Способ бессточной обработки подпиточной воды теплосети

 

Изобретение относится к способам бессточной обработки подпиточной воды теплосети в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности . Цель изобретения - повышение степени очистки воды от ионов кальция, снижение расхода кислоты на регенерацию. Бессточная обработка воды включает пропускание воды через катионит в Н-форме, а затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию и отмывку катионита, смешение 40-70 % отработанного регенерационного раствора (ОРР), из которого предварительно осажден сульфат кальция , с обрабатываемой водой, остальные 30-60 % ОРР, содержащие 100-250 мгэкв/л сульфата магния, направляют на регенерацию и отмывку катионита. При этом сначала через катионит пропускают 35-45 % ОРР, затем 10-30 % ОРР, доукрепленного серной кислотой до 2-4 %, а затем пропускают остальные 35-45 % ОРР.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s С 02 F 1/42

HONKED

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756671/26 (22) 09.11.89 (46) 30.12.91, Бюл, N 48 (71) Азербайджанский инженерно-строительный институт (72) Г. К, Фейзиев, 3. А, Сафиев, А, M. Кулиев и M. Ф. Джалилов (53) 628.543(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 768764, кл. С 02 F 1/42, 1978: (54) СПОСОБ БЕССТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ ТЕПЛОСЕТИ (57) Изобретение относится к способам бессточной обработки подпиточной воды теплосети в теплознергетике, черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности. Цель изобретения — повышение

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

Известен способ обработки подпиточной воды теплосети Н-катионированием с

"голодной" регенерацией, включающий пропускание обрабатываемой воды сначала через полуфункциональный или слабо- кислотный катионит, затем через буферный саморегенерирующийся фильтр с последующей регенерацией отработанного катионита стехиометрическим количеством серной кислоты. При обработке по известному способу в Н-катионите разрушаются бикарбонатные ионы и снижается только карбонатная жесткость до 0,7 — 1,5 мг-зкв/л.

Отработанный регенерированный раствор

Н-катионита сбрасывается в окружающую среду либо утилизируется на отдельной установке. степени очистки воды от ионов кальция, снижение расхода кислоты на регенерацию, Бессточная обработка воды включает пропускание воды через катионит в Н-форме., а затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию и отмывку катионита, смешение 40 — 70 % отработанного регенерацион ного раствора (OP P), из которого предварительно осажден сульфат кальция, с обрабатываемой водой, остальные

30-60 % ОРР, содержащие 100-250 мгзкв/л сульфата магния, направляют íà регенерацию и отмывку катионита. При атом сначала через катионит пропускают 35-45

% 0PP, затем 10 — 30 % OPP, доукрепленного серной кислотой до 2 — 4 %, а затем пропускают остальные 35 — 45 % 0PP.

Недостатками известного способа являются наличие сбросных стоков, низкая степень очистки воды от ионов кальция, узкий диапазон применения способа по составам природн ых вод и необходимость существенных затрат на утилизацию солевых стоков.

Наиболее близким к предлагаемому способ обработки подпиточной воды теплосети, включающий пропускание обрабатываемой воды в условиях противотока сначала через полифункциональный или слабокислотный катионит в Н-форме. затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита стехиометрическим количеством серной кислоты, осаждение сульфата кальция из отработанного регенерационного раствора в кристаллизаторе и смешивание полученного отработанного раствора с Н-катиониpoBBHHQI водой перед буфеоным фильтром в количестве 0,03 — 0,1 дм /м .

1701639 ем из цикла сульфата кальция в твердой кристаллической фазе, большой относительно удаляемых при регенерации ионов кальция расход кислоты, обусловленный тем, что водород-ионы регеиерационного раствора кислоты расходуются только частично на вытеснение ионов кальция, задержанных катионитом, а суьцественная часть расходуемой кислоты приходится на вытеснение ионов магния, которые затем В виде сульфата магния вновь возвращаются в обрабатываемую воду, ограниченность диапазона составов природных вод, которые могут обрабатываться известным chocoбом, обусловленная тем, что низкая степень очистки воды от ионов кальция и увеличение содержания сульфат-ионов за счет возврата сульфата магния и части сульфата кальция В обработанную воду В составе смешиваемого с ней отработанного регенерациоиного раствора не обеспечивают для ряда составов исходных тел требований на предотвращение сульфатной накипи в тепловых сетях; сравнительно высокие затраты на обработку воды, обусловленные нерациональным,с точки зрения удаления ионов кальция, расходом кислоты, а также необходимостью использования

IlpM этом Относительно ДОрогОстоящих Аротивоточиых фильтров.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды от ионов кальция

При этом кальциевая жесткость подпиточной воды в зависимости от состава обрабатываемой воды поддерживается равной

0,1 — 3,0 мг-экв/л, В процессе регенерации

Н-катионитного фильтра через него пропу- 5 скают по принципу противотока стехиометрическое количество 2 — 4 -ной серной кислоты со скоростью 15 — 20 м/ч, после чего. отмывают умягченной водой, Первые 15—

35 отработанного регенерационного рас- 10 твора пропускают через кристаллиэатор сульфата кальция, смешивают с остальной частью стоков отработанного регенерационного раствора, после чего полученный р8сТВор направляют в UMKil H3 стадию сМ8- 15 шивания с Н-катионированной водой. Все это Обеспечивает исключение сброса сточных вод, предотвращение загрязнения окружающей среды и удешевление лроцесса за счет отсутствия дополнительных устано- 20 вок для переработки стоков.

Недостатками этого способа являются низкая ст8пень Очистки ВОды От иОнОВ кальция, Вызванная смешиванием обработанной Н-катиоиированиой воды со всем объемом отработанного регенерациоииого раствора, содержащего сульфат кальция, осаждением В кристаллизаторе и выведении снижение расхода кислоты на регенерацию за счет использования магнийсодержащих сточных вод для удаления ионов кальция и исключения подачи кальцийсодержащих стоков в обработанную воду, расширение диапазона исходных составов обрабатываемых вод эа счет сокращения количества вводимых в обработанную воду сульфат-ионов регенерационного раствора и снижения остаточной кальциевой жесткости обработанной воды, удешевление процесса обработки воды за счет сокращения расхода кислоты на регенерацию при сохранении выработки воды, отвечающей необходимым требованиям пб карбонатному индексу и возможности применения более дешевых прямоточиых фильтров.

Согласно предлагаемому способу . бессточной обработки подпиточной воды теплосети, включающему пропускание обрабатываемой воды Вначала через полифункциональный или слабокислотный катионит в Н-форме, затем через буферный саморегеиерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита стехиометрическим количеством серной кислоты, отмывку катионита, осаждение сульфата кальция,из отработанного регенерационного раствора в кристаллиэаторе и смешивание обрабатываемой воды с полученным раствором, обрабатываемую воду перед пропусканием через Н-катионитный фильтр смешивают с 40 — 70 % отработанного регенерационного раствора в объемном соотношении 0,01 — 0,06 м /м, а остальными 30-60 о отработанного раствора, содержащими 100 — 250 мг-экв/л

М9$04, после осаждения из него сульфата кальция в кристаллизаторе регенерируют катионит в три стадии: сначала пропускают через катионит 35-45 отработанного раствора„затем 30-10 отработанного раствора доукрепляют серной кислотой до концентрации 2-4 % и пропускают через катионит, после чего пропускают через ка-. тионит остальные 35 — 45 отработанных растворов.

Технология осуществления способа заключается в следующем.

Обрабатываемую воду смешивают с 40—

70 7 отработанного регенерационного раствора (предыдущей регенерации), включающего объем отмывочных вод, и пропускают сначала через прямоточный или и ротивоточный Н-катионитный фильтр, загруженный полифункциональным или слабокислотным катионитом, а затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, служащий для сглаживания колебаний кислотиости и щелочиости обработан1701639

20

40

55 ной воды и предотвращения попадания кислого фильтрата в теплосеть, после чего . направляют воду к потребителю. Смешивание отработанных регенерационного раствора с обрабатываемой водой производят в обьемном соотношении 0;01—

0,06 м /м, обеспечивающем равномерную дозировку всех отмывочных вод на протяжении фильтроцикла. Тем самым достигается утилизация разбавленной части отработанного раствора (40-70 %) и ïîглощение катионитом содержащихся в ней ионов кальция, что позволяет более полно удалять их при регенерации, а также повысить степень очистки воды.

Верхний предел количества смешиваемого отработанного раствора 70 % соответствует случаю использования низкоомных катионитов типа сульфоуголь в прямоточных фильтрах при концентрации MgS04 в регенерационном растворе 250 мг-экв/л.

Нижний предел 40 % характеризует случай использования высокоомных слабокислотных катионитов типа KB-4, загруженных в противоточные фильтры. При концентрации NgSO< в регенерационном растворе

100 мг-экв/л, Н-катионитный фильтр отключают на регенерацию по проскоку кальциевой жесткости и щелочности в обработанной воде, не превышающему допустимую величину карбонатного индекса во всем объеме фильтрата.

Регенерацию Н-катионитного фильтра по предлагаемому способу производят остальными 30 — 60 % отработанного раствора предыдущей регенерации, на которых предварительно осаждают сульфат кальция в кристаллиэаторе. В составе этой части отработанного регенерационного раствора содержание сульфата магния поддерживают в пределах 100 — 250 мг-экв/л для обеспечения условий повышения полноты вытеснения лонов кальция и снижения расхода кислоты на регенерацию. Регенерацию Н-катионитного фильтра производят в три стадии; сначала пропускают через катионит 35 — 45 % указанного количества отработанного раствора для удаления части ионов кальция из катионита и создания условий повышения степени вытеснения оставшихся ионов кальция ионами водорода без опасности гипсования катионита, затем 30 — 10 % отработанного раствора доукрепляют серной кислотой до общей концентрации 2-4 % в зависимости от составов обрабатываемой воды и пропускают через катионит, обеспечивая тем самым перевод катионита в Н-форму при преимущественном обмене ионов водорода на MGHbt кальция, за счет противоионного эффекта содержащихся в растворе ионов магния (в составе MgS04, Затем пропускают через катионит остальные 35 — 45 % отработанного раствора для получения в выходной зоне катионита соотношения ионов кальция и магния, обеспечивающего необходимую степень очистки воды и удаление вытесненных кислотой из слабокислотных функциональных групп катионита ионов кальция, Количественные характеристики отработанного раствора для первой и третьей стадий регенерации установлены на основании опытно-экспериментальных данных. Их верхние и нижние пределы соответствуют различным типам ионитов и концентрациям регенерационных растворов в зависимости от состава обрабатываемых вод. Количество отработанного раствора (30 — 10 %), используемого во второй стадии регенерации. определяется условиями приготовления на нем раствора кислоты путем доукрепления необходимым ее количеством до общей концентрации 2 — 4 %, а достигаемый эффект обеспечивается за счет подобранного на второй стадии соотношения ионов магния и водорода в этом растворе, способствующего избирательной десорбции ионов кальция из катионита.

Известен способ регенерации Н-катионитных фильтров, согласно которому регенерация Н-катионитных фильтров также производится в три стадии. Однако процесс регенерации на всех стадиях производится раствором серной кислоты с нарастанием ее концентрации в последовательности 24 — 6%, Зтим достигается увеличение обменной емкости сильнокислотных катионитов с схемах химического обессоливания воды, где из нее удаляют Н-катионированием все катионы, При этом расход кислоты на регенерацию выше стехиометрического в

1,5-2 раза. .В предлагаемом способе признак регенерации катионита в три стадии присутствует в новом качестве и включает пропускание через катионит кислоты только во второй стадли, а в первой и третьей — отработанного магнийсодержащего раствора. При этом трехстадийной регенерацией слабокислотных и полифункциональных катионитов по предлагаемому способу достигается избирательная десорбция только ионов кальция при MHOIOKpBTHOM использовании магнийсодержащей части регенерационного раствора, Все это в целом обеспечивает оессточную подготовку подпиточной во „b! теплосети с повышением степени очистки по ионам кальция для обширного диа1701639 пазона вод при стехиометричеаком расходе кислоты.

Пример 1, Исходную воду с составом мг-экв/л: Са 2,3; Mg 2,0; Na 0,7 Щ 4,3; S04+Ci

0,7, смешивают в соотношении 0,06 м /мз 5 с 70 отработанного регенерационного раствора предыдущей регенерации, содерз жащего отмывочные воды в количестве 6 м на 1 м катионита и пропускают через прямоточный Н-катионитный фильтр, загруженный 10 сульфоуглем. Затем обработанную воду с, катионитн ы м составом, мг-экв/л: Са 0Ä2Ä, Mg 2,0; Na 0,7, пропускают через буферный фильтр и после дегазации направляют в теплосеть, Рабочая обменная емкость 15 сульфоугля, загруженного в Н-катионитный фильтр, по ионам кальция составляет

210 г-экв/м . Количество водbl, o5pa6aTblaaемой каждым 1 м сульфоугля за фильтроз цикл, составляет 210:(2,3 — 0,2)=:100 м . 20 з

Регенерацию Н-катионитного фильтра осуществляют остальными 30 / отработанного раствора предыдущей регенерацли„прошедшего стадию осаждения из него твердой фазы сульфата кальция в кристаллизато- 25 ре и содержащего 250 мг-экв/л MgSOp u

25 мг-экв/л Са304, Процесс регенерации осуществляют в 3 стадии: сначала через каз тионит (каждый 1 м ) пропускают 1,16 м отработанного раствора {45 количества, 30 используемого для регенерации), затем

10 (0,26 мз) отработанного раствора доукрепляют серной кислотой до концентрации Н ЯО 4/ (250 мг-экв/л VlgS0p и

800 мг-экв/л Н2504) и пропускают через 35 катионит, после чего через него пропускают остальные 1,16 м (45 /) неукрепленного отработанного раствора и отмывают его обз з работанной водой в количестве 6 м на 1 м катионита. Полученные в процессе регене- 40 рации разбавленные порции(6 мз или 70 /) отработанного раствора (отмывочные воды) в начале регенерации и в конце отмывки собирают в бак для смешивания с исходной водой в цикле обработки, а остальные 30 / 45 направляют в кристаллизатор сульфата кальция, после чего используют для следующей регенерации.

Таким образом, согласно предлагаемому способу глубина очистки обрабатывае- 50 мой воды от ионов кальция ссставляет

0,2 мг-экв/л а на обработку каждого 1 м воды затрачивается 2,1 r-экв Н2804.

Обработка воды указанного состава по базовой технологии Н-катионирования 55 с "голодной" (прототип) регенерацией позволяет снизить кальциевую жесткость до

0,5-0,7 мг-экв/л. При этом на обработку каждого 1 м воды затрачивается 3,4 г-экв/л

НгЗО, Пример 2, Исходную воду с составом, мг-экв/л: Са 2 5; Mg 2,7; Na 2,8; Щ 1,9;

S04+C1 6,1, смешивают в соотношении

0,01 м /м с 40 отработанного регенерационного раствора (в количестве 4 м на 1 м катионита) и пропускают снизувверх через противоточный Н-катионный фильтр, загруженный слабокислотным катионитом КБ — 4. Затем обработанную воду с катионным составом, мг-экв/л; Са 0,7; Mg

2,7; Na 2,8, пропускают через буферный фильтр и после дегазации к потребителю.

Рабочая обменная емкость КБ-4 по кальз цию составляет в этом случае 720 г-экв/м, а количество воды, обрабатываемой каждым 1 м катионита составляет 720:(2,5— 0,7)=400 м .

Регенерацию Н-катионитного фильтра, . осуществляют остальными 60 /, отработанного раствора предыдущей регенерации (6 мз) после стадии осаждения из него твердой фазы сульфата кальция в кристаллизаторе, содержащими 100 мг-экв/л MgS04 и 25 мг-экв/л CaS04. Процесс регенерации ведут в 3 стадии: сначала через каждый 1 м катионита пропускают 35 отработанного раствора (2,1 м ), затем з

30 отработанного раствора (1,8 м ) доз укрепляют серной кислотой до концентрации HzS04 2 (100 мг-экв/л MgSO4 и

400 мг-экв/л HzS04) и пропускают через катионит, после чего через него пропускают остальные 35 (2,1 мз) отработанного раствора и отмывают отработанной водой в количестве 4 м на 1 м катионита. Разз з бавленные порции вновь полученного отраз ботанного раствора в количестве 4 м на

1 м катионита, составляющие 40 / всего обьема продуктов регенерации, собирают в бак для смешивания с исходной водой в последующем фильтроцикле, а остальные

60 направляют в кристаллизатор сульфата кальция и. используют в следующей регенерации.

Согласно предлагаемому способу остаточная кальциевая жесткость обработанной воды снижается до 0,7 мг-экв/л, а щелочность — до 0,1 — 0,2 мг-экв/л, тем самым удовлетворяются требования к качеству подпиточной воды по карбонатному индексу без существенного увеличения содержания сульфатов в обработанной воде. При этом на обработку 1 м воды затрачивается з

1,8 r-экв Н2304, Вода указанного состава для обработки по базовой технологии Н-катионирования с

"голодной" регенерацией не пригодна. исходя из соотношения карбонатной и общей жесткости Ж«<ЖС, а также из соотношения

1701639

Составитель Г. Фейэиев

Редактор Т. Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ 4507 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щелочности к содержанию анионов сильных кислот — сл — < 0,3.

S04+ С!

Применение для данного состава воды способа подкисления невозможно из-за ус- 5 ловий опасности сульфатной накипи, а натрийкатионирование сопровождается наличием сбросных сточных вод и необходимостью дополнительных затрат на их переработку. 10

Таким образом, расширяется диапазон исходных вод, обработка которых для подпитки теплосети возможна с использованием бессточного Н-катионирования и не требуется использование других способов, 15 характеризующихся наличием сбросных стоков.

При этом имеет место удешевление процесса обработки за счет отсутствия сбросных стоков и затрат на их утилизацию. 20

Использование предлагаемого способа по сравнению с аналогом и прототипом позволяет повысить степень очистки подпиточной воды теплосети от ионов кальция при одновременном снижении расхода кис- 25 лоты на регенерацию и расширить диапазон исходных вод, которые можно обрабатывать бессточным Н-катионированием для подпитки теплосети. Тем самым обеспечивается удешевление процесса обработки 30 как за счет снижения расхода кислоты, так и за счет исключения затрат на утилизацию стоков.

Формула изобретения

Способ бессточной обработки подпиточной воды теплосети, включающий пропускание обрабатываемой воды сначала через полифункциональный или слабокислотный катионит в Н -форме, затем через буферный саморегенерирующийся фильтр, регенерацию отработанного катионита серной кислотой, отмывку катионита, смешение отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно осажден сульфат кальция, с обрабатываемой водой, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения количества ионов кальция в обрабатываемой воде и расхода кислоты на регенерацию, обрабатываемую воду перед пропусканием через Н-катионитный фильтр смешивают с 40 — 70 отработанного регенерационного раствора при объемном соот-. ношении 0,01 — 0,06 м /м, а остальные

30-60 отработанного раствора, содержащие 100 — 250 мг-экв/л сульфата магния, направляют на регенерацию и отмывку катионита, при этом сначала через катионит пропускают 35-45 отработанного раствора; затем 10 — 30 отработанного раствора, доукрепленного серной кислотой до концентрации 2 — 4, а затем пропускают 3545 отработанного раствора.