Регенерации катионитов

Разработанные в последнее время технологии умягчения воды позволяют обеспечить возможность использования ОРР для регенерации катионитных фильтров без применения дорогостоящих выпарных аппаратов [9, 10]. На рис. 1.1,в—е приведены схемы умягчения воды без выпарных аппаратов. По схеме, представленной на рис. 1.1,в, разбавленная часть ОРР и отмывочные воды собираются в бак 17, откуда насосом /8 в течение филь-троцикла подаются в осветлитель исходной воды 1. Концентрированная часть ОРР собирается в баке 19, а затем насосом 7 подается в осветлитель 8, где подвергается содоизвестковой обработке. Полученный раствор подкисляется и направляется для регенерации катионитного фильтра. Расход кислоты (серной или соляной) принимается с таким расчетом, чтобы щелочность умягченной воды составляла 0,3—0,5 мг-экв/л, а расход соды принимается из расчета обеспечения необходимой концентрации ре-генерационного раствора (РР).

На рис. 1.1,<Э показана принципиальная схема умягчения воды с применением привозного сульфата натрия для регенерации катионитных фильтров. Отличительной особенностью этой схемы от схем рис. 1.1,в,г, является то, что концентрированная часть ОРР подвергается только известковой обработке. При этом ионы магния осаждаются в виде Mg(OH)2, а основная часть ионов кальция — в виде CaSO4. Частично умягченный ОРР укрепляется сульфатом натрия до необходимой концентрации и подается для регенерации катионитного фильтра. Привозной сульфат натрия целесообразно подавать в конце процесса регенерации.

Таким образом, при регенерации катионитных фильтров привозной поваренной солью вообще невозможно получить умягченную морскую воду с достаточно низкой остаточной жесткостью. Поэтому для получения умягченной морской воды с жесткостью, отвечающей нормам ПТЭ, Na-катионитные фильтры необходимо регенерировать продувочной водой испарителей, работающих на умягченной воде.

Что касается слабокислотных или полифункциональных катио-литов, то применение технологии развитой регенерации по отношению к ним не представляет трудности. Лабораторными исследованиями было установлено, что в этом случае не требуется восстановления кислоты из отработавшего раствора. Поэтому технологическая схема регенерации катионитных фильтров, загруженных слабокислотным или полифункциональным катионитом, упрощается по сравнению с сильнокислотными. На рис. 5.9 пред-

Следует отметить, что при регенерации катионитных фильтров возможен случай, когда II или III ступени катионитного фильтра регенерируются отдельно. При этом так же, как показано на рис. 5.9, ОРР этих фильтров собирается в БОР. Согласно проведенным исследованиям, в разработанной технологии удельный расход на регенерацию HI принимает значения 1,2—1,8 г-экв/г-экв '[89]. При этом 20—80 % кислоты стехиометрического количества содержится в отработавшем растворе, а остальная часть, равная стехиометрическому количеству, дополняется свежим раствором. Таким образом, общее количество кислоты, пропущенной через

но ее использовать для регенерации катионитных фильтров. При этом возможны следующие варианты.

точным количеством серной кислоты. Кислая часть отработавшего раствора, представляющая собой смесь солей натрия и серной кислоты, используется для регенерации катионитных фильтров, предназначенных для умягчения воды, подкисления подпиточной воды теплосети, системы оборотного охлаждения или воды, используемой для других целей. Согласно нормам, вода, подаваемая в теплосеть, имеет рН=8,5-^9,3. Поэтому даже после известковой или содоизвестковой обработки воды ее необходимо подкислять, несмотря на то, что общая щелочность воды может находиться в требуемых пределах. Расход подпиточной воды теплосети или системы оборотного охлаждения обычно в несколько раз превышает производительность обессоливающих установок, и поэтому для подкисления подпиточной воды, в особенности когда для обработки подпиточной сетевой воды используют только метод подкисления, требуется большое количество кислоты. В таких случаях Н-катионитные фильтры обессоливающих установок регенерируются со значительным избытком кислоты, чем обеспечиваются большие обменные емкости катионитов (до 1500—1600 г-экв/м3). Для большинства существующих обессоливающих установок количество кислоты в стоках Н-катионитных фильтров значительно превышает количество щелочи в стоках анионитных фильтров. Поэтому для нейтрализации избытка кислоты приходится использовать известковое молоко, где имеется ивзестковое хозяйство, либо раствор едкого натра. Поскольку нейтрализованные стоки действующих установок обессоливания представляют собой смесь солей натрия с солями жесткости, причем почти всегда насыщенную и даже пересыщенную по сульфату кальция, то выпаривание и утилизация этих стоков обходятся очень дорого. Для существенного улучшения экономических показателей действующих обессоливающих установок можно изменить режим работы только первых ступеней Н-катионитных фильтров, переделав их на двухпо-точные и противоточные фильтры. Кроме того, если на водопод-готовительной установке имеется предварительное известкование, то представляется более рациональным применять метод умягчения с осаждением всех солей жесткости в осветлителе и подачей на Н-катионитные фильтры умягченной воды. Если на станции отсутствует известковое хозяйство, но имеются осветлители, то при благоприятном составе исходной воды можно использовать едкий натр. При отсутствии таких условий Н-катионитные фильтры первой ступени, истощенные по ионам жесткости исходной воды, можно предварительно регенерировать поваренной солью, а затем (после отмывки)—раствором кислоты. Отработавшие растворы Н-катионитных и ОН-анионитных фильтров направляются в нейтрализатор, где, смешиваясь, нейтрализуются с получением раствора солей натрия, который можно выпаривать в обычных испарителях. Если на станции имеется установка по умягчению воды, то ее можно перевести в режим бессточного умягчения, с использованием в качестве щелочи отработавшего раствора анионитных фильтров. При этом Н-катионитные фильтры обессо-

В крупных обессоливающих установках при содержании в обрабатываемой воде Лс.к>4-=-5 мг-экв/л количество фильтров в цепочке можно снизить на две-три единицы, применяя метод развитой регенерации катионитных фильтров и используя анио-нит АВ-17 для сорбции кислоты из отработавших регенерацион-ных растворов и десорбции ее при следующей регенерации. На рис. 7.1Д е показаны два варианта схемы обессоливания с использованием АВ-17 для организации развитой регенерации катионитных фильтров. В этих схемах предусматривается также развитая регенерация — Л'ДСп в схеме рис. 7.1,д и А\ в схеме рис. 7Л,е с содержанием Лс.к=4ч-7 и больше 7 мг-экв/л соответственно. Включая перед Н-катионитными фильтрами предвключенный Ап и регенерируя его раствором NaHCO3, можно существенно увеличить надежность и предел применения этих схем.

При использовании для регенерации катионитных фильтров соляной или азотной кислоты схема обессоливания воды существенно упрощается. На рис. 7.\,ж приведена схема, включающая Ндп (К.У-2) и Лдсп (АН-31 и АВ-17), которая может быть рекомендована для воды с Лс.к=5ч-6 мг-экв/л. При Лс.к>6 мг-экв/л схема должна быть дополнена Нг или применена схема Ндп—А\— —Н2—Лдп.

Как было теоретически показано в § 2.2, способ умягчения воды с развитой регенерацией практически пригоден для любого состава воды. Следует отметить, что с повышением соотношения ионов натрия к жесткости в исходной воде и с уменьшением соотношения щелочности к сумме анионов эффективность обработки повышается. Однако для большинства пресных вод содержание солей натрия относительно общей концентрации солей незначительно. Поэтому для таких пресных вод становится трудно обеспечить необходимую глубину регенерации катионитных фильтров. Применительно к таким условиям предварительная обработка исходной воды становится рациональной только при использовании извести и кальцинированной соды или только извести. Применение того или иного способа предварительной обработки зависит от ионного состава исходной воды. Так как при известковании воды жесткость обрабатываемой воды снижается, а концентрация солей натрия остается неизменной, то после процесса известкования происходит увеличение соотношения солей натрия к солям жесткости и тем самым обеспечиваются условия для регенерации катионитных фильтров продувочной водой испарителей, работающих на умягченной воде.

Затем раствор поступает в отстойник И, куда подаются щелочные стоки анионитных фильтров 4 и 5 обессоливающей установки и где происходит осаждение гидроксида магния. При необходимости в бак 11 может быть подана свежая щелочь. После отделения основной массы солей раствор смешивают в смесителе 13 с отработавшими растворами Н-катионитных фильтров 2 и 3 обессоливающей установки и используют в процессах регенерации катионитных фильтров подпитки теплосети /. При необходимости в раствор дозируют нужное количество серной кислоты.

На рис. 7Л1 представлены расчетные и экспериментальные зависимости степени регенерации катионитов от расхода регенера-ционного раствора 1 н. NaCl, которые имеют хорошее совпадение. Соответствующая принятому расходу 1,57 экв/экв степень регенерации (точка А для КУ-2 и точка А' для сульфоугля) в данном случае определяет необходимый объем экспериментов и расчетов по стадии регенерации. Участки кривых после точек А и А' получены в параллельных опытах с целью доказательства совпадения

В отличие от первой сорбции (рис. 7.8,а и 7.9,а) ионы Са2+ и Mg2+ распределяются по всей высоте фильтра. В лобовых слоях располагаются вновь сорбированные ионы Ca2f и Mg2+, а в замыкающих — они же, оставшиеся после регенерации. Вновь сорбированные однозарядные ионы К+ и NH**, как и при 'первой сорбции, вытеснены ионами Са2+ и Mg2+ в замыкающие слои. Вследствие частичной регенерации катионитов высота пиков аммония, калия и магния заметно ниже, чем в первой сорбции.

нию с жесткостью, в результате чего истощенный катионит будет содержать значительное количество неиспользованных ионов натрия. Оптимальные расходы реагента для Na-катионитных фильт-роц второй ступени и соответствующие им значения степени регенерации катионитов КУ-2 и сульфоугля приведены в табл. 8.8.

Как следует из данной серии экспериментов, при полной регенерации катионитов рабочая обменная емкость КУ-2-8 по всем-i исследованным ионам получается достаточно высокой и примерно одинаковой. Таким образом, процесс фильтрования обрабатываемой воды через катионит КУ-2-8 сам по себе не лимитирует эффективности общего процесса обработки.

'Опыты проводились в стеклянном фильтре с внутренним диаметром 21 мм '•л высотой загрузки катионита 2,5 м. Регенерация проводилась серной и соляной кислотами, концентрация которых изменялась от 0,02 до 2 н. При регенерации катионитов, находящихся в Са-форме, раствором серной кислоты ее концентрация ограничивалась 0,4 н. Исследовалась регенерируем ость каждого иона, для чего сульфоуголь и КУ-2-8 переводились в ту или иную форму путем фильтрования через них растворов солей кальция, магния или натрия концентрацией 10 мг-экв/л. Фильтрование со скоростью 25 м/ч каждый раз продолжалось до равновесного состояния.

Дополнительно проведены эксперименты с учетом реальных условий регенерации катионитов со стехиометрическим расходом кислоты и процесса ионирования воды с нулевой относительной щелочностью и определены рабочие обменные емкости сульфоугля и КУ-2-8. Полученные результаты приведены в табл. 5.1. С уве_-Таблица 5.1. Рабочая обменная емкость, г-экв/м3

При регенерации катионитов растворами кислот без появления кислых сбросных вод рабочие обменные емкости сульфоугля и КУ-2-8 по ионам кальция получаются слишком низкими и используется всего 15—20% полной обменной емкости при регенерации, серной кислотой, 30—35%—при регенерации соляной кислотой.

«гать высокую обменную емкость катеонитов. Однако этот показатель сам по себе не позволяет сделать окончательного вывода о целесообразности процесса и требует дополнительного изучения влияния других факторов. Дело в том, что в рассматриваемом «случае очень сложным является вопрос получения необходимой гглубины обработки воды, поскольку это связано с необходимостью гвысокой степени регенерации катионитов.

ставлена разработанная схема развитой регенерации катионитно-то фильтра (Hi), загруженного слабокислотным или полифункциональным катионитом. Регенерационный раствор кислоты подается последовательно через катионитные фильтры HI, H2 и Я3 •соответственно I, II и III ступеней. При этом в зависимости от совпадения по времени их регенерации возможны следующие варианты подачи кислоты: через III, II на I ступень; на II и затем на I ступень; через III и I ступени или только на I ступень. Первая регенерация катионитных фильтров осуществляется необходимым избытком реагента, обеспечиващим требующийся удельный расход. При этом нейтральная часть отработавшего раствора после I ступени катионитного фильтра HI отделяется, а кислая часть собирается в бак отработавшего раствора кислоты БОР. Отмывку катионитов также ведут в БОР. Собранный раствор используется при следующей регенерации. Вторая и последующие регенерации катионитов осуществляются следующим образом:

При термическом обессоливании воды на испарители, как, правило, подается умягченная вода. Для обеспечения необходимой степени регенерации катионитов требуется расход реагентов, в 2—3 раза (а иногда и более) превышающий стехиометрический расход. Естественно, что это способствует более интенсивному загрязнению водоемов сбросными солями водоочистки. Как было отмечено ранее, с целью уменьшения сбросов солей от установок термического обессоливания до значения, близкого к количеству солей, содержащихся в исходной воде, высказываются мнения об отказе от катионитного метода глубокого умягчения и переходе к схемам с упрощенной предочисткой питательной воды испарителей (известкование, содоизвесткование, подкисление, введение затравочных кристаллов) либо о переводе испарителей на питание сырой водой без какой-либо предварительной обработки [8].

ба «голодной» регенерации катионитов, экономичность этих

Среди других методов обработки охлаждающей воды, которые хотя и не нашли широкого распространения, но могут в отдельных случаях оказаться применимыми, следует указать на метод снижения карбонатной жесткости известкованием, умягчение части добавочной воды Na или Н-катионировани-ем. Н-катионирование может одновременно обеспечить снижение жесткости и подкисление добавочной воды. При правильном выборе доли добавочной воды, подвергаемой Н-катиони-рованию, можно добиться нужной степени умягчения и под-кисления всей добавочной воды для предупреждения накипе-образования. Подготовка охлаждающей воды Na- или Н-кати-онированием считалась мало экономичной, но в связи с появлением высокоемких катионитов и совершенствованием способа «голодной» регенерации катионитов, экономичность этих методов в значительной мере повышается.