Апр 25 2003

Разработка малоотходной технологии умягчения воды

Опубликовано в 18:24 в категории Чистота воды и здоровье

Разработка малоотходной технологии умягчения воды.

Гомеля М. Д., Носачева Ю. В., Шаблий Т. А.

Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев

Снижение антропогенного давления на водные объекты Украины, которое наблюдается в последнее время, объясняется в первую очередь снижением уровня промышленного и сельскохозяйственных производств. При этом эффективность использования воды остается очень низкой. Потери воды при транспортировке, по официальным данным в 2000 году составили 2281 млн. м3, а разница между забором и использованием воды в том же году составила 6107 млн. м3, т. е. 50,2% от общего объема использованной воды или 33,4% от объема забранной воды. Наибольшие потери воды происходят в промышленности, на долю которой приходится ~50% от общего объема водопотребления. Радикальным решением проблемы может быть переход от водооборотных систем охлаждения к замкнутым. Это возможно при внедрении эффективных технологий, обеспечивающих существенное умягчение воды, снижение ее солесодержание. Поэтому целью данной работы была разработка малоотходной ионнообменной технологии кондиционирования воды для замкнутых систем охлаждения промышленности и энергетики.

Ионообменный метод позволяет эффетивно умягчать и обессаливать воду. Однако существующие технологии регенерации ионитов приводят к образованию кислых и щелочных отходов, которые сложно утилизировать. Существующая технология регенерации пересыщенными растворами углекислоты сложна в аппаратурном оформлении. Малоотходные технологии описанные в работах не позволяют решить проблему удаления из регенерационных растворов хлоридов. Нами разработана технология кондиционирования воды для подпитки систем охлаждения, основанная на использовании низкокислотного катионита “Леватит – ТР 207”. При этом были проведены исследования по определению влияния состава регенерационного раствора, реакции среды на эффективность процессов десорбции солей жесткости из данного катионита. Для обеспечения многоразового использования регенерационных растворов из них удаляли ионы жесткости, доводя рН до 12 при использовании растворов извести и соды. При этом соду добавляли в количестве эквивалентном содержанию Са2+ в регенерационном растворе или с небольшим избытком, для обеспечения перехода кальция в нерастворимый карбонат кальция.

Эффективность регенерации существенно зависит от состава и рН исходного регенерационного раствора. Лучшие результаты получены при использовании кислых растворов. Однако при повторной сорбции, если ионит не переводили щелочью в Na+ - форму, обменные емкости были незначительными. Это объясняется тем, что при использовании модельных растворов, которые содержали хлориды кальция или кальция и магния в концентрациях 50 – 150 мгэкв/л при использовании ионита в Н+-форме происходит подкисление растворов, что приводит к снижению обменной емкости ионита. Поэтому в этих случаях отмечено такую значительную разницу в степенях регенерации, определенных по десорбированным ионам жесткости и по повторной сорбции. В тех случаях, когда ионит был переведен в Na+- форму эта разница была незначительной. Кроме того, когда при повторной сорбции ионов жесткости использовали модельный раствор гидрокарбоната кальция (что ближе к природной воде), обменная емкость ионита была близка к емкости свежего ионита в Na+- форме и степени регенерации, определенные двумя способами, практически не отличались. Это говорит о том, что при использовании природной воды, рН которой обычно >6, а содержание хлоридов и сульфатов в ней незначительно, ионит будет обеспечивать эффективное удаление ионов жесткости, независимо от формы. Следует отметить значительную эффективность при десорбции солей жесткости с использованием раствора аммиака. В этом случае степень десорбции по кальцию достигала 100%, по Mg2+ ~ 78,5%. Однако емкость ионита при повторной сорбции была незначительной. Очевидно, это обусловлено гидролизом аммонийной соли карбоксильной функциональной группы ионита. Это соль слабой кислоты и слабого основания, которая легко гидролизуется. Поэтому значительная часть ионита перешла в Н+- форму, которая характеризуется низкой обменной емкостью при сорбции кальция из растворов хлорида кальция средних концентраций. Малоэффективным было использование хлорида натрия для регенерации ионита. Однако в присутствии соляной кислоты эффективность регенерации возрастает с увеличением дозы кислоты и снижением рН. При рН>1 эффективность процесса десорбции незначительна, однако при более низких рН, когда доза кислоты превышает 5 г/л эффективность десорбции возрастает и достигает 80-100%. Эти исследования были проведены при дозе хлорида натрия 200 г/л.

В разрабатываемой технологии регенерационный раствор после удаления ионов жесткости предполагается использовать повторно. При обработке регенерационных растворов содой и щелочью концентрация ионов жесткости снижается до 0,37 мгэкв/л. В отдельных пробах, где исходная концентрация ионов жесткости была невысокой, их остаточная концентрация бала несколько выше и достигала 1,3 мгэкв/л. Очевидно, что для повышения эффективности процессов регенерации ионита и умягчения регенерационного раствора необходимо использовать ступенчатую регенерацию. При этом часть регенерационного раствора , использованная для десорбции ионов жесткости, с насыщенного ионита направляется на умягчение, а другая часть регенерационного раствора используется для более глубокой регенерации ионита. В этой части раствора концентрации ионов жесткости невысокие, поэтому она используется повторно для регенерации насыщенного ионами кальция и магния ионита. При этом обеспечивается довольно высокое содержание ионов жесткости в регенерационных растворах и достаточная степень регенерации ионита. При многократном использовании регенерационного раствора концентрация хлористого натрия в нем будет возрастать и может достичь максимальных значений. В дальнейшем избыток хлористого натрия будет выводиться из регенерационного раствора с солями жесткости при его умягчении. Нами были проверены эффективность регенерации ионита при использовании подкисленных растворов насыщенных хлористым натрием. Эффективность регенерации и в этом случае довольно высокая.

На базе полученных результатов была разработана принципиальная технологическая схема умягчения и частичного обессаливания воды, представленная на рис. Эта технология является малоотходной и обеспечивает удаление из воды катионов Са2+ и Mg2+, что важно для обеспечения ее стабильности по отношению к накипеобразованию. Кроме того, из воды удаляются сульфат и хлорид анионы, что снижает ее коррозийную агресивность. Отработанный щелочной раствор регенерации низкоосновного анионита АН-31 используется для доведения рН до 12 кислого регенерационного раствора при удалении из него ионов жесткости. Щелочные растворы таким способом утилизируются практически полностью, так как концентрации ионов жесткости в природной воде значительно выше концентрации хлоридов и сульфатов.

Рис. Принципиальная технологическая схема малоотходной технологии ионообменного умягчения воды.

1, 18 – отстойники, 2 – механические фильтры, 3 – катионообменные фильтры («Леватит ТР-206»), 4 – анионообменные фильтры (АН-31), 5 – резервуар умягченной воды, 6 – расходный бак раствора регенерации катионита, 7 – расходный бак раствора NaOH, 8 – резервуар осветленной воды, 9, 10 – насосы, 11 – бак отработанного кислого регенерационного раствора, 12 – бак отработанного щелочного регенерационного раствора, 13 – бак промывных вод (катионита), 14 – бак промывных вод (анианита), 15, 17 – реакторы, 16 – фильтр, 19 – нейтрализатор, 20 – подача природной воды, 21 – подача воды потребителю, 22 – сброс воды в канализацию, 23, 24, 25 – отведение осадков.


Р и с. Принципиальная технологическая схема малоотходного ионобменного умягчения воды.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.