Способ очистки природных и сточных вод от многозарядных ионов

 

Изобретение относится к водоподготовке, в частности к очистке воды от многозарядных ионов. Цель изобретения - ускорение процесса и обеспечение глубокой очистки от особотоксичных ионов и их смесей. Очистку воды ведут обработкой в электрическом поле с использованием электродов, покрытых пластинами из диэлектрика, имеющего диэлектрическую проницаемость во много раз больше чем диэлектрическая проницаемость воды, при подаче на них линейно возрастающего напряжения с последующим отделением приэлектродных объемов воды и отводом очищенной воды из межэлектродного пространства. В качестве диэлектрика используют сегнетокерамику. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1590442 (51)5 С 02 F 1/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4066097/30-26

22) 05.05.86

46) 07.09.90. Бюл. Н 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (72) В.С.Антонов (53) 628.543 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 867391, кл. С 02 F 1/46, 1979. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И

СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ (57) Изобретение относится к водоподготовке, в частности к очистке воды от многозарядных ионов. Цель изобретения - ускорение процесса и

Изобретение. относится к водоподготовке, в частности к очистке воды от многозарядных ионов.

Непрерывное развитие технологических процессов в промышленности требует развития технических способов получения особо чистой воды. Качество работы интегральных схем, печатных плат и других элементов электронной промышленности зависит от качества особо чистой воды, применяемой для их промывки. Особо чистая вода в этих условиях играет немаловажную роль.

Цель изобретения - ускорение процесса и обеспечение глубокой очистки воды от особо токсичных ионов и их смесей.

Нижний предел загрязнения особо чистой воды оценивается 10"т 3 (0,001 мг/л вещества, что соответст.вует 10 io так как 1 г загрязнителя

2 обеспечение глубокой очистки от особо токсичных ионов и их смесей. Очистку воды ведут обработкой в электрическом поле с использованием электро- дов, покрытых пластинами из диэлектрика, имеющего диэлектрическую проницаемость во много раз больше, чем диэлектрическая проницаемость воды, при подаче на них линейно .возрастающего напряжения с последующим отделением приэлектродных объемов воды и отводом очищенной воды из межэлектродного пространства. В качестве ди-. электрика используют сегнетокерамику. .1 з.п. ф-лы. в 1000 г воды соответствует по весу

0,14).

Согласно предлагаемому способу аномально подвижные ионы Н + и ОН исключены из процесса электролиза водного раствора, так как ионы высокотоксичных металлов имеют больший заряд, чем ионы Н + и ОН . Ионы бериллия, кадмия, ртути, например двузаряженные (Be +, Cd, Hg +). Двузаряженные ионы притягиваются к границе раздела двух сред (вода — сегнето" . керамическая пластина) с силой в четыре раза (2 ) большей, чем однозаряженные (1 ) ионы Н+ и ОН и др.

C помощью электрического поля иногозаряженные ионы Be +, Cd, Hg» концентрируются в слое воды, расположенной вблизи поверхности сегнетокерамической пластины, прикрывающей катод. Дополнительных химических ре1590442

0 +

Ы

2-1,6 -10

6-10 1з шт. ионов.

В устройство входит 50 мл раствора, следовательно, 1 л этого раствора содержит N „= 20 N <+ = 1,2 10 шт, двузаряженных ионов. За пять циклов очищается N = 6 -10 шт, В качестве загрязнения воды (бидистиллята) выбирают Cd (N0 з) q 4Н О (мол.масса 308 47). Если выбрать концентрацию загрязнения 0,003 мг/л, то количество частиц СЫ+ равно 6 «

«10 шт/л.

Для получения смеси особо токсичных веществ к загрязнению воды (би50

55 акций в воде при этом не происходит.

Концентраты вмещают заряды Q и Q (причем Q + = Q ), составленные из ионов Ве2+, Cdz+, Hgz+ pH- q ð

: При отсутствии в воде ионов Bez

И ", Нд + и других заряд О составлен ионами Н+, а заряд 0+ - иона° ми ОН

Диэлектрическая проницаемость воды 10 при 25 С равна 78,3. Следовательно, в водных растворах силы взаимодействия между ионами в 78,3 раза меньше, чем силы, действующие в кристаллах и во столько же раз уменьшается элек- 15 трическое поле, созданное зарядом.

Схема замещения устройства, реали-: зующего способ, состоит из двух равных конденсаторов С и С, соединенных

z последовательно резистором R, представляющим собой столб очищаемой воды, соприкасающейся с поверхностями сегнетокерамических пластин.

Измеренная мостом общая емкость конденсаторов С, и С, соединенных последовательно, составляет С о

= 890 пФ. Эта емкость может возрасти в 5 раз, если применить сегнетокерамику с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 10000 вместо

2000. Рабоее напряжение в установке выбирают 300В, вместо напряжения, обусловленного пробивными свойствами

В (3500 --" ) сегнетокерамики. Величина мм зарядов + = О.», накопленных в концентрате, равна 0+ = 78,3 С" U ц .

Тогда за один цикл очистки из загрязненной воды, заполнившей устройство, реализующее способ, удаляют (извлека 40 ют) дистиллята) кадмием добавляют загрязнение бериллием Bez+> выбирают нитрат бериллия Be(NO ) 3H О (мол. масса 187,07). Количество ионов Bez+ равно количеству ионов Cd2+, сумма

:ионов равна 6 10 шт/л. Следовательно. количество загрязняющего вещества

Ве(ЛО ь) z 3Н О равно 0,93 "10 г/л.

Следовательно, смесь особо токсичных веществ состоит из Cd(NO 3) z«

«4Н20 и Ве(ИОз) 3Н О в количествах

0,0015 и 0,00106 мг/л соответственно, В качестве мешающих ионов используют однозарядные ионы серебра Ag .

Количество мешающих ионов серебра

Ag+ выбирают равным 6 10." шт/л. В целях загрязнения воды (бидистиллята) используют AgNO (мол.масса 169,87)„ получая количество частиц Ag+, равное 1,7"10 г/л.

Один литр очищенной воды дает до

60 мл концентрата.

Проводят экспериментальную проверку глубины очистки загрязненного бидистиллята в трех случаях: очистка только от ионов кадмия Cdz+ . очистка оТ смеси ионов Cdz+ и Bez+; очистка от смеси ионов Cd2+, Bez+ и Ag+.

Очистку подготовленного раствора порциями 50 мл проводят по предлагаемому способу. Электроды устройства, реализующего способ, покрывают сегнетокерамическими пластинами, имеющими относительную диэлектрическую проницаемость, равную 2000, т ° е. много большую относительной диэлектрической проницаемости воды, равной

78,3. Подготовленный раствор в количестве 50 мл заливают в устройство. помощью переключателя к электродам устройства, реализующего способ, подключают напряжение 300В накопительного конденсатора 0,25 мкФ.

Напряжение на сегнетокерамических конденсаторах С, и С, соединенных последовательно столбом исследуемой воды, увеличивают по экспоненциальному закону, приближенному к линейному. За конечное время t напряжение на электродах нарастает до величины порядка 300В, Заряды Q+ и и сосре дотачиваются -вблизи поверхностей сегнетокерамических пластин. После этого концентраты отсекают с помощью алюминиевых пластин. Центральную часть, воды сливают в колбу, а затем в разные колбы после разряда емкостей С, и С сливают концентраты. На этом оканчиФормула изобретения

1. Способ очистки природных и сточных вод от многозарядных. ионов, включающий обработку их в электрическом поле с использованием электродов, покрытых диэлектриком, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью ускорения процесса и обеспечения глубокой очистки от особо токсичных ионов и их смесей, используют диэлектрик, имеющий диэлектрическую проницаемость, большую диэлектрической проницаемости воды, а процесс ведут при подаче линейно возрастающего напряжения с последующим отдепением приэлектродных обьемов воды и отводом очищенной воды из межэлектродного пространства.

2. Способ по и.1, о т л и ч а ю " шийся тем, что в качестве диэлектрика используют сегнетокерамику.

Корректор М.Кучерявая

:Заказ 2611 Тираж 799 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-,издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101

5 159044 вается первый цикл очистки порции бидистиллята от загрязнения ионами Cd>+ или Ве и СЫ+.

Наличие ионов Ag проверяют в центральной части воды и в концентрате.

Очищают 5 л от ионов Са» и Ве2, но в концентрате ионов Ag+ не обнаруживают, все серебро осталось в центральной части воды. Контроль концентрации ионов серебра в концентрате и центральной части воды проводят фотометрическим методом на фотоколориметре, Однозарядные ионы серебра Ag+ не смогли составить заряд Я+и войти в концентрат s третьем опыте. Как и во втором опыте заряд 0 составляется в третьем опыте ионами СЫ+ и Be2+. По сравнению с первым опытом заряд О + во 20 втором опыте не изменяется, следовательно, очистка воды во втором и третьем опытах происходит только от особо токсичных ионов СЫ+ и

Be +, иначе в концентрате в третьем опыте присутствовали бы ионы серебра, Электрические процессы в эксперименте наблюдают на экране осциллограФа.

Характеристики предлагаемого способа определяются сегнетокерамикой.

Бериллий — очень ядовитое легкое вещество, поэтому ограничение концентраций порядком 0,01 мг/л и меньше взято в способе именно по бериллию Be +, а более тяжелые ионы Cd2, Hg - и другие при этом могут присутствовать в воде в больших концентрациях, чем 0,01 мг/л, и могут быть очищены за один цикл. Для очистки от больших концентраций следует использовать 4,5 циклов очистки.

Сама очистка воды осуществляется электрическим ударом за несколько миллисекунд, Подготовительные работы занимают (по опыту работы с устройством, реализующим способ) 2-3 мин.

Это время тратится в основном на залив-и слив воды. Электрическая энергия в это время не расходуется.

Составитель Т.Барабаш

Редактор И,Дербак Техред Л.Олийнык

2 6

Для глубокой очистки воды от микропримесей используется в настоящее время метод их выделения на электродах. Электровыделение происходит из очень разбавленных растворов, поэтому важными Факторами становятся скорость транспортировки компонентов к поверхности электрода и явления на электродах. При этом выделении используется постоянный электрический. ток. Оптимальное напряжение составляет 30-40 В для слабых электролитов и 5-10 В для сильных. В большинстве случаев полнота выделения достигается только за длительное .время электролиза, что часто не вписывается в технологический производственный процесс. При этом, чем меньше концентрация раствора, тем медленнее идет процесс. Полное выделение микропримесей потребует очень большого времени, тогда как предлагаемый способ позволяет осуществить процесс за несколько миллисекунд.