Способ термического обессоливания пресных вод

Способ термического обессоливания пресных вод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союэ Советскин

Социалистичесини

Рес уб

ОП ИСАЙКЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>939397 (6 l ) Допол н и тел ь мое к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 19. 12. 80 (21) 2965702/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)М. Кл.

С 02 F 1/42

9кудврстееииый комитет

СССР ао аелаи изобретений н открытий

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24 (53) УДК628 ° 543 ° .7(088.8) Дата опубликования описания 02 . 07 . 82 (72) Авторы изобретения

Г.К. Фейзиев и Э.А. Сафиев (7l ) Заявитель

Азербайджанский инженерно-строительный институт (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВРНИЛ

ПРЕСНЬИ ВОД

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетике, черной металлургии, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности .

Известен способ термической дистил-5 ляции пресных и соленых вод беэ их предварительной обработки, заключающийся в выпаривании сырой воды в многоступенчатых и спарителях мгновенного, .вскипания и дополнительной выпарной установке (1 1.

Недостатками этого способа являются наличие жестких продувочных стоков, загрязняющих окружающую среду, а также большие затраты на выпарные аппараты, выполняемые из дорогостоящих и дефицитных сплавов.

Известен способ термического обессоливания пресных вод, включающий пред- ?o варительное умягчение их натрийкатионированием с регенерацией катионитных фильтров привозной поваренной солью и последующее выпаривание умяг2 ченной воды в испарителях, выполняемых из углеродистой стали f2).

Недостатками известного способа являются затраты на привозную поварен ную соль и наличие большого количества жестких сбросных стоков от регенерации натрийкатионитных фильтров. Кроме того, по данному способу в сток сбрасывается продувочная вода испарителей, содержащая концентрированные соли натрия, загрязняющие окружающую среду. Для утилизации этих стоков необходимо использование специальных установок, что в несколько раз удорожает обработку. Ограничение количества поваренной соли, используемой для регенерации, приводит к снижению степени использования обменной емкости катионита по данному способу.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термического обессоливания пресных вод, включающий умягчение их натрийкатиони

939397 рованием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрийкатионитных фильтров подкисленной проду во чной водой и спа ри т елей f3 ) .

Недостатками способа являются на5 личие сбросных жестких регенерационных стоков катионитных фильтров, .низкая степень использования обменной емкости катионита вследствие низкого соотношения солей натрия и жесткости в пресных водах, а также большие затраты на кислоту для подкисления продувочной воды испарителей, обусловленные высокой относительной щелочностью пресных вод.

Цель изобретения - исключение сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров в окружающую среду и удешевление процесса путем снижения затрат на утилизацию стоков зо и расхода кислоты на подкисление продувочной воды.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термического обессоливания пресных вод, включающем умягчение их натрийкатионированием, выпаривание умягченной воды в испарителях и реreнерацию натрийкатионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, регенерацию натрийкатионитзо ных фильтров ведут подкисленной проду вочной водой и спа ри телей, содержащей

20-503 отработанного ре генерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, а остальной объем отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов же ст кости смеши вают с и сходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионированием. о

Кроме того, ионы жесткости предварительно удаляют из отработанного регенерационного раствора путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата кальция.

Смешивание малоконцентрированной части отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатионировани. ем позволяет исключить сброс стоков и испольэовать содержащиеся в них соли натрия при незначительном повышении содержания солей в натрийкатионированной воде.

Осуществление регенерации натрийкатионитных фильтров продувочной водой, содержащей 20-50 отработанного . регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, способствует образованию и выделению малорастворимых соединений и повышению содержания натриевых солей в регенерационном растворе. Указанное количество отработанного регенерационного раствора обусловлено тем, что последнее содержит основную часть солей жесткости, подлежащих осаждению, и солей натрия отработанного регенерационного раствора, используемых повторно.

Нижний предел 203 соответствует случаю использования прямоточных фильтров, имеющих более высокий удельный расход воды на отмывку, а также при загрузке противоточных фильтров сульфо- углем. Верхний предел 504 обусловлен применением противоточных фильтров со сниженным расходом воды на отмывку в случае загрузки их высокоемкими катио/ нитами типа КУ-2.

Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа позволяет исключить наличие жестких регенерационных стоков за счет осаждения солей жесткости в виде сульфата кальция в кристаллиэаторе и взаимодействия карбонатных и гидратных ионов, содержащихся в продувочной воде, с ионами жесткости отработанного раствора, приводящего к выпадению в твердую фазу и отделению малорастворимых соединений. При этом становится возможным использование солей натрия, содержащихся в отработанном растворе, совместно с солями натрия в продувочной воде, что повышает эффективность регенерации натрийкатионитных фильтров и позволяет снизить расход кислоты на подкисление регенерационного раствора более чем в 10 раз.

Излишек солей натрия, циркулирующих в системе, может дозироваться в умягченную воду, отдаваемую потребителю, при наличии последнего, либо без существенных затрат выпариваться до сухих солей в обычных поверхностных испарителях.

На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ.

Схема содержит натрийкатионитный фильтр 1, испаритель 2, бак-реактор 3 для смешения и отстаивания продувочной воды и отработанного регенерационного раствора,,кристаллиэатор 4 сульфата кальция, бак 5 сброса части отработанного раствора с отмывочными

5 93939 водами и бак 6 свежего регенерационного раствора.

Исходную пресную воду пропускают через натрийкатионитный фильтр 1, где происходит ее глубокое умягчение, после чего подают в испаритель 2, где умягченная вода подвергается термической дистилляции. Продувочную воду испарителя 2 в стадии обработки собирают в бак-реактор 3, куда в стадии регенерации собирают также 20-503 отработанного регенерационного раствора, пропущенного через кристаллизатор 4 сульфата кальция. В баке 3 происходит выпадение образующихся в результате смешения малорастворимых соединений СаСО, Hg(OK)y и CaS04. Остальные 50-80 отработанного раствора соби рают в процессе регенерации в бак 5. Причем 15-453 этого раство" 2О ра собирают в бак 5, предварительно пропустив через кристаллизатор 4, а остальные 55-85 — непосредственно после фильтра 1. Из бака 5 в процессе умягчения часть отработанных стоков, содержащих в основном отмывочную воду, смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения в фильтре 1. После

Ьтстаивания смеси продувочной воды и 20-50 отработанного регенерацион- Зр ного раствора в баке-реакторе 3 с отделением выпавшего шлама продувочную воду, содержащую отработанный раствор, направляют из бака 3 в бак 6 свежего регенерационного раствора, от куда в стадии регенерации раствор пропускают через натрийкатионитный фильтр 1. Излишек солей натрйя в зависимости от конкретных условий отводится либо с продувочной водой, либо со смесью из бака 3.

Способ осуществляется следующим образом.

В исходную воду дозируют отмывочные воды, собранные в стадии регенера ции, и пропускают ее через натрийкатионитный фильтр. Затем глубокоумягченную воду подают в испаритель, где ее выпаривают, а продувку испарителей смешивают с 20-50/ отработанного ре50 генерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата кальция..

Для регенерации продувочную воду

SS из бака-реактора 3, содержащую отработанный раствор в количестве 2050 об.Ф, собирают в бак 6 и пропускают через натрийкатионитный фильтр 1.

7 6

После подачи регенерационного раствора через фильтр пропускают отмывочную умягченную воду. Выходящий из фильтра отработанный раствор в количестве 20-50 пропускают через кристаллизатор 4 сульфата кальция, где содержание CaS04 снижается до величины

35-50 мг-экв/л, после чего собирают в баке-реакторе 3. Остальные 55-80 отработанного раствора, содержащие в основном отмывочную воду, собирают в бак 5. Причем 15-453 этого количества, в которых концентрация CaS04 превышает 35-50 мг-экв/л, также пропускают через кристаллизатор 4, а остальные 55-85 собирают в бак 5, минуя кристаллизатор. Избыток смеси продувочной воды с отработанным раствором, образующийся в результате накопления солей натрия, поступающих с исходной водой, отводят с продувочной водой либо из бака 3 и дозируют в умягченную воду при наличии потребителя, либо выпаривают до сухих солей в обычных поверхностных испарителях.

Пример 1. Термическому обессоливанию подвергают пресную воду, имеющую следующий ионный состав, мг-экв/л: Са 1,2; Ng 0,5; < оф,7;

Na 1,3; НСО Ь 1,5; 504 1,2; С1 0,3

Исходную воду равномерно смешивают с 55/, отработанного раствора с:тадии регенерации в количестве 6 м имеющего катионный состав, мг-экв/л:

Са 43; Мс 30; N а 200, и пропускают через прямоточный натрийкатионитный фильтр, загруженный катионитом КУ"2.

При этом содержание катионов жесткости в обрабатываемой воде повышается на величины, мг-экв/л: дСа 0,4; дИд 0,2.

Обменная емкость катионита КУ-2 при кратности расхода регенерационного раствора солей натрия m = 2,5 составляет 1200 r-экв/м . Глубокоумяг"

Ь ченную воду после натрийкатионирования подают в поверхностный испаритель, где происходит ее термическая дистилляция. Содержание солей в продувочной воде составляет, г-экв: 611 ц» 1560;

0ЩСд415 Ъа СО 151 ВиаОН 355.

Продувочную воду в количестве

1 1 м собирают в бак-реактор, где содержится 203 отработанного раствора предыдущей регенерации в количестве

2,2 м, пропущенного через кристаллиэатор сульфата кальция, в который выходят, t -экв< ССс1 0, 110; G gg 364;

0Ф,Р0,950; СМсЕ 795.

93939

В результате смешения продувочной воды с 203 отработанного регенерационного раствора, пропущенного через кристаллизатор сульфата кальция, в реакторе выпадают в осадок практически все соли жесткости в виде кар боната кальция, гидроокиси магния и сульфата кальция. Концентрация солей натрия в полученном растворе равна концентрации их в исходном регенера- в ционном растворе и составляет

1400 г-экв/мЭ. Количество полученного раствора составляет 2,2+1,1=3,3 м .

После отделения осадка полученная смесь направляется в бак регенерационного раствора в количестве 2,1 м, равном исходному. Избыток солей натрия выпаривается досуха в поверхностном испарителе.

После истощения катионита до проскока жесткости производят его регенерацию путем пропускания по прямотоку регенерационного раствора из бака, содержащего продувочную воду и 203 отработанного раствора предыдущей стадии регенерации, Перед подачей регенерационного раствора его подкисляют в количестве 0,8 г-экв/мЭ для устранения карбонатной и гидратной щелочнбсти. После регенерационного растзо вора через фильтр пропускают отмывочную воду. с удельным расходом 6 м /м .

При этом 204 вновь полученного отра- ботанного раствора, содержащего максимальное количество солей жесткости и натрия, пропускают через кристаллизатор сульфата кальция и собирают в бак-реактор. Остальные 803 отработанного раствора собирают в отдельный бак для последующего смешения с исходной водой перед стадией ее умягчения. Причем 154 данного количества

Ьтработанного раствора, концентрация ионов кальция в котором превышает

50 мг-экв/л, также пропускают через

@Я кристаллизатор и собирают с остальными

853 непосредственно после фильтра.

Укаэанную часть отработанного раствора смешивают в процессе обработки с исходной водой перед стадией ее умягчения натриикатионированием.

Состав и содержание регенерационного раствора по предлагаемому способу остаются постоянными из цикла в цикл, что достигается соответствующим подбором кратности упаривания воды в испарителе.

В результате обработки по предлагаемому способу отсутствуют сточные

7 8 воды и затраты на оборудование для их утилизации.

Для сравнения исходную воду обрабатывают известным способом. При этом расход кислоты на подкисление продувочной воды составляет около I80 г-экв/н, а удельный расход сбросных жестких регенерационных стоков

7-8 мз/мЗ

Пример 2. Исходную воду по составу аналогичную примеру 1 обрабатывают с использованием для умягчения противоточного натрийкатионитного фильтра, загруженного катионитом КУ-2.

При этом удельный расход отмывочной воды составляет 2,5 м /м . Для регенерации катионитных фильтров игпользуют продувочную воду испарителя, содержащую 503 отработанного раствора стадии регенерации. Этим достигается устранение жесткости отработанного раствора и щелочности продувочной воды, позволяющее использовать соли натрия обоих этих растворов для регенерации фильтров. Полученный в процессе регенерации фильтра отработанный раствор в количестве 503 пропускают через кристаллизатор сульфата кальция и смешивают с продувочной водой в бакереакторе. Остальные 503 отработанного раствора, содержащие в основном отмывочную воду, собирают в бак, причем 454 этого количества также пропускают через кристаллизатор, а 553 собирают, минуя кристаллизатор, Все соли жесткости отводят из системы в виде твердого шлама.

В результате обработки по предлагаемому способу сброс жестких регенерационных стоков натрийкатионитных фильтров отсутствует, в то время как по известному способу он составляет м на 1 м катионита, а расход кислоты на подкисление продувочной воды снижается с 180 до 0,8 г-экв/м . 3

Таким образом, предлагаемый способ позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды путем исключения сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров.

Зкономическая эффективность предлагаемого способа оценивапась на примере установки термического обессоливания пресных вод производительностью 1000 м /ч. Годовой объем сточных вод для такой установки составляет при числе часов работы 7000 ч и расходе воды йа собственные нужды 5F

1000х0,05x7000=350000 (м /r) 93939

Удельные приведенные затраты на утилизацию этих стоков с применением наиболее современных методов состав" ляют 2,56 руб/м .

Годовая экономия от реализации предлагаемого способа для этой установки за счет исключения дополнительных затрат на утилизацию стоков и без учета экономии от снижения расхода кислоты на подкисление продувочных вод испарителей составит ориентировоч. но

350000x2,56=896 (тыс.руб/г), а экономический эффект в масштабах страны .10 млн.рублей в год.

Формула изобретения

1. Способ термического обессолива- 20 ния пресных вод, включающий умягчение их натрийкатионированием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрийкатионитных фильтров подкисленной продувочной водой,2s испарителей, отличающийся тем, что, с целью исключения сброса жестких регенерационных стоков катионитных фильтров в окружающую среду

7 10 и удешевления процесса путем снижени, затрат на утилизацию стоков и расхода кислоты на подкисление продувочной воды, регенерацию натрийкатионитных фильтров ведут подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей

20-504 отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, а остальной объем отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения натрийкатиони рованием.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ионы жесткости предварительно удаляют из отработанно" го регенерационного раствора путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата. кальция.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Патент ФРГ N 2236519> кл. С 02 В 1/04, 1977.

2. Вихрев В.Ф. и др. Водоподготов1973, с. 335.

3. Авторское свидетельство СССР

И 64446, кл. С 02 г 1/42,,1941 прототип).