RU56216U1 - INSTALLATION WITH FLOW-LOW REGENERATION OF ION EXCHANGE FILTER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к установкам для очистки сточных и природных вод с помощью ионообменных фильтров с противоточной регенерацией, а именно к установкам для регенерации ионообменных смол с образованием минимального объема концентрированных отходов, и может быть использована для очистки сбросных вод от в различных нормируемых загрязнений: радионуклидов, ионов тяжелых металлов, солей жесткости и токсичных анионов в химической, атомной промышленности, металлообработке и других отраслях, а также в водоподготовке для энергетики, химической и пищевой и других отраслей. Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание установки, использующей оборудование незначительного объема с минимальным количеством запорной арматуры и обеспечивающей эффективную регенерацию ионитов при минимальном объеме отходов. Поставленная задача достигается тем, что установка с противоточной регенерацией ионообменного фильтра, состоит из накопительной емкости для исходного раствора, ионообменного противоточного фильтра, снабженного патрубками, к которым присоединены трубопроводы с клапанами, обеспечивющими последовательное пропускание через фильтр исходного раствора и в противоточном направлении регенерирующего раствора и промывной воды, причем на патрубках установлены нижний и верхний и солемеры, снизу и сверху фильтра размещены два клапана, которые соединены трубопроводами с накопительной емкостью для исходного раствора, причем верхний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи регенерата, а нижний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи очищенного раствора линиями управления с возможностью открытия клапанов в противофазе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to installations for the treatment of wastewater and natural waters using ion-exchange filters with countercurrent regeneration, namely, installations for the regeneration of ion-exchange resins with the formation of a minimum amount of concentrated waste, and can be used to treat waste water from various normalized contaminants: radionuclides, heavy metal ions, hardness salts and toxic anions in the chemical, nuclear industry, metal processing and other industries, as well as in water treatment for energy, nical, food and other industries. The task to which the proposed utility model is directed is to create a plant using equipment of small volume with a minimum amount of shutoff valves and ensuring efficient regeneration of ion exchangers with a minimum amount of waste. This object is achieved in that the installation with countercurrent regeneration of the ion-exchange filter consists of a storage tank for the initial solution, an ion-exchange counter-current filter equipped with nozzles, to which pipelines with valves are connected, providing a sequential transmission of the initial solution through the filter and in the countercurrent direction of the regenerating solution and washing water, and the lower and upper and salinometers are installed on the nozzles, two valves are located below and above the filter, which oedineny pipelines with storage capacity for the feed solution, the upper salimeter return valve is connected to the washing solution and regenerate dispensing valve and the lower valve salimeter connected to the return of the washing solution and the purified solution dispensing valve control lines, with the opening of valves in antiphase. 1 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к установкам для очистки сточных и природных вод с помощью ионообменных фильтров с противоточной регенерацией, а именно к установкам для регенерации ионообменных смол с образованием минимального объема концентрированных отходов, и может быть использована для очистки сбросных вод от различных нормируемых загрязнений: радионуклидов, ионов тяжелых металлов, солей жесткости и токсичных анионов в химической, атомной промышленности, металлообработке и других отраслях, а также в водоподготовке для энергетики, химической и пищевой и других отраслей промышленности.The utility model relates to installations for the treatment of wastewater and natural waters using ion-exchange filters with countercurrent regeneration, namely, to installations for the regeneration of ion-exchange resins with the formation of a minimum amount of concentrated waste, and can be used to treat waste waters from various normalized contaminants: radionuclides, ions heavy metals, hardness salts and toxic anions in the chemical, nuclear industry, metalworking and other industries, as well as in water treatment for energy, chemicals food and other industries.

К техническим решениям по регенерации ионита в фильтре предъявляются следующие основные требования: обеспечить максимальную степень регенерации ионита при минимальном расходе реагентов и объеме полученных отходов (регенератов). Первые два требования решаются применением противоточной регенерации ионитов. Последнее особенно актуально, когда данные отходы подвергаются дальнейшей переработке или захоронению.The following basic requirements are imposed on technical solutions for the regeneration of ion exchange resin in a filter: to ensure the maximum degree of regeneration of ion exchange resin with a minimum consumption of reagents and the amount of waste (regenerates) received. The first two requirements are solved by the use of countercurrent regeneration of ion exchangers. The latter is especially true when these wastes are further processed or disposed of.

Известна установка с противоточной регенерации ионитов по способу регенерации типа APCORE (пат. РФ №2241542, 05.09.03, МПК B 01 J 49/00), состоящая из ионообменного фильтра, имеющего две дренажно-распределительные системы сверху и снизу, заполненного на 85-95% ионитом и плавающим инертным материалом и снабженного системой клапанов, обеспечивающих последовательную подачу в ионитный фильтр очищаемого раствора в направлении сверху вниз, и в противоточном направлении - снизу вверх, воды с большой скоростью, затем регенерирующего агента и промывной воды с меньшей скоростью и окончательную отмывку ионита сверху вниз. Весь регенерационный раствор сбрасывается на переработку.A known installation with countercurrent regeneration of ion exchangers according to the APCORE type regeneration method (US Pat. RF No. 2241542, 09/05/03, IPC B 01 J 49/00), consisting of an ion exchange filter having two drainage distribution systems at the top and bottom, filled with 85- 95% ion exchanger and floating inert material and equipped with a system of valves that provide a sequential supply of the solution to be cleaned in the ion exchanger from top to bottom, and countercurrent from bottom to top, at a high speed, then a regenerating agent and washing water with less at the highest speed and final washing of the ion exchanger from top to bottom. The entire regeneration solution is recycled.

Недостатком этой установки является большой объем сбрасываемого регенерата с низкой концентрацией.The disadvantage of this installation is the large volume of discharged regenerate with a low concentration.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является установка противоточной регенерации ионитов с фракционированием The closest technical solution selected for the prototype is the installation of countercurrent regeneration of ion exchangers with fractionation

регенерата, состоящая из ионообменного фильтра, системы накопительных емкостей и трубопроводов с запорной арматурой, которые обеспечивают последовательное пропускание через фильтр очищаемого раствора в направлении сверху вниз, регенерационного раствора и промывной воды в противоточном направлении - снизу вверх, со сбросом на дальнейшую переработку первой порции регенерата, сбором второй порции регенерата и первой порции промывной воды в специальные баки из которых они после доукрепления реагентом используются повторно (Е.И.Захаров, Б.Е.Рябчиков, В.С.Дьяков, Ионообменное оборудование атомной промышленности, М., Энергоатомиздат, 1987 с.115) Такая установка позволяет сократить объем отходов и повысить их концентрацию в 2-4 раза по сравнению с традиционной регенерацией.a regenerate consisting of an ion-exchange filter, a system of storage tanks and pipelines with shut-off valves, which provide sequential passage through the filter of the solution to be cleaned from top to bottom, regeneration solution and wash water in the counter-current direction - from bottom to top, with a discharge for further processing of the first portion of the regenerate, collecting the second portion of the regenerate and the first portion of the wash water in special tanks from which they are reused after re-fortification with reagent (E.I. Zakharov, B.E. Ryabchikov, V.S. Dyakov, Ion-exchange equipment of the nuclear industry, M., Energoatomizdat, 1987 p.115) Such an installation allows reducing the volume of waste and increasing its concentration by 2-4 times in comparison with traditional regeneration.

Недостатками этой установки является громоздкость используемого оборудования, большое количество запорной арматуры, что вызывает сложность управления и трудность автоматизации.The disadvantages of this installation are the bulkiness of the equipment used, a large number of shutoff valves, which causes control complexity and automation difficulty.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание установки, использующей оборудование незначительного объема с минимальным количеством запорной арматуры и обеспечивающей эффективную регенерацию ионитов при минимальном объеме отходов.The task to which the proposed utility model is directed is to create a plant using equipment of small volume with a minimum amount of shutoff valves and ensuring efficient regeneration of ion exchangers with a minimum amount of waste.

Поставленная задача достигается тем, что установка с противоточной регенерацией ионообменного фильтра, состоит из накопительной емкости для исходного раствора, ионообменного противоточного фильтра, снабженного патрубками, к которым присоединены трубопроводы с клапанами, обеспечивающими последовательное пропускание через фильтр исходного раствора и в противоточном направлении регенерирующего раствора и промывной воды, причем на патрубках установлены нижний и верхний и солемеры, снизу и сверху фильтра размещены два клапана, которые соединены трубопроводами с накопительной емкостью для исходного раствора, причем верхний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи регенерата, а нижний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи очищенного раствора линиями управления с возможностью открытия клапанов в противофазе.This object is achieved in that the installation with countercurrent regeneration of the ion-exchange filter consists of a storage tank for the initial solution, an ion-exchange counter-current filter equipped with nozzles, to which pipelines with valves are connected, which allow the sequential transmission of the initial solution through the filter and in the countercurrent direction of the regenerating solution and washing water, and the lower and upper and salinometers are installed on the nozzles, two valves are located below and above the filter, which they are connected by pipelines with a storage tank for the initial solution, the upper salinometer being connected to the wash solution return valve and the regenerate dispensing valve, and the lower salinometer is connected to the washing solution return valve and the purified solution dispensing valve by control lines with the possibility of opening the valves in antiphase.

В частном варианте в качестве линии управления используют пневматическую или электрическую линию.In a particular embodiment, a pneumatic or electric line is used as a control line.

На Фиг.1 показана схема установки с противоточной регенерации ионообменного фильтра, где 1 - накопительная емкость исходного раствора; 2 - насос исходного раствора; 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12 - управляемые клапана; 5 - ионообменный противоточный фильтр; 10 - нижний солемер; 11 - верхний солемер; 13 - верхнее дренажно-распределительное устройство; 14 - слой ионита; 15 - нижнее дренажно-распределительное устройство.Figure 1 shows the installation diagram with countercurrent regeneration of the ion-exchange filter, where 1 is the storage capacity of the initial solution; 2 - pump of the initial solution; 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12 — controlled valves; 5 - ion exchange counterflow filter; 10 - lower salinometer; 11 - upper salinometer; 13 - upper drainage distribution device; 14 - layer of ion exchanger; 15 - lower drainage distribution device.

На Фиг.2 показан характер изменения солесодержания на выходе из фильтра диаметром 700 мм во время регенерации.Figure 2 shows the nature of changes in salinity at the outlet of the filter with a diameter of 700 mm during regeneration.

Предлагаемая установка работает следующим образом.The proposed installation works as follows.

При очистке исходный раствор, например, раствор ЖРО подают насосом 2 через клапан 3 в фильтр 5, пропуская его сверху вниз через слой ионита 14, заполняющего фильтр примерно на 80-90%. Над ионитом сверху плавает слой инертной загрузки, защищающей от забивания частицами ионита верхнее дренажно-распределительное устройство 13. После насыщения ионита снизу через клапан 7 подают с большой скоростью промывную воду, которая отмывает ионит от взвесей и поднимает его слой вверх. Промывной раствор, имеющий солесодержание, соответствующее промывной или исходной воде, выводят через клапан 4 в накопительную емкость для исходного раствора 1. Затем снизу последовательно вводят регенерирующий раствор через клапан 8 и промывную воду через клапан 4. Первые порции выходящего из фильтра раствора представляют собой межпоровую воду и имеют солесодержание, близкое к промывной воде или к исходному раствору, как видно из начального участка кривой на Фиг.2. Затем солесодержание регенерата резко увеличивается и при достижении установленного значения по сигналу верхнего солемера 11 клапан 4 закрывается, а клапан 12 открывается и регенерат подают в сборную емкость. После прохождения основного объема регенерата его солесодержание резко уменьшается и при достижении порогового значения, превышающего в 1,5-10 значений солесодержания исходного раствора, по сигналу верхнего солемера 11 клапан 12 закрывается, а клапан 4 вновь открывается и промывную воду с незначительным солесодержанием возвращают в голову процесса. Окончательную отмывку ионита проводят. исходным раствором сверху вниз, причем пока солесодержание промывного раствора превышает 1,5-10 значений солесодержания исходного раствора по сигналу нижнего солемера 10 клапан 9 закрывается, а клапан 6 открывается и промывную воду возвращают в голову When cleaning the initial solution, for example, LRW solution is pumped 2 through valve 3 into filter 5, passing it from top to bottom through a layer of ion exchanger 14 filling the filter by about 80-90%. Above the ion exchanger, an inert loading layer floats above, protecting the upper drainage-distributing device 13 from clogging with ionite particles. After the ion exchanger is saturated, washing water is supplied from below through the valve 7 at high speed, which launches the ion exchanger from suspensions and raises its layer up. A wash solution having a salinity corresponding to the wash or feed water is discharged through valve 4 into the storage tank for the initial solution 1. Then, a regenerating solution is introduced from below sequentially through valve 8 and wash water through valve 4. The first portions of the solution leaving the filter are inter-pore water and have a salt content close to the wash water or to the initial solution, as can be seen from the initial portion of the curve in figure 2. Then, the salinity of the regenerate increases sharply, and when the set value is reached by the signal of the upper saline gauge 11, the valve 4 closes, and the valve 12 opens and the regenerate is supplied to the collection tank. After passing through the main volume of the regenerate, its salinity decreases sharply, and when a threshold value exceeds 1.5-10 values of the salinity of the initial solution, the valve 12 closes at the signal of the upper salinometer 11, and valve 4 reopens and wash water with a slight salinity is returned to the head process. The final washing of the ion exchanger is carried out. the initial solution from top to bottom, and while the salt content of the washing solution exceeds 1.5-10 values of the salt content of the initial solution by the signal of the lower salinometer 10, valve 9 closes, and valve 6 opens and the washing water is returned to the head

процесса. После окончательной отмывки ионита по сигналу нижнего солемера 10 клапан 6 закрывается, а клапан 9 открывается и очищенный раствор подают для дальнейшей переработки.process. After the final washing of the ion exchanger at the signal of the lower salinometer 10, the valve 6 closes, and the valve 9 opens and the purified solution is supplied for further processing.

Примеры осуществления предлагаемой полезной модели.Examples of the proposed utility model.

Пример 1. Прототип. На Московской станции переработки жидких радиоактивных отходов используют ионообменную установку с противоточными фильтрами, регенерацию которых проводят путем разделения регенерата на отдельные фpaкции, собираемые каждый в 2 емкости, в данном случае на две фракции. Первую, наиболее концентрированную, затем отправляют на переработку. Аналогично в две емкости собирают промывную воду. Остальные малосолевые промывные воды, необходимые для более глубокой отмывки смолы, возвращают в голову процесса.Example 1. The prototype. At the Moscow liquid radioactive waste processing station, an ion exchange unit with counterflow filters is used, the regeneration of which is carried out by dividing the regenerate into separate fractions collected each in 2 containers, in this case into two fractions. The first, most concentrated, is then sent for processing. Similarly, wash water is collected in two containers. The remaining low-salt wash water, necessary for deeper washing of the resin, is returned to the head of the process.

При следующей регенерации в качестве первой фракции регенерирующего раствора используют вторую фракцию от предыдущей регенерации из первой емкости, доукрепленную до заданной концентрации реагентом, которую затем собирают во второй емкости. Второй частью регенерирующего раствора становится первая фракция промывной воды из емкости, также доукрепленная реагентом. В качестве первой порции промывной воды используют вторую фракцию промывной воды из емкости, собираемую затем в емкость. Последующую отмывку проводят обессоленной или технической водой из сети.At the next regeneration, the second fraction from the previous regeneration from the first tank, which was added to the predetermined concentration with the reagent, which is then collected in the second tank, is used as the first fraction of the regenerating solution. The second part of the regenerating solution becomes the first fraction of the wash water from the tank, also replenished with a reagent. As the first portion of the wash water, a second fraction of the wash water from the tank is used, then collected in the tank. Subsequent washing is carried out with demineralized or industrial water from the network.

Такая схема, используемая более 40 лет, позволяет сократить общий объем кислого и щелочного регенератов до 1,5-2%, что особенно важно в данном случае, когда они подвергаются дальнейшей переработке и захоронению.This scheme, used for more than 40 years, can reduce the total volume of acid and alkaline regenerates to 1.5-2%, which is especially important in this case, when they are subjected to further processing and disposal.

Пример 2.Example 2

Ионообменная установка, показанная на Фиг 1 имеет противоточный фильтр диаметром 700 мм, объемом катионита 680 л, оснащенным системой управляемых клапанов 1-7, которые обеспечивают последовательное пропускание через фильтр очищаемых ЖРО, регенерирующего раствора и промывной воды, в режиме регенерации АПКОРЕ, на выходных патрубках которого установлены солемеры (кондуктометры) 10 и 11 с возможностью установки уровня включения выходного реле.The ion-exchange installation shown in Fig. 1 has a counter-current filter with a diameter of 700 mm, a cation exchanger volume of 680 L, equipped with a controlled valve system 1-7, which provide sequential passage through the filter of purified LRW, regenerating solution and washing water, in the APCORE regeneration mode, at the outlet pipes which are installed salimeter (conductometers) 10 and 11 with the ability to set the level of inclusion of the output relay.

При очистке ЖРО пропускают сверху вниз через слой ионита в Na-форме. Объем очищенной воды составляет 180-210 м³. После насыщения ионита снизу через клапан 7 подают с большой скоростью промывную воду, которая отмывает ионит от взвесей и поднимает его слой вверх. Промывной раствор, имеющий солесодержание соответствующее промывной или исходной воде выводят через клапан 4 в систему спецканализации и возвращают в бак исходных ЖРО. Затем снизу последовательно вводят регенерирующий раствор через клапан 8 и промывную воду через клапан 7. Первые порции выходящего из фильтра раствора представляют собой межпоровую воду и имеют солесодержание, близкое к исходной воде. Затем солесодержание регенерата резко увеличивают (см. Фиг.2) и при достижении установленного значения 1-5 г/л по сигналу солемера 11 клапан 4 закрывается, а 12 открывается и регенерат подают в емкость концентратов ЖРО. После прохождения основного объема регенерата его солесодержание резко уменьшается и при достижении порогового значения, превышающего в 1-5 г/л, по сигналу солемера 11 клапан 4 закрывается, а клапан 12 открывается и промывную воду с незначительным солесодержанием возвращают в голову процесса. Окончательную отмывку ионита производят исходным раствором сверху вниз. Пока солесодержание промывного раствора превышает 1-5 г/л, что соответствует 3-10 значениям солесодержания исходной воды по сигналу солемера 10 клапан 9 закрывается, а клапан 6 открывается и промывную воду возвращают в голову процесса. После окончательной отмывки ионита по сигналу солемера 10 клапан 6 закрывается, а клапан 9 открывается и очищенный раствор подают для дальнейшей переработки.When cleaning, LRW is passed from top to bottom through a layer of ion exchanger in the Na form. The volume of purified water is 180-210 m ³ . After saturation of the ion exchanger from below, washing water is supplied at high speed through valve 7, which washes the ion exchanger from suspensions and raises its layer up. A washing solution having a salinity corresponding to the washing or source water is discharged through valve 4 into the special sewage system and returned to the source LRW tank. Then, a regenerating solution is introduced from below from below through valve 8 and washing water through valve 7. The first portions of the solution leaving the filter are inter-pore water and have a salinity close to the source water. Then, the salt content of the regenerate is sharply increased (see Figure 2) and when the set value of 1-5 g / l is reached by the signal of the salimeter 11, the valve 4 closes, and 12 opens and the regenerate is fed into the capacity of LRW concentrates. After passing through the main volume of the regenerate, its salt content sharply decreases and when a threshold value of 1-5 g / l is reached, valve 4 closes at the signal of salinometer 11, valve 12 opens and washing water with a slight salinity is returned to the process head. The final washing of the ion exchanger is carried out with the initial solution from top to bottom. While the salt content of the wash solution exceeds 1-5 g / l, which corresponds to 3-10 values of the salt content of the source water at the signal of salinometer 10, valve 9 closes, valve 6 opens and the wash water is returned to the process head. After the final washing of the ion exchanger by the signal of salinometer 10, valve 6 closes, and valve 9 opens and the purified solution is supplied for further processing.

Из Фиг.2 видно, что объем выводимого концентрированного регенерата составляет примерно 900 л, что составляет всего лишь 1,3 от объема ионита в фильтре или 0,43% от объема очищенных ЖРО. При испытании и эксплуатации такой установки показано, что объем выводимого на переработку регенерата составляет не более 0,4-1,0% от объема очищенного, раствора при резком сокращении количества используемого оборудования, производственных площадей, количества запорной арматуры и обеспечении полностью автоматического управления установкой.Figure 2 shows that the volume of concentrated concentrated regenerate is approximately 900 l, which is only 1.3 of the volume of the ion exchanger in the filter or 0.43% of the volume of purified LRW. During testing and operation of such a plant, it was shown that the volume of regenerate recovered for processing is not more than 0.4-1.0% of the volume of purified solution with a sharp reduction in the number of equipment used, production areas, the number of valves and fully automatic control of the plant.

Claims (2)

1. Установка с противоточной регенерацией ионообменного фильтра, состоящая из накопительной емкости для исходного раствора, ионообменного противоточного фильтра, снабженного патрубками, к которым присоединены трубопроводы с клапанами, обеспечивющими последовательное пропускание через фильтр исходного раствора и в противоточном направлении регенерирующего раствора и промывной воды, отличающаяся тем, что на патрубках установлены нижний и верхний солемеры, снизу и сверху фильтра размещены два клапана, которые соединены трубопроводами с накопительной емкостью для исходного раствора, причем верхний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи регенерата, а нижний солемер соединен с клапаном возврата промывного раствора и клапаном выдачи очищенного раствора линиями управления с возможностью открытия клапанов в противофазе.1. Installation with countercurrent regeneration of the ion-exchange filter, consisting of a storage tank for the initial solution, an ion-exchange counter-current filter, equipped with nozzles, to which are connected pipelines with valves that ensure the sequential passage of the initial solution through the filter and in the countercurrent direction of the regenerating solution and washing water, characterized in that the lower and upper salinometers are installed on the nozzles, two valves are located below and above the filter that are connected to the pipelines a storage tank for the stock solution, the upper salimeter return valve is connected to the washing solution and regenerate dispensing valve and the lower valve salimeter connected to the return of the washing solution and the purified solution dispensing valve control lines, with the opening of valves in antiphase. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве линии управления используют пневматическую или электрическую линию.

2. Installation according to claim 1, characterized in that a pneumatic or electric line is used as a control line.