HU198135B - Method for regenerating the cation exchanging charge of apparatus serving for partial desalinizing water - Google Patents

Description

A találmány víz részleges sótalanítására szolgáló berendezés kationcserélő töltetének környezetkímélő regenerálására vonatkozik

A víz részleges sótalanítása során a változó és állandó keménységet okozó kalcium- és magnéziumionokat távolítsák el kationcserélő gyanták segítségé vei. Az ismert sótalanító berendezésekben ,,H” alakban lévő kationcserélő gyantából és „Na” alakban lévő kationcseréiő gyantából álló töltetet alkalmaznak, ahol a „H” kationcserélő gyanta erősen savas — így VARION-KS — vagy gyengén savas — például VARION-KCO — lehet. AZ „Na” kationcserélő gyanta minden esetben erősen savas. „(Részletesebben lásd pl. Dr. inezédy J.: Ioncserélők és alkalmazásuk, Műszaki Könyvkiadó, Budapest)”.

A leírásban a kationcserélő gyantákat a sótalanításnál történő alkalmazás szempontjából nevezzük ,,H” kationcserélő gyantának, még akkor is, ha már kimerült, s nem „H”, illetve „Na” alakban vannak jelen.

Abban az esetben, ha erősen savas „H” kaíioncserélő gyantából és erősen savas „Na” kationcseréiő gyantából álló töltetekkel ellátott részleges sótalanító berendezést alkalmaznak, a ,,H” kationcseréiő hidrogénionra cseréli ki a változó keménységet okozó kalcium- és magnéziuin-hidrogénkarbonátok, valamint az állandó keménységet okozó kalcium- és magnéziumsók (például - kíoridok, — szulfátok stb ) kalcium- és magnéziumionjait, valamint a nátriumsók nátriumionjait. Az ennek következtében erősen savassá váló víz hidrogénionjait az erősen savas „Na” kationcserélő nátriumionra cseréli ki. így a részlegesen sótalanííott víz a széndioxid és az oldott oxigén ismert módon, pl. gáztalanitással történő eltávolítása után gyakoríatiiag csak nátriumsókat tartalmaz. A kimerült ,H” kationcserélő gyanta a hidrogénionok helyett kalcium-, magnéziumionokat és nátriumionokat, a kimerült „Na” kationcserélő gyanta pedig nátriumionok helyett hidrogénionokat tartalmaz.

Ha a részleges sótalanító berendezés „H” kationcserélő töltete gyengén savas kationcserélő gyantából áll, az csak a hidrogénkarbonátok kationjait cserélile hidrogénionra. Ebben az esetben az állandó keménységet okozó kalcium- és magnázíumionok a „Na” kationcserélő gyantán cserélődnek ki nátriumionra. A részlegesen sótaianított víz a széndioxid és az oldott oxigén eltávolítása után lényegében ugyanolyan minőségű lesz, mint erősen savas ,,Η” és „Na”' kationcserélő gyanták alkalmazása esetén, azonban mindkét kimerült gyanta kalcium- és magnéziumionokat, a „H” kationcseréiő még nátriumionokat is tartalmaz.

A kimerült „H” kationcseréiő gyanta regenerálása feleslegében vett 'ásványi sav vizes oldatával végzett kezeléssel történik mindkét gyantatípus esetén, majd a gyantáról távozó, regenerálás utáni vizes oldatot semlegesítés után a csatornába engedik, A kimerült „Na” kationcseréiő gyantát vizes nátriumkloridoldattal regenerálják. Ha a kimerült „Na” kationcserélő gyanta hidrogénionokat tartalmaz, a regenerálás során a hidrogénionok nátriumionokra cserélődnek ki, míg a regenerálás utáni, a gyantáról távozó oldat savas kémhatásává válik.

Nátrlumklorid- tartalma csökken, azonban még mindig jelentős, mivel a regeneráláshoz többszörös feleslegben vett nátriumklorid-oidatra van szükség Abban az esetben, ha a kimerült „Na” kationcseréiő gyanta kalcium- és magnéziuinionokat tartalmaz, a regeneráló vizes nátriumklorid-oldat hatására ezek nátriumionokra cserélődnek ki, a regenerálás utáni oldat pedig kalciusnkloridct, magnéziumkloridot és nátriumkioridot tartalmaz.

így az elhasznált regeneráló oldat mindkét esetben környezetvédelmi problémát okoz, elsősorban a nátriumklorid-íartaloin következtében. A savas oldat ugyanis viszonylag egyszerűen semlegesíthető, u nátriumklorid gazdaságos eltávolítására azonban megoldatlan a kérdés. Jelenleg tehát nincs mód a részleges sótalanító berendezések kationcserélő tölteteinek környezetkímélő regenerálására.

Ismeretesek a megoldások a kationcseréiő oszlopok alkalmazására épülő vízlágyító berendezések regeneráló oldatainak zárt ciklusú hasznosítására is. Ilyet ír le pi. az 1 047 831 sz. szovjet szerzői tanúsítvány. E megoldás szerint a sótalanítandó vizet előbb erősen savas „Na”, majd ugyancsak erősen savas „H” oszlopokon kell átengedni. Az ,,Na” kationcserélőn lezajlik a Caés Mg-ionok Na-ionokra történő cseréje, a „H”kationcseréiőn pedig az Na-ionok azon részének megkötése, amelyek a vízben szénsavas sók formájában találhatók.

A „H” oszlop regenerálása sztöchiometrikus mennyiségű kénsawal történik, és az így képződő nátriumszulfátoí tartalmazó eluátutnot meszezés és sűrítés után szóda helyett használja az ,)9a” kationcserélő oszlop eluntamból a Ca-ionok ülepítésére. Ily módon az eluátum ok kezeléséhez szükséges szóda mennyisége csökkenthető.

Ezen megoldásnál többféle eluátum képződik, mindenek előtt a nátiiumszuifát, amelyet meszezni és sűríteni kell, hogy egy másik eluátum, az „Na” cserélőbő! származó Ca és Mg tartalmú eluátum kezelésére alkalmazzon, Ii kezelés során azután kálclumszulfát és magnéziumhidroxid képződik, amelyek el távolítandók.

A találmány célja a fentiekkel szemben olyan eljárás kidolgozása volt, amellyel környezetkímélő módon regenerálhatok a részleges sótalanítandó berendezések kationcserélő töltetei, és amelyeknél környezetet szennyező eluátum nincs, vagy gyakorlatilag elhanyagolható mennyiségű. Cél volt ezen túlmenően az alkalmazandó semlegesítő vegyszerek minimálisra való csökkentése.

Azt találtuk, hogy a fenti célok úgy érhetők el, ha a vizet előbb az erősen vagy gyengén savas „H”, majd az erősen savas „Na” tölteteken engedjük át és a regenerálás során az „Na” töltet nátriumkloridos kezelésnél visszamaradó nátriurnklorid oldatot nátriumkarbonáttal reagáltatjuk, és esetleges náíriumkloriddal történő dúsítás után az „Na” töltet ismételt regenerálásához használjuk fel. Továbbmenően, gyengén savas „H” kationcserélő töltet esetében az „Na” töltet núíriumkloridos kezelőoldatának nátriumkarbonátos reagáltatásánál kivált kalcium- és magnézíumkarbonátot, esetlegesen bázikus anyag (pl. mészíej vagy dolomit) hozzáadása után, a „H” kationcseréiő töltet savas kezelése után visszamaradó savas oldat semlegesítéséhez alkalmazhatjuk.

198 135

A találmány ezek szerint eljárás víz részleges sótalanítására szolgáló berendezés és/vagy gyengén savas kationcserélő töltetének oly környezetkímélő regenerálására, amelynél a sótalanítandó vizet előbb az erősen, vagy gyengén savas „H”, majd az erősen savas „N” tölteten engedjük át, éspedig a kimerült ,JH” kationcserélő töltet vizes ásványi savval, a kimerült „Na” kationcserélő töltet vizes nátriumklorid-oldattal történő kezelése, majd a „II” kationcserélő töltet regenerálása után visszamaradó savas oldat semlegesítése útján, és azzal jellemezhető, hogy az „Na” töltet nátriumkloridos kezelése során visszamaradó nátriumklorid oldatot nátriumkarbonáttal való kezelés, a fejió'dő CQj eltávozása és adott esetben nátriumkloriddal való dúsítás után a „Na” töltet ismételt regenerálásához használjuk fel, gyengén savas „H” kationcserélő töltet alkalmazásánál pedig a „Na” töltet nátriumkloridos kezelőoldatának nátríumkarbonátos kezelése során kivált kalcium- és magnéziumkarbonátot, adott esetben bázikus anyag hozzáadása után, a „H” kationcserélő töltet savas kezelés után visszamaradó savas oldat semlegesítéséhez használjuk.

Nátriumkarbonátként egyébként célszerűen porított nátriumkarbonátot alkalmazunk.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a részleges sótalanító berendezés erősen savas „H” kationcserélő töltete után kapcsolt erősen savas „Na” kationcserélő töltetet a sztöchiometrikusan szükséges mennyiség többszörösének, általában 2-3-szorosának megfelelő mennyiségű nátriumkloridot tartalmazó, célszerűen 10 t.%-os vizes oldattal regeneráljuk. Ekkor az oldatban a sztöchiometrikusnak megfelelő nátriumklorid mennyiség sósavra cserélődik, s a kationcserélő gyantáról távozó savas nátriumklorid oldatot szilárd, előnyösen porított nátriumkarbonáttal semlegesítjük. A semlegesítési reakció végét pH-méréssel határozhatjuk meg, vagy a széndioxid-fejlődésből adódó pezsgés végéig folytatjuk a nátriumkarbonát adagolását. Ilyen módon az oldatban jelenlévő sósavat nátriumkloriddá alakítva visszaállítjuk a regenerálás előtti nátriumklorid tartalmat. A semlegesített vizes nátriumklorid-oidatot egy következő regeneráláshoz felhasználjuk. Kívánt esetben a nátriumklorid-tartalmat nátriumklorid hozzáadásával növelhetjük, illetve a kezelésnél fellépő oldatveszteségeket pótolhatjuk. Ilyen módon a regeneráló nátriumklorid-oidatot lényegében tetszés szerinti alkalommal használhatjuk fel a környezet szennyezése nélkül.

A találmány szerinti eljárás további előnyös foganatosítási módja szerint a részleges sótalanító berendezés gyengén savas „H” kationcserélő töltete után kapcsolt erősen savas „Na” kationcserélő töltetet az előzőekben leírttal megegyező vizes nátriumkloridoldattal regeneráljuk. Ennek során az oldatban a sztöchiometrikusnak megfelelő nátriumklorid menynyíség káiciumkloridra és magnéziumkloridra cserélődik ki. A kationcserélő gyantáról távozó sóoldatot olyan mennyiségű szilárd nátriumkarbonáttal regeneráltatjuk, amennyi a kálciumklorid és magnéziumklorid karbonáttá történő átalakításához szükséges. A képződő kálciumkarbonátot és magnéziumkarbonátot szűréssel elkülönítjük és például a ,Jd” kationcserélő gyanta regenerálása utáni savas oldat semlegesítésére felhasználhatjuk, adott esetben bázikus anyag, pl. mésztej hozzáadása mellett. A nátriumkarbonáttal való reagáltatás folyamán a kalcium és magnéziumionok kicsapásakor nátriumionok mennek oldatba, és így visszaáll a kationcserélő gyanta regenerálása előtti nátriumklorid-koncentráció. Ezért a nátriumkarbonáttal kezelt nátriumklorid-oidatot ebben az esetben is felhasználhatjuk egy következő regeneráláshoz, kívánt esetben pótolva az esetleges veszteséget a fentiek szerint.

A találmány szerinti eljárással rendkívül gazdaságosan oldjuk meg a részleges sótalanító berendezés kationcserélő tölteteinek regenerálását. Az erősen savas „Na” kationcserélő gyanta regenerálására alkalmazott nátriumklorid-oldat nátriumklorid tartalmát egyszerű nátriumkarbonátot kezeléssel visszaállíthatjuk az eredeti értékre, az oldatot ismételten felhasználhatjuk. Így az elhelyezése nem okoz környezetvédelmi problémát. A „H” kationcserélő gyanta regenerálására alkalmazott savas oldat maradék savasságának semlegesítésére felhasználhatjuk a gyengén savas „H” kationcserélő töltet után elhelyezkedő erősen savas „Na” kationcserélő töltetet regeneráló nátriumklorid-oldatból a nátriumkarbonáttal végzett kezelésnél kivált kalcium- és magnéziumkarbonátot.

A fentiekből következik, hogy a találmány szerinti regenerálási eljárás esetében — szemben, pl. a szovjet megoldással - nincsen, vagy lényegtelen mennyiségű a környezetet szennyezni képes eluátum. Ezen túlmenően a találmány szerinti eljárás előnye, hogy lényegesen kisebb a regenéráló oldat koncentrációjának helyreállításához szükséges vegyszer mennyisége, mint a hagyományos megoldásoknál.

Az alábbi táblázatban összehasonlítjuk a hagyományos és a találmány szerinti regenerálási eljárásnak anyagszükségletét, illetve eluátumait. A táblázat lényegében 1 m³ kezelt vízre vonatkoztatva mutatja az eredményeket, átlagos nyersvíz minőséget feltételezve: vagyis 0,5 kg/m³ összes oldott sótartalmú, az alkalmazható VARION KS erősen savas (,A” változat), illetve az erősen savas „Na” töltet mellett alkalmazott VARION KCO gyengén savas „H” töltet („B” változat) eseteire vonatkozik.

	„A”	-β”.
	„H”és„Na” cserélő VARION KS gyantatöltettel	„H” cserélő VARION KCA „Na” cserélő VARION KS gyanta- töltettel
	Hagyományos Hagyományos találmány találmány szerinti szerinti
Fajlagos savszükséglet 32% HCl (kg/m3 kezelt víz)	1,7 1,7	1,0 1,0

198 135

A táblázat folytatása

	.Λ”	„B”
	„H” és „Na” cserélő VARION KS gyantatöltettel	„H” cserélő VARION KCA „Na” cserélő VARION KS gyanta- töltettel
	Hagyományos Hagyományos találmány találmány szerinti szerinti
Fajlagos sószükséglet 100% NaCl (kg/m3 kezelt víz)	0,85 0	0,7 0
Semlegesítő vegyszer pl. CaCO3 (kg/m3 kezelt víz)	0,45 0,45	0,40 „0”
Regeneráló sókoncentráció helyreállítására: Na2CO3 (kg/m3 kezelt víz)	„0” 0,30	„0” 0,28
Környezetet szennyező NaCl (kg/m3 kezelt víz)	0,51 0	0,42 0,1
A fenti táblázatból	kitűnik, hogy	az NaCl szűk-

I

Időnként célszerű a nátriumklorid oldat nátriumklorid tartalmát ellenőrizni és mihelyt az a 9 t.% alá menne, úgy friss nátriumkloriddaJ azt 10 t.%-osra dúsítjuk fel. Ez általában 10—15 újrafelhasználás után következik be.

séglet mindkét változatban gyakorlatilag nulla, vagyis csakis a kezelésnél fellépő oldatveszteségeket kell pótolni, ami minimális mennyiség. Ugyanakkor nem keletkezik a környezetet szennyező NaCl cluátuin sem, illetve a ,,B” változat esetében keletkező ily eluátum minimális. Azt is mutatja e táblázat, hogy a „B” változat esetében a felhasználandó semlegesítő vegyszer mennyisége nulla. A táblázatban a gazdaságtalanabb és környezetet szennyező értékeket aláhúzással jelöltük.

A találmány szerinti eljárás gyakorlati kivitelezésére szolgáljanak az alábbi példák:

2. példa

A víz részleges sótalanítására használt berendezés első oszlopában 150 1 térfogatú, „H” alakban lévő VARION-KCO, vagyis gyengén savas kationcserélő gyanta, második oszlopában 150 1 térfogatú, „Na” alakban lévő, VARION—KS, vagyis erősen savas kationcserélő gyanta helyezkedik el töltetként. Az ioncserélő gyanták kimerülése után az első oszlop töltetét 150 1 8—10 t.%-os vizes sósavoldat átvezetésével regeneráljuk.

A második oszlop tetejére 300 1 10 t.%-cs nátriumklorid-oldatot vezetünk, az oszlopról lefolyó oldatot reaktorba vezetjük, majd porított nátriumkarbonátot adunk hozzá részletekben pH = 7 érték eléréséig. Amikor a semlegesítési reakció befejeződik, a fejlődő CO₂ eltávozik és az oldat kitisztul, azt leszűrjük és a második oszlop töltetének következő regenerálásához használjuk fel.

A szűrés során keletkező csapadék kalcium- és magnéziumkarbohát. Ezt a csapadékot az első töltet sósavas kezelése után visszamaradó savas oldat semlegesítéséhez használjuk fel. A tapasztalat azt mutatja, hogy mennyisége általában elegendő a célra, ha azonban valamennyi hiány mutatkoznék, úgy mésztejet adagoltunk hozzá.

E semlegesítést más esetben úgy végeztük, hogy a visszamaradó savas oldatot e csapadékkal elkeverve egy dolomit szűrőágyon vezetjük át, amikor is maga e dolomit pótolta oldódása révén a semlegesítésnél esetlegesen hiányzó bázikus anyagot.

A nátriumklorid oldatot időszakonként, általában 10—15 újrafelhasználás után ellenőriztük és mihelyt nátriumklorid tartalma a 9 t.% alá ment, úgy friss nátriumkloriddal azt 10 t.%-ra dúsítottuk fel.

1. példa

A víz részleges sótalanítására használt berendezés első oszlopában 150 1 térfogatú, „H” alakban lévő VARION—KS, vagyis erősen savas kationcserélő gyanta, második oszlopában 150 1 térfogatú, ,39a” alakban lévő ugyanilyen típusú, erősen savas kationcserélő gyanta helyezkedik el töltetként. Az ioncserélő gyanták kimerülése után az első oszlop töltetét 200 1 8—10 t.%-os vizes sósavoldata átvezetésével regeneráljuk.

A második oszlop tetejére 300 1 10 t.%-os nátriumklorid oldatot vezetünk, az oszlopról lefolyó oldatot reaktorba vezetjük, majd 8—10 kg porított nátriumkarbonátot adunk hozzá részletekben pH = 7 érték eléréséig. Amikor a semlegesítési reakció befejeződik, és az oldat kitisztul, felhasználjuk a második oszlop töltetének következő regenerálásához.

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás víz részleges sótalanítására szolgáló berendezés erősen és/vagy gyengén savas kationcserélő töltetének oly környezetkímélő regenerálására, amelynél a sótalanítandó vizet előbb erősen vagy gyengén savas ,,H”, majd erősen savas „Na” tölteten engedjük át, éspedig a kimerült „H” kationcserélő töltet vizes ásványi savval, a kimerült „Na” kationcserélő töltet vizes nátriumklorid oldattal történő kezelése, majd a „H” kationcserélő töltet regenerálása után visszamaradó savas oldat semlegesítése után, azzal jellemezve, hogy a „Na” töltet nátriumkloridos kezelése során visszamaradó nátriumkloridoldatot nátriuinkarbonáttál való kezelés, a fejlődő CO₂ eltávozása és adott esetben nátriumkloriddal való dúsítás után a „Na” töltet ismételt regenerálásához használjuk fel, gyengén savas „H” kation-47

   198 135 cserélő töltet alkalmazásánál pedig a „Na” töltet nátriumkloridos kezelőoldatának nátriumkaröonátos kezelése során kivált kalcium- cs magnéziumkarbonátot, adott esetben bázikus anyag hozzáadása után a „H” kationcserélő töltet savas kezelése után visszamaradó savas oldat semlegesítéséhez használjuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerínti eljárás, azzal jellemezve, hogy nátrlumkarbonátkénl porított nátrium5 karbonátot alkalmazunk.