RU2361819C1 - Water demineralisation method - Google Patents

Water demineralisation method Download PDF

Info

Publication number
RU2361819C1
RU2361819C1 RU2008109502/15A RU2008109502A RU2361819C1 RU 2361819 C1 RU2361819 C1 RU 2361819C1 RU 2008109502/15 A RU2008109502/15 A RU 2008109502/15A RU 2008109502 A RU2008109502 A RU 2008109502A RU 2361819 C1 RU2361819 C1 RU 2361819C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filters
water
regeneration
exchange
ion
Prior art date
Application number
RU2008109502/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Хуснутович Бикбулатов (RU)
Игорь Хуснутович Бикбулатов
Николай Алексеевич Быковский (RU)
Николай Алексеевич Быковский
Евгений Абрамович Кантор (RU)
Евгений Абрамович Кантор
Надежда Николаевна Фанакова (RU)
Надежда Николаевна Фанакова
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Priority to RU2008109502/15A priority Critical patent/RU2361819C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2361819C1 publication Critical patent/RU2361819C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: proposed method involves ionising water in cation- and anion-exchange filters, regeneration of filters and electrochemical treatment of waste regenerant solution after regeneration of anion-exchange filters in the middle chamber of a three-chamber electrolysis unit with ion-exchange membranes at current density 400-800 A/m². The alkali and acid formed in the cathode and anode chambers are used for regenerating ion-exchange filters.
EFFECT: simplification of water demineralisation process, reduced concentration of sulphates and chlorides in waste regenerant solution with possibility of its repeated use.
1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области получения обессоленной воды путем пропускания ее через ионообменные катионитовые и анионитовые фильтры.The present invention relates to the field of producing demineralized water by passing it through ion-exchange cation exchange and anion exchange filters.

Известен способ обработки воды методом ионного обмена путем пропускания ее через 3 последовательно расположенных ионитных фильтра: 1-й фильтр загружен сильнокислотным катионитом; 2-й фильтр загружен слабоосновным анионитом, который располагается в верхней части фильтра, и сильнокислотным катионитом; 3-й загружен сильноосновным анионитом. Для регенерации анионита применяют раствор NaOH, который сначала пропускают через 3-й фильтр, а затем через анионит, загруженный во 2-м фильтре. Катионит регенерируют раствором НСl, причем этот раствор сначала пропускают через 1-й фильтр, а затем через катионит, содержащийся во 2-м фильтре (Патент 53-3350 Япония, МКИ В01J 1/09. Обработка воды методом ионного обмена. / Итикава Хадзимэ (Япония). - №47-23 013; заявлено 06.03.72).A known method of treating water by ion exchange by passing it through 3 sequentially located ion-exchange filters: the 1st filter is loaded with strongly acidic cation exchanger; The 2nd filter is loaded with weakly basic anion exchange resin, which is located in the upper part of the filter, and strongly acidic cation exchange resin; 3rd loaded with strongly basic anion exchange resin. To regenerate the anion exchange resin, a NaOH solution is used, which is first passed through the 3rd filter, and then through the anion exchange resin loaded in the 2nd filter. The cation exchange resin is regenerated with a HCl solution, and this solution is first passed through the 1st filter and then through the cation exchange resin contained in the 2nd filter (Patent 53-3350 Japan, MKI B01J 1/09. Water treatment by ion exchange. / Ichikawa Hajime ( Japan) .- No. 47-23 013; filed March 6, 72).

К недостаткам этого способа можно отнести образование сточных вод, получаемых в процессе регенерации ионообменных фильтров и содержащих значительные количества хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.The disadvantages of this method include the formation of wastewater obtained during the regeneration of ion-exchange filters and containing significant amounts of chlorides and sulfates of alkali and alkaline earth metals.

Известен способ очистки воды и водных растворов путем двухступенчатой ионной обработки и регенерации отработанного ионита с параллельным и противоточным движением очищаемой воды и регенерационного раствора, причем параллельный ток осуществляют на первой ступени, а противоток - на второй ступени обработки (А.с. 460712 СССР, МКИ С02В 1/16. Способ очистки воды и водных растворов. / Ф.Н.Белан, А.П.Мамет, Д.Л.Цырульников (СССР). - №1695223; заявлено 16.09.71).A known method of purifying water and aqueous solutions by two-stage ion treatment and regeneration of spent ion exchanger with parallel and countercurrent movement of the treated water and regeneration solution, the parallel current being carried out in the first stage, and countercurrent in the second processing stage (A.S. 460712 USSR, MKI C02B 1/16. Method for the purification of water and aqueous solutions. / F. N. Belan, A. P. Mamet, D. L. Tsyrulnikov (USSR). - No. 1695223; claimed 16.09.71).

К недостаткам данного способа следует отнести образование сточных вод, получаемых в процессе регенерации ионообменных фильтров и содержащих достаточно большие количества хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.The disadvantages of this method include the formation of wastewater obtained during the regeneration of ion-exchange filters and containing sufficiently large amounts of chlorides and sulfates of alkali and alkaline earth metals.

Наиболее близким к заявляемому, т.е. прототипом, является способ обессоливания воды, включающий ионирование воды в катионитных и анионитных фильтрах, регенерацию фильтров, обработку отработавшего регенерационного раствора с выводом избытка регенеранта в нежидкую фазу, отделение регенеранта от отработавшего регенерационного раствора, растворение регенеранта в воде и повторное его использование. Примеси в ионируемой воде обменивают на легкорастворимые вещества, характеризующиеся пригодностью для регенерации как катионитных, так и анионитных фильтров и способностью быть выведенными из воды в нежидкую фазу, например на гидроксид аммония, обрабатывают ионированную воду с выводом растворенных в ней веществ в нежидкую фазу, отделяют их от воды, растворяют в воде и используют для регенерации ионообменных фильтров (Патент 2036160 Россия, МКИ C02F 1/42. Способ обессоливания воды. / К.К.Бекбулатов, В.Н.Суворов, И.В.Бекбулатова, Ю.В.Гассельбах, А.Г.Набиуллин, В.А.Михайлов, И.А.Закиров, А.С.Сапожников, Н.И.Варламов (Россия). Научно-технический кооператив Поиск. - №5002010/26; заявлено 29.08.91).Closest to the claimed, i.e. The prototype is a method of desalting water, which includes ionizing water in cation exchange and anion exchange filters, regenerating filters, treating the spent regeneration solution with the withdrawal of excess regenerant into the non-liquid phase, separating the regenerant from the spent regeneration solution, dissolving the regenerant in water and reusing it. Impurities in ionized water are exchanged for readily soluble substances, characterized by their suitability for regeneration of both cationic and anionic filters and the ability to be removed from water into a non-liquid phase, for example, ammonium hydroxide, ionized water is treated to remove substances dissolved in it into a non-liquid phase, and they are separated from water, dissolved in water and used to regenerate ion-exchange filters (Patent 2036160 Russia, MKI C02F 1/42. Method for desalting water. / K.K. Bekbulatov, V.N. Suvorov, I.V. Bekbulatova, Yu.V. Gasselbach, A.G.N Abiullin, V.A. Mikhailov, I.A. Zakirov, A.S. Sapozhnikov, N.I. Varlamov (Russia). Scientific and Technical Cooperative Search. - No. 5002010/26; claimed on 08.29.91).

К основным недостаткам прототипа относится использование реагента, необходимого для вывода избытка регенерирующего вещества в нежидкую фазу, отделение полученного осадка от сточных вод и растворение этого осадка в воде для повторного использования, что усложняет процесс обессоливания воды. Кроме того, из сточных вод извлекается только избыток регенерирующего вещества, а хлориды и сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов, образующихся в процессе регенерации, достаточно часто содержатся в сточных водах в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации.The main disadvantages of the prototype include the use of the reagent necessary to remove excess regenerating material into the non-liquid phase, separating the obtained sludge from wastewater and dissolving this sludge in water for reuse, which complicates the process of water desalination. In addition, only excess of the regenerating substance is extracted from the wastewater, and the chlorides and sulfates of alkali and alkaline earth metals formed during the regeneration process are often contained in wastewater in amounts exceeding the maximum permissible concentrations.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу - упрощение процесса обессоливания воды и очистку сточных вод, образующихся в процессе регенерации ионообменных фильтров, от хлоридов и сульфатов с одновременным получением щелочи и кислоты, которые могут использоваться в процессе регенерации ионообменных фильтров.The present invention solves the technical problem of simplifying the process of desalination of water and purification of wastewater generated during the regeneration of ion-exchange filters from chlorides and sulfates with the simultaneous production of alkali and acid, which can be used in the process of regeneration of ion-exchange filters.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе получения обессоленной воды путем пропускания ее через катионитовые и анионитовые фильтры и регенерации ионообменных фильтров растворами щелочи и кислоты, согласно изобретению, сточную воду, образующуюся при регенерации анионообменных фильтров, подвергают электрохимической обработке в средней камере трехкамерного электролизера с ионообменными мембранами при плотности тока 400…800 А/м2, а образующуюся в катодной и анодной камерах щелочь и кислоту используют для регенерации ионообменных фильтров.The essence of the invention lies in the fact that in the known method for producing demineralized water by passing it through cation exchange and anion exchange filters and regenerating ion-exchange filters with alkali and acid solutions, according to the invention, the waste water generated during the regeneration of anion-exchange filters is subjected to electrochemical treatment in the middle chamber of a three-chamber electrolyzer with ion-exchange membranes at a current density of 400 ... 800 A / m 2 , and the alkali and acid formed in the cathode and anode chambers are used for regeneration and ion-exchange filters.

Обычная ионообменная установка для обессоливания воды включает две группы ионитовых фильтров, из которых первая служит для извлечения из воды катионов, а вторая группа фильтров служит для удаления из воды анионов. Регенерацию катионитовых фильтров проводят растворами кислоты (как правило, 2-4% раствором H2SO4). При этом получают сточную воду, содержащую в основном сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Регенерацию анионитовых фильтров осуществляют щелочными реагентами (как правило, 2-4% растворами NaOH). Образующаяся при этом сточная вода в основном содержит сульфат и хлорид натрия.A typical ion-exchange water desalination plant includes two groups of ion-exchange filters, of which the first serves to extract cations from water, and the second group of filters serves to remove anions from water. The regeneration of cation exchange filters is carried out with acid solutions (usually 2-4% solution of H 2 SO 4 ). This produces wastewater containing mainly sulfates of alkali and alkaline earth metals. The regeneration of anion exchange filters is carried out with alkaline reagents (as a rule, 2-4% NaOH solutions). The resulting wastewater mainly contains sulfate and sodium chloride.

Пример 1Example 1

В таблице 1 представлено максимальное содержание солей в сточной воде, образующейся при регенерации ионообменных фильтров цеха водоподготовки Стерлитамакской ТЭЦ.Table 1 shows the maximum salt content in the wastewater generated during the regeneration of ion-exchange filters of the water treatment plant of the Sterlitamak TPP.

Таблица 1Table 1 Тип фильтраFilter type Концентрация, г/лConcentration, g / l Na2SO4 Na 2 SO 4 CaSO4 CaSO 4 MgSO4 MgSO 4 K2SO4 K 2 SO 4 NaClNaCl H2SO4 H 2 SO 4 NaOHNaOH КатионитовыйCation exchanger 37,137.1 0,80.8 0,40.4 0,20.2 -- 12,812.8 -- АнионитовыйAnionite 32,532,5 -- -- -- 4,94.9 -- 15,715.7

Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что сточная вода, образующаяся на стадии регенерации катионитовых фильтров, в основном содержит сульфат натрия и серную кислоту. Вместе с тем, в составе этой сточной воды содержится до 0,8 г/л сульфата кальция и до 0,4 г/л сульфата магния. Сточная вода, образующаяся на стадии регенерации анионитовых фильтров, в своем составе содержит сульфат натрия, хлорид натрия и гидроксид натрия.From the results shown in table 1, it is seen that the wastewater generated at the stage of regeneration of cation exchange filters mainly contains sodium sulfate and sulfuric acid. At the same time, this wastewater contains up to 0.8 g / l of calcium sulfate and up to 0.4 g / l of magnesium sulfate. The wastewater generated during the regeneration stage of anion exchange filters contains sodium sulfate, sodium chloride and sodium hydroxide.

При электрохимической обработке сточных вод, образующихся в процессе регенерации катионитовых фильтров из-за наличия в них солей кальция и магния, поверхность катода покрывается осадком гидроокисей этих металлов, что делает процесс электрохимической очистки такого стока невозможным. В отличие от этого сточная вода после регенерации анионитовых фильтров содержит сульфаты и хлориды натрия и гидроксид натрия. При электрохимической обработке такого стока в трехкамерном мембранном электролизере в анодной и катодной камерах концентрируются растворы кислоты и щелочи соответственно.During the electrochemical treatment of wastewater generated during the regeneration of cation exchange filters due to the presence of calcium and magnesium salts in them, the surface of the cathode is covered with a precipitate of hydroxides of these metals, which makes the process of electrochemical treatment of such a drain impossible. In contrast, the waste water after regeneration of anion exchange filters contains sodium sulfates and chlorides and sodium hydroxide. During the electrochemical treatment of such a drain in a three-chamber membrane electrolyzer, solutions of acid and alkali are concentrated in the anode and cathode chambers, respectively.

Способ обессоливания воды осуществляется следующим образом. Сточную воду, полученную в процессе регенерации анионитовых фильтров и содержащую сульфат натрия, хлорид натрия и гидроксид натрия помещают в среднюю камеру 2 трехкамерного электролизера (см. чертеж). В катодную камеру 1, отделенную катионообменной мембраной К, помещают 0,1 н. раствор гидроксида натрия. В анодную камеру 3, отделенную анионообменной мембраной А, помещают 0,1 н. раствор серной кислоты. В электрическом поле, создаваемом в электролизере при подаче напряжения на электроды, происходит перенос катионов Na+ из средней камеры через катионообменную мембрану в катодную камеру электролизера и анионов Сl-, SO2-4, ОН- через анионообменную мембрану в анодную камеру электролизера. В катодной камере происходит разложение воды с выделением газообразного водорода и образованием анионов ОН- The method of desalting water is as follows. Wastewater obtained during the regeneration of anion exchange filters and containing sodium sulfate, sodium chloride and sodium hydroxide is placed in the middle chamber 2 of a three-chamber electrolyzer (see drawing). In the cathode chamber 1, separated by a cation exchange membrane K, is placed 0.1 N. sodium hydroxide solution. In the anode chamber 3, separated by an anion exchange membrane A, is placed 0.1 N. sulfuric acid solution. In the electric field produced in the electrolytic cell by applying a voltage to the electrodes on the transfer of the cations Na + from the middle chamber by a cation exchange membrane into the cathode compartment of the cell and the anions Cl -, SO 2- 4, OH - through the anion exchange membrane into the anode chamber of the cell. In the cathode chamber, water decomposes with the release of gaseous hydrogen and the formation of OH anions -

2O+2е→Н2+2OН-.2 O + 2е → Н 2 + 2ОН - .

В результате этого в катодной камере происходит концентрирование гидроксида натрия. В анодной камере разлагаются ионы хлора и гидроксилаAs a result of this, sodium hydroxide is concentrated in the cathode chamber. Chlorine and hydroxyl ions decompose in the anode chamber

2Сl--2е→Cl2 2Сl - -2е → Cl 2

2OH--2e→O2+2H+.2OH - -2e → O 2 + 2H + .

Это приводит к концентрированию в анодной камере серной кислоты.This leads to concentration in the anode chamber of sulfuric acid.

Пример 2Example 2

Через среднюю камеру трехкамерного электролизера прокачивают сточную воду, полученную при регенерации анионитовых фильтров цеха водоподготовки Стерлитамакской ТЭЦ и содержащую 19,8 г/л сульфата натрия, 1,8 г/л хлорида натрия и 15,7 г/л гидроксида натрия. В катодную и анодную камеры электролизера заливают по 150 мл 0,1 н. раствора гидроксида натрия и серной кислоты соответственно. Процесс электрохимической обработки стока проводят при комнатной температуре в течение 6 часов при различных токовых нагрузках. Результаты опытов представлены в таблице 2.Waste water is pumped through the middle chamber of a three-chamber electrolyzer, obtained during the regeneration of anion exchange filters of the water treatment plant of the Sterlitamak TPP and containing 19.8 g / l sodium sulfate, 1.8 g / l sodium chloride and 15.7 g / l sodium hydroxide. In the cathode and anode chambers of the electrolyzer, 150 ml of 0.1 N are poured. a solution of sodium hydroxide and sulfuric acid, respectively. The process of electrochemical treatment of runoff is carried out at room temperature for 6 hours at various current loads. The results of the experiments are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Сила тока, АCurrent strength, A Плотность тока, А/м2 Current density, A / m 2 Концентр. NaOH, г/лConcentration NaOH, g / l Концентр. H2SO4, г/лConcentration H 2 SO 4 , g / l Выход по току, %Current output,% Затраты электроэнергии, кВт·ч/кгThe cost of electricity, kW · h / kg 55 400400 88,688.6 20,320.3 70,870.8 9,49,4 7,57.5 600600 124,2124.2 37,937.9 71,271.2 11,311.3 1010 800800 134,7134.7 45,145.1 68,768.7 13,713.7 12,512.5 10001000 153,4153.4 62,962.9 65,265,2 15,015.0 15fifteen 12001200 169,9169.9 69,069.0 64,764.7 15,815.8

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что гидроксид натрия и серная кислота, образующиеся в катодной и анодной камерах электролизера, могут использоваться для регенерации ионообменных фильтров. Увеличение плотности тока приводит к возрастанию концентрации кислоты и щелочи, снижению выхода по току и повышению энергозатрат на процесс. При плотностях тока выше 800 А/м2 происходит значительный разогрев растворов в электролизере, поэтому увеличение плотности тока выше 800 А/м2 не желательно.From the data presented in table 2, it can be seen that sodium hydroxide and sulfuric acid formed in the cathode and anode chambers of the electrolyzer can be used to regenerate ion-exchange filters. An increase in current density leads to an increase in the concentration of acid and alkali, a decrease in current efficiency, and an increase in energy consumption for the process. At current densities above 800 A / m 2 , a significant heating of the solutions in the electrolyzer occurs, therefore, an increase in current density above 800 A / m 2 is not desirable.

Использование предлагаемого способа обессоливания воды по сравнению с существующим имеет следующие преимущества:Using the proposed method of desalination of water in comparison with the existing has the following advantages:

а) электрохимическая обработка сточных вод анионитовых фильтров приводит к уменьшению концентрации сульфатов и хлоридов в сточной воде без использования реагентной обработки;a) electrochemical wastewater treatment of anion exchange filters leads to a decrease in the concentration of sulfates and chlorides in wastewater without the use of reagent treatment;

б) растворы щелочи и кислоты, получаемые при электрохимической обработке сточных вод анионитовых фильтров, пригодны для их использования в процессе регенерации ионитовых фильтров.b) alkali and acid solutions obtained by electrochemical treatment of wastewater of anion exchange filters are suitable for their use in the process of regeneration of ion exchange filters.

Claims (1)

Способ обессоливания воды, включающий ионирование воды в катионитовых и анионитовых фильтрах, регенерацию фильтров, обработку отработавшего регенерационного раствора, отличающийся тем, что отработавший регенерационный раствор после регенерации анионообменных фильтров подвергают электрохимической обработке в средней камере трехкамерного электролизера с ионообменными мембранами при плотности тока 400-800 А/м2, а образующуюся в катодной и анодной камерах щелочь и кислоту используют для регенерации ионообменных фильтров. A method for desalting water, including ionizing water in cation exchange and anion exchange filters, regenerating filters, treating spent regeneration solution, characterized in that the spent regeneration solution after regeneration of anion exchange filters is subjected to electrochemical treatment in the middle chamber of a three-chamber electrolyzer with ion-exchange membranes at a current density of 400-800 A / m 2 , and the alkali and acid formed in the cathode and anode chambers are used to regenerate ion-exchange filters.
RU2008109502/15A 2008-03-12 2008-03-12 Water demineralisation method RU2361819C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008109502/15A RU2361819C1 (en) 2008-03-12 2008-03-12 Water demineralisation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008109502/15A RU2361819C1 (en) 2008-03-12 2008-03-12 Water demineralisation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2361819C1 true RU2361819C1 (en) 2009-07-20

Family

ID=41047115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008109502/15A RU2361819C1 (en) 2008-03-12 2008-03-12 Water demineralisation method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2361819C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2867388B1 (en) Process and apparatus for generating or recovering hydrochloric acid from metal salt solutions
EP0249925B1 (en) Method for generating acid and base regenerants and use thereof to regenerate ion-exchange resins
RU2751710C2 (en) Method for producing high-purity lithium hydroxide monohydrate from materials containing lithium carbonate or lithium chloride
CN101838288A (en) Processing method of glyphosate mother liquor
JP5482917B2 (en) Water recovery device for closed system space
WO2018035573A1 (en) Desalination process
JP2013075259A (en) Water recovery apparatus for closed system space
Trokhymenko et al. Study of the process of electro evolution of copper ions from waste regeneration solutions
CN108218101B (en) Low-cost treatment and recycling method for high-salt-content gas field water
RU2196735C1 (en) Process of extracting monohydrate of high-purity lithium hydroxide from materials containing lithium carbonate
JP5731262B2 (en) Desalination treatment method and desalination treatment system
JP2014144435A (en) Treatment apparatus of salt-containing wastewater
JPH0532088B2 (en)
RU2361819C1 (en) Water demineralisation method
JP2001191080A (en) Electric deionizing device and electric deionizing treatment method using the same
JP2775992B2 (en) Method for producing hydroxylamine
JP3045378B2 (en) Method for combined treatment of seawater
RU2601459C2 (en) Recovery method of lithium chloride, dimethylacetamide and isobutyl alcohol or lithium chloride and dimethylacetamide from process solutions for production of para-aramid fibres
Shabliy et al. New approaches to comprehensive electrochemical processing of sulfate-chloride high-mineralized wastewater treatment residues
Dydo et al. Boron removal using ion exchange membranes
SU1699942A1 (en) Method of demineralization of water
JP3647505B2 (en) Method and apparatus for producing electrolyzed water
RU77265U1 (en) DEVICE FOR RESTORING THE WASTE SOLUTION AFTER REGENERATION OF THE ANIONITE FILTER
RU2136604C1 (en) Method of production of desalted water
JPH08229568A (en) Method for removing ammoniacal nitrogen

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100313