СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ Советский патент 1973 года по МПК B01D61/04 B01D71/02 

Изобретение относится к гиперфильтрации или обратным осмотическим .методам понижения концентрации растворенных в воде веществ с низким молекулярным весом, обычно относимых к «кристаллоидам в коллоидной химической литературе, прохождением водного раствора через проницаемую мембрану под давлением.

Известен способ обессоливаиия воды путем ее пропускания под давлением, превышающим осмотическое через специально приготовленную мембрану -на основе ацетилцеллюлозы. Однако технология изготовления мембрар сложна, а медмбраны недостаточно прочны.

Предлагается способ обессоливания воды путем ее пропускания под давлением, превышающим осмотическое (по меньшей мере 70,3 кг/см (1000 фунтов/кв. дюйм) через пористое тело, субстрат, с диаметром пор 30 А- 5 мк, например фарфоровый или металлический фильтр, пористый уголь, целлофан, с добавкой раствора, эмульсии или суспензии веществ; выбранных из группы, состоящей из органических и неорганических ионообменников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентных металлов.

В процессе фильтрования образуется самовосстанавливающаяся динамическая мембрана, на одной стороне которой (на поверхности раздела со стороны вьтсакого давления)

образуется из добавки, отражающая

растворенное вещество, которое немедленно

вовлекается в поток раствора, предотвращая

таким образом увеличение концентрации раствора в пограничном слое. Добавки периодически вводятся в питающую воду и восстанавливают мембрану.

В качестве добавок могут быть использованы следующие вещества: нейтральные оргаиические полимеры, полиэлектроляты, органические ионообменники, неорганические ионообменникн и соли поливалентных металлов. Они могут быть применены в виде истинного раствора, змульсин или суспензии.

Если в качестве добавки используется водонерастворимое вещество, предпочтительно, чтобы диаметр пор был порядка диаметра частиц добавки. В случае водорастворимых добавок размер пор может быть больше размера частиц добавки.

Конфигурация и толщина пористого тела могут быть различными и зависят от требований, к ним предъявляемым. Толщина крупнопористого тела может быть достаточной,

чтобы обеспечить прочность мембраны без дополнительного упрочнения ее.

Предпочтительными нейтральными органическими веществами являются полимеры высокого молекулярного веса, для которых необязательна высокая растворимость. Растворимость порядка 0,1 мг1л достаточна, хотя несколько более высокая или низкая концентрация может быть желательна в различных случаях. В качестве нейтральных органических полимеров могут быть применены поливинилПирролидон, поливиниловый спирт, оксиэтилцеллюлоза, полиакриламид. Любой высокомолекулярный органический, полиэлектролит может быть использован как добавка. Типичными полиэлектролитами, которые могут быть применены,:- явдгяю.тся поливинил|бенз}|лт;римё-. тиламмони йхлорид, сополимеры метилвинилового эфифа и малеинового ангидрида, полисульфонаты и полвкарбонаты. f Любой органический яонообменник в катУонной или аиионной форме может быть использован в качестве добавки. Такие ирнообМ6ННИКИ обладают .низкой степенью связи 1между цепями, например, оптимальным является количество сшиваюпдего агента 0,5%. Активными группами нонооб.мепников могут быть сильиокислотная, слабокислотная, сильноосповная или слабоосновная.

Водорастворимые соли поливалентных .металлов, способные к образованию гидратированных окислов металлов, обладают ионообменными свойствами и применяются в качестве добавок. Такими соединениями являются соли железа (трехвалентного), циркония, тория, меди и сви1ица. К водорастворимым неорганическим соедии&ниям, пригодным как ценные добавки, относятся глины, предста-вителемкоторых является бентонит. При;менение добавок различных классов в разных комбинациях позволяет получать улучшенные результаты. Добавки могут быть использованы в следующих комбинациях: органический иопообмённйк либо с полйэлектролитом, иьтеющим тот же заряд, что и органический ионообмен«ик, либо с незаряженным полимером; полиэлектролит с незаряженным полимером; неоргаиический ионоаб.мейни1к либо с ЦолиэлектролитОм, имеющим тот же заряд, что и неорга 1нческий ионообменник, либо с незаряженным полимером; способный к гидролизу металл с полиэлектролитом или с незаряженным оргаййческим полимером.

Предпочтительная величина рН водной фазЬ1 зависит от добавки. Для нейтральных добавок и сильноосновных или сильнокислотных ионообменников или полиэлектролитов величина рН не оказывает заметного влияния на объемную скорость notoiKa и солевое задержание. Значение рН важно для гидролизуемых добавок и при рН применяемого раствора зависит от кислотности рассматриваемого иона. Желательно поддерживать величину рН такой, при которой ион металла гидролизуется, но не осаждается.По предлагаемому способу могут быть обессолены-.;;морская вода, индустриальная, включ;ая:-радиоактивные- отработанные- растворы.- Желательно учитывать ко)щентрацию ,раст8о{з.ецн01о: в:-в аде:;1вещестда, , а., также его состав цри выборе добавки. Нейтральные добавки могут быть применены при концентрации соли в воде в широком интервале,-ионообменные материалы лучше использовать при низкой концентрации солей в воде. : Давление, требуемое для проведения процесса сепарации, зависит от нескольких факторов, иричбм основным является состав ра;створа и природа мембраны. Давление делжно быть выще, чем разность между осмотическими давлениями проникающего и питающего растворов. Найдено, что когда давление выше этой:.разности, возрастает не только скорость протекания обессоливаемой жидкости, но и значение солезадержания, причем до тех пор, пока разность давлений не будет равна избыточному давлению.

Циркуляция раствора за мембраной с достаточно высокой скоростью, ноддерживающей концентрацию соли на мембране, близкой к таковой в питающем растворе, или использование турбулентного ускорения будет уменьшать концентрацию поляризации и, таким образом, улучшать солезадержание. Давление ограничено только видом оборудования, а также .давлением, которое выдерживает пористый носитель.

Добавки могут быть использоваиы в низких концентрациях, например, 0,1 ч. па 1 млн- ч: Концентрация добавки зависит от вида добавки, давления, используемого для проталкивания раствора сквозь мембран , от размера пор -носителя.

Пример 1. Пористый носитель готовят вырезанием дисков диаметром 2 см из серебряного фильтра толщиной 40 мк, имеющего ном инальный размер нор 0,2 мк, монтажом диска, поддерживаемого пористой металличе,ской фриттой, в аппарат гипёрфильтрования. Далее носитель обрабатывают путем пропускания через него водного раствора 0,02 М NaCl и 0,002 М ТЬСЦ. Раствор такого состава циркулирует 1за мембраной нод давлением 22UO фунт на 1 кв. дюйм. Скорость прохождения через мембрану выше 330 галлон на 1 кв. фут в день, солезадержание 90Vo. Это показывает высокую режекцию в сумме с высокой скоростью пропускания.

Пример 2. Через пористый серебряный диск, такой же, как в примере 1, предварительно пропускают приготовленный раствор 0,02 М NaCl и 0,001 М ThCU (рН 2-3).Жидкость пропускают через мембрану нод давлением 100 psi ({ /9si 0,07031 кг/см) в начале и 500 psi в конце испытания. Питающий раствор 0,025 М NaCl, 0,012 М MgCb и 0,0001 М ThCU циркулирует за испытуемой мембраной под давлением 400 psi. Скорость прохождения через мембрану 60 галлон на I кв. фут в день 1 галлон/квадратный ,75 л/м (США). Общее солезадержание , считая на общий хлор; режекция MgCl , NaCI 55%.

,П.р и М е р 3. Фарфоровый диск диаметром 2:См и толщиной L5 мм-с номинальным размером пор:: 0,5.:-л/с в диаметре обрабатывают ц;poггvcкaннeм: чepeз :.него :ргствораЮ 0075:М NaCI и 0,012 М ThCU. Раствор 0,0186 М NaCl и 0,0001 М ThCU и циркулирует за диском

под давлением 450 psi. Скорость потока через носитель 100 галлон на 1 кв. фут в день, сэлезадержание 76%.

П р к м ер 4. Целлофан толщиной 0,001 дюйм обрабатывают 0,02 М раствором СиСЬ в течение дня. Затем через мембрану пропускают 0,6 М раствор NaCl. Режекцяя соли 75Vc, степень проницаемости 5 галлон на 1 кв. фут в день. Целлофан может быть обработан другими растворами.

Аналогично примеру 4 проводят примеры 5-10. Результаты приведены в табл. 1.

Т а б .3 и ц а 1

П р и м е ч а н и е. Носитель - целлофан с низкой нроницаемостью, толщиной Q,QQ дюйм. Давление 2500 psi.

Пример 11. 0,02 М раствор NaCl, 0,002 М раствор ThCU п 0,002 М раствор поливинилбензилтриметиламмонийхлорида пропускают через серебряную фритту под давлением 1000 psi. Солезадержание 80%.

Аналогично примеру М проводят примеры 12-15- Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

И)

S

S

go.

12 13 14 15

10

Ц р н М е ч а н н е. Носитель - серебро номинальный диаметр пор 0,2 мк, добавка ThCh4-fO,l% полнвинилпирролидона. Скорость циркуляции в примере 13 составляет 10% от скорости циркуляции в други.х примерах. Предмет и зобретения

Способ обессоливания воды путем пропус кания ее через мембрану под давлением, превышающим осмотическое, отличающийся тем,

что, с целью упрощения процесса, в качестве мембраны применяют порцстое тело, например фарфоровый НЛП металлический фильтр, пористый уголь, целлофан, с диаметро.м пор от 30 А до 5 мк и в обессоливаемую воду добавляют раствор, эмульсию или суспензию веществ, выбранных из группы, состоящей из органических и неорганических ионооб(менников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентных металлов.