Способ очистки воды

(51 ЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬС,В.Пирогов, В,И,Харчук и Международного симп морской воды, Амстерда 1980, М 84322, ИСТКИ ВОДЫ Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано на химводоочистках предприятий химической, энергетической промышленности,Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки воды, включающем диализ Доннана, натрий-катионирование, регенерацию натрий-катионитового фильтра, отработанный регенерационный раствор направляют в камеры обессоливания элеткродиалиэатора отработанного регенерационного раствора, концентрат из указанного электродиализатора подают в рассольные камеры диализатора и далее в камеры обессоливания дополнительного диализатора, полученный частично обессоленный раствор направляют в камеры концентрирования электродиализатора отработанного регенерационного раствора, а концентрат подают в концентратор, процесс ведут при соотношений степеней удаления солей жес ткости воды вдиализаторе и на натрий-катионитовом фильтре, определяемом по формуле: Д И(57) Сущность изобретения: получают очищенную воду. Исходный раствор на диалиэ, натрий-катионирование с получением чистой воды. Отработанный регенерационный раствор подают в камеры обессоливания злектродиализатора. Концентрат из него подают в рассольные камеры диализатора, а затем в камеры обессоливания дополнительного электродиализатора, Полученный концентрат подак)т в концентратор для получения соли. 1 табл. где Д - степень удаления содей в жесткости в диализатной камере;И - степень удаления солей жесткости на фильтре;ц - удельный расход соли на регенерацию натрий-катионитного фильтра .Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то, что соли жесткости из системы выводятся в виде товарного хлор-продукта без выделения твердой фазы и применения реагентов за счет использования электродиализатора разделения солей, режим работы которого обеспечивает преимущественный перенос солей жесткости, по сравнению с солями натрия (аппарат работает при плотностях тока ниже критических на 30 - 90). Полученный рассол будет содержать соли в соотношении, необходимом для товарного хлор-продукта, однако его концентрация меньше требуемой (на 5 - 10 О/,), поэтому предусмотрен узел концентрирования, в котором может быть использован еще один30 злектродиализатор или Бь)паоная установ)(Д 3 я достижения пос авленнои цели дол)кно Выполняться следу)Оц 88 ОООтнос 8" ние степенеи )даленил солей )3(8 сткости из исхОДной БОДы на лии)из( (/ и ионном об" м(не ГИ)- :(3.ДИПри соблк)Дении этОГО соотноцсения избытбк ионов натриЯ гсосп)пак)щий В систему из отработанного регенерационного раствора полность)о обмениваетсч на ионы жесткости В диализатОре и н 8 Влияет 338 качество ГОлучаемОГО хлор-продукта,ДПои соотнОшении гродукта -" (3 - 1Й будет с)роисходит накопление иОнОВ нат)ия Б ЦИРУЛИРК)ЩМ ) с 0:)с За Рчс 3. П( Уплс ния избьстка регенериру)ОЩВГО БГентз из Отработа)33 ОГО регеиерациОннОГО рзстворз, кото )ый не будет успевать удаляться через диализный аппарат, в результате чего нару- Б)итсл режим работь электродиализатора разделения солей и Б получаемом хлор-про- ДУК"8 УВЕЛИЧИсСЛ (ОД(Ржани( ИОНОВ )сатс)ИЯ твес)ДУБ) фаЗУ (ДО П)Одела РБСТВОРИМОСТИ), после чегсз кОнцентр)ат Выпаной установки сОД 8 р)хит сОГВ 3 3(ат 3)ия Б колиест 18 Н 8 более 3 , тъбЩег (;03 есод(рх(аниЯ8 представлле ,0ои ГОБарныи хл 03) 03)д(скт, 13)0348 ТОГО, требуетс)3 ДОВОльно сложн 08 Оборудрв, ни( " прим(,Внем Гитасовых сплавов 310 зволл 3033 ие отделить тве)дусо фазу хлорида натрий ОГ товарного х)30031 родукта,Преимуществом предлагаемого способ)а Г 30 срзвненисо с ГЗОследним, яБляетсл ТО,ЧТО ПОЛУЧ 8 НИ 8 Това 30. 0 ХЛОР-ПРолцкта ППОИСХОДИТ НВПОСОЕДСТВБННО ИЗ жидкой сВЗЬ) без изменения агрегатного состояния обрабатывамОГО 3)эстс)ора что Боби(м)сикс- ет знергозасраты и не требует примене 3 ия сложного об рудования 3-3 а чергеже представлена предлагае ятс ауОл г 1 гуг(ка я гуйма уст анс) В хи пс) ОЧИСТКО ВОДЫ,Спосссб ОсуЦествляеГсЯ сл(дусос).и)и ОбразОм, Исходнзл Вода Г)ОД 33 имается на Диализ Даннана, где происходит Обмен ионов(3;)1 рссл из Оа(соль)нго т),")кта дализаО")а 1). 33 ГСМ ЧССТ 7 НО УМЯСЧБННЗЯ Вода ПОДББТ",у 8 с)гс 1 ус,а ь сл)стато 3(3(8 к)лс)честс 0 иОнов нзтр 1 сл длл;)3601 ы диэ)3 изат 03)ав Оез)3 Ь 1 зте сего Бозрзс 1 зет нэгрузк на нат И й-с(Втисни 4 й фИЛ 1 Р, 43 Ис)адеГгте" пеу цал 83 ил солей х(ест к 001 и на ,д)33"атоРЕ, 1 ЬЧ Б-ДЬ ИЗ (. .Ц с-Д0331 сеЯИЯ -Й.-: .В теунике известно умягчение поироднь)х Вод ь)атр(3 Й-катионтовыми фильтрами и обрабоуы)й ОРР злектродиализом и последуь)щим Выделени 8 м из рассола зл 8 кт" родиализатора хлор-продукт упариванием с разделением твердой фазы хлорида натрил и концентрата Быпарной установки, представляк)щего собой товарный хлор-продукт,Отчет о НИР Технического филиала ВНИИ ВОД" ЕО "Разработка технологии переработки сточных вод химводоочисток с цельо использоВания получаемь)х раств(3" ров хлоридов кальция и магния при производстве низкотемпературного цемента", 1982).Недостатками этого метода явля)отсл: низкая степень разделения солей, значительные знергозатраты на выпаривание. В связи со значительным содержанием в рассоле злектродиализатора хлорида натрия, тр 8 бу 8 тся упаривани 8 8 ГО ДО концентраЦии, при которой хлорид натрия Выделяется в ся 3 а натрии-кзтибнитовый (3)ильтр , ГдессРГИСХПДИТ ОК(нчательнов 88 УсЯ(ЦЕН(,Г, При з)ам 1ддерживаетсл сс)атноление сие)яву степен лми ч)д се си со)38 й жест кости из )ОД) Б Диа)лзз)оре и на иОИООбме"3 номс)илтре; - = Ц - 3, После исч 83)(1 ансс 3 Обмен, ,(.г(3 Ойпо(обност)3:.3 а Г 3)ий-катслонитос)ОГОАРЛЬ) ЦООИЗБОДИ 1 с;Я .)Го ОВГене)БЦИЯ РБСТБОР(ЗМ Х)30 РИДВ НБГРИЛ Г. ЗКБУГ, ЗКБ УДБЛЛОМ Ос) ) гх 0( И ПОслр(Гс Ч( 3 с ИИ (бразуетсл отработанный ресенерацион ный раствор, содержащий хлориды кальцияи магния в кОлич 8 ств 8, равном ОбмениОЙ емкости катионита и хлорид натрия, представлясощий собой избыток регенерирусо- щеГО реагента В кОличестВВ ц " ", Далее 4 б отработанный регенерационнь)й раствор3 ОРР) концентрируетсл в злектродиализатор 83, дил)оат направляк)т в голову процесса, а рассол, содер)кащий практически Бсе соли ОРРнаправляется в рассольные камеры 5 О диализатОра 1, Гд 8 Он дОстаточнО насыщается ионами жесткости из исходной Воды Отдавая в нее избыток ионов натрия, После выхода из рассольного тракта диализатора раствор подается в дилк)атнук) камеру 4, где 55 происходит селективное удаление ионов)кесгкости в рассольные камерь, Для обеспеченил этого камера 4 работает при рабо- ЧЕЙ:3 ЛОТНОсти тока на .3 - Со )иже критической, При этом в рассольном тракте образуется рассол, содержащий хлориды1819867 плотность тока.ния накопления в цире солей жесткости и аго качества хлор-прао в рассольный тракт я все количество ионов щих в систему, и ионы 3% от перенесенных да формула (1.12) притого 2,5 г-экв/ч (1.2) есткасти и натным, опреде- " даляемое из мягчаемую во - 1,3 .О,Озж,) и (4 - ЖР/ОР - Ж=07 кределяем по форлч, Р Сок ВЕ" йад= Жд= атрий-катиони Жи.о.=И Жи=Окр оп ул бакр 10 авивалентная скоализатора.ппарата ЭХО 50 При дальнеишем нерацию а = 2 г-зкв/ кости качество ОР числовому расходу со Жорр = Жи.о = Йаорр; ц ф Жи.о-Ж. Для а =1,127;ч - ск ость в камерах0 х 2000 чз ЭДУ, м/ч орость в кальция и магния в количестве, равном удаляемому из исходной воды количеству ионов жесткости, и хлорид натрия в количестве 3% об общего солесодержания, концентрацией 20 - 80 г/л (в зависимости ат 5 концентрации циркулирующего раствора в контуре 3 - 1 - 4 - 3. Для получения товар- його хлорпродукта рассол иэ камеры 4 подается для дальнейшего концентрирования в концентратор из рассольного тракта кото рого удаляется рассол концентраций не менее 25 , содержащий не более Зохлорида натрия. Дилюат из камеры 4 подается в рассольный тракт электродиализатора 3 для использования в следующем цикле. 15П риме р 1.1. Качество умягчаемой воды;Содержание ионов: кальция - 3,2 мгкв/лмагния - 1,3 мг-эКв/л 20 натрия - 0,5 мг-зкв/л2, Расход воды 0 =- 240 м/сут = 10 м/ч,3, Удельный расход соли на регенерацию натрий-катионитового фильтра а = 2 25г-э кв/г-экв удаляемой жесткости,Принимаем соотношение степеней удаления ионов жесткости надиализе и ионномпбмене - =а=2-1 =1.Тогда надиализе 30ДИудаляется 50% поступающих ионов жестколи, и на натрий-катионитовом фильтре также 50% ионов жесткости,В избытке в систему поступает:Жи = Са +) + 1 Мо +. 0 = (3,2+ 1,3) 240 =. 35=1080 г-э к в/сут.Жи = 45 г-экв/ч (1,1)где Жи - количество солей жесткости, поступающих в систему.На диализ удаляется 50 оот з количества;Жд=Д Жи= 0545=2 Считая перенос ионов трия в диализаторе зквивал ляем количество натрия. циркулирующего раствора в ду в процессе диализа; 5 г-экв/ч (1,3) 50анием удаляется; 45 = 22,5 г-экв/ч(1.4) расходе соли на реге-экв удаляемой жест Р, приведенное к ставит:22,5 г-экв/ч (1,5) и,о, 22.5 г-экв/ч, (1.6) где Жорр и Каорр - количество солей жесткости натрия, поступающие с ОРР в сне;ему,Принимаем исходное салесадеажание циркулирующего раствора перед злекградиализатаром 3 Ср = 300 мг-зкв/м, огноо з шение Ср /Жро = 1,04, Расход Оц =- 5 м /ч. Качество рассола на выходе из камеры 3 при условии полного переноса солей ОРР составит:Ср = Ср (Жорр + Наурр)/О =- ЗОО + (22,5+ +22,5)/5 = 309 мг-экв/м (1,7)Жр =Жр +Жорр/О=Ср /1,04+22,5/5: -о(1,8)Качество циркулирующего раствора па выходе из диализатора, с учетам изложенного выше: Ср =Ср -(Мад+Жд)/0=309 мг-эа/м (1 9) Жрг = жр 4- Жд/О = 293 + 22,5/5 = 297,5 г-экв/м (1.10)Далее рассчитываем рабочую плотность тока по камере 4 па эмпирической формуле: 1 =- бакр (Тмэ/1.15)(1.11) где 1 - рабочая плотность тока мА/см,гТиа - коэФФициент селективной проницаемости мембраны, определяется по формуле: ТИо4 р - каитическая Для предотвращ куляцианном оассол обеспечения требуем дукта принимаем, чт камеры 4 переноситс жесткости, поступаю натрия в количестве ионов жесткости, Тог мет вид: Подставляя значение Та" в форму11), получим:5 10 348 5 честве конценвки,условия и мечнц примеру 1, еделялись в связи алиэатора - конвания определялаемым рассолом ии 25%, после чекаправляется поредставлены в/л Д И О,ОЗЖР = 300 г экв2 то сетао естолейкаче отношен естко впр паю по ср позвол солей в ступа Р - постоянная Фарадея 26,8 А ч/г-экв; И пп - эмпирические коэффициенты,1зависящие от природы электролита идеполяризационнцх свойств сепаратора-турблизатора; для рассматриваемых условий К - -348, и =0,5.При скорости ч = 360 м/чхр составит2 т Зкп 2 В Б В Л ЗвпфСкр =-13,1 мА/см 2 Тогда: 1 Р = 0,7 13,1 = 10,0 мА/см Концентрация рассола в камере 4 при работе в режиме "электросорбции" определается по формуле (Письменский В.Ф. и др, Предельное концентрирование растворов электоолитов в системах ионообменкых мембран МКи МА, Черкассы, 1980):С э = А " + С 2 (1,14) где А = 50 и и = 0,4 при 1 1 20 мА/см 2 А = 130 и и .= 0,15 п ри 20 1 120 мА/см Для нашего случая Ср = 127,8 гз 12,8%.По нормам требуешься концентрация товарного хлор-продукта более 25%, поэтому производим дальнейшее концентрирование в камере 5 при плотности тока 1=1 хр. По формулам (1.13) и 1,14) полчаем:1 х =49,3 мА/см";Ср= 361 г/л = 36,10Таким образом, в рассольном тракте камеры 5 получен товарный хлор-продукт.При соблюдении вышеуказанных условий качество циркулирующего раствора на выходе из дилюатного тракта камеры 4 составит:С,= СР 2- Ж / з Жр = Ср - Жд = 289 г-экв/мв 2 2 зС,/ж,-1,04оответствует принятому вначале рас качеству циркуляционного раствора, в системе не происходит накопление и циркулирующий раствор выступает стае переносчика хлор-продукта.я оценки степени разделения солей сти и натрия в предлагаемом способе ототипе принята формула:Р РвхдвхРвых,выхар р"- количество ионов натрия, постуих в схему а составе ОРР;рвх - количество солей жесткости, поющих в схему в составе ОРР; Жр-х - количество солей жесткости,удаляемое в жидкой фазе из схемы дляпредлагаемого способа - в хлор-продукте,для прототипа - по выходе из рассольноготракта диалиэатора);Нарвх - количество ионов натрия, удаляемое в жидкой фазе иэ схемы.В рассматриваемом случае 3= 16.7,Примеры 2 и 3 рассчитаны для соотношений - = 0,43 и - = 2,3 соответственно- ддИИдля условий и по методике примера 1. Результаты расчета примеров и данные прототипа представлены в таблице,Пример 4 рассчитан для соотношения- =1 при использовании вЛИтратора выпарной устанотодика расчета аналогии иОднако кр и Ср не опрс отсутствием электродицектратора. Режим упарися достижением упаривнормативной концентргцго товарный хлор-продукттребителю, Расчеты итаблице,При анализе видно, чт о в примере 2, при0,43, солесодержание циркулирующего раствора на выходе иэ камеры 4 увеличивалось по сравнению со значением, принятым в начале расчета, однако жесткость осталась на прежнем уровне, Это показывает, что в системе происходит накопление солей натрия, Это сс временем приведет к ухудшению качества хлор-продукта и соответственно продувке циркуляционного тракта, т,е, система перестанет быть бессточной.В примере 3 солесадержание циркулирующего раствора, наоборот, понизилось в результате удаления из системы солей натрия, это снижение вспоследствии обусловит снижение степени удалекия солей жесткости на диализе и система приводит кД со ию -- 1.ИВ примере 4 практически все параметры работы установки идентичны примеру 1 и поэтому можно сделать вывод, что стадия концентрирования ке оказывает какого-либо влияния на технологический процесс и, следовательно, в качестве концентратора может быть применен практически любой из известных методов концентрирования,Таким образом, предлагаемый способ,авнению с известным прототипом) яет повысить степень разделенияжидкой фазе. исключить примене, 31,5 31 у 5 31,5 312,б 294,8 312,б г 29 У 73,5 43 у 5 305,4 293,2 305,4 297)5 3 =-2 370 30 31,5 31,5 13,5 504 я" 1,0 50 22,5 22,5 22,5 22 ф 5 22,5 30,9 293 309 297,5 Проф 30то-=0 43 "70тип ние таких дефицитных реагентов, как сода и известь, предотвратить загрязнение окружаоцей среды, избежаь образования твердой фазы осадка, обработка и утилизация которой вызывает значительное загрязнения, максимально аффективно использовать все количество реагентз, идущего на регенерациго натрий-катионитового фильтра, получить товарный хлор-продукт, являющийся сырьем для производства цемента по низкотемпературной Т 8 ХОЛОГИИ.Формула изобретения Гпособ очистки воды, включающий диализ, натрий-катионирование, регенерациа натрий-катионитового фильтра, злектродиализ отработанного регенерационного раствора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что отработанный регенерационный раствор подаот и камеры обессоливания злектродиализатора Отработанного регенерационного раствора, концентрат из указанного злектродиализатора подагот и рассольные кам 8 ры Диализзтора и Далее ь камеры обессоливания дОполнительного злектродизлизатора, полученный обессоленный раствор Б направлюот в камеры концентрированияалектродиализатора, отработанного регенерационного раствора. а полу,енный конц 8 нтрат подаОт В концентратор, процесс ведут при соотношении степеней удаления 10 солей жесткости воды в диализаторе на натрий-катионирование, определяемом по формуле=с,Игде Д - степень удаления солей жесткости вкамерах обессоливания диализатора, ";:,:И - степень удаления солей жесткостина натрий-кати они ро ва н и и, с,;20 О - удельный расход соли на регенера.цио нарий-катионитового фильтрата, мгзквl мг-зкв.1 1,3 0,7 13,1 10,0 127,8 9,3 361 300 289 16,7 0 Р 1,7 О, 13,2 9, 7 100, 38,7 329,3 303,3 289 16,7 0,09 1,08 1 12,9 12,9 210 81 461 296 289 16,7, О 1,3 О) 7 13,1 10,0 127,8 - - 300 . 289 16,7 0 Протоее е ее 2 590 181 тип щ дщВ ЮВПЮ Ш Ш АИ Вй+ Э Редактор каз 2005 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/Б л. Гагарина, 101 оставитель Н.Родченковаехред М.Моргентал Корректор М,Ткач Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж Сброссолей вокруж.среду,кг/мз,умягч еводы