Mamchenko Aleksey Vladimirovici (UA)
Demidenko Igor Mihaylovich (UA)
C02F1 / 42 - Tratarea apei industriale și menajere a apelor reziduale sau nămolul de epurare (separare în B01D general; dispozitive speciale pentru vasele de tratare a apei, a apelor reziduale industriale și menajere, de exemplu pentru băut B63J apă, adăugarea agenților de apă pentru a preveni coroziunea C23F ; lichide de procesare contaminate cu substanțe radioactive G21F 9/04)
B01J39 / 08 - Utilizarea materialelor ca schimbători de cationi; procesarea materialului în continuare proprietăți de schimb de cationi
Prezenta invenție se referă la tehnologia de făcut schimb de ioni condiționarea apei, în special a apei și a aerului, cu o rigiditate constantă de timp și pot fi utilizate în producerea de energie termică, chimică, alimentară și alte industrii.
Cunoscut este o metodă de condiționare a apei, cu o constantă de timp și rigiditate datorită înmuierii și reducerea alcalinitate / SNP 2.04.02-84 sale. Alimentarea cu apă. rețele și instalații externe. State Building SSSR.-M. Stroiizdat 136 p 1985.-. / [1]. Conform metodei [1] apă este tratată secvențial în două filtre schimbătoare de ioni. Primul filtru cuprinde o rășină schimbătoare de cationi slab acid, acidul recuperat și al doilea filtru aval cuprinde apă sulphocationite, regenerată cu clorură de sodiu. rigiditate reziduală a apei tratate este de 0,01 meq / kg, alcalinitate - 0,7 meq / kg, consumul specific de acid - 1 eq / eq îndepărtat cationilor de duritate temporară, consumul specific de clorură de sodiu - nu mai puțin de 100 g / eq eliminate ioni rigiditate constantă, capacitatea de lucru a grupării carboxi schimbător de cationi - 500-600 mEq / dm 3 capacitate de lucru sulfonic - nu mai mult de 1350 meq / dm 3.
Dezavantajele metodei [1] sunt o rigiditate considerabilă și alcalinitatea filtratului, consumul specific ridicat de reactivi este capacitate de lucru redusă schimbător carboxil cationi, săruri solubile în apă, deversări mari datorate utilizării incomplete de clorură de sodiu pentru sulfonic regenerare și costisitor proces de înregistrare hardware datorită tehnologiei de tratare a apei în două etape.
Cel mai aproape invenției prin esența tehnică și rezultatul realizabil este o metodă pentru condiționarea apei într-un filtru de schimb ionic într-o etapă la un schimbător de cationi slab acid în formă de sare acidă mixtă / US Patent N 4083782 IPC C 02 B 1/76 Metoda de condiționarea apei // R.Kunin- publ. 11.04.78 / [2]. Conform unei metode cunoscute [2] și apă, cu rigiditate constantă de timp (pH aproximativ 5) este prelucrat într-un filtru de schimb ionic care conține o rășină slab acidă schimbătoare de cationi (Amberlit IRC 50) într-o formă acidă de sare mixtă, sub formă de sare este 70-96% din grupele schimbabile ale schimbătorului de cationi. Conform descrierii metodei sub forma de sare este înțeleasă ca un transfer de fracții de grupe ionice sub formă de sare, cu doar o singură sarcină cationi ai metalelor alcaline (sodiu, potasiu, litiu) sau de amoniu, și se transferă aceeași proporție de grupe ionice într-o formă de sare mixtă, care, în plus față de o singură sarcină cationilor, săruri de metale sau de amoniu alcalin sunt prezente extras de două ori de cationi de apă, cum ar fi calciu și magneziu.
Forma acidă sare mixtă a unui schimbător de cationi slab acid este transformat prin soluție de regenerare tratament secvențial care cuprinde un acid și un reactiv alcalin (hidroxid, carbonat sau bicarbonat al unui ion încărcat individual).
O metodă cunoscută [2] permite apei profund dedurizată și prin ridicarea alcalinitatea apei pentru a ridica pH-ul de la 5 până la 7-9,5. Capacitate de lucru slab rășină cation Acid Amberlite IRC 50 pentru ionii de duritate în metoda cunoscută [2] este 687- 1.830 meq / dm 3.
Astfel, metoda cunoscută este destinată relaxării apă adâncă acru crescând în același timp pH-ul lor la o valoare de 7,0 - 9.5. Deoarece creșterea pH-ului apei condiționate poate fi realizată numai prin creșterea alcalinității, metoda cunoscută în esența sa tehnică nu poate rezolva problema de o reducere semnificativă a alcalinității când apa condiționat.
Astfel, alcalinitatea reziduală a apei cenușãrite cu aer condiționat printr-o metodă cunoscută [2], și natural este 0,60-1,1 și 2,5-3,8 mEq / kg, respectiv (Tabelul 1, Exemplele 19-22, tabelul 2, exemplele 14,15).
Rezultă din cele de mai sus că problema îmbunătățirii calității apei condiționată de reducerea alcalinității în timp ce adânc emoliere urgente și importante.
Într-adevăr, de exemplu, alcalinitatea relativă a apei (raportul apa alcalina alcalinitate totala si continutul anioni puternic acide) destinate presiunii de alimentare a cazanului de 3,9 MPa, cu conexiuni nituite nu poate depăși 20% în cazul în care rigiditatea nu mai mult de 5 și 10 pg-eq / kg în funcție de tipul de combustibil / funcţionarea tehnică a centralelor electrice și a rețelelor. Energoatomizdat M., 1989. - p.147, 149 / [3]. Valoarea limită corespunde alcalinitatea relativă a apei conditionate alcalin a 0,35 și 0,6 mg echivalent / respectiv pentru apele cenușărite și naturale peste compoziții kg. În cazul în care apa este utilizată pentru a alimenta sistemele de încălzire și de alcalinitate duritate a apei în condiții reglementate pentru a exclude formarea depozitelor carbonatice [3, p. 154-155], care sunt determinate în funcție de modul de funcționare.
Baza invenției este de a furniza o metodă de condiționarea apei, ceea ce ar asigura prin modificarea rășinii de cationi slab acid sub formă de lucru a obține un rezultat tehnic - îmbunătățirea calității apei condiționate, datorită reducerii alcalinitate când este înmuiere profundă, realizând în același timp un schimbător de capacitate de cationi de lucru ridicată și consumul specific redus de reactivi ( acizi și baze).
rezultat pozitiv suplimentar în prezenta metodă se realizează prin utilizarea, în loc de reactanți de mărfuri (acide și alcaline) producția de deșeuri - regenerarea soluțiilor cheltuite H- și filtre OH-ionite.
Prezența cationului în carboxil 5-55 mol% din forma de sare cu cationi bivalenți, la un conținut de 10-60% mol sub formă de sare cu cationi încărcate individual furnizează apă profund înmuiate cu o alcalinitate redusă (Exemplele 1-9 și 1-8 din Tabelul 1, Tabelul 10-13 2). Acest rezultat este neașteptat, deoarece conform cunoscute concepțiile gradului recuperabil impact cationul de saturație a cationilor de duritate a apei (ioni cu sarcină dublă), la o adâncime de emoliere așteptat rigidizarea apei condiționate prin creșterea conținutului cationului formei de sare cu ioni incarcati dublu. (. G.K.Feyziev metode foarte eficiente de înmuiere, desalinizare, deionizare M :. 1988 Energoatomizdat. -s.40-45.) [4].
De fapt, în conformitate cu datele noastre (exemplele 1-9 din tabelul 1 și 1-8, 10-13 din tabelul 2), atunci când conținutul formei de sare cu un cationi cu sarcină dublă, în intervalul menționat al prezentei metode de apa conditionate produs cu alcalinitate redusă și aceeași rigiditate ca și cea a prin metoda cunoscută [2], în care forma de sare cu cationi bivalenți absentă (exemplele 19 și 14 din tabelul 1 din tabelul 2). Astfel, metoda propusă permite obținerea apei cu o alcalinitate mult mai mică (0,35 meq / kg, Tabelul 1; 0,6 meq / kg, tabelul 2) decât cele din stadiul tehnicii (0.6-1.1 mEq / kg, tabelul 1, 2,5-3,8 mg echivalent / kg, tabelul 2).
Cu toate acestea, tabelul de date 1.2 arată că alcalinitatea cu metoda propusă este atins de apă profund dedurizată de cel mult 0,35 mg echivalent / kg (apă cenușărite, Tabelul 1) și nu mai mult de 0,6 mEq / kg (apă naturală, tabelul 2).
Mai mult, formele de sare inventive dincolo de conținutul schimbătorului de cationi furnizează un volum semnificativ de apă condiționată, și capacitatea de funcționare, prin urmare, mai mare a schimbătorului de cationi, care este de 413 - 2782 meq / dm 3 și costul specific scăzut al reactivilor. Într-o metodă cunoscută [2], apa condiționată de aceeași calitate nu poate fi obținută, care nu permite să se determine de lucru schimbător de cationi capacitate și costuri reactivi specifici.
Conținutul inventiv al formei de sare a schimbătorului de cationi cu cationi bivalenți permit regenerarea schimbătorului de cationi utilizat nu produs numai acidul (pur), dar și săruri ale cationilor încărcate de două ori contaminate soluții acide, este producerea de deșeuri, în special necheltuit regenerant H cationit filtre de uzine de desalinizare. Prezența cationilor încărcate de două ori în soluția de reactiv nu afectează calitatea capacității de exploatare a apei condiționată a schimbătorului de ioni, costuri unitare acizi (Tabelul 2, Exemplele 1,6-8, 10-13).
Conținutul inventiv al formei de sare cu cationi încărcate individual și cantitatea de forme de sare asigură nu numai prepararea apei condiționate de înaltă calitate, dar, de asemenea, posibilitatea utilizării pentru regenerarea schimbătorului de cationi cu aceeași eficiență în loc de poziția soluții alcaline caustice contaminate cu săruri ale aceluiași nume încărcat individual cationi, care sunt deșeuri industriale, în special a deșeurilor soluții de regenerare filtre OH-ionite.
Metoda propusă de condiționarea apei realizează următorii parametri tehnici: tratamentul pre-cenușãrite apa: alcalinitate mai mică de 0,35 meq / kg; rigiditate - nu mai mult de 5 g-eq / kg; Lucrând capacitatea de schimb a schimbătorului de cationi - 413 - 2782 meq / dm 3; Consumul specific de acid - 1.1 - 2,1 echiv / echiv; Consumul specific de alcalii 0.6-1.9 eq / echiv; în timpul condiționării apei naturale: alcalinitate - nu mai mult de 0,6 mg echivalent / kg; rigiditate - 100 ug-eq / kg; De lucru capacitatea de schimb - 658 - 1739 meq / dm 3; Consumul specific de acid - 1,1 1,3 eq / echiv; alcaline Consum -0,5-3,3 eq / echiv specific.
Astfel, este necesar și suficient setul de caracteristici esențiale pentru a obține rezultatul invenției, cu condiția tehnică - îmbunătățirea calității apei condiționate prin reducerea alcalinității la cea mai profundă înmuiere cu realizarea simultană a ridicat de lucru schimbător de capacitate de cationi și consumul specific redus de reactivi (acizi și baze) și, de asemenea, posibilitatea reactivii utilizat în locul deșeuri de producție de mărfuri care conține acid și alcaline, în special regenerant deșeuri în H- și filtre OH-ionite. Folosind metoda propusă permite îmbunătățirea performanței de mediu a emoliere proceselor și desalinizarea apei în implementarea lor pe același obiect hardware - pentru a reduce evacuarea sărurilor din mediul înconjurător prin eliminarea utilizării reactivilor comerciali cu dedurizarea apei prin utilizarea de regenerare a sistemelor de înmuiere a rășinii de cationi slab acid și apă dealkalization deșeuri de demineralizare.
Metoda este pusă în aplicare după cum urmează.
Apa bruta este natural sau apa pre-cenușãrite (compoziția apei este dată mai devreme). Se obține astfel filtrat - condiționată de apă cu parametrii de duritate și alcalinitate nivelul necesar (duritate - 10 sau ICG 5 meq / kg, alcalinitate 0,35 meq / kg în apă caz este utilizat pentru alimentarea cazanelor cu presiune mică sau rigiditate - 100 mcg eq / kg, alcalinitate - 0,6 meq / kg folosind apa conditionat pentru a alimenta sistemele de încălzire).
Tratată cu un schimbător de cationi reactiv alcalin este spălat cu apă și utilizată în următorul ciclu de apă condiționat.
Duritatea și alcalinitatea apei este determinată de energie convențională chimistul metode / de referință. Sub redacția generală S.M.Gurvicha. M. Energie. - 1972. v.1. a. 391-397 / [5].
Un exemplu de realizare a metodei propuse.
Coloana de sticlă încărcată cu 100 cm3 de rășină cation slab acid Lewatit CNP 80 (pe baza formei de acid), având o capacitate totală de schimb de 4400 meq / dm 3 la 40% mol (1,760 meq / dm 3) grupări ionice din sarea este schimbătorul de cationi formează cu cationii de sodiu singulara încărcate, 15 mol% (660 meq / dm 3) grupări ionice - sub forma unei sări cu cationi bivalenți îndepărtați din duritatea apei (calciu și magneziu). Proporția totală sub formă de sare a se ridica la 55% mol (2,420 meq / dm 3). A trecut printr-o rășină schimbătoare de cationi de apă din următoarea compoziție pre-cenușărite, meq / kg rigiditate-1,8; Alcalinitatea-1,2; anionii acizilor-1.4 puternici; pH-10,1.
pentru cerințele de apă condiționate: rigiditate - ICG nu mai mult de 5 eq / kg; alcalinitate relativă - nu mai mult de 20%, ceea ce corespunde compoziției apei respective sursă alcalinității nu mai mult de 0,35 meq / kg.
După acidul otregenerirovanny rășină schimbătoare de cationi a fost filtrată 0.176 dm 3 1N. Soluție de hidroxid de sodiu (GOST 4328-77), urmat de 0,5 dm3 de apă. Soluția de hidroxid de sodiu uzat nu este găsit. Astfel schimbător de cationi absorbit 1,760 meq de hidroxid de sodiu, rezultând în traducerea unei forme de sare a unui cation încărcat individual 1,760 meq / dm 3 grupe ionice Schimbător de cationi (40%). Consumul specific de hidroxid de sodiu a fost de 176/270 = 0,7 eq / echiv. Deoarece schimbătorul de cationi inițial conține 660 mEq / l de cationi cu sarcină dublă de apă absorbită 269,3 mE cation și regenerarea acidului atunci când desorbit substanțial aceeași cantitate de cationi cu sarcină dublă (270 meq), apoi schimbător de cationi otregeneriroranny conține 659 mg eq / dm 3 de cationi cu sarcină dublă sau 15 mol%.
Pentru a determina valorile limită ale conținutului în suma formelor de sare cation, formele de săruri cu cationi individual și dublu încărcate de experimente au fost efectuate identic cu cel descris mai sus, exemplul în care formele de sare menționate raportul variat. Rezultatele sunt prezentate în Tabelul 1.
Atunci când reducerea conținutului de sare evanescente cu un cation încărcat individual la mai puțin de 10 moli%, sau prin creșterea proporției de evanescente cationi cu sarcină dublă de 55% molar crește rigiditatea apei condiționate (Exemplele 10,11,13,17 Tabelul 1).
La depășirea limitei superioare a formei de sare cu un cation încărcat individual (de exemplu, 65% mol) și cantitatea de forme de sare (de exemplu, 70 mol%) crește alcalinitatea apei tratate (Tabelul 1 Exemplele 14,16), care nu cedează apa alcalinității necesară.
Limita inferioară a conținutului formei de sare cu cationi bivalenți (5 mol%), selectate din conservarea consumului specific redus de acid pentru regenerarea schimbătorului de cationi (exemplele 2,8,9,12,15 Tabelul 1).
Când trecåtor reducerea conținutului total de forme de sare, cu conținut posibil peste limită se reduce formele de sare cu mono- sau bivalente cationi (de exemplu, o singură încărcare), obținem apă cu duritate ridicată (mai mare de 50 ICG-eq / kg) (Exemplul 18, Tabelul 1).
Pentru a determina eficacitatea diferiților agenți (soluții de regenerare uzat H-filtre în loc de acid sulfuric, uzat soluții de regenerare OH-filtre, precum și hidroxizi, potasiu și amoniu, carbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu în loc de hidroxid de sodiu) pentru regenerarea rășinii cationică slab acidă, experimentele au fost efectuate, identic cu exemplul descris mai sus, ambele aceeași apă cenușărite și compoziția apei naturale, meq / kg duritate - 4,8; alcalinitate - 4,0; anionii acizilor puternici - 2.4; pH-7,1a. Pentru alcalinitatea relativă a apei naturale a compoziției menționate corespunde cu 20% din alcalinitatea 0,6 meq / kg. Cation oprit pentru regenerare atunci când valoarea rigidității a filtratului 100 mg echivalent / kg. Rezultatele sunt prezentate în tabelul 2.
După cum rezultă din exemplele de mai sus, utilizarea schimbătorului de cationi pentru regenerarea soluțiilor de regenerare uzat H- și filtre OH-ionite în schimb reactanti de mărfuri nu afectează calitatea apei conditionate, lucru costurile de schimbător de capacitate de cationi și specifice reactivilor și de a reduce costul procesului permite utilizarea deșeurilor (exemplele 6, 8,11-13 tabelul 2).
Avantajele metodei propuse în comparație cu convenționale tabelele de date susținute 1 și 2. Utilizarea metodei condiționarea apei propusă poate îmbunătăți calitatea apei condiționate, datorită reducerii alcalinitate 1,7-6 ori când dedurizare profund la un nivel care să nu depășească 5-10 ug echivalent / kg când procesarea pre-cenusarite apă și 100 ug-eq / kg în timpul condiționării apei naturale cu realizarea simultană a ridicat de lucru schimbător de capacitate de cationi (413-2782 meq / dm 3) și reactiv cost unitar redus s - Acid (1,1 - 2.1) și alcaline (0,5 - 3,3 echiv / eq).
Se subliniază faptul că aplicarea metodei propuse permite reducerea costului procesului din cauza utilizării pentru producerea apei reziduale condiționate și obține o reducere de descărcare de sare în mediu prin utilizarea deșeurilor în locul materiilor prime chimicale.
2. Metodă conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că regenerarea este realizată prin H- evacuare și OH-ionite Filtre regenerant.