Способ очистки воды

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

4 (21) 5002991/26 (22) 17.09,91

{46) 30.08.93, Бюл. М 32 (76) В.И.Заболоцкий и B.È.Ãîðäåeâ (56) Авторское свидетельство СССР

В 1433904, кл. С 02 F 1/46, 1988. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВО,ЦЫ

ô7) Изобретение относится к технологии очистки воды и может быть использовано самостоятельно для получения мягкой декарбонизованной воды, С целью снижения сОдержание в очищенной воде слоем жест.кости в способе очистки воды, включающем электрокоаугуляцию, осветвление, фильтрование, электродиализ с чередующимися биполярными мембранами. осветление ведут

Изобретение относится к технологии о4истки воды и может быть использовано самостоятельно для получения мягкой деионизованной воды, а также для предподготовки воды в обессоливающих установках, использующих электродиалиэную. обратноосмотическую или ионнообменную технологию.

Цель изобретения — снижение содержания в очищенной воде солей жесткости, полное удаление из нее гидрокарбонатных ионов и исключение расхода кислотных реагентов.

На фиг.1 изображена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг.2— схема направления потоков в электродиалиэаторах.

Схема включает электрокоагулятор 1, осветлитель 2, емкость для осветления воды

3, насос 4, фильтр 5, электродиализаторы 6 и 7, емкость-дегазатор 8. Электродиализа„„Я „„1838248 А3 (я)ю С 02 F 1/469, В 01 0 61/44 при рН >10,5. После фильтрования проводят злектродиалиэ с использованием двух электродиалиэаторов, один иэ которых состоит иэ чередующихся биполярных и катионообменных мембран, другой — иэ чередующихся биполярных, анионообменных и катионообменных мембран. Воду из щелочных камер первого электродиализатора подают в щелочные камеры второго электродиализатора и затем возвращают в осветлитель. Воду из кислотных камер первого электродиализатора разделяют на два потока и подают в соотношении 1: (5 — 10} соответственно в кислотные и обессоливающие камеры второго электродиализатора и процесс ведут при плотности тока

0,3 — 1,0 А/дм2. 2 ил., 3 табл. тор 6 состоит из чередующихся биполярных

9, анионнообменных 11 и катионнообменных 10 мембран. В злектродиализаторах 6 и

7 катионообменные стороны биполярных мембран 9 обращены к катоду 12 и образуют соответственно с соседними анионообменными 11 и катионообменными 10 мембранами кислотные камеры 13. Анионообменные стороны биполярных мембран 9 обращены к аноду 14 и образуют с соседними катионообменными мембранами 10 щелочные камеры 15. Катионнообменные 10 и анионообменные 11 мембраны в электродиализаторе 7 образуют обессоливающие камеры

16. В электродиализаторе 6 звено из чередующихся мембран 9 и 10 может повторяться и раэ. В электродиализаторе 7 звено из чередующихся мембран 9, 11 и 10 может повторяться n раэ.

Исходную воду пропускают через электрокоагулятор 1, где при прохождении по1838248 стоянного электрического тока на аноде образуется гидроксид железа. Обогащенная коагулянтом — гидроксидом железа — вода подщелачивается щелочью из электродиализатора 7 перед поступлением в нижнюю часть осветлителя 2. Твердая фаза, состоящая иэ гидроокисей железа, кальция, магния, а также из карбоната кальция, остается в нижней части осветлителя 2, а прошедшая через нее осветленная вода сливается в емкость 3, Из емкости 3 жидкость насосом 4 подают на фильтр 5, где отделяется твердая фаза. Фильтрат разделяют на два потока.

Один из них подают последовательно в щелочные камеры 15 электродиализаторов 6 и

7 и возвращает на вход в осветлитель 2, Другой поток направляют в кислотные камеры 13 электродиализатора 6. Под воздействием постоянного электрического тока в электродиализаторе 6 ионы щелочных металлов переносятся из кислотных камер 13 через катионнообменные мембранц 10 в щелочные камеры 15, Ьиполярные мемб- раны 9 генерируют в кислотные камеры 13 ионы водорода, а в щелочные камеры 15— ионы гидроксила. В кислотных камерах 13 электродиализатора 6 получают воду, имеющую рН 6,5-7,5, Эту воду разделяют надва потока в соотношении 1: (5 — 10) и подают соответственно в кислотные 13 и обессоливающие 16 камеры электродиализатора 7.

Под действием постоянного электрического тока в электродиализаторе 7 концентрация солей в обессоливающих камерах

i 6,. образованных анионнообменными 11 и катионнообменными 10 мембранами, уменьшается. B кислотных камерах 13 концентрируются ионы.

В щелочных камерах 15 происходит концентрирование катионов. 3а счет того, что кислотные камеры 13 электродиализатора 7 явля ются камерами концентрирования анионов и через них пропускают 10 — 20 g, раствора по отношению к обессоливающим камерам 16, концентрация анионов повышается в 5 — 10 раз, а значение рН в камерах

13 понижается до величины 2,5 — 2,8, Потоки воды из камер 13 и 16 обьединяют и направляют в емкость — дегазатор 8, получая таким .образом значение рН предподготовленной воды < 4,3, при котором происходит полное разложение гидрокарбонатных ионов по уравнению реакции;

НСОз + Н - Н2О+ СО

Пример, Перерабатываемую воду с общей жесткостью 4,6 мг-экв/n, рН 7,35 и концентрацией гидрокарбонатов 6,5 мгэкв/л подают со скоростью 60 л/ч в установку.

Электрокоагулятор 1 имеет шесть железных электродов с площадью каждого

1,8 дм . Расстояние между электродами

5 мм.

Осветлитель 2 имеет обьем 100 л, площадь зеркала 100 дм . Фильтр изготовлен из пористого титана, средний диаметр пор

5 — 10 мкм, общая плотность фильтрующей поверхности 20 дм2.

Злектродиализатор 6 имеет 41 катионообменную мембрану 10 марки МК-40 и 40 биполярных мембран 9 марки МБ-1, которые образуют сорок кислотных 13 и сорок щелочных 15 камер. Плотность электрического тока на электродиализаторе 6 равна

0,7 — 1,0 А/дм . Злектродиализатор 7 имеет

31 катионнообменную мембрану 10 марки

МК-40, 30 биполярных мембран марки МБ-1 и 30 анионнообменных мембран 11 марки

MA-40, которые образуют тридцать обессоливающих камер 16, тридцать кислотных камер 13 и тридцать щелочных камер 15.

Плотность электрического тока на электродиализаторе 7 равна 0,1 — 1,5 А/дм . Катоды

12 выполнены из нержавеющей стали марки

Х18Н10Т. Аноды 14 выполнены из титана, покрытого окисью рутения.

В табл.1 показана зависимость общей жесткости осветленной воды от величины рН в осветлителе.

Как видно из табл.1, в интервале рН 10,5 происходит максимально возможная очистка воды (жесткость равна 0,2—

0,1 мг-экв/л.

В табл.2 представлены показатели, характеризующие качество исходной и очищенной воды в зависимости от параметров способа очистки.

Как видно из табл.2, при соотношении потоков очищаемой воды через кислотные

13 и обессоливающие 16 камеры электродиализатора 7 равном 1; (5- 10) (пример 4 и 5) удается снизить жесткость в очищаемой воде до уровня 0,05 мг-экв/л и полностью удалить из нее гидрокарбонатные ионы. При соотношении этих же потоков воды 1: (12—

20) (пример 6- 8) наблюдается интенсивный разогрев воды в кислотных камерах 13, что приводит к выходу электродиализатора 7 из строя, так как серийные ионнообменные мембраны типа МК-40, МА-40 и МБ-1 работают при с < 35 С. При сеотношении потоков воды, меньших, чем 1: 5 не удается полностью устранить содержание гидрокарбонатных ионов в очищаемой воде.

Кроме того, как видно из таблицы, оптимальным интервалом плотности тока, при котором достигается поставленная цель, является 0,3 — 1,0 А/дм (пример 11 — 14 и

20 — 22), При плотностях тока больших, чем

1838248

Таблица 1

Зависимость общей жесткости осветленной воды от величины рН в осветлителе

Таблица 2

Связь основных параметров способа очистки воды

Пл — ть, А/дм рН кислотные камеры

Соотношение потоков рн обессоливающие камеры

Очищенная воды

Тем-ра в кислотных камерах

М пр. обессоливающие камеры кислот жесткость, мг-Экв

Снсоз. мг — ка ные камеры

0,5

0,5

0.5

0,5

7,0

7,0

7,0

6,5

6,5

5,8

4,8

3,3

21

23

6,90

6,50

5,80

4,00

1

1.0,1

0,09

0,07

0,05

6,5

5,9

2,4

0,1 А/дм (пример 15 — 16 и 23 — 24) наблюдается интенсивный разогрев воды в кислотных камерах 13 до i > 35ОС, что приводит к выходу электродиализатора 7 из строя.

8 табл.3 представлены результаты опы- 5 тов по очистке воды предлагаемым способом в сравнении.с известным.

Как видно иэ табл,3, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет в два раза снизить концентрацию солей 10 жесткости (0,05 мг-экв/л и 0,1 мг-экв/л соответственно) и полностью устранить со-. держание гидрокарбонатных ионов в очи щаемой воде.

Таким образом, осветление воды при 15 рН > 10 5, проведение электродиалиэа с использованием двух электродиализаторов, один иэ которых состоит из чередующихся биполярных и катионообменных мембран, а второй — иэ чередующихся биполярных, 20 анионообменных M катиоонообменных мембран, подача воды из щелочных камер первого электродиализатора в щелочные камеры второго электродиализатора и возврат щелочи на осветление, разделение по- 25 тоКа воды из кислотных камер первого электродиализатора в соотношении 1; (5—

10) и подача его соответственно в кислотные и обессоливающие камеры второго электродиалиэатора, а также ведение процесса 30 электродиализа при плотности тока 0,3—

1,0 А/дм позволяет снизить содержание в очищаемой воде солей жесткости, практически полностью удалить из нее гидрокарбонатные ионы и исключить расход кислотных реагентов.

Формула изобретения

Способ очистки воды, включающий электрокоагуляцию, осветление, фильтрование, электродиализ с биполярными мембранами, отличающийся тем, что осветление ведут при р Н > 10,5 и электродиализ ведут в двух последовательно соединенных электродиализаторах, один из которых содержит чередующиеся биполярные и катионообменные мембраны, а другой — биполярHûå, анионообменные и катионнообменные мембраны, воду из щелочных камер первого злектродиализатора подают в щелочные камеры второго электродиализатора и направляют на осветление, а воду иэ кислотных камер первого электродиализатора делят на два потока в соотношении 1: 5 — 10 и подают соответственно в кислотные и обессоливающие камеры второго электродиализатора с последующим объединением потоков, при этом процесс электродиализа ведут при плотности тока 0,3 — 1,0 А/дм .

1838248

Продолжение табл. 2

Пл-ть, А/дм рН кислотные камеры

Соотношение потоков . рН обессоливаю—.щиекамеры

Очищенная воды

Тем-ра в кислотных камерах

Q пр. кислот- обессоные ка- ливаюмеры. щие камеры рН

Сн сов. мг-зкВ жесткость, мг-экв Таблица 3

Характеристики очищенной воды предлагаемым способом в сравнении с известным (прототипом) .5

7

9

1f

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1 l0

12

5

5

5

5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,1

0,2

0,3

0,5

0,7 . 1,0

1,2

1,5

0,1

0,2

0.3

0,5

0,7

1,0

1,2

1.5

2,8

2,7

2,6

2,5

6,5

5,8

3,5

3,3

3,2

3,1

3,0

3,0

5,8

48

3,2

2.8

2,7

2,6

2,6

2,5

6,0

6,0

6.0

6,0.

7,0

7,0

6,8

6,5

6,5

6,5

6,5

6,5

7.0

6,9

6,5

6,0

6,0

6,0

6,1

6,0

28

36

22

24

28

29

32

36

43

24

26

27

28

29

3.50

3,50

3,40

3,00

6,90

6,50

4,10

4.00

3,70

3,50

3.3

3.2

6,5

5,2

4,1

3,5

3,5

3,5

3.4

3.2

0,05

0,05

0,05

0,05 . 0,09

0,08

0,05

0.05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,08

0,07

0.06

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

О

О

О

6,5

5,8

0

О

О

О

5,8

2,2

0

О

О

О

1838248

Фиг. 7

10 70

V 10

Я 7Ð

Составитель В. Заболоцкий

Редактор С. Кулакова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т. Вашкович

Заказ 2897 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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