Способ очистки природных и сточных вод от многозарядных ионов Советский патент 1990 года по МПК C02F1/46 C02F1/46 C02F101/20 

Изобретение относится к водопод- готовке, 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 осо.бо чистой воды, применяемой для их промывки. Особо чистая вода в этих условиях играет немаловажную роль.

Цель изобретения - ускорение процесса и обеспечение глубокой очист5 и воды от особо токсичных ионов и их смесей.

Нижний предел загрязнения особо чистой воды оценивается (0,001 мг/л вещества, что соответствует W %, так как 1 г загрязнителя

в 1000 г воды соответствует по весу 0,Ш).

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 двуза- ряженные (Ве, Cd2, Hg2+). Двуза- ряженные ионы притягиваются к границе раздела двух сред (вода - сегнето- керамическая пластина) с силой в четыре раза (22) большей, чем одноза- ряженные (1) ионы Н и др. С помощью электрического поля многозаряженные ионы Ве2 , cd2 , Hg2f концентрируются в слое воды, расположенной вблизи поверхности сегнето- керамической пластины, прикрывающей катод. Дополнительных химических реСП

со

4 й. to

акций в воде при этом не происходит Концентраты вмещают . заряды Q и Q (причем Q+. Q,), составленные из ионов Ве2 Cd2 Hg2, ОН- и др. : При отсутствии в воде ионов , Cd2-, и других заряд 0. составлен ионами Н-, а заряд а. - иона- .ми ОН .

Диэлектрическая проницаемость вод при равна 78,3. Следовательно, в водных растворах силы взаимодейст- ВИЯ между ионами в 78,3 раза меньше, чем силы, действующие в кристаллах и во столько же раз уменьшается элек трическое поле, созданное зарядом.

Схема замещения устройства, реали зующего способ.состоит из двух равны конденсаторов С и t,, соединенных 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 890 пФ. Эта емкость может возрасти в 5 раз, если применить сегнетокера- мику с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 10000 вместо 2000. Рабоее напряжение в установке выбирают ЗООВ, вместо напряжения, обусловленного пробивными свойствами

D

(3500 -- ) сегнетокерамики. Величина

накопленных в коИ- рсгбмм

Центрате, равна Q. 78,. Тогда за один цикл очистки из загряЗ ненной воды, заполнившей устройство, реализующее способ, удаляют (извлекают)

N

1+

Q- + 2 ТГ5 10 9

:6-10

тз

шт, ионов.

В устройство входит 50 мл раствора, следовательно,1 л этого раствора содержит N 20 N4 1,. . двузаряженных ионов. За пять циклов очищается N,5 6 10 шт.

В качестве загрязнения воды (би- дистиллята) выбирают Cd(NO э).О (мол.масса 308,47). Если выбрать концентрацию загрязнения 0,003. мг/л, то количество частиц Cd2 ра вно 6х 10 i шт/л.

Для получения смеси особо токсичных веществ к загрязнению воды (би1590 f42

,

ы ,„ ° i «

20

35

дистиллята) кадмием добавляют загрязнение бериллием Be2-f-, выбирают нитрат бериллия Ъе(.Q (мол. масса 187,07). Количество ионов Ве2- равно количеству ионов , сумма ионов равна 6-10 шт/л. Следовательно, количество загрязняющего вещества Ве(МОэ)г-ЗНгП равно 0,93-10- г/л.

Следовательно, смесь особо токсичных веществ состоит из Cd(NOj « и Ве(НОз).,ЗН,,0 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 AgNOg (мол.масса 1б9,87). получая количество частиц Ар+ рав- ное 1,7 10- /л.

Один литр очищенной воды дает до 60 мл концентрата.

Проводят экспериментальную про- 25 верку глубины очистки загрязненного бидистиллята в трех случаях: очистка только от ионов кадмия Cd2+; очистка от смеси ионов Cd2-f- и очистка от смеси ионов Cd2 + , Ве2+ и . 2Q 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.

С помощью переключателя к электродам устройства, реализующего способ, подключают напряжение ЗООВ накопительного конденсатора 0,25 мкФ.

Напряжение на сегнетокерамических конденсаторах С, и С, соединенных последовательно столбом исследуемой воды, увеличивают по экспоненциальному закону, приближенному к линей- Q ному. За конечное время t, напряжение на электродах нарастает до величины порядка ЗООВ. Заряды Q+ и О 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 оканчи40

45

10

515904 2

вается первый цикл очистки порции би- дистиллята от загрязнения ионами Cd или Ве2- и Cd2-.

Наличие ионов Ag проверяют в центральной части воды и в концентрате. Очищают 5 л от ионов Cd и Ве , но в концентрате ионов 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 Q и войти в концентрат в третьем опыте. Как и во втором опыте заряд О составляется в третьем опыте ионами Cd2- -di Ве. По сравнению с первым опытом заряд О4, во втором опыте не изменяется, следовательно, очистка воды во втором и третьем опытах происходит только от особо токсичных ионов и

Ве2, иначе в концентрате в третьем 25 миллисекунд, 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 Je2 , а более тяжелые ионы ,

Для глубокой очистки воды от мик ропримесей используется в настоящее время метод их выделения на электро дах. Электровыделение происходит из очень разбавленных растворов, поэтому важными факторами становятся скорость транспортировки компоненто к поверхности электрода и явления н электродах. При этом выделении используется постоянный электрический ток. Оптимальное напряжение составляет 30-40 В для слабых электролито и 5-10 В для сильных. В большинстве 15 случаев полнота выделения достигает ся только за длительное время электролиза, что часто не вписывается в технологический производственный пр цесс. При этом, чем меньше концентр ция раствора, тем медленнее идет пр цесс. Полное выделение микропримесе потребует очень большого времени, тогда как предлагаемый способ позво ляет осуществить процесс за нескольк

20

Формула изобретен

и я

.. ,rlr I i(jum;;v,v,cl и UUet-l 1СЧеИИ

другие при этом могут присут- 35 глубокой очистки от особо токсичных

ствовать 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.

1. Способ очистки природных и 30 сточных вод от многозарядных.ионов, включающий обработку их в электрическом поле с использованием электродов, покрытых диэлектриком, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и обеспечения

ионов и их смесей, используют диэлектрик, имеющий диэлектрическую проницаемость, большую диэлектричес Q кой проницаемости воды, а процесс ведут при подаче линейно возрастающего напряжения с последующим отделением приэлектродных объемов воды и отводом очищенной воды из межэлек45 тродного пространства.

2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве диэлектрика используют сегнетокерамику

0

5 миллисекунд,

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 5 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

0

миллисекунд,

Формула изобретен

и я

25 миллисекунд,

.. ,rlr I i(jum;;v,v,cl и UUet-l 1СЧеИИ

35 глубокой очистки от особо токсичных

1. Способ очистки природных и 30 сточных вод от многозарядных.ионов, включающий обработку их в электрическом поле с использованием электродов, покрытых диэлектриком, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и обеспечения

ионов и их смесей, используют диэлектрик, имеющий диэлектрическую проницаемость, большую диэлектричес Q кой проницаемости воды, а процесс ведут при подаче линейно возрастающего напряжения с последующим отделением приэлектродных объемов воды и отводом очищенной воды из межэлек45 тродного пространства.

2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве диэлектрика используют сегнетокерамику

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.