Регенерационные растворы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регенерационные растворы

Вступление

Регенерационные растворы ионообменных установок - водные растворы химических реагентов, используемых для восстановления обменных свойств ионообменных материалов (катионитов и анионитов), применяемых в установках умягчения и обессоливания воды. Солесодержание регенерационных растворов ионообменных установок достигает 5--20 г/л, что в несколько раз превышает солесодержание исходной воды. Регенерационные растворы ионообменных установок по этому показателю относят к разряду сточных вод. Согласно водоохранным нормам регенерационные растворы ионообменных установок не могут быть направлены ни в водоемы, ни в городскую канализацию без предварительной обработки и очистки или разбавления, т.к. они загрязняют водоемы минеральными солями.

регенерационный ионообменный фильтр раствор

1. Обработка отработавших регенерационных растворов ионообменных установок

Технология обработки регенерационных растворов ионообменных установок определяется содержанием компонентов в сточных водах, зависящим от типа ионообменных фильтров, возможности применения для обработки определенных реагентов и полноты утилизации получаемых побочных продуктов. Самая простая технология обработки таких вод заключается в выделении в процессе регенерации ионообменных фильтров наиболее минерализованной их части с последующим известково-содовым ее умягчением. Раствор после обработки содержит преимущественно хлористый натрий и может использоваться для последующих регенераций фильтров. В отдельных случаях для осаждения магния можно вместо извести использовать едкий натр.

При использовании едкого натра упрощается эксплуатация установок по обессоливанию и умягчению воды, снижается общее количество образующегося осадка, но несколько ухудшаются свойства шлама и экономические показатели. Сброс отработавшего регенерационного раствора носит залповый характер, поэтому при небольшом числе регенераций и ионообменных фильтров умягчение раствора целесообразно производить периодически с использованием баков-отстойников. При значительном числе регенераций натрий - катионовых фильтров предпочтительно усреднение отработавшего регенерационного раствора с последующим умягчением в осветлителях воды.

Независимо от типа установок, в которых происходит реагентное умягчение отработавшего регенерационного раствора, предусматривается уплотнение шлама, которое зависит от химического состава и исходной концентрации твердой фазы. В целях утилизации шлам может использоваться в качестве пластификатора при приготовлении растворов для кирпичной кладки и изготовлении линолеума, а также наполнителя при производстве бумаги и резины, для нейтрализации кислых производств, сточных вод и очистки сточных вод от красителей и некоторых веществ, обусловливающих ХПК. Шлам также может складироваться в накопителях и при технико-экономическом обосновании подвергаться механическому обезвоживанию.

С целью уменьшения сброса избытка отработавшего регенерационного раствора возможно концентрирование его упариванием или электродиализом. Узел концентрирования устанавливают как до реагентного умягчения, так и после него.

Недостатком этого способа является его высокая стоимость из-за повышенной энергоемкости, обусловленной необходимостью упаривания регенерационного раствора и капитальными расходами на сооружение и эксплуатацию сложного оборудования.

Для исключения применения дефицитной соды, производство которой неэкологично, может применяться технология, предусматривающая концентрирование отработавшего регенерационного раствора на Na - катионитовых фильтрах с разделением солей. При этом получают кристаллическую поваренную соль, возвращаемую на регенерацию фильтров, и товарный 35--40%-ный раствор хлоридов кальция и магния, который может использоваться при низкотемпературном производстве некоторых сортов цемента.

Технология обработки отработавшего регенерационного раствора, не требующая применения кальцинированной соды, основана на использовании сульфата натрия для регенерации Na - катионитовых фильтров. При этом в отработавшем регенерационном растворе будут содержаться сульфаты натрия, магния, кальция. Пересыщение раствора обусловливает выделение сульфата кальция, а дополнительная обработка известью приводит к образованию гидроксида магния. После доукрепления техническим сульфатом натрия обработанный раствор направляют на регенерацию фильтров. Для предотвращения гипсования загрузки при регенерации Na - катионитовых фильтров сульфатом натрия следует поддерживать скорость движения раствора в фильтре не менее 8--10 м/ч при концентрации этого раствора не более 1,5--2%.

В том случае, когда требования потребителя к умягченной воде ограничены содержанием в ней кальция, возможно использование раствора после выделения из него сульфата кальция и добавления серной кислоты, при этом магний из отработавшего регенерационного раствора не удаляется. При фильтровании воды через катионит, регенерированный описанным способом, из нее будут удаляться только ионы при проскоке ионов . Важным в данной технологии является использование на водоподготовительной установке одного реагента -- серной кислоты, а также получение в качестве побочного продукта чистого сульфата кальция, который может использоваться при производстве гипсовых вяжущих веществ и бетонных смесей.

Сточные воды с анионитовых фильтров содержат сульфаты, хлориды, бикарбонаты натрия. Предлагается отработавший регенерационный раствор этих фильтров обрабатывать совместно с отработавшим регенерационным раствором Na - катионитовых фильтров путем аэрирования. Образующийся при смешении указанных растворов бикарбонат кальция при аэрации разлагается с выделением углекислоты и нерастворимого карбоната кальция. Остаточное содержание бикарбоната кальция можно удалить при обработке раствора известью.

Обработанный раствор после доукрепления поваренной солью используют для последующих регенераций фильтров. После накопления в циркулирующем растворе ионов SOA2 и производится их удаление из отработавшего регенерационного раствора Na - катионитовых фильтров обработкой известью. Достоинством такой технологии является отсутствие потребности в кальцинированной соде, недостатком -- опасность загипсовывания загрузки Na - катионитовых фильтров при скорости движения регенерации раствора менее 8--10 м/ч.

Сточные воды аммоний - катионитовых фильтров, регенерируемых хлористым аммонием, содержат хлориды кальция, магния и аммония. Обработка отработавших регенерационных растворов этих фильтров может производиться в два этапа: первый -- обработка известью с выделением гидроксида магния, второй -- обработка раствора диоксидом углерода и аммиаком с образованием осадка карбоната кальция. После отделения осадка раствор может использоваться для регенерации фильтров. Сточные воды Н - катионитовых фильтров обессоливающих установок содержат сульфаты кальция, магния, натрия и серную кислоту. Целесообразно отработавшие регенерационные растворы этих фильтров подвергать известкованию с выделением гидроксида магния и сульфата кальция. После известкования остаточное содержание солей в отработавшем регенерационном растворе будет обусловлено в основном сульфатом натрия и сульфатом кальция на пределе растворимости, т.е. 35--45 мг-экв/л. Практически полностью осадить остаточный кальций из отработавшего регенерационного раствора можно использованием на втором этапе обработки кальцинированной соды.

Раствор сульфата натрия, если он не может быть использован на водоподготовительной установке, например, для регенерации Na - катионитовых фильтров, должен подвергаться концентрированию электродиализом или упариванию с получением товарного реагента. Сточные воды ОН - анионитовых фильтров содержат сульфаты, хлориды натрия и избыток едкого натра. Необходимо стремиться к максимальному уменьшению количества последнего, что может быть достигнуто путем повторного использования отработавшего регенерационного раствора для предварительных регенераций. В первую очередь следует оценить возможность применения отработавшего регенерационного раствора ОН - анионитовых фильтров на водоподготовительной установке, т.е. возможность перевода заработанных (перед регенерацией) Н - катиоиитовых фильтров в Na-форму их регенерацией кислотой, что способствует уменьшению расхода кислоты, или регенерации Na - катионитовых фильтров, если они есть в схеме умягчения. При отсутствии такой возможности необходимо отработавший регенерационный раствор ОH - анионитовых фильтров смешивать с ОРР Н - катионитовых фильтров, содержащим сульфат натрия, и направлять на концентрирование с разделением солей.

С целью снижения нагрузки на ионообменные фильтры и сокращения тем самым количества образующихся минерализованных регенерационных растворов могут применяться технологии с предварительной очисткой воды не ионообменными методами. К таким методам можно отнести мембранные технологии (электродиализ и обратный осмос), которые позволяют одновременно с частичным умягчением снизить солесодержание обрабатываемой воды.

Эти технологии в сочетании с натрий - катионированием на первый взгляд решают проблему сбросов минерализованных сточных вод, однако обладают определенными недостатками. Широко применяемый в последнее время метод обратного осмоса при очевидных его преимуществах имеет следующие недостатки: значительно увеличиваются затраты на очистку воды; усложняется технология водоподготовки, в том числе из-за чувствительности мембранных методов к наличию в обрабатываемой воде взвесей, органических загрязнений, соединений железа, что предопределяет необходимость применения соответствующей предочистки; возникает проблема сброса концентратов солей, содержащих ингибиторы отложений, а также отработанных растворов от промывки и консервации мембран.

Зачастую концентрации загрязняющих компонентов в указанных растворах превышают допустимые для сброса значения в сотни раз.

Более перспективным представляется использование на стадии предварительной подготовки воды метода реагентного умягчения воды с помощью извести и едкого натра.

Кардинальным решением проблемы предотвращения сбросов минерализованных регенерационных растворов ионитовых установок является их переработка с целью последующей утилизации. В настоящее время наиболее широкое применение находит технология, заключающаяся в обработке этих вод щелочными реагентами - известью и содой с повторным использованием отработанных растворов для регенераций.

При обработке регенерационных растворов ионитовых установок по разработанной технологии практически кальций и магний, содержащиеся в них, выводятся в твердом виде, а в умягченных регенерационных растворов остается в основном сульфат и хлорид натрия, поступившие на ионитовые установки с исходной водой и реагентами. При использовании этой технологии количество сбрасываемых солей со сточными водами сокращается в среднем в 1,7 раза, а сульфат - ионов в 2,3 раза. Поэтому даже при сбросе полученной воды в водоем последним наносится меньший экологический ущерб, а для ее разбавления по ПДК потребуется меньший объем слабоминерализованной воды, чем при сбросе стоков после их традиционной обработки. Основным компонентом осадков, полученных при обработке стоков по разрабатываемой схеме, является гипс, который может быть использован в качестве исходного сырья для производства гипсового вяжущего, обработки почв и в других целях. Рациональное использование избытка реагентов, содержащихся в регенерационных растворах ионообменных установок, позволяет обеспечить их частичное или глубокое обессоливание и выделить содержащиеся в них компоненты в твердом виде, основная часть которых может быть утилизирована.

Также существует метод обработки отработанного регенерационного раствора хлористого натрия, используемого для регенерации натрий - катионитовых фильтров, включающий умягчение раствором реагентов - осадителей (известью и содой), его осветление и электродиализ; способ характеризуется тем, что осветленный раствор после отделения твердого осадка разделяют на два потока в соотношении объемов от 2,5:1 до 1,2:1. Электродиализ ведут с направлением в контур обессоливания электродиализного аппарата большего объема раствора и в контур концентрирования аппарата - меньшего объема до достижения требуемой концентрации хлористого натрия в концентрируемом потоке.

Недостатками такого метода являются повышенная энергоемкость, связанная с необходимостью использования электродиализа, и многостадийность процесса, обусловленная разделением обрабатываемой воды на два потока.

Известен способ обработки регенерационных раствогов натрий - катионитовых фильтров, заключающийся в предварительном их концентрировании до концентрации 3,4-6,0% по хлорид - иону, известково-содовой обработке, отделении раствора от образовавшейся взвеси с возвратом раствора на регенерацию, фильтровании под вакуумом отделенного осадка с нейтрализацией фильтрата соляной кислотой и декарбонизацией.

Недостатком способа является сложность его, обусловленная многостадийностью процесса, высокая энерго- и материалоемкость, вследствие необходимости применения операции концентрирования упариванием, использования соляной кислоты и проведения операции декарбонизации.

Разработана методика обработки отработанных регенерационных растворов соли натрий - катионитовых фильтров путем усреднения при перемешивании в отстойнике с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин наиболее минерализованной части регенерационных растворов, одновременного дозирования умягчающих реагентов - извести, соды и соли, перемешивания при вышеуказанных параметрах для улучшения смешения раствора с реагентами, медленного перемешивания образующейся смеси с интенсивностью 100-120 об/мин в течение 5-7 мин для интенсификации процесса хлопьеобразования, с последующим отстаиванием, отделением осадка и подачей осветленного раствора на регенерацию фильтра.

Недостатками известного способа являются:

1. невысокая степень осветления отработавшего регенерационного раствора, характеризующаяся скоростью осаждения взвеси в растворе и составляющая по воспроизведенным нами данным:

- для воды с содержанием Са и Mg по 130 мг-экв/л - 0,07 мм/с;

- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 169 и 91 мг-экв/л - 0,14 мм/с;

- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 208 и 52 мг-экв/л - 0,53 мм/с;

2. низкие водоотдающие свойства осадка, избыточно насыщенного влагой, трудноотделимой при механическом обезвоживании, и характеризующегося величиной удельного сопротивления фильтрации, равной по воспроизведенным нами данным:

- для воды с содержанием Са и Mg по 130 мг-экв/л - 102,410-10 см/г;

- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 169 и 91 мг-экв/л - 49,710-10 см/г;

- для воды с содержанием Са и Mg соответственно 208 и 52 мг-экв/л - 40,510-10 см/г;

3. потери соли с осадком, обусловленные введением концентрированного раствора соли (совместно с растворами извести и соды) для корректировки концентрации регенерационного раствора на стадии усреднения.

Техническим результатом последнего метода является повышение степени осветления отработанного регенерационного раствора соли, улучшение водоотдающих свойств осадка и предотвращение потерь соли.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки отработанных регенерационных растворов соли натрий - катионитовых фильтров, включающем усреднение при перемешивании наиболее минерализованной их части, дозирование реагентов - извести, соды и концентрированного раствора поваренной соли, перемешивание, отстаивание раствора с отделением осадка и механическим обезвоживанием последнего, дозирование реагентов ведут постадийно с равномерным дозированием извести на первой стадии при одновременном перемешивании, дозированием соды на второй стадии при перемешивании, соотношением длительности дозирования извести к длительности дозирования соды, равным 6: 1-8:1, и дозированием раствора поваренной соли в осветленный регенерационный раствор на третьей стадии.

Способ осуществляют следующим образом.

После истощения обменной емкости катионита натрий - катионитовых фильтров производят его регенерацию 8%-ным раствором поваренной соли и последующую отмывку загрузки от продуктов регенерации. Наиболее концентрированную часть отработанного раствора соли с минерализацией более 2 г/л, определяемой по концентратомеру, отводят в отстойник, где раствор подвергают усреднительному перемешиванию механической мешалкой с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин. Далее определяют концентрацию катионов кальция и магния в растворе (кальциево-магниевое соотношение) и расчетные дозы реагентов извести и соды. Дозирование реагентов ведут постадийно: на первой стадии в отстойник равномерно в течение 30-40 мин дозируют известь в виде известкового молока 5%-ной концентрации при одновременном перемешивании с интенсивностью 250-300 об/мин в течение 2-3 мин, а затем с интенсивностью 120 об/мин, на второй стадии в отстойник дозируют 8%-ный раствор соды при одновременном перемешивании отработанного регенерационного раствора с теми же параметрами.

Соотношение длительности дозирования извести к длительности дозирования соды должно составлять 6:1-8:1.После отстаивания раствора в течение 3 ч отделяют осадок, осуществляют его декантацию и подвергают вакуум - фильтрации для обезвоживания.

На третьей стадии в регенерационный раствор соли после осветления и фильтрации дозируют соль до 8%-ной концентрации и направляют в бак-мерник, откуда раствор берут для реализации регенерационного цикла натрий-катионитового фильтра.

Постадийное введение реагентов, а именно, равномерное введение извести на первой стадии, соды на второй и соли на третьей при одновременном перемешивании растворов целесообразно ввиду различной химической природы и структурного строения вещества; частицы карбоната кальция имеют конденсационно-кристаллизационную структуру, а гидроксида магния - коагуляционную. Способность к обезвоживанию кальциево-магниевых осадков определяется величиной гидроксида магния. Первоначальным и постепенным введением извести достигается создание и равномерное распределение по всему объему отстойника однородной зародышевой субстанции, каковой являются нерастворимые частицы гидроксида магния, присутствующие в суспензии известкового молока. Последующим введением соды инициируется процесс кристаллообразования карбоната кальция, при котором происходит захват частиц гидроксида магния и последующее их утяжеление, в результате которого увеличивается скорость осаждения взвеси и, таким образом, повышается степень осветления отработавшего регенерационного раствора. Одновременно с этим, за счет кристаллической структуры образующейся взвеси происходит более плотная упаковка частиц в осадке с меньшим влагосодержанием. Это значительно повышает седиментационные свойства взвеси и водоотдающую способность осадка.

Заключение

Следствием обработки отработавших регенерационных растворов ионообменных установок может быть не только уменьшение негативного воздействия на природную окружающую среду в целом и водные объекты в частности, но и получение различных побочных продуктов, которые позволят сократить расход реагентов для последующих регенераций, получить сырье для строительных материалов, а также реагентов, применяемых в сельском хозяйстве.

Использованная литература

1. Амосова Э.Г. "Рекуперация отработанных растворов соли при регенерации натрий-катионитовых фильтров водоподготовительных установок»

2. Журнал «Экологический вестник» http://www.econews.uz/

3. Сайт поиска патентов http://www.findpatent.ru/

4. Электронная библиотека http://www.bibliotekar.ru/

Размещено на Allbest.ru