SU1604746A1 - Способ ум гчени и обессоливани воды - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ионообменной обработке воды, в частности анионированием, и позвол ет повысить степень ее ум гчени  и обессоливани , а также предотвратить выпадение малорастворимых солей жесткости в анионите. Способ осуществл ют путем пропускани  исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивани  фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонат- и гидроксид-ионы при мольном отношении 2CO₃/OH^-, равном мольному отношению CA²⁺/MG²⁺ в исходной воде. Перед фильтрованием в исходную воду добавл ют фосфорсодержащий комплексон ИОМС в количестве 0,1-3,0 мг/л. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к очистке воды и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленност х, а также в других отрасл х дл  ум гчени  и обессоли- вани  воды.

Цель изобретени  - повышение степени ум гчени  и обессоливани  воды, а также предотвращение выпадени  малорастворимых солей жесткости в анионитовой загрузке фильтра.

Способ ум гчени  и обессоливани  воды включает пропускание исходной воды с анионитом в карбонатно-гидратной форме, регенерацию которой ведут смесью растворов соды и щелочи, при этом фильтрат подвергают отстаиванию, а удвоенное мол рное отношение карбонат-иона к гидрат-иону в регенерационном растворе принимают равным мольному отношению кальци  и магни  в исходной воде.

Особенностью предлагаемого способа  вл етс  и то, что в исходную воду перед фильтрованием добавл ют фосфорсодержащие комплексоны, например ИОМС, в дозах

0,1-3,0 мг/л, обеспечивающих начало выпадени  нерастворимых осадков из воды после выхода ее из загрузки.

Перед началом фильтроцикла анионито- вую смолу перевод т в карбонатмо-гнд- ратную форму. Дл  этого через фильтр пропускают смешанный регенерационный раств рр, в котором мол рное отношение 2СО з/ОН равно мол рному отношению в исходной воде, подаваемой на фильтр. При этом карбонат-ион вводитс  за счет карбоната натри  (или другой растворимой карбонатной соли, например, карбоната кали , карбоната аммони ), а гидрат-ион за счет гидроксида натри  (или другого гидроксида, например, гидроксида кали , аммони ). При этом гидрат-ион даетс  с избытком (по отношению к /OH Ca /Mg ) в количестве 0,5-1 мг- экв/л. Избыток гидрат-иоона обеспечивает необходимое значение рН дл  предотвращени  перехода карбонат-иона в бикарбонат: СОз--fHOHj±HCO3 -fOH-. Реакци  за счет добавки гидрат-иона практически полностью смещаетс  в сторону об05

о

4

4

О5

разовани  СОз . При фильтровании на анионите происход т следующие обменные реакции:

--:

ан 2СОз+2С1- 2 ан С1 + СОз ан 2СОз+5О4- ан 25О4+СОз ан ОН+С1- ан С1+ОН -; OH+S04- ан 25О4+ОН -, Таким образом, на анионите происходит обмен анионов, содержащихс  в обрабатываемой воде, на карбонат- и гидрат-ионы.

В процессе реакции обмена на анионите переход щие в воду карбонат- и гидрат-ионы взаимодействуют с катионами кальци  и магни .

Са+++СОз СаСОз; Mg+++2OH Mg(OH)2. За счет дозировани  в обрабатываечестве , равном разности: SO4 +С1 + NO3) -(Ca+++Mg++). Если Са++ -j-Mg++ SO4 -fCl -fNOs, то удале кальци  и магни  происходит не полност а в количестве, равном SO4 +С1 -4-ЫО При этом сульфаты, хлориды и нитра полностью удал ютс  из воды, а обме ваемые на эти анионы, карбонат- и г рат-ионы полностью св зываютс  в растворимые соединени  ионами каль и магни , вследствие чего удал ютс  воды в осадок. По истощении емко поглощени  анионитового фильтра, фиксируетс  «по проскоку анионов SO4 С1, ГМОз выще заданной величины, ио обменную смолу регенерируют 2-1 смесью растворов щелочи и кальцини ванной соды (по сумме, например, Na и ЫаСОз). При этом на анионите про ход т обменные реакции:

мую воду перед анионитовым фильтром 20 2 ан С1 + СОз ан 2 СОз + 2СГ

ан 2SO4+CO3- ан 2 СОз + 5О4- ан С1+ОН- ан ОН+СГ; ан 25О4+ОН- 2 ан OH+SO4--.

фосфорсодержащего комплексона кристал лизаци  образующихс  нерастворимых солей не успевает произойти непосредственно на ионообменной смоле в фильтре. Доза комплексона подобрана так, чтобы кристаллизаци  карбоната кальци  и гидроксида магни  начались за пределами фильтра в специальном отстойнике. При отстаивании карбонат кальци  и гидроксид магни  выпадают в осадок. Доза комплексона находитс  в пределах 0,1-3 мг/л по основному веществу, зависит от конкретного состава исходной воды и рассто ни  между ионообменным фильтром и сооружени ми дл  отстаивани . Если они наход тс  р дом в одной установке, доза комплексона минимальна , если, например, после ионообменного фильтра вода подаетс  в щламо- накопитель, расположенный на значительном удалении от фильтровальной установки, то доза комплексона принимаетс  максимальной . Нижний предел дозы обусловлен минимальным уровнем начала действи  комплексона-торможение процесса кристаллизации малорастворимых соединений, верхний предел - слищком интенсивным торможением, что можут ухудшить процесс выпадени  их при отстаивании.

Таким образом, на анионите из воды удал ютс  сульфаты, хлориды, нитраты, замен  сь на эквивалентное количество карбонат и гидрат-ионов, а затем в результате химического воздействи  последних

25

30

35

40

При особом качестве исходной во когда имеетс  только кальциева  только магниева  жесткости или станов с  задача удалени  из воды только каль или только магни , анионит регенерир только одним раствором. В первом слу ( дл  удалени  только кальци ) его пер д т в карбонатную форму содой, во ром случае (дл  удалени  только магни  в гидратную форму щелочью. Регенери ванные и отмытые от продуктов рег рации анионитовые фильтры, зар женны карбонатно-гидратную форму, вновь вклю ютс  в работу. После этого цикл очис воды повтор етс .

Пример. Состав исходной воды, мг-экв

Катионы

7,0 2,0 1,0

45

Са++ Mg+ +

Na++

2кат. 10,0.

Анионы НСОзSO4

сг

Еан. 10,0.

Общее солесодержание равно 656,34 м рН 7,28, жесткость обща  9,0 мг-эк щелочность обща  2,5 мг-экв/л. Рас

2,5 4,0 3,5.

с кальцием и магнием происходит ум г- go воды 100 .

Используют три анионитовых филь диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с ан нитом типа АВ-17, высота сло  анион 2,5 м. Объем анионита в одном филь 7,85 м Полна  динамическа  емкость

чение воды с эквивалентным выведением в осадок карбонат- и гидрат-ионов. Если в обрабатываемой воде (в эквивалентах) Ca + + + Mg+ + SO4-- + Cl- + NO3-, то кальций и магний удал ютс  из воды полИспользуют три анионитовых фильтра диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с анио- нитом типа АВ-17, высота сло  анионита 2,5 м. Объем анионита в одном фильтре 7,85 м Полна  динамическа  емкость поностью , в эквивалентном количестве удал -55 глощени  анионита 800 г-экв/м, рабоча 

ютс  из воды сульфаты, хлориды, нит-640 г-экв-м.

раты, а в воду- с анионита дополнительноОпределение параметров перевода фильтпереход т карбонат и гидрат-ионы в коли-ра в карбонатно-гидратную форму:

честве, равном разности: SO4 +С1 + + NO3) -(Ca+++Mg++). Если Са+++ -j-Mg++ SO4 -fCl -fNOs, то удаление кальци  и магни  происходит не полностью, а в количестве, равном SO4 +С1 -4-ЫОз. При этом сульфаты, хлориды и нитраты полностью удал ютс  из воды, а обмениваемые на эти анионы, карбонат- и гидрат-ионы полностью св зываютс  в нерастворимые соединени  ионами кальци  и магни , вследствие чего удал ютс  из воды в осадок. По истощении емкости поглощени  анионитового фильтра, что фиксируетс  «по проскоку анионов SO4, С1, ГМОз выще заданной величины, ионообменную смолу регенерируют 2-10% смесью растворов щелочи и кальцинированной соды (по сумме, например, NaOH и ЫаСОз). При этом на анионите происход т обменные реакции:

5

0

5

0

При особом качестве исходной воды, когда имеетс  только кальциева  или только магниева  жесткости или становитс  задача удалени  из воды только кальци  или только магни , анионит регенерирует только одним раствором. В первом случае (дл  удалени  только кальци ) его перевод т в карбонатную форму содой, во втором случае (дл  удалени  только магни ) - в гидратную форму щелочью. Регенерированные и отмытые от продуктов регенерации анионитовые фильтры, зар женные в карбонатно-гидратную форму, вновь включаютс  в работу. После этого цикл очистки воды повтор етс .

Пример. Состав исходной воды, мг-экв/л:

Катионы

7,0 2,0 1,0

5

Са++ Mg+ +

Na++

2кат. 10,0.

Анионы НСОзSO4

сг

Еан. 10,0.

Общее солесодержание равно 656,34 мг/л, рН 7,28, жесткость обща  9,0 мг-экв/л, щелочность обща  2,5 мг-экв/л. Расход

2,5 4,0 3,5.

воды 100 .

Используют три анионитовых фильтра диаметром 2,0 м типа ФИП1-2,0-6 с анио- нитом типа АВ-17, высота сло  анионита 2,5 м. Объем анионита в одном фильтре 7,85 м Полна  динамическа  емкость поглощени  анионита 800 г-экв/м, рабоча 

Ca+ -+Mg++ 9 г-экв/м ;

,5 г-экв/м

Ca+++Mg++ SO4-+C1-;

9,0 г-экв/м 7,5 г-экв/м

Следовательно, теоретически можно, поглотив на анионите сульфаты и хлориды в количестве 7,5 г-экв/м, осадить за счет эквивалентного количества анионов СОз и ОН катионы Са и Mg в сумме 7,5 г-экв/м, в том числе весь кальций в количестве 7,0 г-экв/м. Оставша с  магниева  жесткость составит 2,0 мг-экв/м Соответствующее количество магни  можно осадить за счет обменной реакции на анионите:

аи ОН+НСОз ан НСОз+ОН-;

Mg+++2OH- Mg(OH)2. J

Тогда щелочность воды (содержание НСОз) уменьшитс  на 2,0 г-экв/м и составит 0,5 г-экв/м Состав смеси регенера- ционного раствора дл  перевода анионита в карбонатно-гидратную форму определ етс  на основе соотношени :

2СОз-/OH- Ca++/Mg++ ;

,5.

Таким образом, отношение Na2CO3 и NaOH в регенерационном растворе (в эквивалентах или в удвоенном отношении мол рных концентраци х этих реагентов) должно составить 3,5. Принимаетс  регенерационный раствор из смеси Na2CO3 и NaOH общей концентрацией 4% (по сумме ЫаСОз и NaOH). Общий расход реагентов принимаетс  60 г/г-экв емкости анионита, в том числе 10,6 г/г-экв щелочи (NaOH) и 49,4 г/г-экв соды (Na2CO3). Раствор указанного состава пропускаетс  через анио- нитовый фильтр со скоростью 4 м/ч, т.е. общее количество регенерационного раствора 7,25 м на один фильтр пропущено через анионит за 34,6 мин. На одну регенерацию израсходовано 301,4 кг реагента (в расчете на 100% продукта), в том числе 248 кг соды и 53,4 кг щелочи. После отмывки анионита в обычном режиме фильтр вводитс  в работу. Рабочий цикл одного фильтра длитс  16,7 ч, при этом получаетс  555,8 м фильтрата или 70,8 об. очищенной воды на 1 об. смолы в фильтре.

Полученный фильтрат отстаивают в вертикальном отстойнике с гидравлической нагрузкой 0,36 Y Осадок накапливают в конической части, осветленную воду сливают в приемную емкость очищенной воды.

Состав очищенной воды, мг-экв/л: содержание ионов кальци  и магни  в сумме 1 (обща  жесткость), в том числе кальций 0,53; магний 0,47; натрий 1; обща  щелочность воды 2,0 (в том числе гидратна  0,55, ка|3бонатна  1,29, бикарбонатна 

5

0,16). Общее солесодержание очищенной воды 97,16 мг/л, рН 10,9.

Таким образом, жесткость воды уменьшаетс  на 90%, общее солесодержание - на 85,2% (по сравнению с этими показател ми в исходной воде). Такое качество очищенной воды позвол ет без ограничени  использовать ее в системах оборотного водоснабжени  больщинства промышленных предпри тий.

0 Предлагаемый способ по сравнению с известным позвол ет снизить содержание магни  от 2,0 до 0,47 мг-экв/л, (по известному способу снижение содержани  магни  не произощло бы) и кальци  от 7,0 до 0,53 мг-экв/л (по известному способу снижение концентрации кальци  не могло бы быть меньше, чем 2,5 мг-экв/л, т.е. величины, соответствующей бикарбонатной кальциевой жесткости). Кроме того, из-за низкого рН исходной воды удаление кальци  по извест0 ному способу произошло бы очень незначительно , так как при рН 7,28 вообще практически не образуютс  карбонат-ионы, позвол ющие вывести кальций в осадок в виде ка рбоната кальци .

Снижаетс  также общее солесодержание

воды от 656,3 до 97,16 мг/л. По известному методу оно было бы больше, не менее чем на величину, соответствующую концентрации магни  (2,0 мг-экв/л) в исходной воде. Практически оно было бы еще больше

Q из-за образовани  по известному методу при рН 7,28 бикарбоната кальци , хорошо растворимого в воде (вместо нерастворимого карбоната кальци  по предлагаемому способу).

5 Исходна  вода имеет рН 7,28 и содержание 2,0 мг-экв/л магни . При таком качестве исходной воды известный способ практически не применим. Согласно предлагаемому способу достигнуты эффекты ум гчени  и обессоливани  (соответственно

0 90 и 85,2%), позвол ющие использовать очищенную воду повторно без сброса в водные объекты.

Применение предлагаемого способа дл  ум гчени  и обессоливани  сточных вод, например, от процессов травлени  металлов , снижает капитальные затраты путем исключени  из схемы очистки катионито- вых фильтров и сопутствующего оборудовани  (склады кислоты, кислотные насосы, сооружени  дл  нейтрализации кислотных регенерационных растворой) а также эксплуатационные расходы за счет исключени  из схемы регенерации катионитовых фильтров кислотой.

Claims (1)

1. Способ ум гчени  и обессоливани  воды, включающий пропускание исходной

1604746

- 8

воды через фильтр, заполненный аниони-отношении равном мол рному

том, отстаивание фильтрата, регенерациюотношению в исходной воде,

анноиита, отличающийс  тем, что, с целью2. Способ по п. 1, отличающийс  тем,

повышени  степени ум гчени  и обессоли-что, с целью предотвращеии  выпадени 

вани  воды, анионит используют в смешан-малорастворимых солей жесткости в аниной карбонатно-гидратной форме, а его реге- оните, в исходную воду перед фильтрованерацию ведут раствором, содержаш,им кар-нием добавл ют фосфорсодержащий комбонат и гидроксид-ионы при мол рномплексон в количестве 0,1-3,0 мг/л.