки по сравниваемым вариантам на пресной воде даны в табл.1. Аналогичные показатели при умягчении имитата высокоминерализован. ной воды представлены в табл.2.Анализ полученных результатов показывает,что основные технологические характеристики работы установки рабочая емкость поглощения, удельный расход соли на регенерацию, остаточ.ная жесткость умягченной воды, расход воды на собственные нужды) по сравниваемым вариантам практически 45 одинаковы. Имеющиеся расхождения обусловлены погрешностью в проведении экспериментов и выполнении химическиханализов.50Эффективность при сравнении технологических схем известного и предложенного способов приведена в табл,З. Таким образом, сравнительный ана-, лиз предложенного и известного спо-. собов показывает, что оба они по количеству операций, их видам, количеству фаз фильтроцикла и последовательности проведения операций в каждом фильтре полностью совпадают. Очевидно, что при одинаковых размерах фильтров, количестве и типе ионообменного материала и исходной воды, совпадут режимы проведения операций и их продолжительность. Однако для осуществления предложенного способа на идентичной установке потребовалось на шесть клапанов меньше и соответственно на шесть переключений их в каждом фнльтроцикле меньше.Формула изобретенияСпособ управления. процессом непрерывной ионообменной очистки воды на группе ионитных фильтров с неподвижным слоем ионита, последовательно соединенных между собой трубопроводами в замкнутый кольцевой контур, включающий последовательную подачу с использованием запорно-регулирующей арматуры в каждый фильтр обрабатывае" мой воды, воды для взрыхления истощенного ионита, раствора реагентов и воды для отмывки ионита, отвод обработанной воды, воды после взрыхления ионита, отработанного раствора реагентов и отмывочной воды при равномерном смещении указанных фаз работы фильтров в пределах одного фильтроцикла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения управления процессом путем уменьшения общего количества переключений арматуры, подачу в каждый фильтр исходной водыдля взрыхления истощенного ионита осуществляют с входа следующего в кольцевом контуре фильтра по соединяющей эти фильтры магистрали, после взрыхления ионита воду отводят с входа фильтра на выход предыдущего вкольцевом контуре фильтра по соединяющей их магистрали и далее в слив- ную магистраль по трубопроводу, соединяющему ее с фильтром..7 1433902 ТаблицаОстаточнаяжесткостьумягченнойводы,мг-экв/л Удельный расход Рабочая емкость Известный способ 9,8 2,56 0,0123 393 0,0093 457 4,01 2,18 4,10,1 Предлагаемый способ 2,52 9,8 0,011 402 0,0098 445 4,01 41 2,32 10,0 Удельный рас Рабочая емкость статато ая жест Состав исходной воды, мг-экв/л Солимг-эк поглощения рг-экв/мЗ костьумягченноводы,мг/экв/л Жест кост мг-экв кальциевая Известный спосо 2,8 63 20 58 11 63 12,2 19,0 26 240 18,25 0,2 58 об едлагаемый 0 17,6 2 0,2 3 0 О 2,0 11,5 5 10 12 240 702 0 Солесодержаниеобщее Жесткостьисходноймг-экв/л Жесткость общая поглощения,г-экв/мЗ Соли,мг-экв/мг экв Воды на собственные нужды, л/м обработаннойводы Таблица 2 Воды насобствен- . ные нуждыл/мЗ обработанной1 М 390 ВВВВВМВВФВЮВВВВВФ аЮМВВЮВВВВВЮЮИИЮЮЮ Параметры Известный Предлагаемыйспособ способ Количество запорныхорганов 21 Количество переключений за фильтроцикл Количество магистралей 5 Количество подводяшихтрубопроводов на 1фильтре Составитель Ю,федькушев Техред М.Дидык Коррект дактор И,Сегля Васильева Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 3035, Москва, Ж, РаЗаказ 5510/24 писное о комитета СССи открытийшская наб., д. оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектч