Способ обессоливания воды

Способ обессоливания воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается обессоливания воды методами ионного обмена и электродиализа и позволяет снизить эксплуатационные затраты, предотвратить загрязнение окружающей среды. Способ обессоливания воды осуществляют последовательным пропусканием исходной воды через катионитный фильтр в натрий-форме и кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными и катионитными мембранами, при этом одновременно в щелочных камерах получают щелочь. После кислотных камер обработку ведут на декарбонизаторе, при этом отделяют диоксид углерода, а декарбонизованную воду подают на анионитный фильтр в ОН -форме. Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного и анионитного фильтров, причем умягченую смесь подают на регенерацию катионитного фильтра. 2 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s С 02 F 1/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773797/26 (22) 26.12.89 (46) 23.12.91.Бюл.N 47 (71) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) В,А.Чухин и А.В,Михайлин (53) 663.635(088.8) (56) Кузнецов О.Ю., Тульчинский А.С, Обессоливание Н-катионированной воды электродиэлизом.-Химия и технология воды, 1984, т.6,N 4, с,341-344. (54) СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ (57) Изобретение касается обессоливания воды методами ионного обмена и электродиализа и позволяет снизить эксплуатационные затраты, предотвратить загрязнение окружающей среды. Способ обессоливания воды осуществляют последовательным пропусканием исходной воды через катионитИзобретение относится к водоподготовке, в частности к обессоливанию воды методами ионного обмена и электродиализа, и может быть использовано в тепловой и атомной энергетике, а также в химической и электронной промышленности.

Известен способ обессоливания воды; включающий последовательную обработку нэ катионитном фильтре в Н -,форме и на анионитном фильтре в ОН -форме, регенерацию фильтров кислотой и щелочью соответственно и сброс отработанных регенерационных растворов, Известен способ обработки сточных вод процесса регенерации ионообменных смол в установках для очистки воды, включающий нейтрализацию отработанных регенераци„„Ы2„„1699942 А1 ный фильтр в натрий-форме и кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными и катионитными мембранами, при этом одновременно в щелочных камерах получают щелочь. После кислотных камер обработку ведут на декарбонизаторе. при этом отделяют диоксид углерода, а декарбонизовэнную воду подают на анионитный фильтр в ОН вЂ” форме, Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного Я и анионитного фильтров, причем умягченую смесь подают на регенерацию катионитного фильтра. 2 з.п.ф-лы, 2 ил„1 табл.

° аавеЬ онных растворов анионитного и катионит- ° СЬ ного фильтров кислотой и щелочью соответ- 0 ствен но. последующее смешивание со нейтрализованных растворов и обработку . 0 смеси осаждением.

Недостатками известных способов являются значительные эксплуатационные затраты на реагенты для регенерации ионитных фильтров и нейтрализации отработанных регенерационных растворов, а также необходимость соблюдения высоких требований к технике безопасности при работе с кислотами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обессоливэния воды, включающий очистку нэ ионитном

1699942

5 10 15

25

55 фильтре с последующей подачей на электродиализный аппарат, извлечение реагента из ионированной воды и его использование для регенерации ионитного фильтра, реагентное умягчение отработанного регенерационного раствора.

Недостатками известного способа являются дополнительные эксплуатационные затраты на товарные реагенты — известь, соду или щелочь, применяемые для осажде ния ионов жесткости из отработанных реге нерационных растворов, и опасность процесса при использовании кислоты для регенерации ионитного фильтра.

Целью изобретения является снижение рксплуатационных затрат и обеспечение безопасности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что

Воду после очистки на катионитном фильтре натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярныМи и катионитньуи мембранами, а затем на анионитный фильтр в ОН -форме, отработанные регенерационные растворы аниоНитного и катионитного фильтров мешивают, причем полученную в электродиализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью отработанных регенерационных растворов.

На умягчение смеси отработанных реге-. нерационных растворов и на регенерацию нионитного фильтра щелочь подают в количествах, пропорциональных содер>канию и исходной воде кальциевой и магниевой жесткости и сумме анионов сильных кислот

Соответственно.

Щелочь перед подачей на умягчение

Смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до

Образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде.

Предлагаемый способ реализуют последовательной обработкой исходной воды на ионитных фильтрах и электродиализном аппарате. с биполярными и KBTvloHIATHIIMvl мембранами, которые образуют кислотные и щелочные камеры. Биполярная мембрана в электродиализном аппарате анионитной стороной обращена к аноду и под действием постоянного электрического тока генерирует ионы водорода Н и гидроксида ОН, которые поступают в кислотные и щелочные камеры соответственно.

Извлечение ионов жесткости из исходной воды ведут на катионитном фильтре в натрий-форме, после чего воду, содержащую хлорид, сульфат и бикарбонат натрия, подают в кислотные камеры электродиализного аппарата, где за счет замещения ионов натрия на ионы водорода Н, которые генерирует биполярная мембрана, получают воду, одинаковую по качественным

+ показателям с Н -катионированной водой, при этом исключают применение катионит+ ного фильтра в Н -форме для извлечения ионов жесткости из исходной воды и его регенерацию кислотой, что обеспечивает безопасность процесса обессоливания, Воду из кислотных камер подают на декарбонизатор, в котором отделяют диоксид углерода СОг, а декарбонизованную воду подают на анионитный фильтр o QH -форме, Ионы натрия. замещенные в кислотной камере ионами водорода Н, под действием постоянного электрического тока через катионитную мембрану поступают в щелочные камеры, где с ионами гидроксида ОН, которые генерирует биполярная мембрана, образуют щелочь, Часть полученной щелочи в количестве, пропорциональном сумме анионов сильных кислот в исходной воде, подают на регенерацию анионитного фильтра, другую часть насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды и подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного и анионитного фильтров, причем умягченную смесь подают на регенерацию катионитного фильтра.

Такое техническое решение позволяет рационально использовать полученную в электродиализном аппарате щелочь и исключить применение товарных реагентов на стадиях регенерации и обработки стоков ионитных фильтров, что снижает эксплуатационные затраты на ведение процесса обессоливания воды, На фиг,1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг.2 — схема электродиализного аппарата.

Схема содер>кит катионитный фильтр 1, электродиализный аппарат 2, вакуумный декарбонизатор 3, анионитный фильтр 4, реактор 5, бак 6 щелочи, бак 7 умягченной смеси отработанных регенерационных растворов. насосы 8-10, Электродиализный аппарат 2 представляет собой фильтр-прессную сборку чередующихся биполярных 11 и катионитных 12 мембран. Биполярная мембрана 11 ориентирована таким образом, что катионитная сторона обращена к катоду 13 и образует с катионитной мембраной 12 кислотную камеру 14, а анионитная сторона обращена к аноду 15 и образует с катионитной мембраной 12 щелочную камеру 16, Кислотная 14 и

1699942 щелочная 16 камеры, образованные чередующимися биполярными 11 и катионитными

12 мембранами, являются основным элементом электродиализного аппарата 2 и могут повториться и раз. 5

Биполярная мембрана 11 под действием постоянного электрического тока генерируют ионы водорода Н, которые поступают в кислотные камеры 14, и ионы гидроксида ОН, которые поступают в ще- 10 лочные камеры 16, Исходную воду подают на вход катионитного фильтра 1 в натрий-форме, фильтруют через слой ионообменной загрузки и умягченный фильтрат, содержащий хлорид, 15 сульфат и бикарбонат натрия, подают в кислотные камеры 14 электролизного аппарата

2 с биполярными 11 и катионитными 12 мембранами, где ион натрия замещается ионом водорода Н, поступает через катионитную 20 мембрану 12 в щелочные камеры 16 и с гидроксид ионом ОН образует щелочь, которую отводят в бак 6. Воду, имеющую после обработки в кислотных камерах 14 электролизного аппарата 2 значение рН 25 меньшее 4, при котором бикарбонат ион

НСОз переходит в диоксид углерода COz, подают на вакуумный декарбонизатор 3, отделяют диоксид углерода СО2, а затем насосом 8 подают на вход анионитного фильтра

4, который находится в ОН -форме. После фильтрования через слой ионообменной загрузки, при котором хлорид-и сульфат-ионы обмениваются на гидроксид-ион ОН, на выходе анионитного фильтра 4 получают обессоленную воду.

После истощения загрузки анионитный фильтр 4 регенерируют полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают насосом 9 из бака 6 в количестве, пропорциональном содержанию анионов сильных кислот в исходной воде. Отработанный регенерационный раствор(ОРР), содержащий хлорид и сульфат натрия, подают в реактор 5, где смешивают с OPP катионитного фильтра 1 предыдущей регенерации.

Умягчение смеси отработанных регенерационных растворов катионитного 1 и анионитного 4 фильтров ведут полученной в электродиализном аппарате 2 щелочью, которую подают из бака 6 в реактор 5 в количестве, пропорциональном содержанию ионов кальция и магния в исходной воде, причем часть подаваемой щелочи насыщают диоксидом углерода COz до образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде, После умягчения смеси отработанных регенерационных растворов в реакторе 5 отстоенный и осветлен30

55 ный раствор собирают в бак 7 и насосом 10 подают на регенерацию катионитного фильтра 1. Отработанный регенерационный раствор, содержащий соли жесткости, подают на стадию смешения и умягчения в реактор

5. Осадок из реактора 5, содержащий карбонат кальция и гидроксид магния, направляют на обезвоживание и утилизацию.

Избыточную умягченную смесь отработанных регенерационных растворов из бака 7 направляют на упаривание, например в установке погружного горения.

Пример. Через колонку диаметром

2,4 см, загруженную катионитом КУ-2-8 в натрий-форме и высотой слоя загрузки

27 см, с расходом 8,4 л/ч и скоростью фильтрования 18,6 м/ч пропускают воду с ионным составом, мг-экв/л: Са 1,7; Mg 0,7; Na

1,6; CI 0,7; S0< 0,8; НСОз 2,5, Умягченную воду после натрий-катионирования подают в кислотные камеры электродиализного аппарата с биполярными мембранами МБ-1 и катионитными мембранами М К-40. Рабочая площадь мембраны 160 см .

В щелочные камеры электродиализного аппарата подают дистиллированную воду с расходом 0,07 л/ч. После электродиализа, который ведут при плотности тока 50 Аlм, водуиз кислотных камерс рН=2,8подаютна вакуумный дегазатор и далее на колонку, загруженную анионитном АВ-17 в ОН вЂ” форме, с высотой слоя загрузки 37 см.

Всего за фильтроцикл пропущено 42 л исходной воды, при этом в электродиализном аппарате получают 360 мл щелочи с концентрацией 460 мг-экв/л, а в вакуумном дегазаторе — 105-мг-экв диоксида углерода

С02.

Часть полученной щелочи в количестве

140 мл подают на регенерацию анионита.

АВ-17, а 150 мл насыщают диоксидом углерода С02, при этом получают 70,0 мг-экв соды МарСОз.

Отработанный регенерационный раствор анионита АВ-17 смешивают с отработанными регенерационным раствором катионита КУ-2-8 предыдущей регенерации объемом 200 мл и концентрацией солей жесткости 504 мг-экв/л, Для осаждения солей жесткости к смеси отработанных регенерационных растворов добавляют 150 мл полученного раствора соды и оставшиеся 70 мл полученной в электродиализном аппарате щелочи. Отстоенный и осветленный раствор объемом 560 мл упаривают в 2,8 раза и получают 200 мл раствора хлорида и сульфата натрия с остаточной жесткостью 10 мг-экв/л, который вновь под1699942

10 расчетные показатели по способу

Статьи затрат известному предлагаемому

Кислота лля регенерации

Иь-катионитного фильтра: удельный расход, r/r- çêâ

80,0

384,0

29,6

9661,4 средний годовой расход, т стоимость 1 т, руб годовые затраты, руб

Сода на умягченне стоков фильтра: удельный расход, r/r-экв

93,0

108,1

40,0

4324,0 средний годовой расход, т стоимость т, руб. годовые затраты, руб.

Известь на унягчение стоков фильтра: удельный расход, r/ã-экв

28,0

23,9 средний годовой расход, т стоииость 1 т, руб. годовые затраты, руб

12 т0

282;0

Известь на нейтрализацию . избыточной кислотности а стоке фильтра:

2t,2

294,4 средний годовой расход, т годовые затраты, руб.

Электроэнергия на ведение процесса электродиапиза

010ts, 0,17 удельный расход электро» энергии, кбтеч/г-экв средний годовой расход, кВт ° ч

816000 .

72000

0101

0,01 стоимость кбт ч, руб, 720

8160 годовые затраты, руб ают на регенерацию катионита КУ-2-8, при этом отмечено, что загипсовывания загрузки катионитного фильтра не происходит.

Расчеты затрат по предлагаемому и известному способам приведены в таблице. 5

Количество возвращаемой кислоты на регенерацию Н -катионитного фильтра по прототипу составляет 15-20%.

Формула изобретения

1. Способ обессоливания воды, включа ющий очистку воды на катионитном фильтре последующей подачей на электролизный аппарат, регенерацию фильтра, реагентное 15 умягчение отработанного регенерационного раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрат и предотвращения загрязнений окружаю щей среды, воду после очистки на катионит- 20 ном фильтре в натрий-форме подают в кислотные камеры электродиализного ап-. парата с биполярными и катионитными мембранами, затем на анионитный фильтр в ОН вЂ” форме. отработанные регенерационные растворы катионитного и анионитного фильтров смешивают, причем полученную в электродиализном аппарате щелочь подают на умягчение смеси и на регенерацию анионитного фильтра, а регенерацию катионитного фильтра ведут умягченной смесью отработан ных регенерацион н ых растворов.

2. Способпо п1,отл ича ющийся тем, что щелочь подают на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов и на регенерацию анионитного фильтра в количествах, пропорциональных содержанию в исходной воде кальциевой и магниевой жесткости и сумме анионов сильных кислот соответственно.

3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что щелочь перед подачей на умягчение смеси отработанных регенерационных растворов насыщают диоксидом углерода до образования раствора соды с концентрацией, пропорциональной концентрации кальциевой жесткости в исходной воде.

1699942

Составитель В.Вилинская

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M,Максимишинец

Редактор Н.Гунько

Заказ 4438 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101