Способ очистки воды Советский патент 1993 года по МПК C02F1/469 B01D61/44 

Изобретение относится к технологии очистки воды и может быть использовано самостоятельно для получения мягкой деи- онизованной воды, а также для пред под готовки воды в обессоливающих установках, использующих электродиалиэную, обратно- осмотическую или ионнообменную технологию.

Цель изобретения - снижение содер- жания в очищенной воде солей жесткости, полное удаление из нее гидрокарбонатных ионов и исключение расхода кислотных реагентов.

На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - схема направления потоков в электродиализаторах.

Схема включает электрокоагулятор 1, осветлитель 2, емкость для осветления воды 3, насос 4, фильтр 5, электродиализаторы 6 и 7, емкость-дегазатор 8. Электродиализатор 6 состоит из чередующихся биполярных 9, анионнообменных 11 и катионнообмен- ных 10 мембран. В электродиализаторах 6 и 7 катионообменные стороны биполярных мембран 9 обращены к катоду 12 и образуют соответственно с соседними анионообмен- ными 11 и катионообменными 10 мембранами кислотные камеры 13. Анионообменные стороны биполярных мембран 9 обращены к аноду 14 и образуют с соседними катионообменными мембранами 10 щелочные камеры 15. Катионнообменные 10 и анионо- обменные 11 мембраны в электродиализаторе 7 образуют обессоливающие камеры 16. В электродиализаторе 6 звено из чередующихся мембран 9 и 10 может повторяться п раз. В электродиализаторе 7 звено из чередующихся мембран 9. 11 и 10 может повторяться п раз.

Исходную воду пропускают через электрокоагулятор 1, где при прохождении по:Р

п

СО 00 43 Јь 00

00

стоянного электрического тока на аноде образуется гидроксид железа. Обогащенная коагулянтом - гидроксидом железа - вода подщелачивается щелочью из электродиализатора 7 перед поступлением в нижнюю часть осветлителя 2. Твердая фаза, состоящая из гидроокисей железа, кальция, магния, а также из карбоната кальция, остается в нижней части осветлителя 2, а прошедшая через нее осветленная вода сливается в ем- кость 3. Из емкости 3 жидкость насосом 4 подают на фильтр 5, где отделяется твердая фаза. Фильтрат разделяют на два потока. Один из них подают последовательно в щелочные камеры 15 электродиализаторов 6 и 7 и возвращает на вход в осветлитель 2. Другой поток направляют в кислотные камеры 13 электродиализатора 6. Под воздействием постоянного электрического тока в электродиализаторе б ионы щелочных ме- таллов переносятся из кислотных камер 13 через катионнообменные мембраны 10 в щелочные камеры 15. Биполярные мемб раны 9 генерируют в кислотные камеры 13 ионы водорода, а в щелочные камеры 15 - ионы гидроксила. В кислотных камерах 13 электродиализатора 6 получают воду, имеющую рН 6,5 - 7,5. Эту воду разделяют на два потока в соотношении 1 : (5 - 10). и подают соответственно в кислотные 13 и обессоли- вэющие 16 камеры электродиализатора 7.

Под действием постоянного электрического тока в электродиализзторе 7 концентрация солей в обессоливающих камерах 16, образованных анионнообменными 11 и катионнообменными 10 мембранами, уменьшается. В кислотных камерах 13 концентрируются ионы.

В щелочных камерах 15 происходит концентрирование катионов. За счет того, что кислотные камеры 13 электродиализатора 7 являются камерами концентрирования анионов и через них пропускают 10 - 20% раствора по отношению к обессоливающим камерам 16, концентрация анионов повы- шается в 5 - 10 раз, а значение рН в камерах 13 понижается до величины 2,5 - 2,8.

Потоки воды из камер 13 и 16 объединяют и направляют в емкость-дегазатор 8, получая таким образом значение рН предподготовленной воды 4,3, при котором происходит полное разложение гидрокарбонатных ионов по уравнению реакции:

Н СОз + Н+ -9 Н20 + С02 f Пример, Перерабатываемую воду с общей жесткостью 4,6 мг-экв/л , рН 7,35 и концентрацией гидрокарбонатов 6,5 мг- экв/л подают со скоростью 60 л/ч в установку.

Электрокоагулятор 1 имеет шесть железных электродов с площадью каждого 1,8 дм2. Расстояние между электродами 5 мм.

Осветлитель 2 имеет объем 100 л, площадь зеркала 100 дм . Фильтр изготовлен из пористого титана, средний диаметр пор 5-10 мкм, общая плотность фильтрующей поверхности 20 дм2.

Электродиализатор 6 имеет 41 катионо- обменную мембрану 10 марки МК-40 и 40 биполярных мембран 9 Mapi&i М.Б-1, которые образуют сорок кислотных 13 и сорок щелочных 15 камер. Плотность электрического тока на электродиализаторе 6 равна 0,7 - 1,0 А/дм2. Электродиализатор 7 имеет 31 катиониообменную мембрану 10 марки МК-40, 30 биполярных мембран марки МБ-1 и 30 анионнообменных мембран 11 марки МА-40, которые образуют тридцать обессоливающих камер 16, тридцать кислотных камер 13 и тридцать щелочных камер 15. Плотность электрического тока на электродиализаторе 7 равна 0,1-1,5 А/дм2. Катоды

12 выполнены из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Аноды 14 выполнены из титана, покрытого окисью рутения.

В табл.1 показана зависимость общей жесткости осветленной воды от величины рН в осветлителе.

Как видно из табл.1, в интервале рН Ј.10,5 происходит максимально возможная очистка воды (жесткость равна 0,2 - 0,1 мг-экв/л.

В табл.2 представлены показатели, характеризующие качество исходной и очищенной воды в зависимости от параметров способа очистки.

Как видно из табл.2, при соотношении потоков очищаемой воды через кислотные

13 и обессоливающие 16 камеры электродиализатора 7 равном 1: (5 - 10) (пример 4 и 5) удается снизить жесткость в очищаемой воде до уровня 0,05 мг-зкв/л и полностью удалить из нее гидрокарбонатные ионы. При соотношении этих же потоков воды 1 : (12 - 20) (пример 6-8) наблюдается интенсивный разогрев воды в кислотных камерах 13, что приводит к выходу электродиализатора 7 из Строя, так как серийные ионнообменные мембраны типа МК-40, МА-40 и МБ-1 работают при t 35°С. При соотношении п отоков воды, меньших, чем 1 : 5 не удается полностью устранить содержание гидрокарбонатных ионов в очищаемой воде.

Кроме того, как видно из таблицы, оптимальным интервалом плотности тока, при котором достигается поставленная цель, является 0,3 - 1,0 А/дм2 (пример 11 - 14 и 20 - 22). При плотностях тока больших, чем

0,1 А/дм2 (пример 15 - 16 и 23 - 24) наблю- интенсивный разогрев воды в кислотных камерах 13 до t 35°C, что приводит к выходу электродиализатора 7 из строя.

В табл.3 представлены результаты опы- TQB по очистке воды предлагаемым способом в сравнении с известным.

Как видно из табл.3, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет в два раза снизить концентрацию солей жесткости (0,05 мг-экв/л и 0.1 мг-экв/л соответственно) и полностью устранить содержание гидрокарбонатных ионов в очищаемой воде.

Таким образом, осветление воды при рН ,10,5, проведение электродиализа с использованием двух электродиализаторов, один из которых состоит из чередующихся биполярных и катионообменных мембран, а второй - из чередующихся биполярных, анионообменных и катиоонообменных мембран, подача воды из щелочных камер первого электродиализатора в щелочные камеры второго электродиализатора и возврат щелочи на осветление, разделение по- тока воды из кислотных камер первого электродиализатора в соотношении 1 : (5 - 10) и подача его соответственно в кислотные и обессоливающие камеры второго электродиализатора, а также ведение процесса

электродиализа при плотности тока 0,3 - 1,0 А/дм позволяет снизить содержание в очищаемой воде солей жесткости, практически полностью удалить из нее гидрокарбонатные ионы и исключить расход кислотных реагентов.

Форму л а изо брете н и я Способ очистки воды, включающий электрокоагуляцию, осветление, фильтрование, электродиализ с биполярными мембранами, отличающийся тем, что осветление ведут при рН 5-10,5 и электродиализ ведут в двух последовательно соединенных электродиализаторах, один из которых содержит чередующиеся биполярные и катионообменные мембраны, а другой - биполярные, анионообменные и катионнообменные мембраны, воду из щелочных камер первого электродиализатора подают в щелочные камеры второго электродиализатора и направляют на осветление, а воду из кислотных камер первого электродиализатора делят на два потока в соотношении 1 : 5 - 10 и подают соответственно в кислотные и обессоливающие камеры второго электродиализатора с последующим объединением потоков, при этом процесс электродиализа ведут при плотности тока 0,3 - 1.0 А/дм3.

Таблица 1

Зависимость общей жесткости осветленной воды от величины рН в осветлителе

Связь основных параметров способа очистки воды

Таблица 2

ТаблицаЗ

Характеристики очищенной воды предлагаемым способом в сравнении с известным

(прототипом)

Продолжение табл. 2

7 10

/ /

+

Я

/ /

-f+

+

Ю

/

/

п

15

)3

/.

/.

/

/

15

т

иг. 2