Спосіб очистки води

Изобретение относится к мембранной технологии и может быть использовано в технологических процессах, связанных с очисткой воды от органических веществ, ионизированных в водных растворах. Цель изобретения - увеличение степени очистки воды и снижения энергозатрат. Способ очи стки воды от органических веществ ведут в электромембранном аппарате с однотипными ионообменными мембранами при наложении внешнего электрического поля. Очистку ведут при градиенте давления, направленном противоположно электромиграционному потоку органического вещества и созданнном на пористой диафрагме, размещенной между ионообменными мембранами и образующей с последними камеры очистки и концентрирования, причем пористая диафрагма проницаема для раствора без изменения концентрации удаляемого вещества. Величину перепада давления определяют по формуле. В качестве фильтрующей диафрагмы могут быть использованы ультрафильтрационные мембраны или тканевые материалы. 1 з.п. ф~лы, 1 табл. Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано в технологических процессах, связанных с очисткой воды от органических веществ, ионизированных в водных растворах. Целью изобретения является увеличение степени очистки воды и снижение энергозатрат на очистку. Способ реализуется в электромембранном аппарате, состоящем из двух электродных камер и по крайней мере одной камеры, отделенной от электродных камер катионообменными мембранами МК-40. Рабочая 2 площадь одной мембраны 10 см .0,1 М раствор нитрата калия циркулирует через электродные камеры аппарата. Между ионообменными мембранами установлена пористая диафрагма, проницаемая для раствора без изменения концентрации удаляемого вещества и образующая камеры очистки и концентрирования. В камеру очи стки подают очищаемый раствор, камеру концентрирования также заполняют исходным раствором. С помощью напорной емкости или центробежного насоса на пористой диафрагме создают перепад давлений, величина которого фиксируется манометром. В процессе работы очищенная вода и концентрат отводятся соответственно через выводные каналы камер очистки и концентрирования. Для измерения концентрации красителя используют фотоабсорбциометр ЛМФ-69. Параметры реализации процесса (перепад давления на пористой диафрагме Д Р и напряженность электрического поля в растворе Е) при заданной степени очистки воды зависят от объемной скорости потока очищаемой воды (V), абсолютной подвижности органических ионов (U°), рабочей поверхности пористой диафрагмы (S) и коэффициента пропорциональности (К) 11-91 ON СО СЛ 1637225 электроэнергии снизились с 0,194 до 0,039 кВт ч/г (примерно в пять раз). П р и м е р 2. Очистке от красителя ПКС 2С подвергают раствор с исходной конценПодвижность органических ионов определяют из справочных таблиц либо на основа- 5 трацией 55 мг/л. В качестве пористой диафрагмы используют ультрафильтрационную нии определения электропроводности мембрану на основе ацетата целлюлозы раствора. Коэффициент пропорциональноУПМ-55П. При величинах Сйых=10 мг/л. сти К определяют из уравнения Е=40 В/см, V-0,18 см 3 /с, КЧЇ.027 см 3 /кгсс. Vi = K S Д Р , (2) 4 2 2 где Vi - объемный поток через пористую 10 ипкс2С=7,3-10" см /В-с, S=10 см рассчитывают Д Р, . диафрагму с видимой поверхностью S при перепаде давления Л Р , л Р = 2'018 ( } Таким образом, при заданных степени 0,027'10і* 0 . 1 8 - ( = Ї Т ) очистки воды и напряженности электриче= 13.3 (-0.954 +1)-13.3-0,037 = 0,60 кгс/см 2 . 15 На пористой диафрагме создают перепад ского поля в растворе Е по уравнению (1) можно рассчитать перепад давления Л Р , давления Д Р , =0,60 кгс/см2. Концентрация на пористой диафрагме, обеспечивающей красителя в очищенном растворе 10 мг/л. заданную степень очистки. Производительность аппарата П р и м е р 1. Очистке от красителя Q=(55-10) мг/л-0,011 л/мин = 0,5 мг/мин. прямого красного светопрочного 2С (ПКС 20 Степень очистки раствора 2С) подвергают раствор с исходной концен. 1Оо=81,8% . П = 5 ^ Ш трацией красителя 55 мг/л. В качестве пористой диафрагмы, разделяющей камеры Затраты электроэнергии на выделение концентрирования и очистки электромемб1 г красителя (напряжение на аппарате 80 25 В, ток 0,016 А) ранного аппарата, используют бязь 247. Задают следующие параметры работы W = ^ ? Д ^ = 0,0426 Втч/мг=0,0426кВтч/г. аппарата: концентрация красителя на выходе из установки 10 мг/л (ниже ПДК - 18 Таким образом, степень очистки раствора мг/л), напряженность электрического поля по сравнению с известным способом увелив камере очистки £=40 В /см, объемный 30 чилась с 45,5 до 81,8% (в 1,8 раза) при увепоток раствора, подаваемого на очистличении производительности аппарата с ку 0,18 см 3 /с, К=0,012 см 3 /кгс с. абсо0,275 до 0,5 мг/мин (в 1,8). Затраты электролютная подвижность иона ПКС 2С энергии снизились с 0,194 до 0,0426 кВт.ч/г U°=7,3*10 • см 2 /В с. Рабочая поверх- _ (в 4,56 раза). ность диафрагмы S=10 см . По формуле П р и м е р з . Для очистки воды от (1) рассчитывают требуемый перепад давкрасителя прямого черного 2С (ПЧ 2С) исления на мембране Л Р , пользуют электромембранный аппарат, в котором камера концентрирования отдела 2-0,18 ' 7,3-Ю"4 -10-40 +1) ЛР = 0,012*10 от камеры очистки пористой диафрагмой 40 бязью 247. Для бязи К-0,012 см 3 /кгс с. 0,18-In 1 55 2 Абсолютная подвижность иона ПЧ 2С = 3,0(-0,954 + і ) = 3,0-0,046 = 0,138мгс/см . и°=5,1«10 ' 4 см 2 /В*с. Рабочая поверхность На пористой диафрагме создают перепад пористой диафрагмы 10 см 2 . Объемная давления Д Р , =0,13 кгс/см , Концентрация красителя в очищенном растворе 4С .} скорость потока раствора, подаваемого на очистку, 0,16 см /с, Напряженность элект13 мг/л. рического поля в камере очистки 45 В/см. Производительность аппарата Концентрация красителя в исходном расQ=(55-13).0,011=0,46 мг/мин. творе 45 мг/л, Для достижения глубины очиСтепень очистки раствора стки раствора от красителя 10 мг/л „ _ 55-13 50 100=76.4% рассчитывают Д Р, 55 4 Затраты электроэнергии на выделение 1 г 5,1-10 -10-45 v } красителя (напряжение на аппарате 80 В, 0,012-10 0,16-1п ( 10/45) 2 ток 0,0133 А) = 2,78{-0,956+1) = 2,780,044 = 0,12 кгс/см . 2 0 55 Рассчитанное Д Р , Р=0,125 кгс/см задают 1ЙГ! и,чо*ои = 0,039 Вт.ч/мг=0,039 кВ-ч/г на пористой диафрагме. Концентрация краТаким образом, степень очистки раствора сителя в очищенном растворе 11 мг/л. увеличилась с 45,5 до 76.4 % (в 1,67 раза) при Производительность аппарата увеличении производительности аппарата с СН45-11)-0,0095-0,323 мг/мин 0,275 до 0,46 мг/мин (в 1,67 раза). Затраты Степень очистки раствора 2V } \J -ES / + 1), (1) 1637225 парате с ионообменными мембранами, снабженными неионообменными фильтрующими прокладками, о т л и ч а ю щ и й с я Затраты электроэнергии на выделение тем, что, с целью увеличения степени очист1 г красителя (напряжение на аппарате 8, В, 5 ки и снижения энергозатрат, очистку ведут ток 0,023 А). в аппарате с однотипными ионообменными W = * 0,095 кВт мембранами, фильтрующая перегородка в коo'323-6O = тором установлена с зазором по отношению ч/г. Таким образом, производительность 10 к мембранам, и очистку ведут при градиенте давления, направленном противоположно аппарата по сравнению с известным спосоэлектромиграциоиному потоку органического бом увеличилась с 0,275 до 0,323 мг/мин (в вещества через фильтрующую перегородку, 1,17 раз) при повышении степени очистки а величину перепада давления Л Р опредераствора с 45,5 до 75,6% (в 1,66 раза), а затраты электроэнергии снизились с 0,194 15 ляют по формуле до 0,097 кВт-ч/г (в два раза). В таблице представлены данные по ре2V . U°-E-S + 11 • ализации предложенного способа при ис( л р _ С ых. Аг — ~ пользовании в злектромембранном аппарате пористых диафрагм различной 20 где V - обьемная скорость потока воды, поприроды, различном перепаде давления даваемой на очистку, с м / с ; А Р на пористой диафрагме и напряжении S - рабочая поверхность мембраны, см ; на аппарате. При этом достигается высокая К - коэффициент пропорциональности, степень очистки раствора с одновременным зависящий от гидродинамического сопродостижением величины остаточной концен- 25 тивления фильтрующей перегородки, трации, соответствующей или ниже ПДК см3/кгс-с; красителя (18 мг/л). U 0 - абсолютная подвижность органичеСравнительный анализ эффективности ского иона в интервале (4,5-8,0)-10 , см2/В-с; предлагаемого и известного способов, Е - напряженность электрического попредставленный в таблице, показывает, что 3 0 ля, В/см; степень очистки раствора возросла с 45,5 до Сисх ~ концентрация органической при67,2 - 100% (на 21,7-54,5%) при снижении меси в исходном растворе, кг/л; энергозатрат на выделение красителя с Свых - концентрация органической при0,194 до 0,022-0,1 Квт-ч/г (в 8,9-1,9 раза). меси в очищенном растворе, мг/л. При этом производительность аппарата 2. Способ поп, 1, о т л и ч а ю щ и й с я увеличилась с 0,275 до 0,323-0,5 мг/мин в тем, что в качестве фильтрующей перего1,17-1,87 раза). родки используют ультрафильтрационные Формула изобретения мембраны на основе ацетата целлюлозы 1. Способ очистки воды от органических или тканевые материалы. веществ, включающий обработку воды в ап- 40 В Пористая диаф- Удаляемый кра- Перепад давле- Напряжение на Производительрагма,используения на диафрагаппарате, В ность аппараситель маяв ме,кгс/см та, мг/мин зпектромембрэ нном аппарате Известный 0,275 ПКС2С 80 Предлагаемый способ 0.13 Бязь 247 ПКС2С 40 0,37 Тоже 0,13 50 0,42 .Тоже —я— —rt— 0,13 80 0,46 —*-»_ 0,13 109 0,55 и 0,13 120 0,55 —— " 0,60 80 УПМ-55П 0,515 0,13 ПЧ2С 80 0,323 * Бязь 247 0,30 80 Тоже Тоже 0,342 0,40 80 0,35 Остаточна^ Степень очистЗатраты электки раствора, концентрация роэнергии на красителя в очи- удаление краси% теля кВт.ч/г щенном растворе, мг/л 45,5 30 0,19 67 18 15 13 5 0 10 11 0,022 0,032 0,04 0,095 0,10 0,042 0.095 0,094 0,091 73 76 91 100 81 75,6 80 82 9 8 О1 W -4 ГО N3 СП со 1637225 Редактор Т.Ивэнова Составитель Л.Иоффе Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко Заказ 1074/ДСП Тираж 408 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101