СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2019 года по МПК B08B3/10 

Изобретение относится к области техники, связанной с реализацией физико-химических методов обработки водных растворов в целях повышения эффективности технологических процессов, увеличения ресурса работы применяемого оборудования, а также снижения стоимости, трудоемкости и опасности его эксплуатации. Частными, но весьма распространенными, вариантами водных растворов, ежечасно подвергаемыми обработке, являются потребительская и технологическая вода их различных источников, производственные и хозяйственно-бытовые сточные воды.

В практике обработки потребительской воды и стоков с целью их очистки, нагрева воды для отопления жилых зданий и производственных помещений, химической и биохимической трансформации водных растворов, обработки воды с целью снижения ее окислительно-восстановительного потенциала и т.д. - раньше или позже возникает проблема очистки рабочих элементов используемого оборудования, трубопроводов, элементов запорно-регулирующей арматуры и теплообменников от различных накапливающихся отложений, шламов и продуктов коррозии.

Современный уровень техники характеризуется использованием на основной стадии технологического процесса многообразных способов осуществления химической, физико-химической и физической трансформации воды и различных водных растворов во всевозможных рабочих камерах химико-технологического оборудования, работающего на различных принципах и имеющего различную конструкцию. При этом камеры могут заполняться или нет разнообразными наполнителями - гранулированными или пористыми фильтрующими, сорбирующими материалами, нагревательными элементами или электродами (см. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии ч.1, 2. - М.: Химия, 1995).

Залогом нормальной работы технологической аппаратуры и подключенного к ней любого вспомогательного инженерного оборудования (сосудов-сборников целевых фракций, трубопроводов и теплообменников и т.п.) является правильное и своевременное выполнение другой стадии комплексного процесса обработки жидкостей - поддержание чистоты внутренних поверхностей рабочих камер аппаратов и заполняющих их материалов, трубопроводов, а также отсутствие коррозионных отложений на металлических элементах оборудования, соприкасающихся с рабочими средами. Таким образом, сохранение работоспособности технологических устройств в процессе их эксплуатации не менее важно, чем обеспечение эффективности собственно физико-химической трансформации обрабатываемых водных растворов. Но уровню технических решений этой проблемы- проблемы промывки оборудования, наполнителей рабочих камер, трубопроводов и установленных на них элементов запорно-регулирующей арматуры, до сих пор уделялось, на наш взгляд, недостаточное внимание. По этой причине, при рассмотрении алгоритмов технологической обработки водных растворов в целом, в данной заявке акцент делается на стадии, которая в целом разработана меньше - стадии, обеспечивающей максимальную работоспособность технологического оборудования.

Наиболее часто в целях промывки оборудования используются водные растворы с кислотными свойствами (для удаления минеральных отложений, осадков и накипей) или основными свойствами (для очистки систем в которых присутствуют жировые, нефтяные и маслянистые отложения), то есть растворы с низким или высоким рН. При этом фактор низкого или высокого водородного показателя (рН) в большинстве случаев оказывается решающим, а природа кислотных или основных остатков чаще всего не играет существенной роли.

Подобные способы промывки в обязательном порядке предусматривают применение емкостей (баков) для размещения или приготовления в них растворов необходимых реагентов. Из емкостей растворы кислот или щелочей подаются в промываемые коммуникации с помощью насосов, напора потока воды в трубопроводах или самотеком за счет давления столба жидкости. Устройства для промывки могут снабжаться механизмами дозирования и перемешивания воды и/или реагентов. Иногда промывочные жидкости насыщаются пузырьками воздуха или пара. Соответственно, в рамках указанной методологии в настоящее время используются различные устройства, различающиеся конкретным исполнением баков, дозаторов, мешалок и побудителей расхода, их количеством и схемами подключения. В частности, известен ряд способов очистки емкостей и металлических поверхностей от вредных загрязнений. Устройства для реализации данного способа различаются в технических деталях, не изменяющих, однако, принципиального подхода к проблеме. Используется промывка емкостей различными жидкостями (патент Франции 2611148, 1988; патент США 4710232, 1987 и др.). Способы и устройства подобного рода могут рассматриваться в качестве аналогов.

В качестве прототипа заявляемого изобретения можно рассматривать устройство для очистки емкостей и металлических поверхностей от вредных загрязнений согласно патенту РФ №2385443. Устройство, как и все аналоги, содержит бак, предназначенный для подпитки системы водой и для приготовления в них химического раствора. Бак, соединенный с источником воды, имеет люк для засыпки реагента и коническое дно. Бак связан с циркуляционной системой, включающей сетевой насос, циркуляционный насос, всасывающий, нагнетательный и обратный трубопроводы, а также байпас для циркуляции промывочного раствора. Гидравлическая схема с измерительными приборами запорно-регулирующей арматурой управляется от электрического щита.

Прототип имеет общий со всеми аналогами существенный недостаток, заключающийся в том, что для реализации применяемого способа очистки необходимы транспортировка, складирование, хранение, разбавление или разведение реагентов, как правило, агрессивных в случае их попадания на окружающие предметы, опасных для человека: токсичных и вредных при их контакте с внешними и внутренними поверхностями человеческого тела. Поэтому при реализации известного способа с использованием известных устройств приходится уделять самое серьезное внимание мероприятиям по обеспечению безопасности труда с вредными химическими веществами, проведению учебных занятий, необходимо обеспечивать периодический медицинский осмотр персонала, имеющего дело с кислотами и щелочами. Все вышеизложенное приводит к дополнительным эксплуатационным расходам на выполнение операции промывки, в любом случае связано с опасностями производственного травматизма, и, следовательно, с дополнительными мероприятиями по соблюдению требований техники безопасности. Промывка емкостей приводит к загрязнению промывочных жидкостей, что требует их последующей очистки. В итоге безусловным недостатком известных способов обработки воды является то, что на практике не достигается их потенциальная эффективность, снижаются целевые показатели технологических процессов. С учетом перечисленных обстоятельств операторы зачастую стараются выполнять процедуры промывки как можно реже, что неизбежно увеличивает издержки на промывку в дальнейшем и, тем не менее, приводит к снижению эксплуатационных показателей основного технологического оборудования.

Задачей изобретения является создание более эффективного способа и соответствующих устройств для его реализации, лишенных указанных недостатков. Сформулированная задача решается с помощью способа, который заключается в том, что в линию с основным технологическим модулем и/или трубопроводами вместо бака, вспомогательных устройств, химических реагентов и их растворов кислой или основной природы, включают закрытый электрохимический реактор, заполненный гранулами ионообменных смол - конвертер рН. Конвертер рН при подаче на его вход воды с нейтральным рН, в частности, простой водопроводной воды, может обеспечивать подачу в промываемые коммуникации и емкости кислого или щелочного раствора, в зависимости от характера использованного наполнителя - анионита или катионита в солевой форме. Для обеспечения процесса преобразования воды в кислый или щелочной раствор на электроды реактора от внешнего источника ЭДС подают постоянное напряжение, которое обеспечивает напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве в пределах 1⋅10² - 3⋅10³ В/м. При подаче напряжения на электроды реактора на них образуются ионы водорода и гидроксила, которые сорбируются ионообменной смолой в солевой форме. Так, гранулы анионита, находящиеся между электродами, сорбируют из воды анионы гидроксила, и раствор соответственно обогащается ионами водорода, что приводит к снижению рН, то есть закисленною воды. Если же реактор заполнен гранулами катионита, сорбирующего ионы водорода, то рН воды увеличивается, и раствор приобретает основные свойства. Аналогичная картина может иметь место и при заполнении межэлектродного пространства смесью катионита и анионита, взятых в различных пропорциях. В этом случае результирующее значение рН зависит от вида превалирующего ионита.

При относительных объемных скоростях потока воды в межэлектродном пространстве в пределах от 1 ч^-1 до 1⋅10² ч^-1. можно получать промывочные растворы кислот и оснований во всем диапазоне рН, представляющем практический интерес. Изменяя напряжение на электродах и скорость потока воды через реактор, можно регулировать рН промывочного раствора, получая значения в диапазоне от 1 до 13. Имеется возможность устанавливать режимы обработки воды, обеспечивающие значения рН, выходящие за пределы указанного диапазона, но это не имеет практического смысла.

Восстановление нейтрального реакции ионообменной смолы (регенерация) при реализации данного способа осуществляют путем снятия напряжения между электродами реактора и пропускания через него воды с объемными скоростями из указанного выше диапазона и с рН близким к нейтральному, например, водопроводной воды, вплоть до сравнивания значений рН на выходе и входе.

Вместе с тем, использование предполагаемого изобретения позволяет реализовать самый экономичный и быстрый вариант кислотной или щелочной промывки, когда финишная нейтрализация основного технологического устройства с помощью воды ускоряется за счет пропускания раствора противоположной реакции, образующегося при регенарации ионообменной смолы в электрохимическом реакторе. Так, после генерации кислоты, в реакторе при регенерации ионитов образуется щелочь и наоборот.

Предложенный способ предлагается реализовать с помощью устройства, гидравлическая схема которого приведена на фиг. 1. Схема содержит: технологический модуль 1, с помощью которого осуществляется обработка водного раствора путем изменения химического состава, физико-химического или физического состояния жидкостей; конвертер рН - модуль 2, представляющий собой электрохимический реактор, заполненный ионообменными смолами и блок электропитания - 3, а при необходимости и автоматического управления системой. В качестве технологического модуля 1 могут использоваться нагревательные устройства, модули мембранной фильтрации, сорбционные и осадительные фильтры, электрокондиционеры воды, диализные, электродиализные модули, установки препаративной хроматографии и т.п. устройства. Модули 1 и 2 соединены между собой системой коммутации, включающей в себя трубопроводы и основную группу вентилей 4-14, которые позволяют направлять воду непосредственно или через технологический модуль 1, или через конвертер рН 2 - в зависимости от стадии технологического процесса обработки воды. С помощью вентилей 4-14 осуществляют переключение направления потоков через модули 1 и 2 с прямого при выполнении обработки водных растворов на обратный - при промывке. Имеются также вспомогательные вентили 15-22, которые предназначены для предварительной настройки системы или технического обслуживания. С помощью вентилей 15-22 устанавливают необходимые расходы воды по линиям, на которых они установлены, а также осуществляют отбор проб при регулировках и контрольных операциях. На схеме фиг. 1 вентили 4-14 показаны в варианте электроуправляемых соленоидных клапанов, что обеспечивает реализацию технологического процесса без участия оператора - путем использования алгоритма автоматического управления процессом с помощью контроллера, установленного, как и источник питания, в шкафу электроуправления. Схема содержит также контрольные манометры 23 и 24, датчик потока 25 для автоматического включения системы при подаче раствора, и два предохранительных элемента: механический фильтр 26 и обратный клапан, установленный на линии дренажа 27.

Когда установка находится вне эксплуатации и отдатчика потока Р3 не поступает сигнал, вентили 4 и 8 закрыты. При начале работы сигнал отдатчика 25, открывает вентили 4, 8 и исходная вода направляется на обработку в модуль 1. Процесс длится в соответствии с принятым технологическим регламентом. При этом вентили 5, 6 и 7 закрыты.

При необходимости осуществить промывку технологического модуля 1 в обратном направлении вентили 4, 7 и 8 закрывают и открывают вентили 5 и 6.

При периодической промывке модуля 1 раствором с повышенным или пониженным рН, образующимся в модуле 2, на его электроды подают напряжение от модуля 3, закрывают вентили 4, 5, 7, 8, 11 и 12, 14 и открывают вентили 6, 10 и 13. По окончании промывки кислым или щелочным раствором, оставляют закрытыми вентили 4, 7, 8, 11, 14, закрывают также вентили 5, 10, 13 и через конвертер пропускают воду с нейтральным рН (водопроводную воду) до тех пор, пока рН воды на выходе не примет стабильное значение, равное рН на входе.

При использовании для регенерации недостаточно чистой воды может возникнуть ситуация, когда будет необходимо произвести промывку конвертера рН в обратно направлении. Такую промывку осуществляют путем закрытия вентилей 10 и 13 и открытия вентилей 9 и 11.

Практическая применимость и особенности, предлагаемых способа и устройства, иллюстрируются следующими семью примерами, базирующимися на эксперименте. Эти примеры являются поясняющими и не демонстрируют единственно возможные варианты применения заявляемого способа и устройства.

Пример 1. Децентрализованный нагрев воды в условиях индивидуального водопользования.

Можно реализовать способ обработки воды в варианте нагрева последней (изменения физического состояния воды) с минимизацией тепловых потерь из-за образования осадка на элементах нагревателя и повышения качества нагретой воды за счет уменьшения отложения накипи и образования оксидов железа на рабочих элементах и трубопроводах сети горячего водоснабжения. В качестве нагревательного устройства берут накопительный водонагреватель фирмы OSO (Норвегия) типа RW-100 емкостью 100 л после 6 мес. эксплуатации.

Кислый раствор для промывки приготовляют путем пропускания воды через конвертер рН. В качестве последнего используют серийно выпускаемый электрокондиционер «Элекон-4» (изготовитель - ООО «ЭлектроЭкоТехнологии), представляющий собой электрохимический реактор, который выполнен согласно патенту РФ на полезную модель №80840 (п.1 формулы полезной модели) и снабжен коаксиальной системой электродов, а также автоматическим газоотводным клапаном. С помощью стандартных соединительных элементов и запорно-регулирующей арматуры конвертер рН воды подключают к трубопроводу горячего водоснабжения. Реактор заполняют анионообменной смолой АВ-17-8. Объем наполнителя составляет около 60% объема рабочей камеры, то есть 3 л смолы в хлоридной форме. Подачу промывочного раствора в трубы и нагреватель, предварительно отключив его от источника энергии, осуществляют при скорости воды через конвертер 101 ч^-1 за счет давления в централизованной линии холодного водоснабжения при напряжении на электродах, обеспечивающем напряженность поля 3,3⋅10³ В/м. Заполняют систему раствором с рН 1,5 и выдерживают паузу в течение 30 мин., после чего систему промывают обычной водопроводной водой при отключенном напряжении на электродах конвертера. Промывку водой продолжают в течение 40 мин., и бойлер вновь включают, и процесс нагрева воды осуществляется с лучшими показателями эффективности.

В результате использования заявляемого способа обработки воды и устройства для его реализации удельные затраты электроэнергии на нагрев воды могут быть снижены на 13% и повышено качество нагретой потребительской воды за счет снижения концентрация ионов железа в нагретой воде - с 0,3-0,4 мг/дм³ до 0,20-0,25 мг/дм³.

Пример 2. Централизованный нагрев воды для горячего водоснабжения и отопления населения

Можно осуществлять обработку сетевой воды путем нагрева ее в системе теплоэлектростанции. Целью обработки вподом случае является получение воды, нагретой до 70°С с минимальным содержанием железа, которое неизбежно поступает в сетевую воду вследствие коррозии котельного оборудования, теплообменников и трубопроводов. Концентрация железа при этом может достигать 3-4 мг/дм³, мутность 2-3 мг/дм3, цветность 12-15 градусов. Для обработки воды, содержащей до 0,7% нефтепродуктов, с целью ее комплексной очистки по широкому ряду показателей до уровня питьевых стандартов, используют серийную модель электрокондиционера воды «Каскад» АВЭ-32/300 (изготовитель - ООО «ЭлектроЭкоТехнологии), который представляет собой электрохимический реактор диаметром 640 мм с плоскопараллельными электродами (выполненный согласно п. 4 формулы полезной модели, согласно патенту РФ №80840). Однако эффективному удалению железа из воды препятствует высокая жесткость воды - более 8 г⋅экв/дм³, вследствие чего на катодах электрокондиционера постепенно образуется осадок, на котором происходит дополнительное падение потенциала, эффективная напряженность поля в электрокондиционере понижается, а концентрация железа в воде повышается вплоть до исходного уровня. Чтобы исключить эти явления, к электрокондиционеру АВЭ-32/300 с помощью трубопроводов и электроуправляемых вентилей подключают конвертер рН по схеме фиг. 1, как в примере 1. С интервалом в 3 недели с помощью электроуправляемых клапанов производят переключение электрокондиционера на промывку раствором с рН 2,3, генерируемым конвертером рН, заполненным анионитом Dowex "Marathon". Скорость прохождения раствором электродной камеры конвертера составляет 70 ч^-1, напряженность поля между электродами 97 В/м. В итоге на протяжении всего сезонного цикла эксплуатации котлов концентрация железа в сетевой воде стабильно поддерживают на целевом уровне 0,15-0,25 мг/дм³, что было бы невозможно при использовании известных технологий обработки воды. Это же относится и к другим показателям, которые теперь соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»

Пример 3. Очистка ливневых стоков хозяйственного предприятия.

Условия проведения эксперимента в примерах 1, 2 можно несколько видоизменить в варианте химико-технологической обработки сточных вод. Так, для очистки ливневых стоков автохозяйства с целью удаления из нее взвешенных частиц, ионов железа, марганца и нефтепродуктов после окисления двухвалентных ионов железа кислородом воздуха используют стандартный осадительный фильтр RFM (изготовитель - фирма «ATOLL INDASTRIAU) диаметром 400 мм (см. фиг. 1, поз.1), заполненный кварцевым песком с размером зерен 0,3-0,6 мм. Фильтр снабжают инжекторным аэратором. Через систему трубопроводов и электроуправляемых клапанов к фильтру поз.1 подключают электрохимический реактор, как в примере 1, в который загружают анионообменную смолу в хлоридной форме "Purolite А-100» - около 60% объема. При повышении напора на входе фильтра на 0,2 МПа из-за загрязнения фильтрующего наполнителя процесс очистки стока останавливают с помощью вентилей и для промывки фильтра подключают конвертер рН, на электроды которого подают разность потенциалов, которая обеспечивает напряженность поля 1,4⋅10³ В/м. В качестве конвертера рН используют стандартный электрокондиционер воды КАСКАД АВЭ-07/40 с плоскопараллельными электродами (фирма-изготовитель «ЭлектроЭкоТехнологии»). Электрокондиционер на 50% рабочего объема заполняют смесью ионообменных смол КУ-2 и АВЭ-17 в пропорции 1:2, превратив его в конвертер рН. В результате пропускания воды через конвертер при относительной скорости потока порядка 40 ч^-1 рН уменьшается до 1,8, и этим раствором заполняют рабочий фильтр и коммуникации. Через 40 мин. электрическое напряжение отключают от электродов конвертера, и осуществляют промывку фильтра водопроводной водой. рН раствора плавно поднимается с 1,8 до 6,5 - значения, характерного для поступающей водопроводной воды, и электрокондиционер с помощью электроуправляемых клапанов вновь переключают на процесс очистки стока.

Эффективность технологического процесса очистки сточных вод с производственных площадей автохозяйства в варианте продолжительной (шестимесячной и более) регулярной очистки ливневых стоков существенно повышается. Без промывки фильтра раствором с рН 1,8 через 24 ч работы степень очистки падает: по мутности с 1,6 до 3,5 мг/дм³, по железу с 0,3 до 1,3 мг/дм³ и по нефтепродуктам с 0,6 до 3,2 мг/дм³. После же кислотной промывки эффективность очистки возрастает до исходного уровня.

Пример 4. Комплексная очистка воды из природных источников, загрязненных нефтепродуктами.

Для удаления загрязнений из воды и снижения ее окислительно-восстановительного потенциала применяют электрокондиционер воды, в составе устройства как в примерах 1-2 согласно схеме, представленной на фиг. 1. Постепенно снижаясь, при длительной работе - в течение 1-2 мес. очистительный ресурс (эффективность очистки) аппарата опускается до уровня, достигающего в среднем по различным показателям 50-60% от начального значения. С целью регенерации наполнителя электрокондиционера и очистки его электродов от органических (углеводородных) загрязнений осуществляют промывку аппарата раствором с основной реакцией (рН 12,5). Кислотная же промывка в данном случае не требуется, поскольку исходная вода не содержит значительных количеств солей жесткости. Осуществляя очистку воды через модуль 1 (фиг. 1) согласно обычному технологическому регламенту, для промывки модуля 1 в линию с ним через систему трубопроводов и электроуправляемых клапанов подключают конвертер рН 2 с коаксиальной системой электродов, как в примерах 1-3. Реактор конвертера заполняют на 60% объема катионообменной смолой КУ-2. Создав между электродами конвертера рН напряженность (0,9÷1,0)⋅10² В/м, в электрокондиционер подают щелочной раствор с рН 13, генерируемый при скорости потока через конвертер рН 1,1 ч^-1. Таким образом промывают электрокондиционер модифицированной водопроводной водой в течение 30 мин., отключив его от электрической сети, и еще 30 мин. - при обесточенном конвертере рН. По окончании процесса промывки заявляемым способом исходная эффективность очистки загрязненной воды с помощью электрокондиционера восстанавливается до начального уровня.

Пример 5. Обезжелезивание жесткой воды.

Для обработки воды с жесткостью 9,7 мг⋅экв/дм³ и содержанием железа 3.3 мг/дм³ с целью ее обезжелезивания используют осадительный фильтр диаметром 640 мм, заполненный каталитических сорбентом бруситом Mg(OH)₂ - природным кристаллическим оксигидратом магния, который содержит до 69% MgO с переменным количеством примесей силикатных и карбонатных минералов. В процессе эксплуатации фильтра происходит цементация загрузки за счет образования карбонатов магния на поверхности зерен брусита и вследствие этого - падение эффективности очистки. При длительной работе без кислотной промывки процесс очистки с требуемой производительностью может вообще прекратиться.

Карбонат магния может быть разрушен в кислой среде. Для этого к фильтру 1 подключают конвертер рН (см. фиг. 1) с коаксиальной электродной системой, как в примерах 1-2 и 4, заполненный, однако анионитом АВ-17. При переключении системы на промывку через каждые 10 суток на электроды подают напряжение, обеспечившее напряженность поля между ними 2,5⋅10² В/м. Через конвертер пропускают воду со скоростью 52 ч^-1 в течение 1 ч, рН раствора равняется 1,5. Через 1 час систему промывают исходной водой при отключенном напряжении, после чего процесс обезжелезивания возобновляют.

В результате осуществления обработки воды описанным способом эффективность работы осадительного фильтра удается поддерживать на максимальном уровне (снижение концентрации железа с 3,5 до 0, 4 мг/дм³) в течение всего периода эксплуатации.

Пример 6. Обезвреживание производственных стоков.

Реализация заявляемого способа обработки позволяет очищать производственные сточные воды деревообрабатывающего завода, содержащие помимо избыточных в экологическом отношении концентраций минеральных веществ такие контаминанты, как фенолы, формальдегид, лигносульфоновые и гуминовые кислоты, углеводороды нефтепродуктов и еще множество веществ, которые обусловливают исключительно высокие значения показателей химического (ХПК) и биохимического (БПК) потребления кислорода - до (3-10)⋅10³ и (2-3)⋅10² мг О₂/дм³ соответственно.

Для обезвреживания подобных многокомпонентных сточных вод используют электрокондиционер воды АВЭ-32/300, обеспечивающий их комплексную очистку от загрязнений. Фактором, значительно снижающим эффективность очистки стоков при длительной работе, как и при использовании других видов технологического оборудования, является образование на гранулах фильтрующего материала и электродах отложений веществ, которые исключительно трудно удаляются обычными методами. Для периодической очистки фильтрующего материала и электродов используют схему фиг. 1 с конвертером рН воды, как в примерах 1-5. Один раз в сутки в течение 1 часа в ночное время, когда работа очистных сооружений прекращается, вентили переключают так, что через электрокондиционер поступает раствор с рН 2,5, генерированный в конвертере рН из водопроводной воды. Скорость прохождения раствором электродной камеры конвертера составляет 1,1⋅10² ч^-1, напряженность поля между электродами - около 900 В/м. После кислотной промывки электрокондиционер промывают водопроводной водой в течение 45 мин, в течение которых пропускается 1,5 м³ воды.

Применение заявляемого способа и устройства обеспечивает необходимое снижение уровня загрязнений элементов электрокондиционера и благодаря этому его расчетную производительность при очистке производственных стоков на протяжении всего срока плановой эксплуатации в процессе которой ХПК снижается с 4000-4200 до 35-40 мг О₂/дм³, а ВПК - с 220-240 до 8 мг О₂/дм³.

Пример 7. Обезвреживание производственных стоков (более экономичный режим).

Реализация заявляемого способа обработки позволяет очищать производственные сточные воды деревообрабатывающего завода, как в примере 6, однако с уменьшенными затратами воды на промывку или в другом варианте с меньшим экологическим ущербом среде в местах сброса промывных вод вследствие поддержания рН этих вод на уровне, боле близком к нейтральному. Для обезвреживания сточных вод деревообрабатывающего завода используют электрокондиционер воды АВЭ-32/300, как в примере 6. Для периодической очистки фильтрующего материала и электродов используют схему фиг. 1 с конвертером рН воды, как в примерах 1-5. В результате, как и в примере 6, ХПК снижается с 4000-4200 до 35-40 мг O2/дм3, а ВПК - с 220-240 до 8 мг O2/дм3. Один раз в сутки в ночное время, когда работа очистных сооружений прекращается, вентили переключают для промывки электрокондиционера так, что через него поступает раствор с рН 2,5, генерированный в конвертере рН из водопроводной воды. Скорость прохождения раствором электродной камеры конвертера составляет 1,1⋅10² ч^-1, напряженность поля между электродами - около 900 В/м. После кислотной промывки электрокондиционера, длящейся 1 ч, от электродов конвертера рН отключают напряжение, и водопроводная вода, пропускаемая через конвертер, приобретает щелочные значения рН в интервале 11-12, что позволяет использовать раствор для нейтрализации кислотного стока, а также остаточной кислоты на внутренних элементах рабочей камеры электрокондиционера. В результате на сброс поступает раствор с рН, близким к 7,0. Промывку продолжают в течение 15 мин, в течение которых пропускается 0,5 м³ воды, что является более экономичным по затратам воды (по сравнению с примером 6) и абсолютно безвредным для окружающей среды с экологической точки зрения.

Пример 7. Очистка воды из поверхностного природного источника, содержащей повышенные концентрации кремния и органических веществ.

Производилась обработка воды из природного поверхностного источника (озера) методом мембранной очистки на ультрафильтрационной установке PRO-800 ("AquaPro"), выпускаемой английской фирмой "AQUAPRO INDUSTIAL CO., LTD". Вследствие быстрого образования - в течение 24-48 ч на мембранах осадка SiO₂, углеводородов нефтепродуктов, и других органических веществ, загрязняющих озеро, удельная производительность и селективность фильтрации к концу указанного периода падает в два и более раз. С целью регулярного восстановления эффективности фильтрационного процесса объединяют ультрафильтрационную установку с конвертером рН согласно схеме фиг. 1. Для промывки используют щелочной раствор с рН 11. При этом удаление диоксида кремния осуществляется в соответствии с химическим уравнением:

2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+Н₂O

Остальные компоненты при вышеуказанном значении рН просто растворяются и удаляются потоком водного раствора из ультрафильтрационного модуля.

Чтобы обеспечить рН 11 раствора для обратной промывки мембран конвертер рН, как в примере 4 заполняют катионитом КУ-2. Один раз в сутки в течение 2 часов в ночное время, когда работа фильтрационной установки не проводится, вентили системы переключают так, чтобы через электрокондиционер пропускался раствор с рН 11, генерированный в конвертере рН из водопроводной воды. Скорость прохождения раствора электродной камеры конвертера устанавливается на уровне около 0,5⋅10³ ч^-1, напряженность поля между электродами - около 780 В/м.

В итоге максимальный уровень очистки воды стабилизируется на требуемом уровне, а именно: по окисляемости - до 4-5 мг О₂/дм³ и по мутности - до 1,2-1,4 мг/дм³.

Пример 8. Очистка воды из поверхностного природного источника, содержащей повышенные концентрации солей жесткости, железа и хлоридов.

Для обработки воды с жесткостью 11,2 мг⋅экв/дм3, содержанием железа 9,8 мг/дм3 и хлоридов 470 мг/дм3 с целью снижения содержания солей жесткости, железа и хлоридов используют осадительный фильтр со встроенными электродами - электрокондиционер воды АВЭ-32/300, заполненный кварцевым песком. В процессе эксплуатации фильтра происходит цементация загрузки за счет образования карбонатов кальция и магния на поверхности катодов и зерен кварца и вследствие этого - падение эффективности очистки. При длительной работе без кислотной промывки процесс очистки с требуемой производительностью может вообще прекратиться.

Электрохимический реактор, который попеременно выполняет функции то конвертера рН, то ионообменного фильтра, выполнен на базе электрокондиционера АВЭ-07/40, как в примере 3, однако в данном случае он заполнен на 50% смесью катионо- и анионообменных смол в пропорции 1,0:2,0. Благодаря этому, на стадии выполнения целевого процесса водоочистки вода, проходя через реактор частично деминерализуется, освобождаясь, главным образом, от катионов кальция и магния, обусловливающих жесткость воды, а также катионов железа и анионов хлора. Вода, поступающая из реактора с ионообменной загрузкой со скоростью 38 ч^-1 в течение 3 ч., подается на электрофильтр (электрокондиционер) АВЭ-32/300, в котором происходит ее дальнейшее обезжелезивание, однако без образования отложений на катодах и цементации наполнителя - кварцевого песка. По прошествии 3 ч на электроды подается электрическое напряжение, обеспечивающее напряженность поля между электродов около 1,2⋅10³ В/м. В таком режиме вода с рН раствора 2,4 поступает на промывку электрокондиционера и в течение 1 ч активно вымывает из него следы солей жесткости и загрязнений гидроксидами железа, не давая в последствие из них образоваться прочным отложения.

В результате осуществления обработки воды описанным способом эффективность работы осадительного фильтра удается поднять как по показателям очистки (снижение концентрации железа с 9,8 до 0,2-0,3 мг/дм³, хлоридов - с 470 до 50-70 мг/дм³, солей жесткости - с 11,2 до 3,5 мг⋅экв/дм³), так и по стабильности степени очистки на протяжении длительного времени - 1 года и более в течение всего периода эксплуатации оборудования.

Изобретение относится к области техники, связанной с физико-химическими методами обработки водных растворов. Преимущественная область использования - очистка производственных и хозяйственно-бытовых стоков, хозяйственно-питьевой и сетевой воды для теплоснабжения. Технологическое оборудование промывают промывочным раствором с пониженным или повышенным рН Для приготовления промывочного раствора к технологическому оборудованию подключают электрохимический реактор. Межэлектродное пространство реактора частично заполнено гранулами анионита и/или катионита. Электроды реактора соединяют с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного напряжения и пропускают воду с нейтральным рН при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1*10² - 3*10³ В/м. Для восстановления исходного состояния ионообменных смол электроды отключают от источника напряжения и через камеру электрохимического реактора пропускают воду с нейтральным рН. Технический результат: быстрая и эффективная очистка, экологическая безопасность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 пр., 1 ил.

1. Способ промывки технологического оборудования для обработки потребительской воды и стоков промывочным раствором с пониженным или повышенным рН, отличающийся тем, что для приготовления промывочного раствора к технологическому оборудованию подключают электрохимический реактор, межэлектродное пространство которого частично заполнено гранулами анионита и/или катионита, электроды реактора соединяют с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного напряжения и пропускают воду с нейтральным рН при напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве 1*10²-3*10³ В/м, а для восстановления исходного состояния ионообменных смол электроды отключают от источника напряжения и через камеру электрохимического реактора пропускают воду с нейтральным рН.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приготовление промывочного раствора осуществляют в два этапа, на первом из которых при поданном на электроды напряжении генерируется раствор с целевым значением рН, а на втором этапе при регенерации ионообменных смол генерируется раствор со значением рН, обеспечивающим полную или частичную нейтрализацию промывочного раствора, используемого на первом этапе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обесточенный электрохимический реактор подключают к технологическому оборудованию на стадии обработки потребительской воды и стоков, а при промывке технологического оборудования на электроды реактора подают напряжение, а перед выполнением стадии обработки потребительской воды и стоков ионообменные смолы, промывают водным раствором с нейтральным рН.

4. Устройство промывки технологического оборудования для обработки потребительской воды и стоков промывочным раствором с повышенным или пониженным рН способом по пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит электрохимический реактор для приготовления промывочного раствора из воды, межэлектродное пространство которого частично заполнено гранулами анионита и/или катионита, коммутируемый с источником напряжения и подключенный к технологическому оборудованию.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что снабжено системой трубопроводов и элементов запорно-регулирующей арматуры, обеспечивающей возможность попеременного использования электрохимического реактора с ионообменными смолами в качестве дополнительного модуля ионообменной обработки потребительской воды и стоков или модуля преобразования рН промывочного раствора.

6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что в качестве технологического оборудования обработки потребительской воды и стоков использованы нагревательный прибор, мембранные, сорбционные, осадительные фильтры и/или электрокондиционеры воды.