Способ деминерализации водных растворов Советский патент 1993 года по МПК C02F1/469 

Изобретение относится к области обработки воды, в частности, к электродиализу водных растворов, содержащих органические вещества и может быть использовано для деминерализации природных и сточных

ВОД. г

Целью исследования является снижение расхода электроэнергии при одновременном увеличении срока службы мембран,

Поставленная цель достигается описываемым способом путем обработки водных растворов кислородсодержащими окислителем в количестве, превышающем ХПК (мг Оа/дм3) обрабатываемого раствора в 1,6- 3,0 раза в сочетании с УФ-облучением интенсивностью света - Е/дм3 мин м последующего электродиализа.

Отличительным признаком заявляемого способа является обработка водного раствора перед электродиализом кислородсодержащим окислителем в сочетании с УФ-облучением.

Как указано было выше, при электродиализе водных растворов с высоким содержанием органических веществ (ХПК-60 мг Оа/дм ) наблюдается отравление аниони- товой мембраны, что приводит к росту напряжения на анионитовой мембране и снижению выхода по току аниона 50л2 через мембрану. Нами установлено, что предварительная обработка водного раствора перед электродиализом только окислителем или УФ-облучением без окислителя не позволяет сохранить неизменными выход по току и напряжение на ионообменных мембранах в течение всего процесса электродиализа. УФ-облучение без окислителя не оказывает влияния на молекулы ФК. Величины ХПК и цветность раствора не изменяются после обработки его УФ-облучением (табл,1, примеры 1, 10). При электродиалйзе раствора с продуктами фотолиза наблюдается снижение выхода по току анионов S04 через мембрану и рост электрического напряжения на анионитовой мембране (табл.1, примеры 10-17) аналогичным тем которые наблюдаются в примере по прототипу (табл,1, примеры 1-9). При контакте окислителя без УФ-облучения с молекулами ФК происходит их окислительная деструкция, Величины ХПК и цветность раствора изменяются от 60 до 30 мг Оа/дм3 и соответственно цветность от 105 до 6° (табл.1, примеры 1, 18), Раствор при этом обогащается веществами, устойчивыми к окислительно- деструктивному действию озона, которые не позволяют вести стабильно процесс электродиализа. На анионитовых мембранах наблюдается рост электрического напряжения, выход по току снижается и достигает выхода по току приведенному в примере по прототипу (табл.1, примеры 18- 25).

Нами обнаружен неожиданный эффект совместного применения окислителя с УФ-облучёнием, заключающийся в создании условий для стабильной работы электродиализатора. Выход по току и электрическое напряжение на мембранах в течение всего процесса электродиализа не изменяются (табл.1, примеры 26-41). Это можно объяснить образованием продуктов окислительной деструкции, которые не оказывают влияния на ионитовые мембраны.

Способ реализуется следующим образом.

В качестве окислителя нами применялись озон и перекись водорода. Для получения озона использовали лабораторную установку трубчатого типа, производительностью 2 г Оа/час. В стеклянную колонку барботажного типа, пропускали озоно-воз- душную смесь со скоростью 1 дм3/мин, массовая концентрация озона в смеси - 10 мг/дм3, рН реакционной среды 8-9. Обработку рабочего раствора с рН реакционной среды 3-4 проводили перекисью водорода в кварцевом реакторе, термостатированном при 25°С. Окислитель вводили в количестве, превышающем ХПК (мг Оз/дм срабатыва- емого раствора в 1,6-3,0 раза. При ХПК 60 мг 02/дм3 вводили в рабочий раствор окислитель в количестве 96-180 мг/дм . Одновременно с введением окислителя проводили фотолиз с использованием кварцевого светильника с лампой высокого давления интенсивностью света - Е/дм3 мин. Процесс обработки рабочего раствора совместным действием окислителя с УФ-облучением вели 120-140 мин. Обработанный таким образом рабочий раствор направляли в пятихамерный электродиализатор с чередующимися гетерогенными катионитовыми МК-40 и знми

онитоеыми МА-40 мембранами (ГОСТ 17553-72). Процесс электродиализа вели в гальваностатическом режиме при Г 10 гпА/см непрерывно в течение 50 ч. Эффективность процесса деминерализации характеризовали величиной электрического напряжения на мембранах, выходом по току, величиной ХПК и цветностью.

Пример 1, Электродиализ раствора

с продуктами фотоокислительной деструкции озоном,

В кварцевую колонку барботажного типа, диаметром 70 мм с высотой слоя жидкости 300 мл, помещали раствор с массовой

концентрацией фульвокислоты 30 мг/дм3 (ХПК 60 мг Оа/дм ), рН реакционной среды - 8. В кварцевую колонку помещался коакси- ально кварцевый светильник, герметично изолированный от рабочего раствора. Кварцевый светильник оборудован лампой высокого давления Д РТ-230 с интенсивностью света 10 Е/дм мин. В рабочий раствор, содержащийся в кварцевой колонке, подавали озон-воздушную смесь со скоростью 1

дм3/мин. Массовая концентрация озона в смеси составляла 10 мг/дм . При этом в реакционную смесь было введено озона в количестве 180 мг/дм3, превышающем ХПК (мг 02/дм2) рабочего раствора в 3 раза,

Кварцевый светильник включался одновременно с подачей в раствор озона-воздуш- ной смеси. Время обработки составляло 120 мин. После фотоокислительной деструкции рабочий раствор имел ХПК 16 мг Оа/дм и

цветность - 0°. Полученный раствор подавали в электродиализатор. Процесс электродиализа вели в гальваностатическом режиме при 1 10 тА/см2 в пятикамерном электродиализаторе с площадью мембран 1

см2. Процесс вели непрерывно на протяжении 50 часов. Об устойчивой работе электродиализатора свидетельствует постоянство электрического напряжения на мембранах и значения выхода по току, которые равны 1,5

В и 98 ± 1 % соответственно (табл.1, примеры 26-33)

Пример 2. Электродиадиз раствора с продуктами фотоокислительной деструкции перекисью водорода.

в кварцевый реактор помещался рабочий раствор с массовой концентрацией фульвокислоты 30 мг/дм3 (ХПК 60 мг Оа/дм3), рН реакционной среды - 3, Раствор термостатировали при температуре 25°С.

раствор в реакторе облучали кварцевым светильником с лампой высокого давления ДРТ-230 с интенсивностью света Е/дм мин. Время облучения 140 мин. Одновременно с включением кварцевого светильника в реактор вводилась перекись водорода в количестве 96 мг/дм , превышающем ХПК рабочего раствора в 1,6 раза. После фотоокислительной обработки рабочий раствор имел ХПК 16, цветность - 0°. Электродиализ полученного раствора вели в пятикамерном электродиалйзаторе с площадью мембран 1 см в гальваностатическом режиме при i 10 mA/см . Процесс вели в условиях аналогичных выполнению примера 1. Время электродиализа 50 часов. Об устойчивой работе электродиализатора свидетельствует постоянство электрического напряжения на мембранах и выход по току, которые равны исходным и составляют 1,5 В и 98 ± 1% соответственно (табл.1, примеры 34-41).

Проведенные ресурсные испытания показали, что стабильность величин выхода по току и напряжения на анионитовых мембранах в электродиализе растворов с высокой окисляемостью при использовании предварительной обработки окислителями совместно с УФ-облучением обуславливает увеличение срока службы мембран до 5 лет, который равен сроку службы мембран при электродиализе растворов с низкой окисля- емостью (2 мг 02/дм.

В табл.2 приведена зависимость зффек- тивности процесса электродиализа от концентрации окислителя в рабочем растворе и интенсивности света УФ-облучения. Установлено, что заявляемые концентрации окислителя и интенсивность света УФ-облу- чения при совместном их применении в виде предподготовки перед электродиализом обеспечивает увеличение срока службы ионообменных мембран и уменьшение энергоемкости процесса (табл.2, примеры 1-31). Предлагаемыцй способ обеспечивает высокую эффективность деминерализации водных растворов с окисляемостью от 60 до 2400 мг 02/дм . Несмотря на то, что после фотоокислительнои обработки рабочего раствора с высоким значением ХПК (2400 мг Оа/дм j получается раствор ХПК и цветность которого выше, чем после фотоокисления растворов с более низким ХПК (60 мг Оа/дмм3), процесс деминерализации протекает стабильно. Образующиеся продукты фотоокислительнои деструкции не оказывают влияния на ионообменные свойства мембран: электрическое напряжение на мембранах и выход по току в течение всего процесса электродиализа остаются неизменными: 1,5 В и 98+1% соответственно (табл.2, примеры 20-31).

Запредельное снижение концентраций окислителей (табл.2, примеры 32-36), так же, как и запредельное снижение интенсив- ностей УФ-облучения (табл.2, примеры 35,

5 39) при сохранении остальных параметров в заявляемом режиме, не обеспечивает необходимой глубины фотоокислительной деструкции, что сказывается на повышении электрического напряжения на мембране и

0 снижении выхода по току, то есть приводит к повышению энергоемкости процесса и отравлению мембран.

При проведении фотоокислительной деструкции в условиях повышенного содержа5 ния окислителя (табл..2, примеры 33, 37) и повышенной интенсивности УФ-облучения (табл.2, примеры 34, 38) не наблюдается повышения эффективности процесса деминерализации, однако увеличивается расход

0 окислителя и увеличивается энергоемкость окислительного процесса, что является экономически нецелесообразным.

Преимущество предлагаемого способа деминерализзции подтверждают данные

5 табл.1, 2. Предлагаемый способ деминерализации водных растворов позволяет:

-снизить энергоемкость процесса электродиализа, что характеризуется уменьшением электрического напряжения на 0 мембранах во времени (50 ч) от 4,1 до 1,5 В. т.е. в 2,5 раза.

- увеличить срок службы мембран в процессе электродиализа водных растворов с высокой окисляемостью в 5 раз.

5 - вести электродиализ с сохранением, производительности мембран, что характеризуется стабильностью выхода по току аниона S042 через анионитовую мембрану на протяжении всего процесса электродиа0. лиза.

Ф о р мул а и з о б ре те н и я

Способ деминерализации водных 5 растворов с высокой окисляемостью в электродиализаторе с чередующимися ка- тионообменными и анионообменными мембранами, о тличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии 0 при одновременном увеличении срока службы мембран, водный раствор предварительно обрабатывают кислородсодержащим окислителем в количестве, превышающем химическое поглощение кис- 5 лорода обрабатываемого раствора в 1,6-3,0 раза, при одновременном УФ-облучении с интенсивностью света Е/дм3 мин..

Таблица t

Таблица2

Использование: электродиализная очистка водных растворов, содержащих органические вещества. Сущность изобретения: деминерализация водных растворов, предварительно обработанных кислородсодержащими окислителями в количестве, превышающем химическое поглощение кислорода (мг 02/дм3) обрабатываемого раствора в 1,6-3,0 раза в сочетании с УФ- облучением интенсивностью света Е/дм мин. Положительный эффект: срок службы мембран увеличивается в 5 раз, энергоемкость процесса уменьшается в 2,7 раза.2 табл.