СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД


RU (11) 2137722 (13) C1

(51) 6 C02F9/00, C02F1/42, C02F5/00, C02F1/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98113575/12 
(22) Дата подачи заявки: 1998.07.13 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.07.13 
(45) Опубликовано: 1999.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Малоотходная технология переработки сточных вод термохимическим обессоливанием, Энергетик, 1996, N 11, с.17- 20. SU 939396 A, 30.06.82. SU 948892 A, 10.08.82. SU 1225821 A, 30.03.84. DE 3022975 A, 18.01.82. US 5166220 A, 24.11.92. SU 1074831 A, 23.02.84. GB 2171988 A, 10.09.86. 
(71) Заявитель(и): Московский энергетический институт (технический университет) 
(72) Автор(ы): Седлов А.С.; Шищенко В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Московский энергетический институт (технический университет) 
Адрес для переписки: 111250, Москва, ул.Красноказарменная, д.14, МЭИ, НИЧ, патентный отдел 

(54) СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД 

Изобретение относится к комбинированным способам глубокой очистки природных и сточных вод сульфатно-бикарбонатного типа и может быть использовано, например, в теплоэнергетике. Способ термохимического обессоливания природных и сточных вод включает смешение исходной воды со сточными, известкование, коагуляцию и осветление смеси, ее натрий-катионирование и упаривание в испарителях, рекарбонизацию концентрата сдувочной парогазовой смесью испарителей, его смешение с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью, отделение образовавшегося осадка, разбавление осветленного раствора и его использование для регенерации натрий-катионитных фильтров, выделение концентрированной части регенерационных сточных вод, осаждение в них сульфата кальция и обработку части этих вод известью, причем рекарбонизированный концентрат испарителей смешивают с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью в пропорции, при которой содержание кальция и магния в смеси на 2-8 мг-экв/л превышает содержание карбонат- и гидрат-ионов соответственно. В качестве щелочи используют часть концентрированных сточных вод после обработки их известью, а осадок, образовавшийся при смешении рекарбонизированного концентрата испарителей, концентрированных сточных вод, кислоты или щелочи, вместе с содержащимся в нем раствором смешивают с концентрированной частью регенерационных сточных вод. При этом в качестве концентрированных сточных вод собирают сточные воды с жесткостью более 20-30 мг-экв/л и часть их после обработки известью и отделения осадка используют для приготовления известкового молока, а часть натрий-катионированной воды, суммарное содержание хлоридов в которой выбрано на 2-8% ниже их количества, поступающего с исходной водой, попадает в закрытую теплосеть. 6 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к комбинированным способам глубокой очистки природных и сточных вод сульфатно-бикарбонатного типа и может быть использовано при создании систем водоподготовки с высокими экологическими показателями в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабытвающей промышленности.

Известен способ очистки воды, включающий смешение исходной воды с отработанным раствором катионитных фильтров, умягчение смеси, концентрирование в концентраторах, регенерацию катионитных фильтров продувкой концентраторов и осаждение из отработанного раствора 75-98% ионов жесткости добавлением извести с последующей рекарбонизацией [1].

Недостатком метода является повышенный расход извести на обработку отработанного раствора катионитных фильтров и значительный расход углекислого газа на последующую нейтрализацию извести.

Кроме того, непосредственное использование продувки концентраторов без специальной обработки для регенерации натрий-катионитных фильтров невозможно из-за интенсивного образования осадка в слое катионита.

Известен способ термического обессоливания пресных вод, включающий умягчение их натрий-катионированием, выпаривание умягченной воды в испарителях и регенерацию натрий-катионитных фильтров подкисленной продувочной водой испарителей, содержащей 20-50% отработанного регенерационного раствора, из которого предварительно удалены ионы жесткости, а остальной объем отработанного регенерационного раствора после удаления из него ионов жесткости смешивают с исходной водой перед стадией ее умягчения натрий-катионированием, причем ионы жесткости удаляются из отработанного регенерационного раствора путем пропускания последнего через кристаллизатор сульфата кальция [2] .

Описанный способ имеет следующие недостатки.

Из-за низкой температуры отработанного регенерационного раствора и повышенного содержания в нем органики остаточное содержание сульфата кальция после кристаллизатора оказывается значительным, а содержание магния при этом вообще не изменяется. В результате в исходную воду вместе с отработанным регенерационным раствором поступает значительное количество кальция и магния, что увеличивает нагрузку на натрий-катионитные фильтры с соответствующим увеличением объема сточных вод, затрат на их обработку и реализацию технологии в целом.

При этом магний, поступающий с исходной водой, выводится только за счет его осаждения при смешении отработанного регенерационного раствора и продувочной воды испарителей. При недостатке в последнем анионов, образующих с магнием малорастворимые соединения, способ невозможно реализовать без ввода едкого натра или извести. При избытке таких анионов потребуется повышенный расход кислоты для нейтрализации регенерационного раствора и необходимость его декарбонизации для удаления образующегося углекислого газа.

При смешении продувочной воды испарителей с 20-50% отработанного регенерационного раствора содержание иона кальция в смеси оказывается значительно выше концентрации карбонат-иона. В результате происходит кристаллизация карбоната и сульфата кальция. Так как растворимость сульфата кальция в этих условиях повышенная, остаточное содержание кальция в нем будет большим. Использование такого раствора с повышенной жесткостью для регенерации натрий-катионитных фильтров ухудшит показатели их работы.

Кроме того, повышенное содержание сульфат-ионов в регенерационном растворе, приготовленном по описанному способу, приведет к кристаллизации сульфата кальция в процессе регенерации натрий-катионитных фильтров.

При отделении шлама, образовавшегося при смешении продувочной воды испарителей и части отработанного регенерационного раствора, выводится большое количество концентрированного раствора, содержащегося в этом шламе. В результате происходит загрязнение окружающей среды этим раствором с одновременной потерей значительного количества солей натрия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термохимического обессоливания природных и сточных вод, включающий смешение исходной воды со сточными, известкование, коагуляцию и осветление смеси, натрий-катионирование и упаривание в испарителях, рекарбонизацию концентрата сдувочной парогазовой смесью испарителей, его смешение с частью концентрированных регенерационных сточных вод, кислотой или щелочью, отделение образовавшегося осадка, разбавление осветленного раствора и его использование для регенерации натрий-катионитных фильтров, выделение концентрированной части сточных вод, осаждение в них сульфата кальция и обработку части этих вод известью [3].

Недостатком способа является смешение рекарбонизированного концентрата испарителей с частью концентрированных регенерационных сточных вод в пропорции, обеспечивающей максимальное снижение одновременно жесткости и щелочности. При этом абсолютное значение остаточной щелочности оказывается повышенным, что обуславливает необходимость ее нейтрализации кислотой.

Осадок, образующийся в процессе такого смешения, вместе с содержащимся в нем раствором, отводится в шламонакопитель, что приводит к значительной (до 20%) потере регенерационного раствора и содержащихся в нем солей натрия, увеличивает затраты на содержание шламонакопителя, увеличивает вредное воздействие электростанции на окружающую среду.

Обработка части концентрированных сточных вод осуществляется известью, приготовленной на воде с низкой минерализацией. Это приводит к разбавлению концентрированных регенерационных сточных вод и снижению эффективности их термохимического умягчения. Кроме того, подача в осветлитель извести в виде двух самостоятельных потоков усложняет регулирование ее дозы.

Использование части регенерационного раствора для регенерации натрий-катионитных фильтров подпитки теплосети приведет к образованию сточных вод, загрязняющих окружающую среду, либо потребует дополнительных затрат их очистки и утилизацию.

Все это усложняет процесс обессоливания воды, увеличивает затраты на ее обработку и не предотвращает загрязнения окружающей среды.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении затрат на обработку воды с одновременным снижением расхода реагентов и утилизацией минерализованных сточных вод.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе термического обессоливания природных и сточных вод, включающем смешение исходной воды со сточными, известкование, коагуляцию и осветление смеси, ее натрий-катионирование и упаривание в испарителях, рекарбонизацию концентрата сдувочной парогазовой смесью испарителей, его смешение с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью, отделение образовавшегося осадка, разбавление осветленного раствора и его использование для регенерации натрий-катионитных фильтров, выделение концентрированной части регенерационных сточных вод, осаждение в них сульфата кальция и обработку части этих вод известью, согласно изобретению рекарбонизированный концентрат испарителей смешивают с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью в пропорции, при которой содержание кальция и магния в смеси на 2-8 мг-экв/л превышает содержание карбонат- и гидрат-ионов соответственно.

При этом в качестве щелочи используют часть концентрированных сточных вод после обработки их известью и отделения образовавшегося осадка.

Осадок, образовавшийся при смешении рекарбонизированного концентрата испарителей, концентрированных сточных вод, кислоты или щелочи, отделяют вместе с содержащимся в нем раствором и смешивают с концентрированной частью регенерационных сточных вод.

Кроме того, в процессе регенерации в качестве концентрированных собирают сточные воды с жесткостью более 20-30 мг-экв/л и часть их после обработки известью и отделения осадка используется для приготовления известкового молока.

При этом часть натрий-катионированной воды, суммарное содержание хлоридов в которой на 2-8% ниже их количества, поступающего с исходной водой, подают в закрытую теплосеть,

В результате, при смешении рекарбонизированного концентрата испарителей с частью концентрированных регенерационных сточных вод, кислотой или щелочью в пропорции, при которой содержание кальция и магния в смеси на 2-8 мг-экв/л превышает содержание карбонат- и гидрат-ионов соответственно, обеспечивается более глубокое снижение щелочности смеси. При этом расход кислоты на ее нейтрализацию уменьшается или вообще исключается.

Использование в качестве щелочи части концентрированных сточных вод после обработки их известью и отделения образовавшегося осадка позволяет использовать дополнительное количество минерализованных сточных вод для регенерации натрий-катионитных фильтров.

Смешивание осадка, образовавшегося при смешении рекарбонизированного концентрата испарителей, концентрированных сточных вод, кислоты или щелочи, вместе с содержащимся в нем раствором с концентрированной частью регенерационных сточных вод позволяет исключить загрязнение окружающей среды, утилизировать соли натрия, содержащемся в этом растворе, увеличить содержание сульфата натрия в концентрированных регенерационных сточных водах и обеспечить за счет этого более глубокое осаждение сульфата кальция.

Сбор в процессе регенерации концентрированных сточных вод с жесткостью более 20-30 мг-экв/л обусловлен тем, что при меньшей жесткости не происходит осаждение сульфата кальция. При большей жесткости возрастает жесткость отмывочных вод, смешиваемых с исходной водой, с соответствующим увеличением жесткости осветленной воды и нагрузки на натрий-катионитные фильтры.

Использование концентрированных сточных вод после обработки известью и отделения осадка для приготовления известкового молока исключает разбавление концентрированных сточных вод в процессе известкования и упрощает регулирование подачи извести в осветлитель (один поток вместо двух).

Подача части натрий-катионированной воды в закрытую теплосеть позволяет вывести из цикла соли натрия, поступившие с исходной водой без сооружения дорогостоящих выпарных установок или подачи части регенерационного раствора на регенерацию натрий-катионитных фильтров теплосети. В последнем случае появится дополнительный поток регенерационных сточных вод что приведет к загрязнению окружающей среды, либо потребует дополнительных затрат на их обработку и утилизацию.

Суммарное содержание хлоридов в натрий-катионированной воде, подаваемой в закрытую теплосеть, должно быть на 2-8% ниже их количества, поступающего с исходной водой, т.к. 2-8% от этого количества теряется со шламом.

На чертеже представлена схема термохимического обессоливания природных и сточных вод, поясняющая предлагаемый способ.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходная вода по трубопроводу 1 подается в узел предочистки 2, где смешивается со сточными водами, известью, коагулянтом и флокулянтом, подаваемыми по трубопроводам 3-6. Известкованную, коагулированную и осветленную смесь по трубопроводу 7 подают в натрий-катионитную установку 8. Часть умягченной воды по трубопроводу 9 направляют в теплосеть, а часть по трубопроводу 10 - на деаэрацию и термическое обессоливание в испарительную установку 11. Сюда же по трубопроводу 12 подают продувочную воду котлов и другие мягкие сточные воды. Полученный дистиллят по трубопроводу 13 направляют потребителю обессоленной воды.

Продувочную воду испарительной установки по трубопроводу 14 подают в рекарбонизатор 15. Сюда же по трубопроводу 16 направляют углекислый газ, образовавшийся при упаривании умягченной воды в испарительной установке 11. Рекарбонизированную продувочную воду испарителей по трубопроводу 17 подают в узел приготовления регенерационного раствора 18. Отработанный раствор регенерации натрий-катионитных фильтров 8 с жесткостью выше 20-30 мг-экв/л отделяется и по трубопроводу 19 подается в узел сбора концентрированных сточных вод 20. Сюда же по трубопроводу 21 подается осадок из узла 18. После перемешивания и отделения осадка гипса часть сточных вод из узла 20 по трубопроводу 22 подается в узел 18. Часть раствора вместе с образовавшимся гипсом по трубопроводу 23 подают в узел термохимического умягчения 24, где смешивается с паром и известью, подаваемым соответственно по трубопроводам 25 и 26. Полученный в узле 24 щелочной фильтрат отделяют от осадка и часть его по трубопроводу 27 подают в узел 18. Остальное количество по трубопроводу 28 направляют в узел приготовления известкового молока 29.

В узле 18 сточные воды перемешивают, отделяют от осадка, при необходимости подкисляют кислотой, подаваемой по трубопроводу 30, и по трубопроводу 31 подают в бак 32. Здесь раствор разбавляют натрий-катионированной водой, подаваемой по трубопроводу 33, и по трубопроводу 34 направляют на регенерацию натрий-катионитных фильтров 8.

Отработанный раствор процесса регенерации натрий-катионитных фильтров с жесткостью менее 20-30 мг-экв/л (конечная часть отмывочных вод) направляют в узел 2 по трубопроводу 3 без обработки.

Осадок из узла предочистки 2, основными компонентами которого являются карбонат кальция и гидроокись магния, по трубопроводу 35 подается в шламоуплотнительную станцию 36. Фильтрат по трубопроводу 37 возвращается в узел предочистки 2, а обезвоженный осадок 38 используется при производстве строительных материалов, в т. ч. извести, в сельском хозяйстве и других. Осадок из узла 24, основным компонентом которого является гипс, по трубопроводу 39 подается на переработку в гипсовое вяжущее вещество либо используется для других целей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР N 948892, М.Кл3 с 02 F 1/42, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР N 939397, М.Кл3 с 02 F 1/42, 1982.

3. Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термохимического обессоливания. Энергетик.- 1996. -N 11.-с. 17-20 (прототип). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ термохимического обессоливания природных и сточных вод, включающий смешение исходной воды со сточными, известкование, коагуляцию и осветление смеси, ее натрий-катионирование и упаривание в испарителях, рекарбонизацию концентрата сдувочной парогазовой смесью испарителей, его смешение с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью, отделение образовавшегося осадка, разбавление осветленного раствора и его использование для регенерации натрий-катионитных фильтров, выделение концентрированной части регенерационных сточных вод, осаждение в них сульфата кальция и обработку части этих вод известью, отличающийся тем, что рекарбонизированный концентрат испарителей смешивают с частью концентрированных сточных вод, кислотой или щелочью в пропорции, при которой содержание кальция и магния в смеси на 2 - 8 мг-экв/л превышает содержание карбонат - и гидрат-ионов соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочи используют часть концентрированных сточных вод после обработки их известью и отделения образовавшегося осадка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок, образовавшийся при смешении рекарбонизированного концентрата испарителей, концентрированных сточных вод, кислоты или щелочи, вместе с содержащимся в нем раствором смешивают с концентрированной частью регенерационных сточных вод.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе регенерации в качестве концентрированных собирают сточные воды с жесткостью более 20 - 30 мг-экв/л.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрированные сточные воды после обработки известью и отделения осадка используют для приготовления известкового молока.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть натрий-катионированной воды подают в закрытую теплосеть.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в теплосеть подают натрий-катионированную воду, суммарное содержание хлоридов в которой выбрано на 2 - 8% ниже их количества, поступающего с исходной водой.