Спосіб очистки води

Изобретение относится к области обработки природных и сточных вод, в частности, к ионному обмену и может быть использовано в теплоэнергетике, химической и других отраслях промышленности, потребляющих обессоленную воду. Можно выделить три принципиальные схемы очистки воды от солей методом ионного обмена. Так, в источнике [СН и П 2.04.02-84 "Водоснабжение, наружные сети и сооружения. М., 1985] приводится одноступенчатая, двухступенчатая и трехступенчатая схемы использования катионитных и анионитных фильтров. Сущность процесса обессоливания воды ионным обменом по одноступенчатой схеме состоит в последовательном фильтровании воды через катионитный и анионитный фильтры с последующим удалением двуокиси углерода на дегазаторах. Отличие двухступенчатой схемы состоит в добавлении еще одной ступени, т.е. катионитного и анионитного фильтров. При трехступенчатой схеме обессоливания воды в дополнение к двухступенчатой схеме добавляется фильтр со смешанной загрузкой, состоящей из катионита и анионита. Регенерацию отработанных катионитных фильтров, вне зависимости от числа ступеней, проводят растворами кислот, а регенерацию анионитных фильтров - растворами щелочей. Смесь отработанных нейтрализованных регенерационных растворов, составляющая 5-20% от объема очищенной воды, сбрасывается в бытовую или производственную канализацию, что приводит к интенсивному повышению соле-содержания природных вод. Например, согласно данным [Отчеты ретроспективного анализа воды р. Днепр за 1991-1992 г. Института гидробиологии АН Украины] содержание солей в верховьях р.Днепр составляет 464-581 мг/л (5-8 мг-экв/л), а в нижнем течении - 520-835 мг/л (7-12 мг--экв/л). А, как известно, повышение солесо-держания очищаемой воды с 5 мг-экв/л до 10 мг-экв/л приводит к удорожанию очистки на 100% [Когановский A.M. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев, 1983, с. 206]. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки воды методом ионного обмена с шестью ступенями (фильтрами) ионирования и декорбонизато-ром [Заявка Японии 48-4715, кл. В 01 1/00, заявл. 28.08.69, опублик. 10.02.73. Способ предусматривает фильтрование очищаемой воды через ряд катионитых и анионитных фильтров с последующей регенерацией пар однотипных фильтров, т.е. очистку осуществляют по трехступенчатой схеме. Процесс очистки воды по известному способу иллюстрируется принципиальной технологической схемой, представленной на фиг. 1 (а и б), где К - катионитные фильтры; А - анионитные фильтры; 1, 2,3 - номер фильтра; I, II, III - позиция фильтра. Обозначение номера фильтра в дальнейшем описании процесса очистки воды остается постоянным и не зависит от позиции, на которой устанавливается фильтр в схеме очистки. Под позицией в описании схемы мы понимает номер места однотипного фильтра по ходу очистки воды. После завершения первого фильтроцикла (фиг. 1-а) на регенерацию выводятся два катионитных фильтра, однотипных, стоящих на I и II позиции по ходу очистки воды, обозначенных на схеме К1-І и K2-II, и два анионитных фильтра, стоящих на I и II позиции по ходу очистки воды, обозначенных на схеме А1-I и А2-ІІ. Регенерацию катионитных фильтров осуществляют раствором кислоты, а анионитных - раствором щелочи: причем, кислоту фильтруют последовательно через два фильтра, сначала через K2, а затем через К1, а щелочь - соответственно, через А2 и А1. Отработанные щелочные и кислотные регенерационные растворы перед сбросом в канализацию смешивают. Отрегенерированные фильтры используют повторно для очистки воды, устанавливая из на первую и третью позиции, а на вторую позицию устанавливают неотрегенерированный фильтр, использованный в предыдущем фильтроцикле. Процесс очистки воды с использованием отрегенерированных фильтров осуществляют идентично ранее описанной схеме и он иллюстрируется фиг. 1 б. После завершения n-го фильтроцикла на регенерацию выводят снова по два однотипных фильтра, стоящих на позициях I и II, например, на фиг. 1б это будут К3, К1 и А3, А1. Согласно нашим данным, солесодержание полученной по известному способу обессоленной воды достигает 1,0 мг/л, расход реагентов (кислоты и щелочи) составляет 2,5 г-экв/г-экв сорбированных ионов, объем отработанных регенерационных растворов (сточной воды) - 10-15% от объема очищаемой воды, их концентрация - 5-10 г/л. Полученные в результате регенерации отработанные регенерационные растворы содержат смесь солей, состав которых обусловлен их наличием в исходной воде. Так, для воды, содержащей в сумме 10 мг-экв/л солейСаСІг и Na2SO4, отработанные регенерационные растворы (при применении известного способа) будут содержать смесь этих же солей, но с концентрацией в 500-1000 раз большей (в зависимости от концентрации регенерирующего раствора). А в настоящее время отсутствует экономическая технология, позволяющая разделить эти соли и утилизировать их. Таким образом, недостатками известного способа является невозможность экономичной утилизации отработанных регенерационных растворов, содержащих смесь солей, что приводит к засолению водоемов и дальнейшему ухудшению экологической ситуации. В связи с вышеизложенным, проблема очистки воды от солей в настоящее время выходит на одно из первых мест в водоочистке. Задачей изобретения является разработка технологии очистки воды, обеспечивающей предотвращение засоления водоемов путем утилизации отработанных регенерационных растворов, содержащих индивидуальные соли, а не их смесь, при сохранении требуемого солесодержания очищенной воды. Поставленная задача решается способом очистки воды, включающем последовательное фильтрование воды через ряд чередующихся катионо- и анионообменных фильтров с последующей регенерацией двух однотипных фильтров из трех, соответственно, кислотой или щелочью и повторным их использованием в процессе очистки, в котором, согласно изобретению регенерируют первый и третий однотипные фильтры по ходу движения очищаемой воды и процесс регенерации проводят раздельно по каждому фильтру, а очистку воды осуществляют последовательным фильтрованием ее через неотрегенерированный и отрегенерированные фильтры. Нами обнаружено, что при фильтровании очищаемой воды через ряд чередующихся фильтров, на первом однотипном фильтре сорбируются ионы одного наименования, на втором - смесь ионов и на третьем - ионы другого наименования. Регенерируя раздельно первый и третий фильтры получаем практически чистые соли, которые легко утилизировать. Неотрегенерированный фильтр, содержащий смесь ионов, ставят на первую позицию в следующем фильтроцикле и сильнее сорбирующийся ион вытесняет слабее сорбирующийся ион, вследствие чего, при регенерации снова получаем практически чистую соль. Процесс очистки воды по предлагаемому способу иллюстрируется принципиальной технологической схемой, представленной на фиг. 2 (а и б), где К - катионитные фильтры; А -анионитные фильтры: 1, 2, 3 номер фильтра; I, II, III - позиция фильтра. После завершения первого фильтроцикла (фиг. 2а) на регенерацию выводятся два катионитных фильтра, стоящих на первой и третьей позициях по ходу очистки воды, обозначенных на схеме К1-І и К3-ІІІ, и два анионитных фильтра, стоящих на первой и третьей позициях по ходу очистки воды, обозначенных на схеме А1-І и А3-III. Регенерацию катионитных фильтров осуществляют раствором кислоты, а анионитных - раствором щелочи; причем, кислоту фильтруют раздельно через каждый катионитный фильтр со сбором отработанных регенера-ционных растворов от каждого катионитного фильтра в отдельные емкости, а щелочь фильтруют раздельно через анионитные фильтры, выведенные на регенерацию, со сбором отработанных регенерационных растворов от каждого анионитного фильтра в отдельные емкости. Отработанные щелочные и кислые регенерационные растворы, содержащие практически чистые соли, легко утилизируются. Расход реагентов (кислоты и щелочи) составляет 2,5 г-экв/г-экв сорбированных ионов, объем отработанных регенерационных растворов, подлежащих утилизации - 10-15% от объема очищаемой воды. Отрегенерированные фильтры используют повторно для очистки воды, устанавливая их на вторую и третью позиции, а на первую позицию устанавливают неотрегенерированный фильтр, использованный в предыдущем фильтроцикле. Процесс очистки воды с использованием отрегенерированных фильтров осуществляют идентично ранее описанной схеме и он представлен на фигуре 26. После завершения n-го фильтро-цикла на регенерацию выводят снова по два однотипных фильтра, стоящих на позициях I и III, например, для фигуры 26 это будут К2, К3 и А2, А3. Полученные в результате регенерации отработанные регенерационные растворы содержат практически чистые соли, концентрация которых зависитот концентрации ре-генерационного раствора и может составлять 10-100 г/л. Пример 1 (по предлагаемому способу). Опыты по очистке воды проводили на ионообменной установке, представленной на фиг. 2 (а и 6). Установка состоит из трех катионитных и трех анионитных фильтров. Катионитные фильтры, загруженные катио-нитом КУ-2 в Н-форме и 100 мл в каждом, служат для удаления ионов кальция и натрия, а анионитные, загруженные аниони-том АН-22 в О Н-форме по 100 мл в каждом, служат для удаления сульфатов и хлоридов. Исходную воду, содержащую по 5 мг-экв/л ионов кальция, натрия, хлоридов и сульфатов, фильтруют со скоростью 5 м3/м2 ч через все ионитные фильтры до проскока ионов натрия после катионитного фильтра К3-IIІ и хлоридов после анионитного фильтра А3-III 0,1 мг-экв/л (фиг. 2а). Объем очищенной воды в первом фильтроцикле составил 40,0 литров. Регенерацию отработанного катио-нита проводят 10%-ным раствором соляной кислоты порциями по 100 мл для каждого фильтра, причем регенерируют катионитные фильтры, стоящие на первой и третьей позициях (К1 и К3 для первого фильтроцикла), со сбором отработанных регенерационных растворов в отдельные емкости для каждого фильтра. Содержание ионов кальция и натрия в отработанном регенерацион-ном растворе после регенерации катионитного фильтра К1, стоящего на первой позиции, составляет, соответственно, 95% и 5%, а после регенерации катионитного фильтра К3, стоящего на третьей позиции, составляет, соответственно, 2% и 98%. Регенерацию отработанного анионита проводят 4%-ным раствором гидроксида натрия по аналогичной схеме, т.е. регенерировали анионитные фильтры А1 и А3, стоящие на первой и третьей позициях, со сбором отработанных регенерационных растворов в отдельные емкости для каждого фильтра. Объем регенерационного раствора составляет 300 мл для каждого фильтра. Содержание сульфатов и хлоридов в отработанном регенерационном растворе после регенерации анионитного фильтра А 1, стоящего на первой позиции, составляет, соответственно 96% и 4%, а после регенерации анионитного фильтра А3, стоящего на третьей позиции, соответственно, 2% и 98%. В следующем фильтроцикле неотрегенерированные фильтры К2 и А2 ставили на первую позицию, а отрегенерированные –К1, К3 и А1, А3 - на вторую и третью позиции (фиг. 26), Процесс фильтрования воды проводили аналогично первому фильтроциклу. Объем очищенной воды - 24,0 литра. После насыщения регенерировали фильтры, стоящие на первой и третьей позициях, т.е. К2, К3 и А2, А3, со сбором отработанных регене-рационных растворов в отдельные емкости. Объемы регенерационных растворов те же, что и в предыдущем фильтроцикле: для одного катионитного фильтра - 100 мл 10% НСІ, для одного анионитного фильтра - 300 мл 4% NaOH. В третьем цикле адсорбция -регенерация объем очищенной воды составил 24 л, а объемы регенерационных растворов те же, что и во втором цикле. Полученные результаты по трем циклам представлены в табл. 1. Пример 2 (по известному способу). Опыты по очистке воды проводили на ионообменной установке, представленной на фиг. 1 (а и б). Установка состоит из трех катионитных и трех анионитных фильтров. Катионитные фильтры, загруженные катионитом КУ-2 в Н-форме по 100 мл в каждом, служат для удаления ионов кальция и натрия, а анионитные, загруженные аниони-том АН-22 в ОН-форме по 100 мл в каждом, служат для удаления сульфатов и хлоридов. Исходную воду, содержащую по 5 мг-экв/л ионов кальция, натрия, хлоридов и сульфатов, фильтруют со скоростью 5 м3/м2 ч через все ионитные фильтры до проскока ионов натрия после катионитного фильтра К3-ІII и хлоридов после анионитного фильтра А3-ІІІ 0,1 мг-экв/л (фиг. 1а). Объем очищенной воды в первом фильтроцикле составил 40,0 литров. Регенерацию отработанного катио-нита проводят 10%-ным раствором соляной кислоты, причем регенерируют катионитные фильтры, стоящие на первой и второй позициях (К1 и К2 для первого фильтроцикла), и регенерационный раствор фильтруют сначала через второй фильтр К2, а затем через первый фильтр К1. Объем регенерационного раствора составил 200 мл. Содержание ионов кальция и натрия в отработанных регенерационных растворах катионитных фильтров составляло, соответственно, 72% и 28%. Регенерацию отработанного анионита проводили 4%-ным раствором гидроксида натрия по аналогичной схеме, т.е. регенерировали анионитные фильтры, стоящие на первой и второй позициях А1 и А2. Объем регенерационного раствора составлял 600 мл. Содержание сульфатов и хлоридов в отработанных регенерационных растворах составляет, соответственно, 70% и 30%. В следующем фильтроцикле неотреге-нерированные фильтры К3 и А3 ставили на вторую позицию, а отрегенерированные –К1, К2 и А1, А2 - на первую и третью позиции (фиг. 16). Процесс фильтрования воды проводили аналогично первому фильтроциклу. Объем очищенной воды снизился до 24,0 литров и оставался таким же и для третьего фильтроцикла. После насыщения во втором фильтроцикле регенерировали фильтры стоящие на первой и второй позициях, т.е. К1,К3 и А1, А3 со сбором отработанных регенерационных растворов в отдельные сборники растворов катионитных и анионитных фильтров. Объемы регенерационных растворов те же, что и в предыдущем фильтроцикле: для катионита- 200 мл 10% НСІ для анионита - 600 мл 4% NaOH. В третьем цикле объем очищенной воды составил 24 л., а объемы регенерационных растворов те же, что и во втором цикле. Было проведено три цикла адсорбция - регенерация. Полученные результаты представлены в таблице 2. Преимущества предложенного способа по сравнению с известным подтверждаются данными табл. 1 и 2. Использование предложенного способа позволяет в процессе регенерации отработанных ионитных фильтров получить практически чистые индивидуальные соли, содержащие около 95% чистого вещества, которые легко утилизировать. При этом способ обеспечивает сохранение высокого качества очищаемой воды. Таким образом, применение предложенного способа предотвращает загрязнение окружающей среды путем исключения сброса солей в водоемы.