способ термического обессоливания воды

Формула изобретения

1. Способ термического обессоливания воды, включающий умягчение ее на натрий-катионитных фильтрах, упаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрий-катионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей 20 50% отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, отличающийся тем, что продувочную воду испарителей подвергают рекарбонизации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рекарбонизацию проводят сдувочной газовой смесью испарительной установки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед натрийкатионированием воду предварительно подвергают известкованию и коагуляции.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ термического обессоливания пресных вод, включающий предварительное умягчение их натрий-катионированием с регенерацией катионитных фильтров привозной поваренной солью и последующее выпаривание умягченной воды в испарителях [1]

Недостатком известного способа являются затраты на привозную поваренную соль и наличие большого количества жестких сточных вод процесса регенерации. Кроме того, по данному способу сбрасывается продувочная вода испарителей, содержащая концентрированные соли натрия.

Известен способ термического обессоливания воды, включающий умягчение их натрий-катионированием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрий-катионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей [2]

Недостатками способа являются наличие сбросных жестких регенерационных вод катионитных фильтров, низкая степень использования обменной емкости катионита, а также большие затраты на кислоту для подкисления продувочной воды испарителей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термического обессоливания пресных вод, включающий умягчение их натрий-катионированием, упаривание умягченной воды в испарителях к регенерацию натрий-катионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей 20-50% отработанного регенерационного раствора из которого предварительно удалены ионы жесткости [3]

Недостатком способа являются повышенные затраты на кислоту для подкисления продувочной воды испарителей, содержащей 20 50 отработанного регенерационного раствора натрий-катионитных фильтров.

Техническая задача изобретения сокращение расхода кислоты, используемой для подкисления продувочной воды.

Задача решается тем, что в известном способе термического обессоливания пресных вод, включающем умягчение их натрий-катионированием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрий-катионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей 20 50 отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, согласно изобретению проводится рекарбонизация продувочной воды испарительной установки. Кроме того, рекарбонизацию проводят сдувочной газовой смесью испарительной установки.

При работе испарительных установок на воде, содержащей ионы угольной кислоты (СО₃^2- и HCO₃^-), наблюдается явление термолиза



Образующийся в результате реакции углекислый газ переходит во вторичный пар, а концентрат испарительной установки насыщается анионами гидроксида (ОН^-). Если исходная вода, содержащая разбавленную часть раствора процесса регенерации натрий-катионитных фильтров и часть концентрированного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости перед катионированием и выпариванием подвергается предочистке (например, путем ее известкования и коагуляции), то содержание ионов СО₃^2- в воде будет существенно превышать содержание ионов ОН^-. При этом при поддержании на стадии предочистки наиболее распространенного гидратного режима известкования содержание ионов Са²⁺ в обработанной воде будет существенно превышать содержание ионов Mg²⁺. Такое же соотношение катионов Са²⁺ и Mg²⁺ сохранится в отработанном регенерационном растворе. В результате выпаривания натрий-катионированной воды, сопровождающегося процессом гидролиза, в продувке испарительной установки соотношение гидратов и карбонатов изменится существенным образом в пользу гидратов. Поэтому при смешении продувки испарительной установки с 20 50 отработанного регенерационного раствора процесс снижения жесткости и щелочности идет неглубоко из-за отсутствия оптимального соотношения карбонатов и кальция, гидратов и магния. При этом имеет место повышенное содержание жесткости и щелочности полученного при смешении раствора, используемого для регенерации натрий-катионитных фильтров.

Для снижения щелочности регенерационного раствора потребуется повышенное количество кислоты.

При проведении предварительной рекарбонизации продувочной воды испарительной установки, можно получить оптимальное соотношение гидратов и карбонатов перед смешением ее с частью (20 50) отработанного регенерационного раствора и тем самым свести к минимуму расход кислоты для подкисления регенерационного раствора.

Рекарбонизацию продувки можно проводить как от постороннего источника углекислоты, так и сдувочной газовой смесью испарительной установки

2OH^-+H₂O+CO₂_ CO²₃^-+2H₂O

В последнем случае в пределе в продувке испарительной установки можно получить соотношение карбонатов и гидратов такое же как и в питательной воде, идущей на испарительную установку.

На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ.

Схема содержит осветлитель 1, натрий-катионитный фильтр 2, испаритель 3, бак-реактор 4 для смешения и отстаивания продувочной воды и отработанного регенерационного раствора, кристаллизатор 5 сульфата кальция, бак 6 сброса части отработанного раствора с отмывочными водами, бак 7 свежего регенерационного раствора, рекарбонизатор 8.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную воду вместе с частью отработанного регенерационного раствора (из которого удалены ионы жесткости) и отмывочных вод, предварительно умягчают в осветлителе 1 путем известкования и коагуляции, пропускают через натрий-катионитный фильтр 2, где происходит ее глубокое умягчение, после чего подают на испарительную установку 3, где умягченная вода подвергается термической дистилляции. Продувочную воду испарительной установки 3 направляют в рекарбонизатор 8, где происходит ее насыщение углекислотой, содержащейся в сдувочной газовой смеси той же испарительной установки, и смещение ее углекислотного равновесия в растворе в сторону увеличения концентрации ионов CO²₃^- и, соответственно этому, снижение концентрации ионов ОН^-. Рекарбонизированную продувочную воду собирают в баке-реакторе 4, куда в стадии регенерации направляют 20 50 отработанного регенерационного раствора, пропущенного через кристаллизатор сульфата кальция. Остальные 50 80 отработанного регенерационного раствора собирают в процессе регенерации в бак 6. Причем 15 45 этого раствора собирают в бак 6, предварительно пропустив через кристаллизатор 5, а остальные 55 85 непосредственно после фильтра 2. Из бака 6 в процессе умягчения часть отработанных стоков, содержащих в основном отмывочную воду, направляют в осветлитель 1,в котором вместе с исходной водой предварительно умягчают путем известкования и коагуляции. После отстаивания смеси рекарбонизированной продувочной воды и 20 50 отработанного регенерационного раствора в баке-реакторе 4 с отделением выпавшего шлама продувочную воду, содержащую отработанный раствор, направляют из бака 4 в бак 7 свежего регенерационного раствора, откуда после подкисления раствор подают на регенерацию натрий-катионитного фильтра 2. Излишек солей натрия в зависимости от конкретных условий отводится либо с продувочной водой, либо со смесью из бака 4.

Пример. В осветлитель направляют исходную воду, имеющую следующий ионный состав; мг-экв/л



В осветлитель же направляется смесь отработанного раствора стадии регенерации и отмывочных вод, имеющая катионный состав, мг-экв/л

Ca²⁺= 34,0;Mg²⁺= 9,0;Na⁺= 73,8.

После известкования и коагуляции раствор имеет следующий состав, мг-экв/л



Щ_о 1,0

Далее раствор пропускают через прямоточный натрий-катионитный фильтр, загруженный катионитом КУ-2. Глубокоумягченную воду после натрий-катионирования подают на испарительную установку, где происходит ее термическая дистилляция. Ионный состав продувочной воды, мг-экв/л



После рекарбонизации изменилась форма щелочности, мг-экв/л

Щ_o= 198,2;CO²₃^-= 118,9;OH^-= 79,3.

Продувочную рекарбонизированную воду в количестве 0,507 м³/ч собирают в бак-реактор, куда добавляют пропущенный через кристаллизатор отработанный регенерационный раствор в количестве 0,630 м³/ч с концентрацией, мг-экв/л

Ca²⁺= 86,45;Mg²⁺= 14,75;Na⁺= 120,8;Щ_o= 2,61.

В результате смешения в реакторе в осадок выпадают соли жесткости в виде карбоната кальция и гидроокиси магния. После отделения осадка полученная смесь направляется в бак регенерационного раствора для подкисления. Доза серной кислоты составит 12,04 г-экв/м³ или 9,77 т/год.

Ионный состав раствора в количестве 1,38 т/ч, идущего на регенерацию, мг-экв/л



Отработанный регенерационный раствор в количестве 2,47 т/ч имеет ионный состав, мг-экв/л



Часть этого раствора направляется в бак-кристаллизатор 5, а часть вместе с отмывочной водой в бак 6.

Для сравнения исходную воду обрабатывают известным способом без рекарбонизации. При этом расход кислоты на подкисление раствора, идущего на регенерацию натрий-катионитного фильтра составит 16,26 т/год.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить расход кислоты на 6,5 т/год.