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.
Технология обработки регенерационных растворов ионообменных установок определяется содержанием компонентов в сточных водах, зависящим от типа ионитовых 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 (ОРР) 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 ОРР с последующим умягчением в осветлителях воды.
Независимо от типа установок, в которых происходит реагентное умягчение ОРР, 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 ОРР возможно концентрирование его упариванием или электродиализом. Узел концентрирования устанавливают как до реагентного умягчения, так и после него. Для исключения применения дефицитной соды, проиводство которой неэкологично, может применяться технология, предусматривающая концентрирование ОРР на Na-катионитовых фильтрах с разделением солей. При этом получают кристаллическую поваренную соль, возвращаемую на регенерацию филыпров, и товарный 35—40%-ный раствор хлоридов кальция и магния, который может использоваться при низкотемпературном производстве некоторых сортов цемента. Технология обработки ОРР; не требующая применения кальцинированной соды, основана на использовании сульфата натрия для регенерации Na-катионитовых фильтров. При этом в ОРР 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 ОРР не удаляется. При фильтровании воды через катионит, регеперированный описанным способом, из нее будут удаляться только ионы Са+ при проскоке ионов Mg+. Важным в данной технологии является использование на водо-подготовительной 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 сaанионитовых фильтров содержат сульфаты, хлориды, бикарбонаты натрия. Предлагается ОРР этих фильтров обрабатывать совместно с ОРР 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 Mg + производится их удаление из ОРР 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 ОРР 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 ОРР этих фильтров подвергать известкованию с выделением гидроксида магния и сульфата кальция. После известкования остаточное содержание солей в ОРР 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 ОРР 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 ОРР для предварительных регенераций. В первую очередь следует оценить возможность применения ОРР 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 ОРР ОH-анионитовых фильтров смешивать с ОРР Н-катионитовых фильтров, содержащим сульфат натрия, и направлять на концентрирование с разделением солей.