RU2241542C1

RU2241542C1 - Ionite regeneration method

Info

Publication number: RU2241542C1
Application number: RU2003127008/15A
Authority: RU
Inventors: А.А. Пантелеев (RU); А.А. Пантелеев; С.А. Углов (RU); С.А. Углов; С.Л. Громов (RU); С.Л. Громов; Е.Б. Федосеева (RU); Е.Б. Федосеева
Original assignee: ЗАО "Научно-Производственная Компания "Медиана-Фильтр"
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2004-12-10
Also published as: UA75526C2; EA006052B1; EA200400969A1

Abstract

FIELD: water treatment.

SUBSTANCE: invention relates to methods of treating natural and waste waters as well as other liquid solutions with the aid of ion-exchange filters, in particular to methods of regenerating ion-exchange resins that can be used in power engineering, metallurgy, chemical and other industries employing desalted or softened water. In performing modified ionite regeneration process in filtration "UPCORE" process, prior to compressing ionite layer by upward directed liquid medium stream , this layer is preliminarily treated with stream of liquid to be treated moving in downward direction with linear velocity exceeding average working value by 5 to 250%, generally for 1 to 5 min.

EFFECT: enhanced regeneration efficiency and prolonged (by 5-10%) filtration cycle.

2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод, а также иных жидких растворов с помощью ионообменных фильтров, а именно к способам регенерации ионообменных смол (ИС), и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности, применяющих обессоленную или умягченную воду в технологических процессах.The invention relates to methods for purification of natural and waste waters, as well as other liquid solutions using ion-exchange filters, and in particular to methods of regeneration of ion-exchange resins (IP), and can be used in energy, metallurgy, chemical and other industries using desalted or softened water in technological processes.

Известен способ противоточной регенерации отработанных ИС, включающий в себя обработку регенерационным раствором и взрыхление снизу вверх, и отмывку водой сверху вниз (пат. РФ №2058817, 1995, кл. С 02 Р 1/42).There is a method of countercurrent regeneration of spent IS, including treatment with a regeneration solution and loosening from bottom to top, and washing with water from top to bottom (US Pat. RF No. 2058817, 1995, class 02 R 1/42).

Недостатком указанного способа является низкая эффективность процесса регенерации вследствие большого расхода регенерационных растворов и сточных вод, а также увеличенное время процесса регенерации смолы.The disadvantage of this method is the low efficiency of the regeneration process due to the high consumption of regeneration solutions and wastewater, as well as the increased time of the resin regeneration process.

Известен способ регенерации ионитов в фильтрационных процессах типа UPCORE, осуществляемый в фильтрационной установке, содержащей ионообменную смолу (ионит) и химически инертный в условиях осуществляемого процесса материал (инерт) ("The UPCORE System". Engineering Handbook. Trademark of The Dow Chemical Company. May 1995, Al, page 5,6, B2 page 21).A known method for the regeneration of ion exchangers in filtration processes of the UPCORE type is carried out in a filtration plant containing an ion exchange resin (ion exchanger) and chemically inert material (inert) under the conditions of the process (The UPCORE System. Engineering Handbook. Trademark of The Dow Chemical Company. May 1995, Al, page 5.6, B2 page 21).

Способ заключается в том, что по завершении рабочего цикла фильтрации проводят операции поршнеобразного подъема и зажатия слоя ионита восходящим потоком воды, после чего подают регенерирующий раствор (регенерант) в направлении снизу-вверх с расходом, обеспечивающим сохранение слоя ионита в зажатом состоянии, затем проводят вытеснение остатков регенеранта восходящим потоком воды без разуплотнения зажатого слоя ионита, после чего позволяют слою смолы осесть под воздействием силы тяжести и проводят промывку водой в направлении, совпадающем с направлением потока обрабатываемой воды в рабочем цикле. При этом обеспечивается степень зажатия слоя ионита в пределах 90 - 92%, для чего требуется подавать поток воды с линейной скоростью до 50 м/ч не менее 3-5 мин, а для регенерации смолы подают регенерант в течение до одного часа с линейной скоростью потока до 20 м/час для поддержания слоя смолы в зажатом состоянии.The method consists in the fact that, at the end of the filtration work cycle, operations are carried out for piston-like lifting and clamping of the ion exchanger layer with an upward flow of water, after which a regenerating solution (regenerant) is supplied in a bottom-up direction with a flow rate that ensures that the ion exchanger layer is kept in a clamped state, and then the extrusion is carried out of regenerant residues with an upward flow of water without decompression of the clamped layer of ion exchanger, after which they allow the resin layer to settle under the influence of gravity and wash with water in the direction coincident present with the direction of flow of treated water in the working cycle. This ensures the degree of clamping of the ion exchanger layer in the range of 90 - 92%, which requires a water flow with a linear speed of up to 50 m / h for at least 3-5 minutes, and for regeneration of the resin regenerant is fed for up to one hour with a linear flow rate up to 20 m / h to maintain the resin layer in a clamped state.

Основными недостатками способа являются недостаточная длительность рабочего фильтроцикла и необходимость повышенного расхода регенерирующего агента из-за неполного зажатия слоя (до 10% объема слоя смолы в нижней части аппарата остается в незажатом состоянии) и риска возникновения продольного перемешивания частиц ионита в нижней части слоя, что приводит к недостаточной степени регенерации частиц ионита, обеспечивающих показатели качества очистки обрабатываемой среды.The main disadvantages of the method are the insufficient duration of the working filter cycle and the need for increased consumption of the regenerating agent due to incomplete clamping of the layer (up to 10% of the volume of the resin layer in the lower part of the apparatus remains unclamped) and the risk of longitudinal mixing of the ion exchanger particles in the lower part of the layer, which leads to to an insufficient degree of regeneration of ion exchanger particles, providing indicators of the quality of treatment of the treated medium.

Задачей, решаемой авторами, являлась разработка способа регенерации ионообменных смол в процессах типа UPCORE, позволяющего более эффективно выводить из системы примеси, а также сократить время и повысить эффективность регенерации.The problem solved by the authors was the development of a method for the regeneration of ion-exchange resins in processes such as UPCORE, which allows more efficiently remove impurities from the system, as well as reduce time and increase the efficiency of regeneration.

Было высказано предположение, что длительность фильтроцикла и эффективность регенерации могут быть повышены, если перед процессом регенерации смолы ослабить связи дисперсных примесей с поверхностью зерен ионита и повысить степень упорядоченности укладки зерен смолы в слое. Для этой цели было предложено обрабатывать слой ИС перед регенерацией высокоскоростным потоком жидкости. Как показали проведенные эксперименты, наряду с определенной активацией поверхности зерен ионита в результате такой обработки удается одновременно устранить застойные зоны и каналы, образующиеся в процессе эксплуатации, особенно при проведении процессов фильтрации с низкими линейными скоростями (при линейных скоростях менее 12 м/час).It was suggested that the duration of the filter cycle and the regeneration efficiency can be improved if, before the resin regeneration process, weaken the bonds of dispersed impurities with the surface of the ionite grains and increase the degree of orderliness of the packing of resin grains in the layer. For this purpose, it was proposed to process the IP layer before regeneration by a high-speed fluid flow. As the experiments showed, along with a certain activation of the surface of the ionite grains as a result of this treatment, it is possible to simultaneously eliminate the stagnant zones and channels formed during operation, especially during filtration processes with low linear velocities (at linear velocities less than 12 m / h).

В результате гидравлическое сопротивление слоя возрастает и соответственно увеличивается степень зажатия слоя при его поршнеобразном подъеме для осуществления регенерации, а, следовательно, сокращается потребление реагентов, обеспечивающих требуемый уровень регенерации, что позволяет повысить ее эффективность.As a result, the hydraulic resistance of the layer increases and, accordingly, the degree of clamping of the layer during its piston-like rise for regeneration is increased, and, consequently, the consumption of reagents providing the required level of regeneration is reduced, which makes it possible to increase its efficiency.

Для решения стоящей задачи авторы предложили подвергать слой ионита воздействию потока обрабатываемой жидкости в направлении сверху вниз с линейной скоростью, превышающей среднее эксплуатационное значение на 5-250% в зависимости от дисперсности ионита, вязкости обрабатываемой среды и значения скоростных параметров в рабочем цикле.To solve this problem, the authors proposed that the ion exchanger layer be exposed to the flow of the treated fluid in a top-down direction with a linear speed exceeding the average operational value by 5-250%, depending on the dispersion of the ion exchanger, the viscosity of the processed medium, and the value of the speed parameters in the duty cycle.

Выяснилось, что в результате осуществления в течение 1-5 мин такого воздействия осуществляется частичная активация поверхности зерен смолы, а также уплотнение слоя ИС и устранение имеющихся в слое каналов.It turned out that as a result of such an effect being carried out for 1-5 minutes, the surface of the resin grains is partially activated, as well as the IS layer is densified and the channels existing in the layer are eliminated.

При применении технологии UPCORE оптимально осуществляется указанное воздействие перед стадией “зажатия” смолы. Уплотнение загрузки в свою очередь позволяет проводить поршнеобразный подъем слоя смолы при проведении операции по его зажатию наилучшим образом, т.е. без внутрислойного перемешивания и относительных сдвигов слоев ионита вдоль вертикальной оси даже при использовании при зажатии ИС меньших скоростей потоков в направлении снизу-вверх.When applying UPCORE technology, the indicated action is optimally carried out before the resin “clamping” stage. The load seal, in turn, allows for a piston-like lift of the resin layer during the operation of clamping it in the best way, i.e. without intralayer mixing and relative shifts of the ion exchanger layers along the vertical axis, even when using IS clamping, lower flow velocities in the bottom-up direction.

Выбор оптимальной скорости потока осуществляют, исходя из конструктивных особенностей аппарата и параметров состояния сред (температура, вязкость, дисперсный состав и т.д.). Проведение процесса при линейной скорости подачи жидкости, превышающей среднее эксплуатационное значение более чем на 250%, нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. При скорости подачи жидкости, превышающей среднее эксплуатационное значение менее чем на 5%, практически не происходит устранения застойных зон и ликвидации каналов, и эффективность способа резко снижается. В ходе проведения экспериментов были установлены возможные и оптимальные параметры процесса и подтверждено существенное улучшение результатов регенерации ионообменных смол в сопоставлении с технологией UPCORE.The choice of the optimal flow rate is carried out based on the design features of the apparatus and the parameters of the state of the media (temperature, viscosity, dispersed composition, etc.). Carrying out the process with a linear fluid flow rate exceeding the average operating value by more than 250% is impractical for technical and economic reasons. When the fluid supply rate exceeds the average operational value by less than 5%, there is practically no elimination of stagnant zones and elimination of channels, and the efficiency of the method is sharply reduced. During the experiments, the possible and optimal process parameters were established and a significant improvement in the results of the regeneration of ion-exchange resins was confirmed in comparison with the UPCORE technology.

Заявляемый способ может быть использован практически на любых типах ионообменных смол при применении плавающей инертной загрузки в верхней части фильтра, однако лучшие результаты достигаются при использовании смол с однородным гранулометрическим составом (монодисперсных смол). Для достижения оптимальных результатов рекомендуется применять в качестве инертного материала DOWEX UPCORE IF-62.The inventive method can be used on almost any type of ion-exchange resins using a floating inert load in the upper part of the filter, however, better results are achieved when using resins with a uniform particle size distribution (monodispersed resins). To achieve optimal results, it is recommended to use DOWEX UPCORE IF-62 as an inert material.

Благодаря использованию заявляемого способа удается добиться того, что слой смолы уплотняется практически на 100%, расход регенерирующего агента снижается на 5-10% а потребление воды на операцию по зажатию слоя снижается на 20-30%.Through the use of the proposed method, it is possible to achieve that the resin layer is compacted by almost 100%, the consumption of the regenerating agent is reduced by 5-10% and the water consumption for the operation of clamping the layer is reduced by 20-30%.

Процесс регенерации осуществляют следующим образом. В фильтрационную установку по очистке воды загружают ионообменную смолу и инертный материал.The regeneration process is as follows. An ion exchange resin and an inert material are loaded into a water purification filtration plant.

В ходе рабочего цикла очищаемая вода поступает в фильтр сверху, проходя последовательно через верхнее распределительное устройство (ВРУ), инерт, свободное пространство, слой ионита, нижнее распределительное устройство (ПРУ), а затем выводится из фильтра.During the working cycle, the purified water enters the filter from above, passing sequentially through the upper distribution device (ASU), inert, free space, the layer of ion exchanger, the lower distribution device (PRU), and then is removed from the filter.

По истощению обменной емкости слоя смолы (завершении рабочего цикла) резко (на 5-250%) на 1-5 мин повышают скорость подачи обрабатываемой жидкости в ионообменный фильтр. При этом под воздействием потока жидкости в слое ионита, прижатого к НРУ, происходят частичная активация поверхности ИС и смещение частиц зернистой загрузки, что ведет к ликвидации каналов и застойных зон в слое. Зона свободного пространства находится в аппарате выше слоя ионита.By depletion of the exchange capacity of the resin layer (completion of the working cycle), the feed rate of the processed liquid into the ion-exchange filter is sharply (5-250%) increased by 1-5 min. In this case, under the influence of a liquid flow in the ion exchanger layer pressed against the NRU, partial activation of the IS surface and displacement of the particles of the granular charge occur, which leads to the elimination of channels and stagnant zones in the layer. The free space zone is located in the apparatus above the ion exchanger layer.

Затем прекращают подачу обрабатываемой жидкости в ионообменный фильтр в направлении сверху вниз и приступают к проведению процесса регенерации. При проведении процесса регенерации ионита в направлении снизу вверх подают поток воды, который поднимает весь слой ионита без внутрислойного перемешивания, прижимая его к инерту, одновременно обеспечивая вынос из слоя ионита и из фильтра взвесей, накопившихся за время рабочего цикла.Then stop the flow of the treated fluid into the ion-exchange filter in the direction from top to bottom and proceed with the regeneration process. During the process of regeneration of the ion exchanger from the bottom up, a stream of water is supplied, which raises the entire layer of the ion exchanger without intralayer mixing, pressing it to inert, while simultaneously ensuring the removal of suspended matter from the ion exchanger layer and from the filter during the working cycle.

Затем в направлении снизу вверх подают поток регенерирующего раствора, который, проходя через слой ионита, осуществляет его химическую регенерацию, сохраняя слой ионита 4 в зажатом состоянии. Подача потоков воды, а также регенерирующего раствора производится в непрерывном или импульсном режиме.Then, in the direction from the bottom up, a flow of a regenerating solution is supplied, which, passing through the layer of ion exchanger, carries out its chemical regeneration, keeping the layer of ion exchanger 4 in a clamped state. The supply of water flows, as well as a regenerating solution, is performed in a continuous or pulsed mode.

По завершении регенерации проводят операцию вытеснения остатков регенерирующего раствора из зажатого слоя ионита, подавая в направлении снизу верх поток воды.Upon completion of the regeneration, the operation of displacing the remnants of the regenerating solution from the clamped layer of the ion exchanger is carried out, supplying a stream of water in the direction from below.

Поток воды на вытеснение может подаваться в непрерывном или импульсном режиме.The flow of water to the displacement can be supplied in continuous or pulsed mode.

На следующем этапе проводят операцию осаждения ИС, для чего отключают подачу технологических потоков в ионообменный аппарат и слой ионита под действием силы тяжести ламинарно (равномерно, без внутрислойного перемешивания) оседает на НРУ. Затем осуществляют промывку ИС в направлении сверху вниз.At the next stage, the operation of deposition of the IS is carried out, for which the supply of process streams to the ion-exchange apparatus is turned off and the ion exchanger layer under the influence of gravity laminarly (uniformly, without intralayer mixing) settles on the NRU. Then carry out the washing of the IP in the direction from top to bottom.

Промышленные испытания осуществляли на типовой установке химводоочистки, использовавшей ранее технологию UPCORE (со средней производительностью 150 м³ в час и объемом фильтроцикла 1000 м³), с использованием 14,5 м³ смолы типа DOWEX UPCORE Mono С 600, на основе стиролдивинилбензольной матрицы в натриевой форме при полной статической обменной емкости смолы не менее 2,2 г-экв./ л и 0,2 м³ инертного материала DOWEX UPCORE IF-62. При замене системы регенерации на заявляемую модифицированную была показана возможность достижения повышенного фильтроцикла без снижения качества обработанной воды. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.Industrial tests were carried out on a typical chemical water treatment plant that previously used UPCORE technology (with an average productivity of 150 m ³ per hour and a filter cycle volume of 1000 m ³ ), using 14.5 m ³ DOWEX UPCORE Mono C 600 type resin, based on a styrene-divinylbenzene matrix in sodium form with a full static exchange capacity of the resin of at least 2.2 g-eq./l and 0.2 m ^{3 of} inert material DOWEX UPCORE IF-62. When replacing the regeneration system with the claimed modified one, the possibility of achieving an increased filter cycle without reducing the quality of the treated water was shown. The experimental results are shown in table 1.

Процесс проводили следующим образом. По истощении обменной емкости слоя смолы (завершении рабочего цикла) повышали подачу обрабатываемой воды в ионообменный фильтр в направлении сверху вниз на 5-250% в течение 1-5 мин и приступали к проведению процесса регенерации. Для этого часть очищенной воды подавали под слой смолы в направлении снизу вверх для зажатия слоя. Степень зажатия слоя контролировали визуально. Затем прекращали подачу воды и подавали регенерирующий раствор на основе хлористого натрия.The process was carried out as follows. After depletion of the exchange capacity of the resin layer (completion of the working cycle), the flow of treated water into the ion-exchange filter was increased from top to bottom by 5-250% for 1-5 minutes and the regeneration process was started. For this, part of the purified water was supplied under the resin layer in the direction from bottom to top to clamp the layer. The degree of clamping of the layer was controlled visually. Then, the water supply was stopped and a regeneration solution based on sodium chloride was supplied.

По завершении химической регенерации слоя остатки регенерирующего раствора вытесняли потоком деминерализованной воды, подаваемой в направлении снизу-вверх. Далее прекращали подачу воды, в результате чего происходило гравитационное осаждение слоя смолы. Осевший слой смолы промывали потоком обработанной воды в направлении сверху вниз, осуществляя одновременно его зажатие, после чего проводили очередной рабочий цикл очистки воды.Upon completion of the chemical regeneration of the layer, the remnants of the regenerating solution were displaced by the flow of demineralized water supplied from the bottom up. Then, the water supply was stopped, as a result of which gravitational deposition of the resin layer occurred. The settled resin layer was washed with a stream of treated water in a top-down direction, simultaneously clamping it, after which another water treatment cycle was carried out.

Полученные результаты испытаний, отражающие влияние параметров процесса на эффективность водоочистки, приведены в таблице 1.The obtained test results, reflecting the influence of process parameters on the efficiency of water treatment, are shown in table 1.

Как следует из приведенных примеров, использование заявленного способа повышает эффективность процесса регенерации слоя ИС и обеспечивает возможность увеличения фильтроцикла на 5-10%.As follows from the above examples, the use of the claimed method increases the efficiency of the process of regeneration of the IP layer and provides the possibility of increasing the filter cycle by 5-10%.

Claims

1. The method of regeneration of ion exchangers in filtration processes of the type "UPCORE", which includes the stage of clamping the layer of ion exchange resin with a liquid flow directed from the bottom up, the stage of regeneration, gravitational deposition and washing of ion exchangers from the remnants of the regenerating solution, characterized in that before the stage of clamping through the filter in the top-down direction, the processed fluid is passed at a linear speed exceeding the average operational value by 5-250%.

2. The method according to claim 1, characterized in that the treatment of ion exchangers with increased fluid flows is carried out for 1-5 minutes