Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

Повторное использование сточных вод, образующихся при регенерации катионитовых фильтров

Мегрелишвили З. Н., Дидманидзе И. Ш., Государственный университет им. Шота Руставели, Батуми, Грузия

Введение. Для питания котельных установок современные промышленные предприятия используют умягченную воду после очистки на натрий-катионитовых фильтрах, регенерация которых осуществляется раствором поваренной соли. Образующиеся хлоридные сточные воды с высоким солесодержанием попадают в водоемы и повышают их минерализацию. Развитие промышленности уже привело к увеличению солесодержания рек в индустриальных районах различных стран. При проведении операций взрыхления, регенерации и отмывки натрий-катионитовых фильтров образуются 20—25 млн м3/год сточных вод, содержащих в основном хлориды натрия, кальция и магния. Предотвращение их сбросов связано с большими техническими трудностями и материальными затратами. В этих условиях актуальна замена дефицитной поваренной соли другим реагентом, применение которого позволит сократить объем сбрасываемых сточных вод или полностью их ликвидировать.

Регенерация натрий-катионитовых фильтров раствором сульфата натрия приводит к образованию отработанных растворов с концентрацией сульфата кальция, в 3—4 раза превышающей его растворимость. На их восстановление для повторного использования требуются гораздо меньшие материальные затраты. Однако опасность выпадения в толще загрузки сульфата кальция, образующегося в процессе регенерации на ее зернах, ограничивает применение растворов сульфата натрия.

Стабилизация пересыщенных растворов сульфата кальция. Предотвратить выпадение гипса можно за счет увеличения индукционного периода кристаллообразования на время пропуска раствора через загрузку фильтра и отводящие трубопроводы. Ингибитор, используемый для стабилизации пересыщенных растворов сульфата кальция, образующихся при регенерации, не должен отравлять ионитную загрузку фильтра и препятствовать осаждению при дальнейшей обработке сульфатных сточных вод. Наиболее приемлемый ингибитор, отвечающий этим требованиям, — гексаметафосфат натрия. Он обладает невысокой термической устойчивостью и при повышении температуры переходит в соли ортофосфорной кислоты, которые при термической обработке использованных регенерационных растворов не препятствуют кристаллообразованию. Кроме того, при диссоциации и ионном обмене емкость катионита будет восстановлена в натрий-форме.

Регенерация натрий-катионитовых фильтров раствором сульфата натрия приводит к обра­зованию пересыщенного раствора сульфата кальция, который некоторое время находится в неравновесных условиях без видимых изменений. Продолжительность такого состояния системы равна времени индукционного периода кристаллообразования. Исследования показали, что это время определяется формулой

lg τ = (0,027D — 0,179·103D2 + 2,258) — 3,7 lg s,

где D — доза гексаметафосфата натрия, мг/л; s — пересыщение раствора.

Термохимическое умягчение отработанных регенерационных растворов на полупроизводственной установке. Для получения данных, позволяющих разработать рекомендации по созданию замкнутых систем регенерации и технологии обработки сточных вод натрий-катионитовых фильтров, смонтирована полупроизводственная установка.

Для пропускания через фильтр до исчерпания рабочей обменной способности катионита, взрыхления загрузки, а также приготовления регенерационного раствора использовали водопроводную воду, прошедшую очистку коагуляцией, отстаиванием и фильтрацией (общая жесткость 1,5—2,0 г-экв/м3).

Отработанный раствор, образованный в результате регенерации натрий-катионитового фильтра раствором сульфата натрия, собирали в 1-й отстойник, куда дозировали известь. После нагрева до 100 °С и отстаивания раствор насосом перекачивали во 2-й отстойник, в который вводили соду. Температуру вновь поднимали до 100 °С. После отстаивания раствор направляли в холодильник, а затем с помощью насоса — в расходный бак, куда добавляли сульфат натрия и гексаметафосфат натрия. Обработанный таким образом раствор вновь использовали для регенерации натрий-катионитового фильтра. В пробах, отбираемых из отстойников до добавления реагентов и нагрева, а также после нагрева и отстаивания, определяли содержание ионов кальция и магния. По содержанию ионов магния устанавливали расчетную дозу извести, а по остаточному содержанию ионов кальция — дозу соды.

В качестве регенерационного применяли 2%-й раствор сульфата натрия с удельным расходом реагента 2 г-экв/г-экв и дозой гексаметафосфата натрия 50 мг/л. Скорость пропуска регенерационного раствора поддерживали в пределах 6—10 м/ч.

Повторное использование соленых сточных вод, образующихся при регенерации натрий-катионитовых фильтров, требует рассмотрения вопроса сбора отработанных растворов. Применяемая в настоящее время технология регенерации приводит к разбавлению регенерационных растворов водяной подушкой, находящейся над загрузкой фильтра. Собирать такие сточные воды для утилизации нерационально, поскольку возникает необходимость в дополнительном расходе реагента для восстановления концентрации регенерационного раствора. Кроме того, сброс в канализацию первой, наиболее концентрированной части отмывочной воды, также приводит к потере реагента. Для устранения этих недостатков и уменьшения расхода реагента необходимо:

—  произвести сброс водяной подушки;

—  определить объем отмывочной воды, который целесообразно обрабатывать совместно с отработанным регенерационным раствором.

Для промышленного фильтра диаметром 3,0 м, высотой загрузки 2,0 м, расходом регенерационного раствора и отмывочной воды соответственно 14,0 и 28,0 м3/ч концентрация, при которой необходимо прекращать сбор отработанного раствора, составляет 0,4—0,5 концентрации регенерационного раствора.

С учетом изложенного выше сбор отработанных регенерационных растворов после полупро­изводственной установки осуществляли следующим образом. Вначале сбрасывали объем воды, равный объему фильтра над загрузкой. Затем в фильтр подавали регенерационный раствор. После сброса в канализацию объема воды, равного объему межпорового пространства загрузки, отработанный регенерационный раствор собирали в емкость, одновременно являющуюся от­стойником. Сбор прекращали при достижении половины концентрации регенерационного рас­твора. При такой схеме на восстановление баланса сульфата натрия расходуется минимальное количество реагента.

Полученные результаты показали, что после известкования и нагрева до 100 °С остаточное содержание ионов кальция в отработанном регенерационном растворе стабильно понижается до 23,0 г-экв/м3, а после полной известково-содовой обработки раствора общая жесткость не превышает 12,0-14,0 г-экв/м3. Повторно используя регенерационный раствор с такой общей жесткостью, провели 10 фильтроциклов, которые показали, что рабочая обменная емкость загрузки натрий-катионитового фильтра не падает и изменяется в небольших пределах (таблица).

Рабочая обменная емкость загрузки объемом 15,3 л при использовании восстановленных регенерационных растворов* 

№ цикла регенерации

Жесткость регенерационного раствора,
г-экв/м3

Вынесенная общая жесткость,
 
г-экв/м3

Рабочая обменная емкость,
г-экв/м3

1**

2,0

80,5

295

2

14,0

80,0

293

3

14,0

81,0

297

4

14,0

78,5

287

5

14,0

80,5

295

6

13,0

81,5

298

7

11,0

79,0

289

8

13,0

73,0

267

9

14,0

76,0

278

10

13,0

81,0

297

                                                              * Объем пропущенного регенерационного раствора 56 л.

                                                              ** Исходный регенерационный раствор.

Заключение. Несмотря на небольшое количество регенераций натрий-катионитового фильтра полупроизводственной установки, проведенных отработанными сульфатными регенерационными растворами после известково-содового умягчения, можно сделать заключение о целесо­образности применения данной технологии как одного из способов создания замкнутых систем регенерации. Эта технология позволяет предотвратить сброс высокоминерализованных вод в водоемы. По сравнению с известково-содовым методом умягчения отработанных хлоридных регенерационных растворов предложенная технология позволяет в три раза сократить расход соды.

На многих предприятиях (производство калийных удобрений, вольфрама, корда и т. д.) образуются многотоннажные отходы сульфата натрия, которые могут быть использованы при регенерации натрий-катионитовых фильтров, что делает предлагаемый способ особенно эффективным с точки зрения охраны окружающей среды и снижения материальных затрат.

В работе использованы данные выполненного проекта МНТЦ G-725.

Reuse of Wastewater Generated in the Cation Exchanger Recovery Process

Megrelishvili Z. N., Didmanidze I. Sh., Shota Rustaveli State University, Batumi, Georgia

The technology has been developed for the Na-cation exchanger recovery using the sodium sulphate solution and reuse of spent sulphate-rich regeneration solutions after thermal/chemical softening. The recommendations have been developed regarding the regeneration of Na-cation exchangers by sodium sulphate solutions. The paper describes the dependence of the induction period duration upon the doze of sodium hexametaphosphate.

Главная страница

Сведения об авторах

Мегрелишвили Зураб Неврович, д-р техн. наук, проф., департамент технологий и инженерного менеджмента, инженерно-технологический факультет, Государственный университет им. Шота Руставели, ул. Ни-ношвили, 35, Батуми, 6010, Грузия. Тел. (222) 7-68-49, факс (222) 7-52-21. E-mail


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 31.03.11