УСТАНОВКА С ПРОТИВОТОЧНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ИОНООБМЕННОГО ФИЛЬТРА

Полезная модель относится к установкам для очистки сточных и природных вод с помощью ионообменных фильтров с противоточной регенерацией, а именно к установкам для регенерации ионообменных смол с образованием минимального объема концентрированных отходов, и может быть использована для очистки сбросных вод от различных нормируемых загрязнений: радионуклидов, ионов тяжелых металлов, солей жесткости и токсичных анионов в химической, атомной промышленности, металлообработке и других отраслях, а также в водоподготовке для энергетики, химической и пищевой и других отраслей промышленности.
К техническим решениям по регенерации ионита в фильтре предъявляются следующие основные требования: обеспечить максимальную степень регенерации ионита при минимальном расходе реагентов и объеме полученных отходов (регенератов). Первые два требования решаются применением противоточной регенерации ионитов. Последнее особенно актуально, когда данные отходы подвергаются дальнейшей переработке или захоронению.
Известна установка с противоточной регенерации ионитов по способу регенерации типа APCORE (пат. РФ №2241542, 05.09.03, МПК B 01 J 49/00), состоящая из ионообменного фильтра, имеющего две дренажно-распределительные системы сверху и снизу, заполненного на 85-95% ионитом и плавающим инертным материалом и снабженного системой клапанов, обеспечивающих последовательную подачу в ионитный фильтр очищаемого раствора в направлении сверху вниз, и в противоточном направлении - снизу вверх, воды с большой скоростью, затем регенерирующего агента и промывной воды с меньшей скоростью и окончательную отмывку ионита сверху вниз. Весь регенерационный раствор сбрасывается на переработку.
Недостатком этой установки является большой объем сбрасываемого регенерата с низкой концентрацией.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является установка противоточной регенерации ионитов с фракционированием
регенерата, состоящая из ионообменного фильтра, системы накопительных емкостей и трубопроводов с запорной арматурой, которые обеспечивают последовательное пропускание через фильтр очищаемого раствора в направлении сверху вниз, регенерационного раствора и промывной воды в противоточном направлении - снизу вверх, со сбросом на дальнейшую переработку первой порции регенерата, сбором второй порции регенерата и первой порции промывной воды в специальные баки из которых они после доукрепления реагентом используются повторно (Е.И.Захаров, Б.Е.Рябчиков, В.С.Дьяков, Ионообменное оборудование атомной промышленности, М., Энергоатомиздат, 1987 с.115) Такая установка позволяет сократить объем отходов и повысить их концентрацию в 2-4 раза по сравнению с традиционной регенерацией.
Недостатками этой установки является громоздкость используемого оборудования, большое количество запорной арматуры, что вызывает сложность управления и трудность автоматизации.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание установки, использующей оборудование незначительного объема с минимальным количеством запорной арматуры и обеспечивающей эффективную регенерацию ионитов при минимальном объеме отходов.
Поставленная задача достигается тем, что установка с противоточной регенерацией ионообменного фильтра, состоит из накопительной емкости для исходного раствора, ионообменного противоточного фильтра, снабженного патрубками, к которым присоединены трубопроводы с клапанами, обеспечивающими последовательное пропускание через фильтр исходного раствора и в противоточном направлении регенерирующего раствора и промывной воды, причем на патрубках установлены нижний и верхний и солемеры, снизу и сверху фильтра размещены два клапана, которые соединены трубопроводами с накопительной емкостью для исходного раствора, причем верхний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи регенерата, а нижний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи очищенного раствора линиями управления с возможностью открытия клапанов в противофазе.
В частном варианте в качестве линии управления используют пневматическую или электрическую линию.
На Фиг.1 показана схема установки с противоточной регенерации ионообменного фильтра, где 1 - накопительная емкость исходного раствора; 2 - насос исходного раствора; 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12 - управляемые клапана; 5 - ионообменный противоточный фильтр; 10 - нижний солемер; 11 - верхний солемер; 13 - верхнее дренажно-распределительное устройство; 14 - слой ионита; 15 - нижнее дренажно-распределительное устройство.
На Фиг.2 показан характер изменения солесодержания на выходе из фильтра диаметром 700 мм во время регенерации.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
При очистке исходный раствор, например, раствор ЖРО подают насосом 2 через клапан 3 в фильтр 5, пропуская его сверху вниз через слой ионита 14, заполняющего фильтр примерно на 80-90%. Над ионитом сверху плавает слой инертной загрузки, защищающей от забивания частицами ионита верхнее дренажно-распределительное устройство 13. После насыщения ионита снизу через клапан 7 подают с большой скоростью промывную воду, которая отмывает ионит от взвесей и поднимает его слой вверх. Промывной раствор, имеющий солесодержание, соответствующее промывной или исходной воде, выводят через клапан 4 в накопительную емкость для исходного раствора 1. Затем снизу последовательно вводят регенерирующий раствор через клапан 8 и промывную воду через клапан 4. Первые порции выходящего из фильтра раствора представляют собой межпоровую воду и имеют солесодержание, близкое к промывной воде или к исходному раствору, как видно из начального участка кривой на Фиг.2. Затем солесодержание регенерата резко увеличивается и при достижении установленного значения по сигналу верхнего солемера 11 клапан 4 закрывается, а клапан 12 открывается и регенерат подают в сборную емкость. После прохождения основного объема регенерата его солесодержание резко уменьшается и при достижении порогового значения, превышающего в 1,5-10 значений солесодержания исходного раствора, по сигналу верхнего солемера 11 клапан 12 закрывается, а клапан 4 вновь открывается и промывную воду с незначительным солесодержанием возвращают в голову процесса. Окончательную отмывку ионита проводят. исходным раствором сверху вниз, причем пока солесодержание промывного раствора превышает 1,5-10 значений солесодержания исходного раствора по сигналу нижнего солемера 10 клапан 9 закрывается, а клапан 6 открывается и промывную воду возвращают в голову
процесса. После окончательной отмывки ионита по сигналу нижнего солемера 10 клапан 6 закрывается, а клапан 9 открывается и очищенный раствор подают для дальнейшей переработки.
Примеры осуществления предлагаемой полезной модели.
Пример 1. Прототип. На Московской станции переработки жидких радиоактивных отходов используют ионообменную установку с противоточными фильтрами, регенерацию которых проводят путем разделения регенерата на отдельные фpaкции, собираемые каждый в 2 емкости, в данном случае на две фракции. Первую, наиболее концентрированную, затем отправляют на переработку. Аналогично в две емкости собирают промывную воду. Остальные малосолевые промывные воды, необходимые для более глубокой отмывки смолы, возвращают в голову процесса.
При следующей регенерации в качестве первой фракции регенерирующего раствора используют вторую фракцию от предыдущей регенерации из первой емкости, доукрепленную до заданной концентрации реагентом, которую затем собирают во второй емкости. Второй частью регенерирующего раствора становится первая фракция промывной воды из емкости, также доукрепленная реагентом. В качестве первой порции промывной воды используют вторую фракцию промывной воды из емкости, собираемую затем в емкость. Последующую отмывку проводят обессоленной или технической водой из сети.
Такая схема, используемая более 40 лет, позволяет сократить общий объем кислого и щелочного регенератов до 1,5-2%, что особенно важно в данном случае, когда они подвергаются дальнейшей переработке и захоронению.
Пример 2.
Ионообменная установка, показанная на Фиг 1 имеет противоточный фильтр диаметром 700 мм, объемом катионита 680 л, оснащенным системой управляемых клапанов 1-7, которые обеспечивают последовательное пропускание через фильтр очищаемых ЖРО, регенерирующего раствора и промывной воды, в режиме регенерации АПКОРЕ, на выходных патрубках которого установлены солемеры (кондуктометры) 10 и 11 с возможностью установки уровня включения выходного реле.
3
При очистке ЖРО пропускают сверху вниз через слой ионита в Na-форме. Объем очищенной воды составляет 180-210 м. После насыщения ионита снизу через клапан 7 подают с большой скоростью промывную воду, которая отмывает ионит от взвесей и поднимает его слой вверх. Промывной раствор, имеющий солесодержание соответствующее промывной или исходной воде выводят через клапан 4 в систему спецканализации и возвращают в бак исходных ЖРО. Затем снизу последовательно вводят регенерирующий раствор через клапан 8 и промывную воду через клапан 7. Первые порции выходящего из фильтра раствора представляют собой межпоровую воду и имеют солесодержание, близкое к исходной воде. Затем солесодержание регенерата резко увеличивают (см. Фиг.2) и при достижении установленного значения 1-5 г/л по сигналу солемера 11 клапан 4 закрывается, а 12 открывается и регенерат подают в емкость концентратов ЖРО. После прохождения основного объема регенерата его солесодержание резко уменьшается и при достижении порогового значения, превышающего в 1-5 г/л, по сигналу солемера 11 клапан 4 закрывается, а клапан 12 открывается и промывную воду с незначительным солесодержанием возвращают в голову процесса. Окончательную отмывку ионита производят исходным раствором сверху вниз. Пока солесодержание промывного раствора превышает 1-5 г/л, что соответствует 3-10 значениям солесодержания исходной воды по сигналу солемера 10 клапан 9 закрывается, а клапан 6 открывается и промывную воду возвращают в голову процесса. После окончательной отмывки ионита по сигналу солемера 10 клапан 6 закрывается, а клапан 9 открывается и очищенный раствор подают для дальнейшей переработки.
Из Фиг.2 видно, что объем выводимого концентрированного регенерата составляет примерно 900 л, что составляет всего лишь 1,3 от объема ионита в фильтре или 0,43% от объема очищенных ЖРО. При испытании и эксплуатации такой установки показано, что объем выводимого на переработку регенерата составляет не более 0,4-1,0% от объема очищенного, раствора при резком сокращении количества используемого оборудования, производственных площадей, количества запорной арматуры и обеспечении полностью автоматического управления установкой.