Способ деминерализации воды Советский патент 1992 года по МПК B01D69/14 C02F1/44 

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано для деминерализации природных и промышленных вод.

В настоящее время широко применяемым методом деминерализации природных и промышленных вод является обратный осмос,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ деминерализации воды с помощью обратного осмоса на динамических мембранах, формируемых из сульфатного лигнина на ультрафильтрационных и обратноосмотических ацетатцеллюлоз- ных мембранах непосредственно в процессе обратного осмоса при постоянном присутствии полимера в обрабатываемой воде.

Способ заключается в том, что минерализованный раствор, в котором содержится растворенный сульфатный лигнин в концентрации 15-100 мг/л, подвергают разделению в мембранном разделителе с ацетатцеллюлозными обратноосмотически- ми или ультрафильтрационными мембранами при давлении 1-5 МПа, скорости течения раствора в надмембранном канале 0,4-1 м/с, рН 7, и после установления динамического равновесия мембрана-раствор (т.е. после окончания формирования динамической мембраны, которое наступает через 3- 8 ч в зависимости от плотности ацетатцеллюлозной мембраны-подложки) процесс ведут в том же режиме с получением фильтрата постоянного состава

Данные динамические мембраны обеспечивают более высокое солезадержание, чем ацетатцеллюлозные мембраны с той же, как у динамических, водопроницаемостью.

Однако известный способ эффективен только при относительно невысокой минерализации воды. С увеличением концентрации соли в разделяемом растворе более 13-15 г/л ионная Селективность снижается, и уже при концентрации 30 г/л для Na2S04 не превышает 80% (22-80%) в области давлений 3-5 МПа. На плотных мембранах (со стандартной ионной селективностью 80%) улучшение солезадержания за счет формирования динамической мембраны при высоЈ

VI С

О

ь

ел

кой концентрации соли практически не достигается или происходит ухудшение разделительных свойств.

Цель изобретения - повышение солеза- держания при обработке высокоминерали- зованной воды.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу деминерализации воды сдюмощью обратного осмоса на динами- чёскрД м ем бране , получаемой на ацетаЧ цел люлозной мембране при введе- йи сульфатного лигйина в обрабатывае- уюво ду в концентрации 15-100 г/л, в воде дополнительно растворяют аниогенные ПАВ при массовом отношении ПАВ:суль- фатный лигнин в диапазоне от 1:10 до 1:1000, и формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%, предпочтительно 66-90%.

Для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы следующие анионогенные ПАВ: соли карбоновых кислот с общей формулой СпН2п+1 COONa; соли ал- килсерных кислот (алкилсульфаты) с общей формулой CnHn+iS04Na; соли алкан- и алки- лароматических сульфокислот (сульфонаты) с общей формулой CnH2n+iCmH2m+iCHSO,jNa; CnH2n+iSO jNa и другие сульфонаты.

Используемые для осуществления спо- соба аниогенные ПАВ должны быть растворимы в водных растворах солей. Нерастворимые ПАВ неэффективны для достижения поставленной цели.

Пределы массового отношения ПАВ и сульфатного лигнина устанавливаются, исходя из следующих соображений. Нижний предел по ПАВ 1:1000 определяется минимальной долей ПАВ в смеси с сульфатным лигнином, при которой достигается положи- тельный эффект (повышение солезадержа- ния). Положительный эффект наблюдается при увеличении соотношения ПАВ:сульфат- ный лигнин до 1:10 и даже выше; при этом не замечено существенного изменения (ухудшения или улучшения) солезадержа- ния. Повышение массового соотношения ПАВ:сульфатный лигнин больше 1:10 не имеет практического смысла, поскольку ПДК анионогенных ПАВ в воде составля- мг/л. При соотношении ПАВ:суль- фатный лигнин, близком к нижнему рекомендуемому значению (1:1000), достаточная концентрация ПАВ в обрабатываемой воде на 2 порядка ниже ПДК,

Для осуществления способа формирование динамической мембраны из сульфатного лигнина с дополнительным вводом анионогенных ПАВ проводят на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной ионной селективностью (т.е. селективностью по раствору NaCI с концентрацией 5 г/л при давлении 5 МПа) выше 60%. На мембранах с более низкой селективностью положительный эффект практически не наблюдается, т.к. динамические мембраны не- стабильным либо не формируются. Преимущественная область стандартной селективности ацетатцеллюлозных мембран - 66-90% установлена, исходя из получения существенного положительного эффекта.

Ввод анионогенного ПАВ в качестве добавки к сульфатному лигнину при формиро- вании динамических мембран на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной селективностью выше 60% способствует улучшению солезадержания, в основном, при высоких концентрациях соли в обрабатываемой воде, т.е. предлагаемый способ предотвращает резкое падение солезадержания с ростом концентрации соли, которое наблюдается без использования ПАВ.

Способ осуществляют следующим образом.

В минерализованную воду вводят сначала анионогенные ПАВ, затем сульфатный лигнин в количествах, обеспечивающих массовое отношение ПАВ:сульфатный лигнин 1:10-1 1000. Ввод добавок может быть осуществлен в виде дозировочного раствора, содержащего смесь ПАВ и сульфатного лигнина в заданном соотношении. Воду с вве- денными добавками направляют в мембранный разделитель, в котором на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной ионной селективностью выше 60%. преимущественно 66-90%, в процессе обратного осмоса идет формирование динамической мембраны.

После окончания формирования динамической мембраны осуществляется деминерализация воды с получением фильтрата постоянного состава.

Пример1.В20л водного раствора N32S04 с концентрацией соли 50 г/л вводят 10 мг технического динатрийметилен- нафталинсульфоната (НФ) с содержанием основного продукта 32% и перемешивают до растворения. Концентрация технического ПАВ при этом составляет 0,5 мг/л, а по основному веществу - 0,16 мг/л. Затем в минерализованный раствор вводят 2 г сульфатного лигнина в виде 10%-ного раствора. Концентрация лигнина в растворе - 100 мг/л, а массовое соотношение ПАВ:сульфатный лигнин 1:200 по техническому ПАВ или 1:625 по основному веществу ПАВ. Полученный раствор подают в разделитель с напорной камерой в виде канала длиной 30 см, шириной 0,3 см, высотой 01, см, снабженный обратноосмотической аце- татцеллюлозной мембраной Владипор марки МГА-80, Стандартная ионная селективность мембраны по ее технической характеристике - 80,4%. Процесс обратного осмоса проводят при давлении 3 МПа, скорости течения в напорном канале 1 м/с, температуре 22°С, рН раствора 6,9. Через 3,5 ч на ацетатцеллюлозной мембране формируется динамическая мембрана, о чем свидетельствуют постоянные характеристики селективности и удельной производительности. Установившаяся селективность (солезадержание) динамической мембраны по натрий-иону составляет 92,9 % при удельной производительности 19,3 л/м2 ч (таблица, пример 11).

При проведении процесса в аналогичных условиях без предварительного ввода ПАВ селективность по натрий-иону равна 64,7%, удельная производительность - 20,9 л/м2ч (таблица, пример 12).

П р и м е р 2. Для ввода в минерализованную воду готовят смешанный дозировочный раствор сульфатного лигнина и ПАВ следующим образом. Навеска пальмитиновой кислоты (0,5 г) растворяется в 1 л 0,1 N раствора NaOH при нагревании; в результате получается раствор пальмитата натрия. К навеске 50 г сульфатного лигнина в виде порошка постепенно добавляют щелочной раствор пальмитата натрия, перемешивают до полного растворения. Полученный дозировочный раствор содержит ПАВ и сульфатный лигнин в массовом отношении 1:100,

В 20 л водного раствора NaCI с концентрацией 25 г/л вводят 8 мл дозировочного раствора. Концентрация ПАВ и сульфатного лигнина составляет соответственно 0,2 и 20 мг/л.

Минерализованный раствор с добавками подают в разделитель, описанный в примере 1, но снабженный ультрафильтрационной ацетатцеллюлозной мембраной Владипор марки УАМ-150, предварительно спрессованной под давлением 5 МПа на растворе 5 г/л NaCI до постоянных характеристик разделения, Селективность этой мембраны после оп- рессовки на растворе 5 г/л NaCI при давлении 5 МПа, т.е. в стандартных условиях, составляет 66,0%.

Процесс обратного осмоса проводят при давлении 5 МПа, скорости течения раствора в напорном канале 1 м/с, температуре 23°С, рН раствора 7,0. Через 4,5 ч устанавливаются постоянная селективность и удельная производительность, т.е. завершается формирование динамической мембраны. Установившаяся селективность динамической мембраны равна

88,5% при удельной производительности 64,2 л/м ч (таблица, пример 5).

При ведении процесса в аналогичных условиях, но с вводом в минерализованный

раствор только сульфатного лигнина в концентрации 20 мг/л без ввода ПАВ селективность динамической мембраны по натрий-иону составляет 63,1% удельная производительность - 62,9 л/м ч (таблица,

пример 6).

Таким же способом был проведен процесс бартного осмоса высокоминерализованной воды на динамических мембранах с использованием различных анионогенных

ПАВ и ацетатцеллюлозных ультрафильтрационных (типа УАМ) и обратноосмотических (типа МГА) мембран разной плотности. Результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, при использовании предлагаемого способа достигается повышение солезадержания при высокой минерализации воды и давлениях, применяемых в практике обратного осмоса. Существенное увеличение солезадержания и

достижение селективности выше 80% наблюдается при осуществлении способа с использованием ацетатцеллюлозных мембран со стандартной ионной селективностью (ро 66-90% (предпочтительная ofaласть). В этой области увеличение (прирост) селективности ( Ду заяв.- изв., где р заяв. и р изв. - селективности, получаемые в заявленном и известном способах соответственно) при минерализации обрабатываемой воды 25-100г/л и давлении 3-5 МПа составляет: 25-40% при р0 66-82% и 5- 15% при 3 88-90%. 90% прирост селективности составляет 1-5%. Формула изобретения

1.Способ деминерализации воды с по- мощью обратного осмоса на динамической

мембране, получаемой на ацетатцеллюлозной мембране при введении сульфатного лигнина в обрабатываемую воду в концентрации 15-100 мг/л, отличающийся

тем, что,с целью повышения солезадержания при обработке высокоминерализованной воды, в ней дополнительно растворяют анионогенное ПАВ при массовом соотношении ПАВ: сульфатный лигнин в диапазоне от

1:10-1:1000, и формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селектиЕ,ностью 66-90%.

Использование: для деминерализации природных и промышленных вод. Сущность изобретения: в высокоминерализованную воду перед обработкой с помощью обратного осмоса вводят сульфатный лигнин в концентрации 15-100 мг/л и анионогенное ПАВ при массовом соотношении ПАВ: сульфатный лигнин от 1:10 до 1000. Формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%. 1 з.п, ф-лы, 1 табл