способ обессоливания воды

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области получения обессоленной воды путем пропускания ее через ионообменные катионитовые и анионитовые фильтры.

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).

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

Пример 1

В таблице 1 представлено максимальное содержание солей в сточной воде, образующейся при регенерации ионообменных фильтров цеха водоподготовки Стерлитамакской ТЭЦ.

Таблица 1
Тип фильтра	Концентрация, г/л
Na2SO4	CaSO4	MgSO4	K2SO4	NaCl	H2 SO4	NaOH
Катионитовый	37,1	0,8	0,4	0,2	-	12,8	-
Анионитовый	32,5	-	-	-	4,9	-	15,7

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.

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.

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^-, SO^2- ₄, ОН^- через анионообменную мембрану в анодную камеру электролизера. В катодной камере происходит разложение воды с выделением газообразного водорода и образованием анионов ОН^-

2Н₂O+2е Н₂+2OН^-.

В результате этого в катодной камере происходит концентрирование гидроксида натрия. В анодной камере разлагаются ионы хлора и гидроксила

2Сl^--2е Cl₂

2OH^--2e O₂+2H⁺.

Это приводит к концентрированию в анодной камере серной кислоты.

Пример 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.

Таблица 2
Сила тока, А	Плотность тока, А/м2	Концентр. NaOH, г/л	Концентр. H2SO4, г/л	Выход по току, %	Затраты электроэнергии, кВт·ч/кг
5	400	88,6	20,3	70,8	9,4
7,5	600	124,2	37,9	71,2	11,3
10	800	134,7	45,1	68,7	13,7
12,5	1000	153,4	62,9	65,2	15,0
15	1200	169,9	69,0	64,7	15,8

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.

Использование предлагаемого способа обессоливания воды по сравнению с существующим имеет следующие преимущества:

а) электрохимическая обработка сточных вод анионитовых фильтров приводит к уменьшению концентрации сульфатов и хлоридов в сточной воде без использования реагентной обработки;

б) растворы щелочи и кислоты, получаемые при электрохимической обработке сточных вод анионитовых фильтров, пригодны для их использования в процессе регенерации ионитовых фильтров.