Brevet FR2009952A1 — publié le 19700213

Dans la régénération d'un échangeur d'ions, l'agent de régénération n'est en général pas complètement consommé. I1 se produit donc une liqueur de régénération qui contient encore de l'acide non consommé dans le cas d'un échangeur de cations et de la base non consommée dans le cas d'un échangeur d t anions. Ces liquides sont appelés dans ce qui suit liqueurs de régénération. Pour la déminéralisation de l'eau, on utilise ainsi diverses combinaisons de filtres échangeurs de cations et échangeurs de cations quelteau à ddminéralisertraverse les uns à la suite des autres. Lors de la régénération de ces filtres échangeurs d'ions, il se forme ainsi des liqueurs de régénération, aussi bien acides que basiques, qui ne doivent pas être rejetées directement sous forme d'eaux résiduaires. Les liqueurs de régénération doivent au moins être préalablement neutralisées. A cet effet, on neutralisait jusqu'8 présent les liqueurs alcalines et acides les unes avec les autres, éventuellement avec addition de base ou d'acide supplémentaire, lorsque l'une des deux liqueurs était présente en excès stoechiométrique. Pour cette opération, on a besoin de récipients de neutralisation particuliers avec des installations de dosage et de contrale correspondantes. On a déjà effectué aussi la neutralisation des liqueurs de régénération sur des échangeurs d'ions. On utilise à cet effet,par exemple, des échangeurs de cations faiblement acides sous la forme hydrogène. On filtre à travers ces échangeurs la liqueur de régénération alcaline, ltéchangeur passant sous la forme saline et on obtient un éluat neutre. Le retour de l'échangeur à la forme hydrogène s'effectue au moyen de la liqueur de régénération acide et on obtient un éluat neutre (renfermant du sel-). Ce procédé nécessite un filtre échangeur d'ions particulier. La présente invention a pour objet un procédé pour la neutralisation des liqueurs de régénération d'échangeurs d'ions provenant d'une installation de traitement des eaux, selon lequel on envoie alternativement des liqueurs de régénération acides et alcalines sur un échangeur d'ions faible, caractérisé en ce que l'on utilise comme échangeur d'ions raible , un échangeur d'ions qui est simultanément introduit dans l'installation de déminéralisation pour le traitement de l'eau. Dans ce mode opératoire, on envoie sur l'échangeur d'ions faible les liqueurs de régénération proprement dites et aussi les eaux de lavage formées après la régénération par rinçage à l'eau des échangeurs. La demanderesse a découvert de façon surprenante selon l'invention que l'on peut effectuer la neutralisation ci-dessus décrite des éluats-de 11 échangeur et des eaux de lavage également au moyen d'un échangeur d'ions faiblement basique ou acide,fonctionnant comme déminéraliseur, sans que cela entralne une diminution de la capacité, des précipitations ou des détériorations sur les échangeurs d'ions de ce type fonctionnant comme filtres de régénération et filtres de neutralisation. Il est seulement nécessaire de mesurer la quantité d'échangeur fonctionnant dans les deux sens, de telle manière que sa capacité soit suffisante pour le cycle de fonctionnement et en outre pour l'absorption des alcalis et des acides présents dans les liqueurs de régénération.La mise en oeuvre de l'invention peut être illus te de la manière suIvante IO Cas : Echangeur faiblement acide comme filtre de fonctionnement et de neutralisation Pendant le cycle de fonctionnement, on envoie la solution à déminéraliser dans un filtre comprenant un échangeur de cations faiblement acide, un échangeur de cations fortement acide et un ou plusieurs échangeurs d'anions e A la fin de la charge, l'échangeur de cations faiblement acide contient encore une telle quantité d'ions hydrogène échangeables; que les bases libres présentes dans les liqueurs de régénération et les eaux de lavage formées dans la régénération des échangeurs d'anions de l'installation de déminéralisation sont fixées -par passage sur l'échangeur faiblement acide et les solutions-d réaction initiale alca line s'écoulent de ltéchangeur faiblement acide sous forme neutralisée. Ensuite-, on.envoie sur l'échangeur faiblement acide la liqueur de régénération s'écoulant de l'échangeur de cations fortement acide, ainsi que l'eau de lavage. L'acide libre qui y est contenu doit transtormer au maximum l'échangeur faiblement acide en sa forme hydrogène, de manière que celui-ci contienne encore, après la charge ultérieure de l'installation de déminé ralisation, les ions hydrogène nécessaires pour la neutralisa tion des bases libres formées dans la régnération suivante de l'échangeur d'anions. Les liqueurs de régénération s'écoulant de l'échangeur faiblement acide et les eaux de lavage de l'échan- geur de cations fortement acide-- sont de même neutralisées. 2. Cas : Echangeur faiblement basique comice filtre filtre de fonctionnement et de neutralisation Pendant le cycle de fonctionnement. on envoie la solution à déminéraliser sur un ou plusieurs échangeurs de cations et un échangeur d'anions faiblement basique . L'installotion peut comprendre, selon les besoins de la déminéralisation, d'autres échangeurs d'anions. Après la fin de la charge, l'échangeur d'anions faiblement basique contient encore une telle capacité à fixer l'acide, que les acides libres -présents dans les liqueurs de régénération formées après régdnérationSde l'échangeur de cations de l'installation de déminéralisation et dans les eaux de lavage, sont fixés par passage sur l'échangeur d'anions faiblement basique et les solutions à réaction initiale acide s'écoulent de l'échangeur d'anions faiblement basique sous forme neutralisée. On envoie ensuite à l'échangeur d'anions faiblement basique la quantité de base nécessaire pour sa régénération. Celle-ci peut consister en une solution pure, fratchement préparée, ou bien aussi en éluat et eaux de lavage d'un échangeur d'anions fortement basique monté en série, selon le montage de l'installa- tion de déminéralisation. Les bases libres contenus dans la solution doivent suffire pour transformer ltéchangeur d'anions faiblement basique assez complètement en forme hydroxyde pour que celle-ci contienne encore après le chargement de l'installation de déminéralisation, la capacité de fixation d'acide nécessaire pour la neutralisation des acides libres formés dans la régénération des échangeurs de cations. Les liqueurs de régénération s'écoulant de l'échangeur d'anions faiblement basique et les eaux de lavage de la régénération de l'échangeur d'anions sont de même neutralisées. Les liqueurs de régénération et les eaux de,lavage d'une installation de déminéralisation neutralises de cette manière par passage sur des échangeurs de cations ou d'anions faiblement dissociés, ont un pH particulièrement voisin du point neutre lorsque l'on envoie les liqueurs de régénération et les eaux de lavage dans le lit d'échangeur d'ions en direction opposée à celle du chargement. En outre 7 par ce mode. opératoire, l'échangeur d'ions faiblement dissocié nécessaire à la neutralisation, reste totalement disponible pendant la période de déminéralisation, indépendamment des variations aléatoires des quantités d'acide et d'alcali à neutraliser. Si on le désire, on peut tamponner les eaux résiduaires neutralisées à un pH de 6,5-7 par mélange de 1-1,5 partie en poids d'eau de ville. On peut utiliser comme échangeurs de cations faiblement acidestous les échangeurs ayant des groupes acides dont le pK est inférieur à 6. En particulier, on utilise des résines à base de polymères réticulés, obtenues par copolymérisation de monomères ayant une ou plusieurs doubles liaisons oléfiniques, par exemple acides, esters, ou nitriles acryliques et de divinylbenzène . Ces échangeurs ont une très bonne stabilité dans tout le domaine de pH. Si les résines mentionnées présentent une structure spongieuSe produite dans la préparation de la résine, cette résine possède aussi une excellente stabilité dans le passage constant d'un milieu acide à un milieu basique et vis-à-vis des modifications de volume concomitantes. On utilise comme échangeurs d'anions faiblement basics au sens des inventions décrites, tous les échangeurs ayant des groupements basiques dont le pK est supérieur à 7,5. On utilise de préférence des produits de condensation d'amines et de rormaldéhyde ou d'épichlorhydrin ainsi que des résines obtenues par copolymérisation de monomères ayant une ou plusieurs doubles liaisons oléfiniques, par exemple de styrène d'une part, et de divinylbenzène d'autre.part, avec introduction de groupements amino primaires, secondaires ou tertiaires, ou ammonium quaternaire. Ces résines peuvent contenir O à 50% de leur capacité totaleen groupements quaternaires. Une structure spongieuse de la résine de base est également avantageuse. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 On utilise une installation d'échange d'ions consistant en 3 filtres montés l'un à la suite de l'autre (l.350 litres d'un échangeur de cations faiblement acide, 1.350 litres dtun échangeur de cations fortement acides 1.400 litres d'un échangeur d'anions faiblement basique) pour déminéraliser entre deux régénérations 440 m3 d'une eau brute caractérisée par une teneur totale en sels de 21,40d, une dureté totale de 13,50d et une dureté en carbonate de lloyd Le débit horaire est de 22 m3. L'eau déminéralisée possède (après élimination de l'acide carbonique libéré) une conductibilité électrique moyenne de 3-lO/u - -1 cm 1 Au début de la régénération, on fait filtrer à travers l'échangeur d'anions 85 kg de NaOH à 100% sous forme d'une solution à 4% avec une charge spécifique de 5 volumes par heure. Par dilution de la lessive et lavage de l'échangeur, on obtient environ 10 m3 d'eau de lavage. On envoie directement la lessive et l'eau de lavage sur ltéchangeur de cation faible- ment acide. Ensuite, on régénère les échangeurs de cations ensemble ew avec une charge spécifique de 5 parties en volume par heure, on fait passer 146,4 kg de HCl à 100% sous forme d'une solution à 6% sur l'Schar.geur de cation fortement acide et ensuite directement sur l'échangeur de cations faiblement acide. La liqueur de dilution et l'eau de lavage sont envoyées dans le même sens à travers les échangeurs. Les liqueurs de régénération et les eaux de lavage filtrant à travers ltdchangeur de cations faiblement acide sont totalement neutralisées (pH 5,5-6,5). Exemple 2 On utilise une installation d'échangeurs d'ions consistant en 3 filtres montés l'un à la suite de l'autre (1,35 litre d'un échangeur de cations faiblement acide, 0,9 litre d'un échangeur de cations fortement acide, 1,1 litre d'un échangeur d'anions faiblement basique) pour déminéraliser une solution aqueuse qui contient 2 g de Nil et 3 g de NH4NO3 par litre avec une charge spécifique de 3-5 parties en volume par partie de matière filtrante et par heure. Le rendement total de l'installation est de 30 litres de solution entre deux régénérations. La solution déminéralisée a une conductibilité moyenne de 70-100 #-1cm-1. Au début de la régénération, on fait filtrer 98g de NH40H à 100% sous forme d'une solution à 3% avec une charge spécifique de 5 parties en volume par heure sur l'échangeur d'anions faiblement basique. La dilution de/lessive et le lavage de l'échangeur néc-essitent 5 parties en volume d'eau de lavage. On fait ensuite filtrer directement la lessive et l'eau de lavage sur l'échangeur de cations faiblement acide. On régénère ensuiteleséchangeursde cations ensemble et on fait filtrer sur l'échangeur de cations fortement acide et ensuite directement sur l'échangeur de cations faiblement acide 465 g de HNO3 à 100% sous forme d'une solution à 25% avec une charge spécifique de 5 parties en volume par heure. On envoie l'eau de dilution et les eaux de lavage dans la même direction à travers les échangeurs. Les liqueurs de régénération filtrant à travers -l'échangeur de cations faiblement acide sont neutralisées et contiennent 12-14% de NH4NO3. Exemple 3 On utilise une installation d'échangeurs d'ions consistant en 2 filtres montés l'un à la suite de l'autre (2 litres d'un échangeur de cations fortement acide et 2,8 litres d'un échangeur d'anions faiblement basique) pour la déminéralisation d'une eau brute présentant une teneur totale en sels de 270d, une dureté totale de 70d et une dureté en carbonate dè 60d. Avec un débit moyen de 20 litres par heure, on déminéralise au total 240 litres d'eau entre 2 régénérations. La liqueur déminéralisée a une productibilité moyenne de 30-35 #-1cm-1. Au début de la régénération, on fait filtrer 3 litres diacide chlorhydrique à 5,)* avec une charge spécifique de 5 parties en volume par heure sur l'échangeur de cations. La dilution de l'acide et le lavage de l'échangeur donnent environ 12 litres d'eau de lavage. On envoie l'excès d'acide (correspondant à 68 g de HCl à 100%) et l'eau de lavage de haut en bas à travers ltéchangeur anions. On régénère ensuite l'échangeur d'anions en falsant filtrer de bas en haut 5 litres de soude caustique à 3P. On envoie l'eau de dilution et l'eau de lavage dans la même directs à travers les échangeurs. Les liqueurs ou fractions de liqueurs de régénération et les eaux de lavage filtrant à travers l'échangeur d'anions faiblement basique sont totalement neutralisées (pH 5,5-6,5). REVENDICATIONS 1. Procédé pour la neutralisation de-liqueurs de régénération d'échangeurs d'ions d'une installation de traitement des eaux. dans lenuel on envoie alternativement /de régénération Les liqueurs /acides et alcalines à travers un échangeur d'ions faible, caractérisé en ce que l'on utilise comme échangeur d'ions faible celui qui est incorporé simultanément dans l'installation de déminéralisation pour le traitement des eaux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme échangeur d'ions faible un échangeur de cations -faiblement acide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l?on utilise comme échangeur d'ions faible un échangeur d'anions faiblement basique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on envoie,au lieu de la liqueur de régénération totale seulement une partie non utilisée des liqueurs de régénération å travers l'échangeur d'ions faible. 5. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'on envoie les solutions à neutraliser dans le lit d'échangeur d'ions faible en direction opposée à celle du chargement dans le cycle de déminéralisation.