Спосіб обробки жорстких вод

Спосіб обробки жорстких вод, що включає обробку води під тиском через ультрафільтраційну мембрану у присутності шпбітора, який відрізняється тим, що процес здійснюють при періодичному знятті робочого тиску до нуля з наступним його підніманням до величини робочого тиску, причому нульовий тиск створюють при зниженні продуктивності мембрани на 6-13% Винахід відноситься до області обробки води з використанням ультрафільтрації та може бути використаний у системах оборотного водопостачання У теперішній час відомий спосіб ультрафільтрації для очищення вод від завислих речовин та мутності, який викладений у статті [S С Y М van Hoof, YG Mmnery, В Mack Dead-end Ultrafiltration as pretreatment to Seawater Reverse Osmosis// Desalination and Water Reuse, Vol 11/3-2002-P 4448] [1] Спосіб здійснюють у режимі тупикової ультрафільтрації, тобто у відсутності тангенціального потоку води, що обробляється, над ультрафільтраційною мембраною Обробку води здійснюють на установці з мембранами у вигляді капілярів при подачі води, що оброблюється, усередину капілярів і виходом фільтрату ззовні мембран Робочий тиск у процесі ультрафільтрації - 0 4 бар (МПа) технічною суттю та ефектом, що досягається, є спосіб обробки концентрованих розчинів сульфату кальцію, який викладений у статті [А А Кавицкая, Т В Князькова, Мембранное фильтрование растворов сульфата кальция // Химия и технология воды - 1992 - Т 14, №1 - с 3-8] [2] Спосіб полягає у тому, що концентрований за сульфатом кальцію розчин з вмістом ІОНІВ кальцію 1,12мг/дм3 фільтрують у режимі тупикової ультрафільтрації через ультрафільтраційну мембрану УАМ-100 при тиску 0,4МПа у комірці ФМ-02-1000 Для запобігання утворенню кристалічного осаду сульфату кальцію на мембрані тупикову ультрафільтрацію проводять у присутності шпбітора - натрійкарбоксиметилцелюлози з концентрацією 16мг/дм3 у розчині, що фільтрують Осад на мембрані не виявляється У процесі ультрафільтраційної обробки через кожні 15 хвилин проводиться зворотнє промивання мембран, через кожні шість годин роботи у процесі промивання додаються ХІМІЧНІ реагенти сірчана кислота та хлорне залізо Відомий спосіб ультрафільтрації у тупиковому режимі [1] призначений для видалення завислих речовин та мутності, але в матеріалах статті не наведені ВІДОМОСТІ про видалення сполук, що зумовлюють жорсткість води Проте, як відомо з технічної сутності способу, часті промивання та використання ХІМІЧНИХ реагентів викликані, як ми вважаємо, формуванням багатокомпонентного осаду, в утворення якого вносить вклад кристалічний осад сульфату кальцію Найбільш близьким аналогом до винаходу за Як відомо, [М Т Брык, ЕА Цапюк, А А Твердый Мембранная технология в промышленности - К Техніка, 1990 - 247 с ] [3], до загальних технологічних показників технологічного процесу ультрафільтрації відносяться висока продуктивність мембран у процесі обробки води, високий ступінь відновлення початкової продуктивності мембран, високий ступінь очищення води, що обробляється З метою отримання вищезазначених технологічних показників нами були проведені дослідження ВІДПОВІДНО до відомого способу [2] Ультрафільтраційній обробці піддавали воду з концентрацією ІОНІВ кальцію 1,12мг/дм3, яку отримували змішуванням еквівалентних кількостей солей Na2SO4 (3 969г) та СаСІ2 (3,102г) Кальцієва жорсткість CO го о (О 61033 кової продуктивності мембрани, а також низький ступінь зниження жорсткості Завданням винаходу є вдосконалення способу обробки води з високою концентрацією сульфату кальцію шляхом зміни гідродинамічного режиму ультрафільтрації, що забезпечило б підвищення робочої продуктивності мембрани, підвищення ступеня відновлення початкової продуктивності та підвищення ступеня зниження жорсткості води, що оброблюється Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб обробки жорстких вод, який включає обробку води під тиском через ультрафільтраціину мембрану, в якому, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, процес здійснюють при періодичному зниженні робочого тиску до нуля з наступним його підвищенням до величини робочого тиску, причому нульовий тиск створюють при зниженні продуктивності мембрани на 6-13% Нами було встановлено, що при режимі тупикової ультрафільтрації, що заявляється, який полягає у періодичному зниженні тиску до нуля з наступним його підвищенням до величини робочого тиску (режим, що "пульсує"), створюються, як ми вважаємо, умови для релаксації макроскопічної Також розраховували зниження продуктивносструктури мембрани, що сприяє видаленню з поті через 1 год, 2 год, 3 год, 4 год, тобто AG-|, AG2 > рового простору мембрани мікрокристалів сульAG3 > AG4 Для визначення відновлюваності пофату кальцію, що формуються у процесі ультрачаткової продуктивності вимірювали продуктивфільтрації Це приводить до збільшення робочої ність на дистильованій воді при робочому тиску продуктивності мембрани і до повного відновлення и початкової продуктивності, а також до підвищен0 4 МПа до і після обробки жорсткої води Відновня ступеня зниження жорсткості води люваність розраховували за формулою Таким чином, сукупність істотних ознак способу обробки жорстких вод, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату, який забезпечується винаходом де - Go - початкова продуктивність мембрани на високої продуктивності мембрани - 87,0-94,0% дистильованій воді перед обробкою жорсткої води, повного відновлення початкової продуктивності дм3/м2 год, мембрани -100% зниження кальцієвої жорсткості води, що обробGQ- продуктивність мембрани на дистильованій люється у 1,49 рази воді після обробки жорсткої води, дм3/м2 год Приклад виконання за винаходом Продуктивність мембран визначали загальноГотували 1дм3 модельного розчину з концентприйнятим для мембран методом [Ю И Дытнерсрацією ІОНІВ кальцію 1,12г/дм3 шляхом змішування кий Обратный осмос и ультрафильтрация - М еквівалентних кількостей Na2SO4 (3,969г) та СаСЬ Химия, 1978 - 352 с ] [5] У фільтратах після 0 5 (3,102г) Після змішування розчинів Na2SO4 та год, 1 год, 2 год, 3 год, 4 год ультрафільтрації жорСаСЬ вводили інгібітор ЫаКМЦ у концентрації сткої води визначали концентрацію ІОНІВ кальцію 3 16мг/дм Обробку води здійснювали у комірці ФМметодом емісійної полум'яної фотометрії на при02-1000, яка була обладнана мембраною УАМладі ПАЖ-2 Кальцієву жорсткість води розрахову100 Перед обробкою жорсткої води вимірювали вали ВІДПОВІДНО до [4], знаючи, що 1 мг-екв жорстпочаткову продуктивність мембрани на дистильокості складає 20,04мг ІОНІВ кальцію Середня ваній воді при тиску 0,4 МПа У процесі ультрафіконцентрація ІОНІВ кальцію у фільтраті за 4 год льтрації здійснювали контроль робочої продуктивбезперервної ультрафільтрації склала 0,95г/дм , ності мембрани Через 0,5 год ультрафільтрації що відповідає 47,2мг-екв/дм3 кальцієвої жорсткосробоча продуктивність мембрани знизилась на ті Отримані дані наведено в таблиці, приклад 2 6,0% Робочий тиск різко знижували до нуля, підЯк показали результати наших досліджень ронімали до робочого тиску 0,4МПа та продовжували боча продуктивність мембрани при ультрафільтфільтрувати Після ТОГО ЯК пройшло ще 0,5 год раційній обробці жорсткої води за способом [2] фільтрування, робоча продуктивність мембрани знаходиться у межах 75,7-93,8% Окрім того, почазнизилась на 6,7%, знову знімали робочий тиск до ткова продуктивність відновлюється тільки на 92%, нуля и піднімали до 0,4МПа У такому режимі, що тобто 8% початкової продуктивності мембрани "пульсує", обробку води здійснювали ще три годиповністю втрачається, В результаті обробки жорсни, знімаючи тиск до нуля і піднімаючи його до ткість води зменшилась у ~ 1 18 рази 0,4МПа через кожну 1 год ультрафільтрації При Таким чином, недоліками відомого способу цьому одночасно з вимірюванням робочої продукобробки води [2] є недостатньо високі робоча противності здійснювали відбір проб фільтратів, у дуктивність мембрани і ступінь відновлення початводи складала 55,9мг-екв/дм , що зумовлено присутністю сульфату кальцію, і у ВІДПОВІДНОСТІ З класифікацією [Л А Кульский, Т М Левченко, М В Петрова Химия и микробиология воды - К "Вища школа" - 1976 - 116 с ] [4] вона відноситься до дуже жорстких вод Ультрафільтрацію проводили в комірці ФМ-021000, яка була обладнана мембраною УАМ-100 Інгібітор - натрійкарбоксиметилцелюлозу - у 3 концентрації 16мг/дм додавали після змішування розчинів солей Na2SO4 та СаСЬ Обробку води здійснювали у режимі безперервної тупикової ультрафільтрації протягом 4 годин при сталому робочому тиску 0,4МПа В процесі ультрафільтрації жорсткої води проводили контроль робочої продуктивності (G, 3 1 0 дм /м-год) мембрани через 5 хвилин (Go ) , через 0,5 год (Go б), через 1 год (G-i), через 2 год (G2), через 3 год (G3), через 4 год (G4) Зменшення продуктивності мембрани, наприклад, через 0,5 год, визначали за формулою 61033 жорсткості (таблиця, приклад 1) яких визначали концентрацію ІОНІВ кальцію метоЗдійснювати різке зниження тиску до нуля при дом емісійної полум'яної фотометрії на приладі заграничному зниженні робочої продуктивності, ПАЖ-2 Процес ультрафільтрації був припинений, наприклад на 5,7%, недоцільно, так як підвищення коли робоча продуктивність мембрани знизилась робочої продуктивності при цьому на 0,5% не комна 13%, що мало місце через 4 год фільтрування пенсує збільшення навантаження на технологічне Далі було виміряно продуктивність мембрани на обладнання Окрім того, 100% відновлення початдистильованій воді при 0,4МПа Вона повністю кової продуктивності досягається при зниженні відповідала початковій продуктивності Середня робочої продуктивності більше, ніж на 5,7% концентрація ІОНІВ кальцію у фільтратах, отриманих за 4 год "пульсуючої" обробки води склала При заграничному підвищенні зниження робо3 3 0,75г/дм , що відповідає 37,5мг-екв/дм кальцієвої чої продуктивності мембрани, наприклад на 14%, жорсткості Таким чином, кальцієва жорсткість відбувається незворотне забруднення порового води за способом, що заявляється, знизилась у простору мембран кристалічним осадом солі, що 1 49 рази приводить до різкого зниження відновлюваності початкової продуктивності - 93% та зменшенню Результати реалізації способу за винаходом робочої продуктивності мембрани до 84,0%, а наведені у таблиці, приклад 1 Як випливає з табкальцієва жорсткість знижується у 1,2 рази лиці, у способі, що заявляється, досягається робоча продуктивність мембрани на рівні 87-94%, поПереваги запропонованого способу обробки вне відновлення початкової продуктивності (100%) жорстких вод, у порівнянні з відомим, полягають у і кальцієва жорсткість знижується в 1,49 рази наступному Інтервал зниження робочої продуктивності робоча продуктивність мембрани підвищується з мембрани, що заявляється, при якому змінюється 19,6 до 22,1дм3/дм2-год, тобто у 1,13 рази, гідродинамічний режим обробки, вибраний з умов відновлюваність початкової продуктивності мемзабезпечення ефективного протікання процесу брани досягає 100% і збільшується на 8%, ультрафільтрації з досягненням повного відновкальцієва жорсткість води знижується з 47,2 до лення початкової продуктивності мембрани, її ви37,5мг-екв/дм , тобто у 1,3 рази сокої робочої продуктивності та низької кальцієвої Таблиця Результати ультрафільтрацШної обробки жорсткої води ^Концентрація іонів кальцію у аоді, що обробляється І 12 г/дм\ кальщева жорсткість ВОІШ, ЩО обробляється 55 9 мг-екв/дм1) Продуктивність мембрано G, дм3/м* год Зниження робочої продуктивності Середня кощену AG,% тращя ІОНІВ кальцію у фільтраті,. Кальцієва жорсткість. За винаходом 0 75 37 5 За прототипом 285 259 243 236 217 204 Комп'ютерна верстка А Ярославцева 196 238 0 95 " 47 2 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119