Способ обескремнивания воды Советский патент 1992 года по МПК C02F1/469 B01D61/44 

Ч

Ё

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к электромембранной технологии, и может быть использовано для получения деионизованной воды из природных вод и производственных растворов с высоким исходным содержанием соединений кремния. Целью изобретения является увеличение степени очистки воды от соединений кремния и исключение потребления химреагентов. Способ обескрем- нивания воды путем электродиализа проводят в электродиализаторе с чередующимися биполярными и анионообменными мембранами, образующими щелочные и кислотные камеры, при плотности тока 0,05- 0,5 А/дм2, причем обрабатываемую воду подают в щелочные камеры. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к электромембранной технологии, и.может быть использовано для получения деионизованной воды из природных вод и производственных растворов с высоким исходным содержанием соединений кремния.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является электррди- ализный способ удаления силикатов, в.котором обескремнивание осуществляют в электродиализном аппарате с чередующимися анионообменными и катионообменньг-. ми мембранами. Для перевода силикатов в анионную форму обрабатываемую воду предварительно подщелачивают до значений рН 9,5-11,5 любыми растворимыми гид- роксйдами, либо содой.

Недостаток способа заключается в использовании реагентов для поддержания необходимого значения рН воды. Кроме того, способ не позволяет достичь высокой степени очистки воды от соединений кремния.

Целью изобретения является увеличение степени очистки воды от соединений кремния и исключение потребления химреагентов.

Указанная цель достигается тем, что в способе обескремнивания воды электродиализом в электродиализаторе с чередующимися ионообменными мембранами, одни из которых - анионообменные, в качестве других мембран используются биполярные мембраны, обращенные анионообменной стороной к аноду с образованием кислотных и щелочных камер, исходную воду подают в

VJ

ю о

СА 00 Ю

щелочные камеры и процесс ведут при плотности тока 0,05-0,5 А/дм2.

На чертеже представлена схема электродиализатора, используемого для удаления силикатов, состоящего из чередующихся анионообменных 1 и биполярных 2 мембран, образующих щелочные 3, кислотные 4, электродные 5, 6 камеры. Катод 7 выполнен из нержавеющей стали Х18Н10Т, в качестве анода 8 используют оксидный рутениево-титановый электрод. Биполярные мембраны 2 анионитовой стороной обращены к катоду 7.

Очищенную воду подают в щелочные камеры 3 электродиализатора. Под действием внешнего постоянного электрического поля в биполярной мембране 2 на границе раздела анионитовой и катионитовой сторон происходит диссоциация молекул воды. Ионы гидроксила переносятся в щелочную камеру 3 и смещают рН обрабатываемой воды до значений 9,5-11,0, при этом силикаты переходят в анионную форму Н250з, ЗЮз и под действием электрического поля вместе с гидроксил-ионами мигрируют через анионообменную мембрану 1 в кислотную камеру 4. Протоны водорода переносятся из биполярной мембраны 2 в кислотную камеру 4, нейтрализуют появившиеся здесь гидроксил-ионы, а их избыток препятствует нежелательному процессу осадкообразования кремниевой кислоты в этих камерах.

Пример. Для обескремнивания воды были собраны два геометрически одинаковых электродиализатора. В аппарате по предлагаемому способу использовали ани- Янробменные мембраны МА-41И1 и биполяр- ные мембраны МБ-3 2. В аппарате, собранном по прототипу, вместо биполярных мембран использовали катионообмен- ную мембрану МК-40. Исходный раствор, содержащий 15 мг/л силиката натрия, подавали в прямоточном режиме в щелочные 3 (для прототипа в обессоливающие) камеры аппаратов с одинаковой объемной скоростью 0,6 л/ч. Раствор, подаваемый в аппарат по прототипу, предварительно подщелачивали до рН 10,5. Кислотные 4 (в прототипе концентрирующие) и электродные камеры 5, 6 исследуемых аппаратов промывали дистиллированной водой с той же объемной скоростью. Процессы электродиализной очистки проводили в гальваностатическом режиме. При каждом фиксированном токе достигалось Стационарное состояние, при котором рН и концентрация силикат-ионов, измеренные с 30- минутным интервалом, отличались не более чем на 3%.

Результаты испытаний приведены в

табл.1.

Как видно из табл. 1, при одинаковой плотности тока в предлагаемом способе с биполярными мембранами удается за проход вдвое снизить концентрацию силикатов, в то время как в известном способе уменьшение концентрации силикатов не превышает 15%. При этом энергозатраты в предлагаемом способе в несколько раз

меньше, чем в известном. Таким образом, применение электродиализатора с биполярными мембранами позволяет эффективно обескремнивать воду без применения химреактивов.

В табл. 2 приведены результаты испытаний предлагаемого электродиализатора с целью определения оптимальной плотности тока.

Как видно из табл. 2, при плотности тока меньше 0,05 А/дм2 степень очистки воды от

силикатов мала, при плотности тока больше 0,5 А/дм значительно увеличиваются удельные энергозатраты. Поэтому для проведения процесса обескремнивания выбран оптимальный интервал плотности тока

от 0,05 А/дм2 до 0,5 А/дм2, позволяющий снизить концентрацию силиката натрия в 2-5 раз при небольших энегозатратах. Таким образом, представленные в табл. 1 и 2 опытные данные свидетельствуют о достижении поставленной задачи за счет проведения процесса обескремнивания в электродиализаторе с чередующимися биполярными и анионообменными мембранами при плотности тока 0,05-0,5 А/дм2.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я Способ обескремнивания воды злектро- диализом в электродиализаторе с чередующимися ионообменными мембранами, одни

из которых анионообменные, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени обескремнивания и исключения потребл - ния химреагентов, в качестве других мембран используются биполярные мембраны,

обращенные анионообменной стороной к аноду с образованием кислотных и щелочных камер в электродиализаторё, с подачей исходной воды в щелочные камеры и процесс ведут при плотности тока 0,05-0,5

А/дм2.

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов обескремнивания воды с начальной концентрацией силиката натрия 15мг/л

Зависимость степени очистки и энергозатрат от - плотности тока в предлагаемом способе

Таблица 1

Таблица 2