ПОБОРОВ, Александр Александрович (Ново-Гончарный пер, 3б-3 Владимир, 0 Vladimir, 600000, RU)
KORNILOVA, Natalya Viktorovna (ul. Kremlevskaya, 10-5Vladimir, 600000, RU)
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "БAPOМEМБPAННAЯ ТЕХНОЛОГИЯ" (ЗАО "БMT") (yл. Элeвaтopнaя, д. 6 Bлaдими, 3 Vladimir, 600033, RU)
POVOROV, Aleksandr Aleksandrovich (Novo-Goncharny per, 3b-3Vladimir, 600000, RU)
ПОБОРОВ, Александр Александрович (Ново-Гончарный пер, 3б-3 Владимир, 0 Vladimir, 600000, RU)
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ глубокого обессоливания воды, включающий предварительное обессоливание исходной воды и последующее дополнительное глубокое обессоливание, которое проводят путем последовательного пропускания воды через ОН-анионитный фильтр с сильноосновным анионитом и Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катеонитом . 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на стадии дополнительного глубокого обессоливания значение карбонатного индекса в зоне анионного обмена Ик на ОН-анионитном фильтре составляет менее 2 (мг-экв/дм3)2. |
Область техники. Изобретение относится к очистке воды, а точнее касается способа глубокого обессоливания воды.
Предшествующий уровень техники.
Известны способы обессоливания воды обратным осмосом, дистилляцией, электро диализом, ионным обменом в результате чего получают обессоленную воду с удельным электрическим сопротивлением до 0,2 M0м*cм ( Фрог Б.H., Левченко А.П.
Водоподготовка. M., Издательство МГУ, 1996, с. 540-571). Для получения глубоко обессоленной воды с удельным электрическим сопротивлением до 18 M0м*cм (при температуре 20 С) каждый из этих способов обессоливания может быть использован в качестве предварительного обессоливания перед последующим дополнительным глубоким обессоливанием.
В классической технологии ионного обмена вода сначала поступает на H- катионитный фильтр, а затем на ОН-анионитный. При замене последовательности расположения ионитных фильтров на ОН-анионирование - Н-катионирование могут происходить процессы, препятствующие ионному обмену. В процессе обессоливания вод, имеющих достаточно высокие показатели солесодержания, жесткости и щелочности, при повышении значения рН внутри анионообменной колоны возникает опасность выпадения осадков карбонатов и силикатов кальция, а также гидроокиси магния. Выпавший осадок приводит к повышению сопротивления и кольматации анионитного фильтра. Поэтому схема H - ОН является на сегодняшний день общепринятой в мировой практике технологии ионного обмена.
Вместе с тем подача воды сначала на Н-катионитный фильтр имеет определенные недостатки. Это связано с тем, что по мере движения воды в Н-катионитном фильтре происходит замена катионов на ионы водорода. Это приводит к значительному понижению рН воды. В связи с этим к имеющейся свободной углекислоте добавляется дополнительная, которая образуется при пониженном значении рН из анионов HCO 3 " и CO 3 2" . Как правило, для удаления свободной углекислоты приходится устанавливать дополнительные аппараты - декарбонизаторы. Это увеличивает капитальные и эксплуатационные расходы, кроме того, даже самые эффективные декарбонизаторы не полностью удаляют свободную углекислоту. Поэтому для получения глубоко обессоленной воды (удельное электрическое сопротивление более 1 MOм*cм) приходится воду дополнительно пропускать через фильтры смешанного действия (ФСД), что тоже приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат. Второй недостаток заключается в том, что по аналогии с углекислотой при понижении рН после Н-катионитного фильтра все кремниевые соединения находятся в основном в виде двуокиси кремния (SiO 2 ). Это также приводит к неполному ее задерживанию на следующем ОН-анионитном фильтре и дополнительной установке ФСД.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому является способ глубокого обессоливания воды, включающий предварительное обессоливание исходной воды и последующее дополнительное глубокое обессоливание, которое проводят путем последовательного пропускания воды через Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катионитом, декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр с сильноосновным анионитом и фильтр смешанного действия, содержащий смесь сильнокислотного Н-катионита и сильноосновного ОН-анионита (Копылов A.C., Лавыгин В. M., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. M., Издательство МЭИ, 2003, с. 140 - 144).
Данный способ позволяет получать глубоко обессоленную воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 MOм*cм (при температуре 20° С), но характеризуется высокой себестоимостью получения глубоко обессоленной воды за счет значительных капитальных и эксплуатационных расходов.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача разработать способ глубокого обессоливания воды, обеспечивающий упрощение технологии и приводящий к снижению капитальных и эксплуатационных затрат при получении воды высокого качества.
Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе глубокого обессоливания воды, включающем предварительное обессоливание исходной воды , последующее дополнительное глубокое обессоливание проводят путем последовательного пропускания воды через ОН-анионитный фильтр с сильноосновным анионитом и Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катионитом. Кроме того на стадии дополнительного глубокого обессоливания целесообразно поддерживать значение карбонатного индекса в зоне анионного обмена И к на ОН-анионитном фильтре менее 2 (мг-экв/дм 3 ) 2 . На стадии ОН-анионирования угольная кислота переходит в ионы HCO 3 " , CO 3 2" , кремниевая кислота - в ионы HSiO 3 " . Анионы слабых кислот задерживаются вместе с анионами сильных кислот. Это позволяет получить воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 M0м*cм (при 20 0 C) без использования декарбонизатора и фильтра смешанного действия, как в прототипе, снизить за счет этого капитальные и эксплуатационные затраты на получение глубоко обессоленной воды.
Краткое описание чертежей.
В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схему глубокого обессоливания воды по известному способу; фиг.2 - схема осуществления способа , согласно изобретению. Позициями на чертежах обозначены:
1, 1' - катионитный фильтр со смолой в H + форме; 2,2' - анионитный фильтр со смолой в ОН " форме; 3,3' - катионитный фильтр с сильнокислотной смолой в H + форме;
4 - декарбонизатор;
5,5' - анионитный фильтр с сильноосновной смолой в ОН " форме; 6 - фильтр смешанного действия (ФСД).
Лучший вариант осуществления Предлагаемый способ получения глубоко обессоленной воды, в котором стадия дополнительного глубокого обессоливания выполнена по схеме ОН - H, где воду сначала пропускают через ОН-анионитный фильтр, лишен недостатков описанных выше технологий обессоливания воды, осуществляемых первоначально на Н-катионитном фильтре, а затем на ОН-анионитном. Поскольку большая часть катионов и анионов задерживается на стадии предварительного обессоливания (ионный обмен, обратный осмос, электро диализ, дистилляция), то при движении частично обессоленной воды через ОН-анионитный фильтр не возникает опасности образования нерастворимых соединений кальция и магния. Поэтому кольматации фильтрующего слоя не происходит.
Первым положительным моментом при организации обессоливания по схеме ОН-Н-ионирования является то, что происходит повышение значений рН в зоне
ОН- анионитного обмена и это способствует диссоциации слабых угольной и кремниевой кислот, переводу их в ионизированное состояние (угольной кислоты в ионы HCO 3 " , CO 3 2" , кремниевой кислоты в ионы HSiO 3 " ), поэтому они могут участвовать в реакциях ионного обмена при использовании сильноосновных анионитов:
ROH + H + + HCO 3 ' → RHCO 3 + H 2 O ; (1)
ROH + H + + HSiO 3 " *-* RHSiO 3 + H 2 O . (2) При значениях рН 8,3 ÷ 8,4 практически вся присутствующая в воде угольная кислота представлена бикарбонатными ионами HCO 3 " , а при величине рН более 12 вся углекислота представлена только одними ионами CO 3 2" . Карбонатная форма анионита способна к дальнейшему поглощению углекислоты и ее емкость по углекислому газу может достигать до 3 ммоль CO 2 / г сухого анионита. Образующаяся бикарбонатная форма способна к обмену анионов сильных кислот, при этом обменная емкость до проскока достигает до 90% равновесной емкости. Таким образом, удается максимально полно удалить все анионы, включая двуокись кремния и карбонаты. Размещение ступени H- катионирования после ОН-анионирования позволяет уменьшить остаточную жесткость и содержание катионов в фильтрате. Для предложенного способа используются только сильнокислотные катиониты и сильноосновные аниониты.
Вторым положительным моментом схемы ОН - H ионирования является полное удаление на стадии ОН-анионирования остатков анионов сильных кислот, которые способствуют проскоку катионов и повышению остаточной жесткости после H- катионитного фильтра по формуле: ' Ж н ф = Ф H *K* А 2 , (3)
Ж" ф - остаточная жесткость в фильтрате Н-катионирования; Ф н - константа обмена; К - константа полноты регенерации;
А - сумма концентраций сульфатов и хлоридов в умягчаемой воде. Поскольку при схеме ионного обмена ОН - H все остатки анионов полностью задерживаются на ОН-анионитном фильтре с сильноосновным анионитом, то при последующем пропускании воды через Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катионитом полностью задерживаются все катионы, так как отсутствует равновесная зависимость в первую очередь для ионов натрия. Таким образом, организация стадии дополнительного глубокого обессоливания по схеме ОН - H позволяет получить глубоко обессоленную воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 M0м*cм (при 20 0 C). Это позволяет отказаться от ФСД и значительно снизить себестоимость получения глубоко обессоленной воды.
Для оценки возможности применения способа обессоливания по схеме ОН - H для конкретной воды наиболее целесообразно применять понятие карбонатный индекс - И к иo . Карбонатый индекс показывает интенсивность низкотемпературного карбонатного осадкообразования. Он представляет собой произведение общей щелочности воды и кальциевой жесткости. При повышении карбонатного индекса создаются условия для образования осадка карбоната кальция и, как следствие, кольматации фильтрующего слоя смолы в ОН-анионитном фильтре. При уменьшении карбонатного индекса осадок не образуется и все соединения кальция и магния находятся в растворенном состоянии.
Экспериментально установлено, что осадкообразование в зоне анионного обмена на ОН-анионитном фильтре не происходит при значении карбонатного индекса И к иo менее 2 (мг-экв/дм 3 ) 2 .
Исходная вода со следующими показателями: жесткость - 3 мг-экв/л, щелочность - 8 мг-экв/л, электропроводность - 220 мкСм/см подается на установку глубокого обессоливания производительностью 10 м 3 /чac, в которой предварительное обессоливание проводится ионным обменом по схеме H - ОН. Перед подачей на дополнительное глубокое обессоливание вода имеет следующие показатели: жесткость - 0,15 мг-экв/л, щелочность - 0,4 мг-экв/л, карбонатный индекс - 0,06 (мг-экв/дм 3 ) 2 , электропроводность - Ю мкСм/см.
По известному способу (фиг.l) на стадии дополнительного глубокого обессоливания вода подается последовательно на катионитный фильтр 3 с сильнокислотной смолой в H + форме, декарбонизатор 4, на анионитный фильтр 5 с сильноосновной смолой в ОН " форме, и затем на регенерируемый ФСД 6 с сильнокислотной смолой в H + форме и сильноосновной смолой в ОН " форме. Объем загрузки Н-катионитного фильтра 3 - 300 л, ОН-анионитного фильтра 5 - 300 л. Их регенерация проводится при увеличении электропропроводности выше 0,3 мкСм/см. Время между регенерациями 80 часов. Объем загрузки ФСД 6 - 250 л при соотношении анионита к катиониту 6/4 . Регенерация ФСД 6 - через 490 часов или при увеличении электропроводности выше 0,06 мкСм/см.
По способу (фиг. 2), согласно изобретению, на стадии дополнительного глубокого обессоливания воду последовательно пропускают через анионитный фильтр 5' с сильноосновной смолой в ОН " форме, а затем через катионитный фильтр 3' с сильнокислотной смолой в H + форме. Объем загрузки каждого фильтра 300 л. Регенерация проводится при увеличении электропроводности выше 0,06 мкСм/см. Время между регенерациями 120 часов. Декарбонизатор и фильтр смешанного действия отсутствуют.
Удельное электрическое сопротивление глубоко обессоленной воды по известному и предлагаемому способам 18 MOм*cм (при температуре 20 0 C).
Результаты опытов по расходу реагентов, электроэнергии, смолы в технологии получения глубоко обессоленной воды по известному и предлагаемому способам представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технико-экономические показатели двух вариантов технологической схемы получения глубоко обессоленной воды с удельным электрическим сопротивлением до 18 M0м*cм (при температуре 20° С)
Продолжение таблицы
Продолжение таблицы
Промышленная применимость
Настоящее изобретение найдет использование в теплоэнергетике, черной металлургии, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.