СИСТЕМА ГЛУБОКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ НА ПРОТИВОТОЧНЫХ Н-ОН-ИОНИТНЫХ ФИЛЬТРАХ

Полезная модель относится к области осуществления ионообменных процессов в режиме противотока на Н-ОН-ионитных фильтрах и может быть использована для получения глубоко обессоленной воды в энергетической, электронной, химико-технологической, металлургической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Известна система глубокого обессоливания воды, содержащая последовательно включенные установку осветления (предочистку) с линией осветленной воды и установку химического обессоливания осветленной воды на противоточных Н-ОН-ионитных фильтрах с линиями отработанных регенерационных растворов [1] - прототип.Недостатками этой системы являются повышенные расходы кислоты (1,8-1,9 г-экв/г-экв) на регенерацию Н-катионитных фильтров; загрязнение ионообменных смол взвешенными веществами, продуктами коагуляции, соединениями алюминия и железа, органическими веществами и связанное с этим ухудшение технологических показателей фильтров; необходимость периодических очисток ионообменных смол в Н-ОН-фильтрах и связанные с этим расходы кислоты и щелочи; повышенные расходы воды на собственные нужды (-14%). Указанные недостатки являются следствием упрощенной схемы предочистки (коагуляция в осветлителях и осветление на механических фильтрах), которая не предусматривает удаление из осветленной воды остаточных загрязнений. Еще одним недостатком системы [1] является сброс отработанных регенерационных растворов от установки Н-ОН-ионирования, содержащих высокие концентрации реакционноспособной кислоты и щелочи.
Достигаемыми результатами полезной модели являются снижение удельных расходов кислоты на регенерацию Н-фильтров до 1,2-1,3 г-экв/г-экв; предотвращение загрязнения противоточных Н-катионитных и ОН-анионитных фильтров взвешенными веществами, соединениями алюминия и железа, органическими веществами, а также сокращение числа или исключение
химических очисток ионообменных смол; повторное использование отработанных растворов Н- и ОН-ионитных фильтров и содержащихся в них кислоты, щелочи и натриевых солей; уменьшение расходов воды на собственные нужды установки (до 8-10%).
Указанные результаты обеспечиваются тем, что в системе глубокого обессоливания воды, содержащей последовательно включенные предочистку с линией осветленной воды и установку химического обессоливания осветленной воды на противоточных Н-ОН-ионитных фильтрах с линиями отработанных регенерационных растворов, согласно полезной модели в состав предочистки на линии осветленной воды (перед установкой химического обессоливания) дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр и/или Cl-анионитный фильтр или H-Na-Cl-ионитный фильтр, линия отработанного регенерационного раствора Н-катионитных фильтров установки химического обессоливания подключена к H-Na-катионитному фильтру или H-Na-Cl-ионитному фильтру, а линия отработанного раствора ОН-анионитных фильтров - к Cl-анионитному или H-Na-Cl-ионитному фильтру. При этом H-Na-катионитный фильтр может быть загружен сильно- и/или слабокислотными катионитами, Cl-анионитный фильтр - сильноосновным органо-поглощающим анионитом, а H-Na-Cl-ионитный фильтр - смесью этих иони-тов.
3
3
3
3
3
Современные технологии противоточного Н-ОН-ионирования (Ап-кор, Амберпак, Швебебед и др.) предъявляют высокие требования к качеству поступающей воды (существенно более жесткие, чем для прямоточного обессоливания). Это связано с тем, что противоточные Н-ОН-фильтры, работающие по указанным технологиям, заполнены ионитами на всю высоту объема, практически до верхнего дренажа. В связи с этим они в большей степени подвержены загрязнениям, содержащимся в поступающей воде. По этой причине перед противоточными Н-ОН-фильтрами содержание взвешенных веществ лимитируется менее 0,5 мг/дм, железа менее 0,05 мг/дм, алюминия менее 0,05 мг/дм, органических соединений по окисляемое™ не более 2,5 мгО/дм, а по ХПК не более 8,0 мгО/дм.
Кроме того, особенность противоточного ионирования в возможности получения более высоких технологических показателей (рабочей обменной емкости ионитов, низкого удельного расхода реагентов) при поступлении на фильтры воды с преимущественным содержанием одновалентных ионов (например, высоким содержанием натрия и низким содержанием кальция, магния).
В соответствии с полезной моделью H-Na-катионитный фильтр включается в состав предочистки при повышенном содержании железа, алюминия и наличии жесткости в осветленной воде.
Cl-анионитный фильтр включается в состав предочистки при повышенном содержании органических соединений и сульфатов в осветленной воде.
H-Na-Cl-ионитный фильтр включается в состав предочистки при повышенном содержании перечисленных выше примесей в осветленной воде.
3
В воде, поступающей на установку Н-ОН-ионирования системы согласно полезной модели, содержание взвешенных веществ составляет 0 -0,1 мг/дм, содержание ионов жесткости - 0,05 мг-экв/л, щелочности - 0,2-0,3 мг-экв/л, а органических веществ по окисляемости - 2 мгО/л, т.е. существенно ниже, чем в системе согласно прототипу [1]. Кроме того, содержание в этой воде алюминия и железа в 5-7 раз ниже, чем в осветленной воде. Это предотвращает загрязнение загрузки Н-ОН-фильтров и сокращает или полностью исключает необходимость водовоздушных промывок (что приводит к перемешиванию слоев и необходимости повышенных расходов реагентов кислоты и щелочи), а также необходимость химических очисток, которые влекут дополнительные расходы реагентов. Кроме того, в дополнительно обработанной осветленной воде существенно меняется ионный состав: после Н- Na-фильтра снижается содержание катионов жесткости и щелочность и увеличивается содержание натрия, после Cl-анионитного фильтра снижается содержание сульфатов и щелочность и увеличивается содержание хлоридов.
В системе согласно полезной модели Н-катионитный фильтр установки
химического обессоливания к моменту истощения будет находиться в Na-форме, в связи с этим на вытеснение одновалентных катионов натрия по противоточной схеме регенерации требуются значительно меньшие расходы кислоты, чем на вытеснение двухвалентных катионов Са и Mg.
На фиг.1 в качестве одного из примеров реализации полезной модели схематически изображена система глубокого обессоливания воды Н-ОН-ионитными фильтрами, в состав предочистки которой, кроме осветлителя и механического фильтра, предусмотрен H-Na-катионитный фильтр; на фиг.2 в качестве другого примера применительно к исходной воде с высоким содержанием органических соединений и с низким содержанием катионов жесткости - система, в которой в состав предочистки включен С1-анионитный фильтр; на фиг.3 в качестве другого примера реализации полезной модели применительно к воде с повышенным содержанием катионов жесткости и органических соединений - система, в которой в состав предочистки последовательно с H-Na-катионитным фильтром включен Cl-анионитный фильтр для удаления органических веществ; на фиг 4 в качестве еще одного примера реализации полезной модели применительно к исходной воде аналогичного качества, что и на фиг.3 - система, в составе предочистки которой предусмотрен H-Na-Cl-ионитный фильтр.
Система глубокого обессоливания воды согласно полезной модели содержит последовательно включенные предочистку (ПО) 1 с осветлителем (О) 1.1, механическим фильтром 1.2 и линией 1.3 осветленной воды, а также установку химического обессоливания (ХОУ) 2 осветленной воды на противоточных Н-катионитном фильтре (Н) 2.1 и ОН-анионитном фильтре (ОН) 2.2 с декарбонизатором (Д) 2.3 между ними, линиями 2.4, 2.5 подвода свежих регенерационных растворов соответственно кислоты и щелочи и линиями 2.6, 2.7 отвода соответствующих отработанных регенерационных растворов. В состав ПО 1 на линии 1.3 осветленной воды (перед ХОУ 2) дополнительно включены H-Na-катионитный фильтр (HNa) 1.4 (фиг.1,3), Cl-анионитный фильтр (Сl) 1.6 (фиг.2,3) или H-Na-Cl-ионитный фильтр (HNaCl) 1.5 (фиг.4). При этом линия 2.6 отработанного регенерационного раствора Н-
катионитного фильтра 2.1 ХОУ 2 подключена к H-Na-катионитному фильтру 1.4 или H-Na-Cl-ионитному фильтру 1.5, а линия 2.7 отработанного раствора ОН-анионитного фильтра 2.2- к Cl-анионитному фильтру 1.6 или H-Na-Cl-ионитному фильтру 1.5.
Система согласно полезной модели работает следующим образом. Исходная вода предварительно подается в ПО 1, где последовательно проходит осветлитель 1.1, механический фильтр 1.2, H-Na-катионитный фильтр 1.4 (фиг.1,3) и/или Cl-анионитный фильтр 1.6 (фиг.2,3) или H-Na-Cl-ионитный фильтр 1.5 (фиг.3). Глубоко очищенная от взвешенных веществ, умягченная декарбонизованная вода (фиг.1), очищенная от органических веществ (фиг.2), умягченная, декарбонизованная и дополнительно очищенная от органических веществ (фиг.3,4), подается на ХОУ 2, работающую на Н-ОН-фильтрах 2.1, 2.2. Для регенерации в Н-катионитный фильтр 2.1 по линии 2.4 подается серная кислота, а в ОН-анионитный фильтр 2.2 по линии 2.7 - едкий натр. Отработанный раствор от Н- катионитного фильтра 2.1 подается по линии 2.6 на регенерацию H-Na-катионитного фильтра 1.4 (фиг.1,3) или на регенерацию H-Na-Cl-ионитного фильтра 1.5 (фиг.4). Отработанный раствор из ОН-ионитного фильтра 2.2 подается по линии 2.7 на регенерацию Cl-анионитного фильтра 1.6 (фиг.2,3) или на регенерацию Н-Na-Cl-ионитного фильтра 1.5 (фиг.4).
Пример. Исходная вода после обработки в осветлителе 1.1 сернокислым алюминием и осветления на механическом фильтре 1.2 (фиг.3) поступает на H-Na-катионирование на фильтре 1.4, загруженном слабо- и сильнокислотным катионитами (МАС-3 и КУ-2-8), а затем на Cl-анионирование на фильтре 1.6, загруженном органопоглощающим анионитом (Marathon 11). Далее глубоко очищенная от взвешенных и органических веществ, железа и алюминия, умягченная декарбонизованная вода подается на ХОУ 2 с противоточными Н-ОН-фильтрами 2.1, 2.2.
Ниже в таблице приведены составы исходной, осветленной и H-Na-Cl-ионированной воды, подаваемой на противоточные Н-ОН-ионитные фильтры 2.1, 2.2.
ТаблицаПоказатели состава исходной воды ВПУ и по стадиям ее предочистки
Показатели состава
исходная
после осветлительно-го фильтра
после H-Na-иСl-фильтров
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
13-30
2,0-3,0
0,0-0,1
Окисляемость, мгО/дм<sup>3</sup>
18-30
4,0-6,0
1,6-2,0
ХПК, мгО/дм<sup>3</sup>
40-60
15-24
6,4-8,0
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,8-2,8
1,8-2,8
0,02-0,05
Са, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,1-1,6
1,1-1,6
-
Mg, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,7-1,2
0,7-1,2
-
Натрий, мг/дм<sup>3</sup>
14-25
14-25
32-57
Щелочность, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,8-2,5
1,2-1,6
0,15-0,2
рн
7,6-7,9
7,4-7,6
6,4-6,6
Сl, мг/дм
14-34
14-34
322-64
SO<sub>4</sub>, МГ/ДМ<sup>3</sup>
11-21
40-64
16-23
SiO<sub>2</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
2,2-5,1
2,1-4,7
1,9-4,5
NO<sub>2</sub>, МГ/ДМ<sup>3</sup>
0,02-0,03
0,003-0,005
следы
NO<sub>3</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
1,3-2,3
0,2-1,0
0,1-0,5
Fe, мг/дм<sup>3</sup>
0,7-1,8
0,1-0,2
0,02-0,03
Аl, мг/дм
0,12-0,27
0,1-0,12
0,01-0,015
Как видно из таблицы, качество воды после H-Na- и Сl- фильтров (в соответствии с полезной моделью) значительно лучше, чем после осветлительных фильтров (прототип) по показателям содержания взвешенных веществ, органики (окисляемость, ХПК), железа, алюминия, нитритов, нитратов, негативно влияющих на работу Н-ОН-ионитных фильтров. Это позволяет эксплуатировать Н-ОН-ионитные фильтры без периодических водовоздушных промывок и химических очисток со стабильными технологическими показателями (качество обессоленной воды, обменная емкость ионитов, расход воды на собственные нужды 8-10%). Кроме того, подача на химическое обессоливание умягченной воды существенно улучшает условия регенерации Н-катионитных фильтров, а именно позволяет снизить удельный расход кислоты на регенерацию до минимума 1,2-1,3 г-экв/г-экв.
Отработанный регенерационный раствор Н-катионитного фильтра 2.1 УХО 2 подается по линии 2.6 на регенерацию H-Na-катионитного фильтра 1.4. В результате слабокислотный катионит переходит в Н-форму, сильноосновный катионит - в Na-форму. Отработанный ретенерационный раствор ОН-анионитных фильтра 2.2 ХОУ 2 подается по линии 2.7 на регенерацию Cl-фильтра 1.5. В результате органопоглощающий анионит регенерируется по органике и переходит преимущественно в Cl-форму. В результате проведенных регенераций H-Na-катионитный фильтр 1.4 и Cl-анионитный фильтр 1.5 обеспечивают высокое качество воды, подаваемой на противоточные Н-ОН-катионитные фильтры 2.1,2.2 (см. таблицу).
Источники информации:
1. Внедрение противоточной технологии APKORE на ВПУ по обессоливанию воды ТЭЦ-12 Мосэнерго/И.И. Боровкова и др.// Электрические станции. 2000, №5, с.38.