Спосіб водень-катіонування води

Спосіб водень-катіонування води, який включає обробку води катіонітом, сильнолужним аніонітом і фінішне водень-катіонування води на сульфокатіоніті, регенерацію катіонітів і аніонітів, який відрізняє ться тим, що ви хідну воду послідовно обробляють сильнолужним аніонітом, потім катіонітом, причому як катіоніт використовують слабокислотний катіоніт. (19) (21) 98031387 (22) 19.03.1998 (24) 15.05.2001 (33) UA (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Мамченко Олексій Володимирович, Паулі Віктор Карлович, RU, Сердюк Сергій Дмитрович, Даниленко Микола Платонович, Захарук Валерій Петрович, Новоженюк Марія Станіславівна 37354 Сильнолужний аніоніт в відомому способі експлуатується в режимі максимального насичення сульфат-іонами з води, пом’якшеної в фільтрі НІ і як наслідок, практично не видаляє із води аніони слабих кислот, а зокрема кремнієву кислоту. Це підтверджується і нашими даними при обробці по відомому способу [2] води складу, мгекв/кг; твердість - 3,8; натрій - 2.3; лужність - 2,1: сульфати - 3,0; хлориди - 1,0; кремнієва кислота 9,5 мг/кг (в розрахунку на диоксид кремнію). Залишковий вміст кремнекислоти склав 9,3 мг/кг при вмісті натрію 0,2 мг-екв/кг. Таким чином, відомий спосіб [2] спрямований на глибоке видалення із води катіонів і часткове видалення аніонів сильних кислот, головним чином сульфат-іонів. Недоліками відомого способу [2] являються низька якість очистки води від кремнекислоти (біля 2 %) і значні питомі витрати реагентів - кислоти (1,02 г-екв/г-екв видалених із води катіонів) та натрієвих солей (1,7-5,1 г-екв/г-екв видалених іонів твердості). Відповідно до норм (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - [3]), пред’являються жорсткі вимоги до вмісту в знесоленій воді не тільки катіонів натрію, аніонів сильних кислот, але .й сполук кремнію. Так гранично допустимий вміст кремнекислоти в знесоленій воді, призначеній для живлення парових котлів в залежності від тиску за котлом складає від 15 до 120 мкг/кг. Функцію видалення кремнекислоти при обезсоленні води як правило, виконають ОН-фільтри другої ступені та фільтри змішаної дії [1]. Витрати лугу на регенерацію цих фільтрів прямопропорційно збільшиться із зростанням вмісту сполук кремнію в воденькатіонованій воді [1]. Із викладеного витікає, що проблема покращення якості водень-катіонованої води за рахунок підвищення глибини видалення аніонів кремнієвої кислоти, вирішення якої дозволяє зменшити навантаження на ОН-іонітні фільтри знесолюючої установки, а отже, скоротити витрати лугу на знесолення води при зменшенні витрат реагентів (сірчаної кислоти і натрієвих солей) актуальна і важлива. Її вирішення дає можливість покращити як економічні так і екологічні (скиди солей в навколишнє середовище) показники технологічного процесу. В основу винаходу покладена задача розробити такий спосіб водень-катіонування води, який за рахунок зміни порядку виконання технологічних операцій і використання іонообмінних матеріалів з раціональними властивостями забезпечив би досягнення технічного результату - підвищення якості водень-катіонованої води за рахунок зниження вмісту в ній сполук кремнію з одночасним скороченням питомих витрат реагентів за рахунок виключення використання натрієвих солей при регенерації катіоніта і зменшення витрат кислоти. Додатковим позитивним результатом в способі являється скорочення скидів солей з відпрацьованими регенераційними розчинами в навколишнє середовище. Для вирішення поставленого завдання пропонується спосіб водень-катіонування води, який включає обробку води катіонітом, сильнолужним аніонітом і фінішне водень-катіонування води на сульфокатіоніті, регенерацій катіонітів і аніоніта, в якому, згідно винаходу, вихідн у воду послідовно обробляють сильнолужним аніонітом, а потім катіонітом, причому як катіоніт використовують слабокислотний катіоніт. Відмінними ознаками способу водень-катіонування води в порівнянні з відомим [2] являються обробка вихідної води спочатку сильнолужним аніонітом, а потім слабокислотним катіонітом перед фінішним водень-катіонуванням на сульфокатіоніті. Обробка вихідної води сильнолужним аніонітом в ОН-формі приводить до утворення розчинними в вихідній воді іонами кальцію і магнію малорозчинних сполук - карбонати кальцію в гідроксиду магнію і підвищенню лужності води за рахунок видалення із неї частини аніонів сильних кислот сульфатів і хлоридів. З малорозчинними сполуками співосаджується значна частина сполук кремнію, щo забезпечує підвищення якості воденькатіонованої води в результаті зниження вмісти в ній сполук кремнію. Одночасне підвищення лужності при ОН-аніонуванні води забезпечує працездатність слабокислотного катіоніта, що створює умови для видалення із води іонів твердості і частини іонів натрію, які залишилися в розчині. Фінішне водень-квтіонування води на сульфокатіоніті гарантує глибоке видалення іонів натрію. На стадії регенерації іонітів більша частина осаду малорозчинних сполук видаляється із шару аніоніту і слабокислотного катіоніта при проведенні операції розпушування. Таким чином, кислота витрачається на витіснення з іонітів сорбованих іонів і розчинення тільки частини осаду малорозчинних сполук, що забезпечує скорочення її питомих витрат. Оскільки слабокислотний катіоніт, працездатність якого і висока ємкість забезпечені шляхом попередньої обробки води на сильноосновному аніоніті, може бути відрегенерований забрудненим солями іонів натрію і твердості розчином кислоти без її надлишку, немає необхідності перед регенерацією кислотою переводити його в натрієву форму, що з одного боку, виключає використання натрієвих солей, а з другого, дозволяє використовува ти для його регенерації розчин кислоти, раніше застосований для послідовної регенерації сульфокатіоніта і розчинення частини осаду, що залишився в шарі сильнолужного аніоніту. Обробка сильнолужного аніоніту кислотою може проводитися з такою ж ефективністю після пропускання розчину кислоти спочатку через сульфокатіоніт, а потім через слабокислотний катіоніт, причому ця операція може проводитися не в кожному, а лише в одному із 2-4 послідовних циклів регенерації іонітів. Такий чином, сукупність суттєвих ознак являється необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату підвищення якості водень-катіонованої води за paхунок зниження вмісту приблизно в 2 рази сполук кремнію при зниженні питомих витрат кислоти в 1,3-1,7 рази і виключення вжитку натрієвих солей. Крім того, використання способу дозволяє покращити екологічні показники процесу водень-катіонування води -зменшити скиди солей з відпрацьованими регенераційними розчинами за рахунок 2 37354 скорочення витрат кислоти і виключення використання солі для регенерації іонітів. Спосіб реалізується таким чином. Вихідну воду фільтрують через сильнолужний ОН-іоніт, а потім без розриву потоку послідовно через карбоксильний катіоніт і суль фокатіоніт. Вихідною водою може бути природна або попередньо вапнована вода. В результаті одержують фільтрат - воденькатіоновану воду. Фільтрування води припиняють при підвищенні вмісту в фільтраті іонів натрію вище заданої границі, переважно більше 5-20 мг/кг (0,2-1,0 мг-екв/кг) [1, 2], що свідчить про виснаження і необхідність регенерації іонітів. Аніоніт і карбоксильний катіоніт розпушують потоком води знизу вверх до припинення видалення із шару іонітів суспендованих речовин, про що судять по візуальних спостереженнях прозорості відпрацьованої води. Сульфокатіоніт може розпушуватися один раз в 10-15 циклів. Як кислота може використовуватися будь-яка сильна мінеральна кислота, в більшості сірчана або соляна. Розчин кислоти пропускають спочатку через сульфокатіоніт, а потім через карбоксильний катіоніт в заданій кількості. Відрегенеровані катіоніти в тій же послідовності відмивають водень-катіонованою або обезсоленою водою. Аніоніт регенерують в дві стадії. Спочатку розчином, що містить кислоту, а потім після відмивки водою лужним розчином. Як розчин, що містить кислоту, використовують або розчин кислоти, одержаний після пропускання через сульфокатіоніт, або розчин, одержаний при послідовному пропусканні через сульфокатіоніт, а потім слабокислотний катіоніт. В першому випадку відпрацьований розчин після обробки сильноосновного аніоніту використовують для регенерації слабокислотного катіоніта. В другому – відпрацьований розчин скидають. Операція обробки аніоніту кислим розчином в залежності від кількості утвореного осаду проводиться або в кожному робочому циклі, або 1 раз за послідовні 2-4 цикли. Як лужний розчин використовують або розчин чистого гідроксиду натрію, або відпрацьований регенераційний розчин ОН-аніонітних фільтрів обезсолюючої установки, призначених для глибокого видалення сполук кремнію (переважно ОН-фільтрів другої степені). Відрегенеровані і відмиті іоніти використовують в наступному циклі водень-катіонування води. Вміст натрію в водень-катіонованій воді визначають на полуменевому фотометрі, а кремнекислоти - на основі реакції з молібдатом амонію по загальноприйнятих методиках (Справочник химика-энергетика. Под общей редакцией С.М. Г урвича. - М.: Енергія, 1972. - Т. 1. - 456 с. [4]). Приклад реалізації способу. В три іонообмінні колонки загружено 0,1 л сильнолужного аніоніту Леватіт М610, 0,02 л слабокислотного катіоніта Леватіт CNP 80 і 0,04 л сульфокатіоніта КУ-2-8, виснажених в попередньому циклі водень-катіонування води і відрегенерованих ідентично до описаної нижче методики. Повні обмінні ємкості іонітів складають, мгекв/л: Леватіт М610 - 1450; Леватіт CNP 80 - 4400; KУ-2-8 - 1750. Через колонки послідовно (спочатку через колонку з сильноосновним аніонітом, потім через колонку з слабокислотним катіонітом і на завершення через колонку з сульфокатіонітом) зверху вниз фільтрують природну воду складу, мг-екв/кг: твердість - 3,0; лужність - 2,1; натрій - 2,3; сульфати - 3,0; хлориди - 1,0, яка містить 9.5 мг/кг сполук кремнію в перерахунку на диоксид кремнію. Фільтрат колонки, загруженої сульфокатіонітом, збирають в посудину і періодично визначають в ньому вміст іонів натрію. При досягненні останньою величиною значення 0,2 мг-екв/кг (4.6 мг/кг) фільтрування води закінчують, вимірюють об’єм фільтрату, визначають його кислотність і вміст сполук кремнію. Виявилось, що за робочий цикл одержано 22 л (кг) водень-катіонованої води склади: натрій - 0,2 мг-екв/кг; кислотність - 1,6 мг-екв/кг; твердість -відсутня: вміст кремнекислоти - 4.2 мг/кг. Таким чином в робочому циклі із води видалено: катіонів –(3,8+2,3-0,2)х22=129 мг-екв; аніонів сильних кислот -(3,0+1,0-1,8)х22=48,4 мг-екв: сполук кремнію в перерахунку на диоксид кремнію - (9,54,2)х22=116,6мг. Сильноосновний аніоніт і слабокислотний катіоніт розпушують знизу ввер х потоком вихідної води до припинення виділення, із розширених на 70-100% шарів іонітів зависів, що контролюють візуально. Для розпушування аніоніту витрачено 1,5 л води, для розпушування слабокислотного катіоніта - 0.6 л води. Після завершення операції розпушування іоніти регенерують 0,78 л 0,1 н сірчаної кислоти (ДСТ 4207-77). Розчин кислоти послідовно пропускають через колонки з сульфокатіонітом, потім - з сильнолужним аніонітом і на завершення - через колонку з слабокислотним катіонітом. Через колонку з сульфокатіонітом розчин пропускають знизу ввер х, а через інші колонки зверху вниз. Після закінчення пропускання розчина кислоти іоніти в тому ж порадку відмивають 1 л водень-катіонованої води. Після пропускання всього об’єму води сильнолужний аніоніт регенерують 0,035 л 2 н розчини гідроксиду натрію (ДОСТ 4328770) і відмивають 0,5 л вихідної води. Відрегенеровані іоніти використовують в слідуючому циклі водень-катіонування води, в якому одержано 23 л води, яка містить: натрій -0,2 мг-екв/кг; кислотність - 1,7 мг-екв/кг; сполуки кремнію -4,1 мг/кг. Таким чином, питомі витрати сірчаної кислоти та гідроксиду натрію при реалізації запропонованого способу склали, відповідно: 0,78 х 100 / 129,8 = 0.6 екв/екв видалених із води катіонів та 0,035 х 2000 / 48.4 = 1,45 екв/екв видалених із води аніонів сильних кислот, причому на стадії воденькатіонування із води видалено 100 х (9.5 - 4,2) / 9,5 = 56 % сполук кремнію. При реалізації відомого способу [2] для води того ж складу одержані слідуючі показники процесу. Склад водень-катіонованої води: натрій - 8,2 мг-екв/кг; кислотність - 1,6 мг-екв/кг; вміст кремнекислоти - 9.3 мг/кг. Питомі витрати реагентів: сірчаної кислоти - 1,02 г-екв/г-екв видалених катіонів; гідроксиди натрію -1,5 г-єкв/г-екв видалених аніонів сильних кислот: хлориду натрію -1,8 г-екв/г-екв видалених із води іонів твердості. Степінь видалення із води сполук кремнію – 2%. Спосіб може бути використаний і при знесоленні попередньо вапнованої води. 3 37354 Так при водень-катіонуванні попередньо вапнованої води складу, мг-екв/кг: твердість - 1,8; лужність - 1,2; натрій – 1,0: сульфати - 1,0; хлориди 0,6; яка містить 8,7 мг/кг сполук кремнію в перерахунки на диоксид кремнію в трьох іонообмінних колонках, які містять відповідно 0,1 л аніоніту Леватіт М610, 6,4 л слабокислотного катіоніту Леватіт CNP 80 та 0,04 л сульфокатіоніта КУ-2-8, які регенеруються 1,1 л 0,1 н розчину сірчаної кислоти і 0,035 л 2 н розчина гідроксиду натрію при проведенні всіх операцій ідентично до описаного вище прикладу одержано 54 л (кг) водень-катіонованої води складу, мг-екв/кг: натрій - 0,2: твердість - відсутня; кислотність - 0,5; яка містить 4,3 мг/кг сполук кремнію в перерахунку на діоксид кремнію. Таким чином питомі витрати сірчаної кислоти і гідроксиду натрію відповідно склали: 1,1х100/(1,8+1,0-0,2)х54=0,78 г-екв/г-екв видалених катіонів та 0,035х2000/(1,0+0,6-0,7)х54=-1,44 г-екв/г-екв видалених аніонів сильних кислот причому на стадії водень-катіоннвання ізводи видалено (8,7-4,3)х100/8,7=50,6% сполук кремнію. При реалізації відомого способу [2] для водень-катіонування вапнованої води того ж складу одержані наступні показники процесу. Склад водень-катіонованої води: натрій - 0,2 мг-екв/г; кислотність - 0,5 мг-екв/кг; вміст кремнекислоти - 8,5 мг/кг. Питомі витрати реагентів: сірчаної кислоти 1,02 г-єкв/г-екв видалених катіонів; гідроксиду натрію - 1,5 г-екв/г-екв видалених аніонів сильних кислот; хлориду натрію - 1,8 г-екв/г-екв видалених іонів твердості. Як витікає з наведених прикладів використання способу дозволяє підвищити якість воденькатіонованої води за рахунок зменшення в 2,022,26 рази вмісту в ній сполук кремнію при одночасному скороченні в 1,3-1,7 рази питомих витрат кислоти і виключенні необхідності використання натрієвих солей при обробці води. Необхідно підкреслити, що використання способу дозволяє здешевіти процес за рахунок зниження питомих витрат реагентів (кислоти, солі) і в результаті цього досягти зменшення скидів солей в навколишнє середовище. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4