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 — 0,179·10⁻³D² + 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.