Способ термохимического умягчения воды

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< >887478

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) М.Кл.з С 02 F 5/02 (22) Заявлено 29.02.80 (21) 2889330/23-26 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.12.81. Бюллетень №45 (45) Дата опубликования описания 07.12.81

1осудерственный комитет (53) УДК 663.63.04 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. В. Шищенко

Ставропольский политехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО

УМЯ ГЧ ЕН ИЯ ВОДЫ

Изобретение относится к юпо|сюбам умягчения природных H сточных вод, преимущественно с высоким содержанием солей, и может быть использовано для умягчения морских и сульфатсодержащих сточных вод 5 промьпшленных предприятий.

Известен способ термическюго умягчения воды с введением в воду затравки (,1).

Недостатком способа является то, что выпадающий в аппарате сульфат кальция 10 удаляется из него вместе с умялчеаной водой,и растворяется в ней по,мере снижения температуры.

Наиболее близким K изобретению ло технической сущнюсти и достигаемому ре- 15 зультату является способ тармохимического умягчения морской воды, включающий косвенный нагрев воды, декарбонизацию, известкование, отделен не осадка, смешивающий нагрев, деаэрацию, термическое и нат- 20 рий-катионитное умягчеиие, |ко нцентрирование умягченной воды и использование содержащихся в концентрате умягченной воды солей натрия для регенерации катионита (2). 25

Недостатком способа является повышенная жесткость термоумягчениюй воды, что увеличивает нагрузку н а натрий-катионитные фильтры. Это приводит к значительному расходу соли на регенерацию и о бразованию большого количества стю аных вод.

В п роцессе регенерации катионита кюнцентратом умягченной воды, в котором кроме хлорида натрия содержатся его сульфат, карбонат m гидрат, происходит образован не сульфата и карбоната кальция и гид роюкиси магния, нарушающих нормальную экаплуатацию фильтров.

Целью изобретения является улучшение условий, работы натрий-катионитных фильтров, повышение степени извлечения компонентов и снижение стонмости обработки воды.

Цель достигают тем, что:воду подвергают термохимичесзсому умягчению, включающему косвенный:нагрев, декарбон изацию, нзвесткование, оаветленне, смешивающий,нагрев, деаэрацию, термическое и натрий-катионное умягченне, концентрирование умягчевнюй воды и иапользование соде ржащихся в концентрате солей натрия для регенерации катионита; цри этом концентрирование умягченной воды ведут до раздельного осаждения сульфата и хлорида натрия, хлорнд натрия подают на,регенерацию катионита, отработанный регента. ционный раствор и концентрат умягченнюй воды смешивают с исходной водой перед ее

887478

Концентрация ионов, мг-экв/л

Состав воды

1 2

4 5

16,0, 75,2 !

"00 0

133," 146,0

143,5 158,5

62,5 62,0

37 (07

Кальций

Магний

Натрий

\лорид

Сульфат Цслочность

0,02

208,8

138,0

70,3

0,5

39,0

208,7

140,0

107,0

0,7

3,0

189,6

127,3

64,8

0,5 дека рбоиизацией, а сульфат натрия смешивают с известкованной осветленной водой.

Смешивающий напрев ведут вначале паром низкого давления и теплом продувочной воды термоумягчителя, а затем,,после отделения осадка и деаэрации, паром высокого давления.

При извеспковании магний осаждают полностью.

Кроме того, сульфат натрия смешивают с известкованной водой в количестве, при котором концентрация сульфат-иона в воде будет выше концентрации кальция IHB 20—

140 мг-экв/л.

На фиг. 1 изображена, схема термоумяггительной установки; на фиг. 2 графически представлены результаты определения нео бходимого избытка сульфат-иона при

150 С.

Исходную воду по трубопроводу 1 по- 20 дают в теплообмLHHHK 2, .нагревают до температуры, обеспечивающей безнакипный режим его работы,,и нацра вляют в аппа1рат (реактор) 3. Сюда же подают часть известкового молока по трубопроводу 4 и отработанный регенерацио н ный раствор натрийкатионитных фильтров ло прубоп|роводу 5.

Полученную смесь отделяют от выпавшего осадка и по трубопроводу 6 направляют в осветлитель 7, где смешивают с другой ча- 30 стью известкового моло ка, подаваемого по трубопроводу 4, отделяют от гидроокиси магния и по трубопроводу 8 направляют в а плакат 9, где смешивают с сульфатом натрия:и паром, IIGIIBIBBeMbIм по трубопрово- З5 дам 10 и 11, отделяют от осадка, деаэрируют 1и по трубопроводу 12:направляют в а|ппарат (термоумягчитель) 13, где смешивают с паром, подаваемым по трубоп1ровоВода Каспийского моря имеет состав, 4о приведенный iB графе 1 та блицы. Эту воду о теплообмеапнике 2 нагревают до 30 — 35 С, что обеспечивает длительную безнакилную работу этого теплообменника, Нагретую воду направляют в реактор 3, где смеши- 45 вают с опработанными регенерационными растворами, концентратом и известью в;количестве, необходимом для декарбонизации воды. Смесь пропускают через контактный слой, на зернах которого и идет к ристаллизация:карбоната кальн1ия из воды. В осветлителе 7 .воду смешивают с известью ду 14. В результате выделяется сульфат кальция, который отводят ао трубоп роводу 15 н алпарат 9, а термоумягченную и осветленную воду ло. трубопроводу 16 подают в ра сшир итель 17,;г1де охлаждают за счет дроссели ро вания. Пар пто трубопроводу 11 íап равляют в аппарат 9, а воду по трубопроводу 18, после дополнительного охлаждения:в твплообменни ке 2,подают сначала на механические 19, а затем на натрий-катионипные 20 фильтры. Глубоко умягченную воду по трубопроводу 21 1подают в ла рогенвраторную или иопарительную установку 22, а ее конценllpBT ло трубопроводу 23 на лра вляют в узел 24, где язвестными методами разделяют на сульфат натрия 25, хлорид натрия 26, опресненную воду 27 и концентрат 28. Последний в зави симости от состава и экономической целесообразности обрабатывают известными методами с целью извлечения из него других ценных компонентов, а остававшийся концент рат смешивают с всходной водой.

Сульфат натрия но т1рубол1роводу 10 подают в аппарат 9, хлорид натрия растворяют,в аппарате 29 и подают на регенерац ию фильтров 20. Олреснен ную воду 27 используют для приготовления регенерацион,ного раствора в,алпарате 29 и отмывки катионита. Избыток сульфата;натрия, хлорида натрия,и,очищен ной воды соответственно по трубопроводам 30, 31 и 32:направляют потребителям. Осадок кар боната кальция, гид роокиси магния и сульфата кальция соответственно по трубопроводам

33, 34 и 35 также,на правляют для полезного использования.

В таблице лредста влены данные по составу воды. до пол ного осаждения .мат ния в виде его гидроокиси. Осветленную воду, состав которой приведен в прафе 2, смешивают с сульфатом натрия в количестве 6,25 кг/ма, напревают до 100 — 105 С за счет тепла пара, образующегося при дроссели ровании термоумягчвнной воды и подводимого (при,необходимости) извне, а татке тепла, содержащегося в продувочной воде термоумягчителя.

В результате растворимость сульфата кальция уменьшается и часть его осаждается на ло верхности контажпного слоя. Одно887478

65 времечно осуществляется деаэрация воды.

Состав воды перед термоумягчителем 13 приведен в графе 3. После смешения воды с паром в термоумягчителе lH ее нагреве до

150 С основная часть сульфата кальция осаждается на поверхности контактного слоя и термоумягченная вода приобретает состав, приведенный в графе 4. Эта вода охлаждается вначале дросселированием до

110 — 115 С, а затем косвенным путем в теплообменни ке 2 еще,на 20 —,25 С, проходит механические и натрий-;катионитные фильтры, осветляется от возможных взвешенных частиц и ум ягча ется.

Состав катионированной воды приведен в графе 5. Эта вода упаривается вначале в па рогенераториой нлн исларительной установке, полученный пар или его конденсат направляют потребителю, а концентрат поступает |на дальнейшее концентрирование с раздельным осаждением .сульфата и хлорида натрия. В данном случае это .может быть осуществлено, налример, упарива нием концентрата умягченной воды до насыщения ло хло1риду натрия. При этом основная часть сульфата натрия выпадает в осадок.

При последующем охлаждении осветлен ного конценпрата до температуры минус 15—

20 С в осадок уйдет почти весь сульфат натрия. Оставшийся насыщенный раствор хлорида натрия упаривается до |выделения его в твердом виде. При необходимости стадии охлаждения и концентрирования могут быть повторены.

В результате в пересчете на 1 м исходной воды образуется около 8,4 кг хлорида натрия и 4,65 кг сульфата натрия. Этот сульфат натрия вместе с необходимым добавочным его количествоM (около 1,6 кг сульфата натрия на 1 мз исходной воды) смешивают с известкова иной осветленной водой для создания в ней необходимого избытка сульфата натрия.

l0

15 го

Образовавшийся в результате упаривания концентрированного раствора дистиллят имеет обычайно повышенное солесодержание. Он .используется для промывки хлористого натрия с целью обеспечения товарного качества, а также для приготовления регенерацио нного раствора и для отмывки катионита после регенерации.

Количество и состав отработанных регенерационных;растворов .зависит от удельного расхода соли на регенерацию, которая для рассматриваемых случаев составляет

400 — 450 г/r-экв. При концентрации регенерационного раствора 100 кг/м его удельное количество на 1 и исходной воды составит

0,012 — 0,0135. Pасход воды на отмывку zaтионита по жесткости составляет 1,0 — 1,5%.

В результате общее количество отработанного раствора не превысит 3% от количества исходной воды и будет содержать от

34 до 39 г/л хлористого натрия и около

5,5 г/л хлорида кальция. При смешении этого раствора с исходной водой ее солесодержан|ие увеличится в среднем на 1,25 г/л, а жесткость 1на 3 мг-экв/л, т. е. на величину, равную жесткости термоумягченной воды.

Смешение отработанного регенерацио нного раствора и оставшегося концентрата умягченной воды с исход ной водой перед ее декарбонизацией обеспечивает полный цикл их очистки и предотвращает сброс загрязненных стоков.

Добавление .сульфата натрия в извест1кован ную воду перед ее термическим умягчением уменьшает растворимость сульфата кальция, что увеличивает степень осаждения его в тер моумягчителе, и, соответственно, уменьшает жесткость термоумягченной воды.

Результаты определения необходимого избытка сульфат-ио на при 150 С приведены HB фиг. 2. Здесь кривые 1 — 5 — изотермы растворимости сульфата кальция,в растворах хлори да и сульфата натрия с постоянной ионной силой, соответственно равной 0,05; 0,11; 0,25; 0,5 и 0,9. Как локазывают эти данные, чем ниже общая минерализация умягченной воды, тем меньше .необходимый избыток сульфат-иона. Оптималыные значен ия этого избытка лежат в интервале от 20 до 140 мг-экв/л при изме,нении ионной силы раствора от 0,05 до 0,9.

Подача сульфата натрия в количестве, меньшем оптимального, приводит к увеличению жесткости термоумягченной воды, а при подаче больше о птимального †.необоснованно возрастает ;расход сульфата натр ия и ухудшаются условия работы катионита из-за увеличения общей минерализации воды.

Смешение известкованной осветленной воды с продувочной водой термоумягчителя и паром, образующимся в процессе дроссели рова ния термоумягченной,воды, позволяет утилизировать содержащиеся в них воду и тепло. Предварительный нагрев воды, отделение выделившегося в осадок сульфата кальция и деаэрация воды уменьшают нагрузку на термоумягчитель и упрощают его эксплуатацию.

Полное осаждение иона магния в процессе известкования воды уменьшает жесткость термоумягченной воды.

Экономическая эффективность предлагаемого метода по сравнению с прото илом обусловлена снижением удельных капитальных затрат за счет увеличения производительности термоумягчителей в 1,3 раза, уменьшением числа натрий-катионитных фильтров первой ступени в 2 раза:и уменьшением количества сточных отработанных регенерационных растворов в 3 раза: 3% в предлагаемом способе вместо 9 — 10% в прототипе.

887478

Формула изобретения

1. Способ тер мюхимического умягчения воды, выключающий косвенный, нагрев, декарбо н изацию, |известкование, осветление, смвшивающий нагрев, деаэрацию, термическое и натрий-катионитное умягчение, концент рирова ние умягченной воды и использование содержащихся:в конценпрате солей натрия для регенерации катионита, отл и- 10 ч а ющ и и ся тем, что, с целью улучшения условий работы,натрий- катионитовых фильтров, новы|шения степени извлечения компонентов обрабатывавмой воды,и снижения стоимости обработки воды, концентр ирова- 15 ние умягченной воды, ведут до раздельного осаждения сульфата и хлорида натрия, хлорид .натрия подают на регенерацию катионита, от работан ный регенерациюнный раствор .и концентрат у мягчея ной воды 20 смешивают с исходной водой перед ее декарбонкзацией, а сульфат натрия смешивают с известкованной осветленной водой.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что смешивающий нагрев ведут вначале паром низкого давления и теплом продувочной воды термоумягчителя, а затем, после отделения осадка и деаэрации, паром высокого давления.

3. Способ по пл. 1 и 2, о т л и ч а ю щи йс я тем, что прои известкова вин магний осаждают полностью.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфат натрия смешивают с .известкованной водой в количестве, при котором концентрация сульфат-иона в воде будет выше концентрации иона кальция на

20 — 140 мг-экв/л.

Источники;информации, принятые во

:вынимание нри экспертизе:

1. Апельсин И. Э. Клячко А. В. Опрес,нение воды, М,, Стройиздат, 1968, с. 71.

2. Дыхно А. Ю. Использова ние морской воды на тепловых электростанциях. М.»

Эне.ргия, 1974, с. 160.

887478

Корректор И. Осиповская

Редактор Н. Багирова

Заказ 1760/1286 Изд. № 638 Тираж 1007 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Ф

О

Составитель А. Богачев

Техред Л. Куклина