Спосіб пом’якшення і знесолювання води

Реферат: Спосіб пом'якшення і знесолювання води послідовною обробкою води водною суспензією лужної солі, відділенням осаду і подальшою іонообмінною очисткою через Na- і Н-катіонітові фільтри з подальшою їх регенерацією концентрованим водним розчином мінеральної солі. При первинній обробці води як лужну сіль використовують водну суспензію гідроксиду кальцію. На стадії іонообмінного очищення додатково проводять обробку води через ОН-іонітовий фільтр. На стадії регенерації катіонітових Na- і Н-фільтрів застосовують концентрований водний розчин (1600 мг-екв./л) суміші лужних солей сульфату і хлориду натрію, які утворилися, в однаковому співвідношенні. На стадії регенерації Н-катіонітових фільтрів використовують розчин азотної кислоти. UA 69356 U (12) UA 69356 U UA 69356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів очищення води і може бути використана в теплоенергетиці, хімічній, нафтохімічній промисловості і інших галузях господарства. Відомий спосіб очищення води з високим вмістом сульфату кальцію, що включає термохімічне пом'якшення з кристалізацією основної частки сульфату кальцію в термопом'якшувачі при 150-170 °C [1]. Відомий також спосіб очищення стічних вод, який включає катіонування і регенерацію катіонітних фільтрів, полягає в тому, що вхідну воду змішують з відпрацьованим регенераційним розчином катіонітних фільтрів, з якого заздалегідь видаляють 75-98 % іонів жорсткості, піддають натрій-катіонному пом'якшенню, концентруванню у випарних апаратах з наступною регенерацією катіонітних фільтрів продуванням концентраторів [2]. Недоліками цих способів є висока вартість очищення води у зв'язку з використанням високопотенційної пари, випарних апаратів для концентрації води, що подається на пом'якшення. Відомий також спосіб очищення води від розчинених солей і механічних домішок за допомогою іонообмінних матеріалів [3]. Спосіб здійснюють при проведенні іонного обміну шляхом циркуляції потоку суміші іоніту з рідиною, що очищається в умовах гідротранспорту у замкнутому контурі, який має проникну стінку, з наступним розділенням суміші і виділенням очищеної рідини шляхом безперервного відбору (фільтрації) через цю стінку. Причому, кількість відібраної рідини дорівнює кількості рідини, що подається в контур на очистку. Спосіб передбачає одночасне проведення очищення рідини і регенерації катіоніту у взаємозмінюючих контурах, а також проведення багатоступінчатого процесу очищення, що виключає змішування катіонітів, шляхом послідовної подачі рідини, що очищається, з одного контуру в інший. як катіоніти у пропонованому способі використовується волокнистий іонообмінний матеріал. Відомий також спосіб очищення води від катіонів натрію і жорсткості [4], де спрощення процесу відбувається за рахунок одночасного поглинання на Н-катіоніті катіонів жорсткості і подальшого роздільного вимивання катіонів натрію і жорсткості на стадії регенерації, а також за рахунок зменшення кількості технологічних операцій на стадії обробки відпрацьованих регенераційних розчинів. Спосіб очищення води включає поглинання катіонів натрію на Нкатіоніті, регенерації Н-катіоніту послідовною обробкою суміші вуглеамонійної солі з аміаком і кислотою, обробку відпрацьованих регенераційних розчинів з отриманням товарних продуктів соди і азотних добрив. При цьому, як Н-катіоніт використовують макропористий катіоніт типу КУ23, а регенерацію катіоніту здійснюють азотною кислотою. Недоліками цих способів є те, що при регенерації макропористого катіоніту, відпрацьованого по катіонах натрію і жорсткості суміші вуглеамонійної солі і аміаку, вимиваються тільки катіони натрію, а катіони жорсткості залишаються в матриці катіоніту. Карбонатна жорсткість може бути відділена з катіоніту тільки при використанні кислоти, наприклад азотної. Відомий спосіб пом'якшення води [5], який включає пропускання води через катіонітовий фільтр, регенерацію останнього розчином хлориду натрію і обробку відпрацьованого регенераційного розчину вапном для осадження іонів жорсткості у вигляді СаСО 3, MgCO3 і Mg(OH)2. Утворюються також регенераційні стічні води, які містять СаСl2, MgCl2 і надлишок KСl і NaCl, що засолюють ґрунти і водоймища і негативно впливають на навколишнє природне середовище. Зважаючи на хорошу розчинність сполук натрію і калію у воді, останні є важковидалюваними компонентами, які важко видаляються із водних розчинів, що вимагає випарювання засолених стоків з подальшим похованням виділених солей. Відомий спосіб пом'якшення і знесолювання води, які включає содовапнування і Naкатіонітну обробку, змішування від 25 до 80 % обробленої води з початковою водою і використання останніх 20-75 % для приготування регенераційного розчину [6]. Проте цей спосіб для осадження солей жорсткості вимагає дорогого реагенту - кальцинованої соди, що здорожує процес, а також підвищує вміст катіонів натрію в пом'якшеній воді. Найбільш близьким по технічній суті і досягуваному результату є спосіб знесолювання і пом'якшення води, узятий за прототип [7], який включає стадію вапнування і подальшої почергової стадії пропускання через катіонітові Na-, H-фільтри пом'якшення води після відділення осаду і використання концентрату отриманого розчину для регенерації фільтрів. Недоліком цього способу є знижена обмінна і повна ємкість поглинання катіоніту, підвищена остання жорсткість води після очистки, підвищені витрати реагентів. Задача винаходу - підвищення ефективності обмінної процесу за рахунок збільшення кількості отримуваної пом'якшеної води, підвищення обмінної ємкості процесу пом'якшення і знесолювання води за рахунок підвищення повної ємкості катіоніту і зниження питомої витрати реагентів і остаточної жорсткості води після обробки. 1 UA 69356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поставлена задача вирішується тим, що згідно зі способом очищення води фільтрами в процесі її пом'якшення і знесолювання, який включає стадію обробки води водною суспензією лужної солі, відділення осаду з подальшою іонообмінною очисткою через Na- і Н-катіонітові фільтри з подальшою їх регенерацією концентрованим водним розчином мінеральної солі, при первинній обробці води як лужної солі використовують водну суспензію гідроксиду кальцію, а на стадії іонообмінного очищення додатково проводять обробку води через ОН-іонітовий фільтр, а на стадії регенерації катіонітових Na- і Н-фільтрів застосовують концентрований водний розчин (1600мг-екв./л) суміші лужних солей сульфату і хлориду натрію, які утворилися, в однаковому співвідношенні. Схема пропонованого технологічного процесу пом'якшення і знесолювання води наведена на кресленні. Початкову жорстку воду подають в освітлювач (1) і піддають обробці суспензією гідроксиду кальцію [Са(OH)2] з наступним пропусканням води через Na-катіонітовий фільтр (2), звідки частка пом'якшеної води подається до споживача. Іншу частку пропускають послідовно через Нкатіонітовий (3) і ОН-аніонітовий (4) фільтри і отримують знесолену воду. Регенерацію Naкатіонітного фільтра (2) здійснюють 5-10 %-ним розчином суміші сульфату і хлориду натрію із швидкістю подачі 5-10м/год. При цьому як фільтр може бути використаний двопотоковопротиточний фільтр. Частка стоків, у яких середня концентрація солей рівна або менше солевмісту початкової води, збирається в бак (5), звідки подається у освітлювач початкової води. Концентровану частку стоків направляють у відстійник-кристалізатор (6), куди додають суспензію гідроксиду кальцію у кількості, еквівалентній магнієво-кальцієвій жорсткості. Після осадження і видалення розчину суміші лужних солей сульфату і хлориду натрію його концентрують у концентраторі (8) до 10 %-ної концентрації, після чого використовують при регенерації Na-катіонітових (2, 7) і Н-катіонітового (3) фільтрів. Розчини солей з ОН-іонітового фільтра (4) скеровують у бак (5). Розчини суміші солей натрію, які виділені із жорсткої води, концентрують випаровуванням і далі використовують для регенерації фільтрів пом'якшення і знесолювання води. Підвищення повної обмінної ємкості катіонітів, зниження питомих витрат реагентів і остаточній жорсткості води після обробки згідно із запропонованим способом досягається збільшенням концентрації регенеруючого розчину без уникнення "гіпсування" катіоніту, оскільки при цьому в регенератному розчині окрім сульфат-іонів містяться і хлорид-іони. Приклад. 2+ 2+ + 2ˉ Початкову шахтну воду з хімічним складом (мг-екв./л): Са - 3,5; Mg - 2,0; Na - 1,5; SO4 ˉ 2ˉ 2,1; Сl - 1,1; НСО3 - 3,8 піддають коагуляції обробкою суспензією гідроксиду кальцію. 2+ 2+ + 2ˉ ˉ Освітлювану воду із складом (мг-екв./л): Са - 2,6; Mg - 0,4; Na - 1,5; SO4 - 2,4; СО3 - 0,7; ОН ˉ - 0,3; Сl - 1,1 пропускають через Na-катіонітовий фільтр, завантажений катіонітом КУ-2-8 3 об'ємом 1м . Регенерацію Na-катіонітового фільтра проводять 10 %-ним розчином суміші солей сірчанокислого і хлористого натрію, в яких міститься 1600мг-екв./л катіонів натрію і у рівних частинах хлорид- і сульфат-іони. Обмінна ємкість катіоніту марки КУ-2-8 при двократній витраті 3 реагенту складає 1025г-екв./м . Кількість води після фільтроциклу Na-катіонітового фільтра 3 3 складає 317м , з якого 140 м піддається знесолюванню на Н-катіонітовому і ОН-іонітовому 3 3 фільтрах, які відповідно завантажені 0,64м катіонітом марки КУ-2-8 і 0,5м аніонітом марки АН31. Останні регенеруються стехіометричною кількістю кислоти і лугу відповідно, при їх концентрації 500мг-екв./л. 3 Частка пом'якшеної води (176м ) подається до споживачів. Відпрацьований розчин Na3 катіонітового фільтра об'ємом 3,5м з концентрацією солей жорсткості 271мг-екв./л змішують з концентрованою часткою води з Н-катіонітового і ОН-іонітового фільтрів, кількість і концентрація 3 3 яких рівні 1,54м і 416мг-екв./л; 2,50м і 200мг-екв./л. Шлам вивозять у відвал. Отримані суміші солей (NaCl і Na2SO4) випаровують до концентрації 1600мг-екв./л, після 3 чого концентрат в кількості 1,63м використовують для регенерації іонообмінного матеріалу Naі Н-катіонітових фільтрів, які вичерпали свою ємкість. У таблиці представлені порівняльні дані по ефективності відомого і пропонованого способів. Таблиця Показники Спосіб Відомий Пропонований Повна ємкість Остаточна жорсткість Питома витрата Об'ємна ємкість поглинання катіоніту води після очистки реагентів (NaCl і катіоніту, 3 3 (Епогл.), мг-екв./л (Жо). мг-екв./л Na2SO4), Ө, кг/м г-екв./м 850 0,50 440 800 1085 0,25 350 1025 2 UA 69356 U 5 10 15 Із наведених в таблиці даних видно, що при реалізації пропонованого способу пом'якшення і знесолювання води (по рівнянню з прототипом) на 30 % збільшується об'ємна і повна ємкість обмінна ємкість поглинання катіоніту, у 2 рази зменшується після очистки остання жорсткість води, зменшується на 25 % питома витрата реагентів без запобігання "гіпсуванню" за рахунок регенерації концентрованим розчином суміші солей хлористого і сірчанокислого натрію (NaCl і Na2SO4) у однаковому співвідношенні. Джерела інформації: 1. Шищенко В.В. і ін. Методи знесолювання стічних вод, використовуваних в промислових котельнях. - Пром. енергетика.-1982. - №7. - С.40-42. 2. Авт. свід. СРСР 1225821, 1986. Кл. C02f1/42; Бюл. №15, 1986. 3. Авт. свід. СРСР 1286530, 1987. Кл. C02f1/42; Бюл. №5, 1987. 4. Авт. свід. СРСР 1230999, 1986. Кл. C02f1/42; Бюл. №18, 1986. 5. Авт. свід. СРСР 1189810, 1985. Кл. C02f 1/42; Бюл. №41, 1985. 6. Авт. свід. СРСР 776990, 1979. Кл. C02f1/42. 7. Авт. свід. СРСР 948891, 1980. Кл. C02f1/42 - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб пом'якшення і знесолювання води послідовною обробкою води водною суспензією лужної солі, відділенням осаду і подальшою іонообмінною очисткою через Na- і Н-катіонітові фільтри з подальшою їх регенерацією концентрованим водним розчином мінеральної солі, який відрізняється тим, що при первинній обробці води як лужну сіль використовують водну суспензію гідроксиду кальцію, а на стадії іонообмінного очищення додатково проводять обробку води через ОН-іонітовий фільтр, а на стадії регенерації катіонітових Na- і Н-фільтрів застосовують концентрований водний розчин (1600 мг-екв./л) суміші лужних солей сульфату і хлориду натрію, які утворилися, в однаковому співвідношенні, а на стадії регенерації Нкатіонітових фільтрів використовують розчин азотної кислоти. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3