Спосіб опріснення борвмісних вод електродіалізом

MITK6CO2F 1/469 Спосіб опріснення борвмісних вод електродіализом. Винахід відноситься до області обробки води, зокрема до опріснення , і може бути використаний для опріснення природних мінералізованих борвмісних вод. Пошук ефективних способів опріснення борвмісних вод є в теперішній час актуальним завданням, оскільки гранично допустима концентрація (ГДК) бору у питній воді рівна 0,5 мг/дм3 / Борисов А.И. Материалы к обоснованию допустимого уровня содержания бора в питьевой воде // Гигиена и санитария.1976.-№1.-с. 11-16 / [1], а вміст його в природних мінералізованих водах складає частіше всього 1,5-4,7 мг/дм , зокрема, у воді Азовського моря 1,2 мг/дм / Опреснение воды Азовского моря методом обратного осмоса / Д.Д.Кучерук, Р.В.Войцеховский, В.П.Бадеха, Е.А.Цапюк // Современные высокоэффективные методы очистки воды.-М.: Знание, 1984.-С.42-46 / [2], у воді Чорного моря - 2,3 мг/дм3 / Николаев А.В., Рябинин А.И. К вопросу о выделении бора из морской воды // Докл. АН СССР.-1972.-207, №1.-с. 149-151 / [3], в океанічній воді - 4,7 мг/дм3 / Vesugi Katsuya, Ishihara Soshio, Samaguchi Shigerohcu. Содержание бора и брома в морской воде, рассолах, рапе, поваренной соли // Химэдзи коге дайгаку кэнкю хококу, Repts Himeji Inst. Technol.-1980.-№3.-c.l-5 / [4]. Як показали медико-біологічні дослідження, бор є біологічно-активним елементом, і в відповідності з прийнятою класифікацією його можна віднести до дуже токсичних речовин. Перевищення ГДК бору у питній воді призводить до зміни складу крові, порушення функціональної діяльності печінки і шлунково-кишкового тракту. Крім загальнотоксичного впливу, бор може виявляти також виражену гонадотоксичну, ембріотоксичну і терратогенну дію на організм людини і тварин / Пилиленко А.Т., Гребенюк В.Д., Мельник Л.А. 2 /Извлечение соединений бора из природных и промышленных вод // ХТВ.1990-т.12,№3.-с.210/[5]. Відомо спосіб зворотньоосмотичного опріснення води Азовського моря в установці УМП20/2000Р з мембранами МГА-95, МГА-100 [2]. Опріснення здійснювали при рН води 6,0, температурі -23°С. Робочий тиск на апараті складав 6 МПа. Отримана прісна вода із загальним солевмістом 10, при кімнатній температурі в камері знесолювання електродіалізного апарату, утвореній гетерогенними мембранами МК-40 і МА-40, до загального солевмісту 200-300 мг/дм". При обробці по цьому способу мінералізованої води з початковим вмістом бору 1,5 і 4,0 мг/дм 3 ступінь вилучення бору досягає 80-92,4% і концентрація його в діалізаті знижується до 0,3- 0,5 мг/дм3 при рН опріснюваної води 10,7-11,2. Як випливає із наведеннях даних, спосіб забезпечує необхідний ступінь очистки від бору (до рівня ГДК). Але цей результат досягається в сильнолужній області, що при опріснені реальних природних вод / ускладнюється утворенням малорозчинних сполук кальцію і магнію, які відкладаються на іонообмінних мембранах, погіршуючи їхні електрохімічні характеристики. У зв'язку з цим, після підлужнювання до рН 10,7, воду слід направляти на додаткову обробку з метою вилучення завислих речовин. Крім того, опріснена вода потребує також корекції рН, оскільки водневий показник води господарчо-питного призначення повинен знаходитися в межах 6,0-9,0 /ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. М: Изд-во стандартов. 1992 г.-8 с. / [8]. Таким чином, основними недоліками відомого способу є необхідність освітлення оброблюваної води після створення оптимального для вилучення бору значення рН, а також додаткового регулювання рН діалізату соляною кислотою наприкінці опріснення. В основу винаходу покладена задача вдосконалити електродіалізний спосіб опріснення борвмісних вод шляхом створення оптимальних умов для вилучення бору в слабколужному середовищі, що забезпечує в процесі опріснення глибоку очистку від бору (на рівні ГДК і нижче) і одночасно виключає утворення малорозчиних сполук кальцію і магнію у воді, що обробляється, знижує або повністю виключає застосування кислоти для корекції рН діалізату, приводячи тим самим до спрощеня і здешевлення способу. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб злектродіалізного опріснення борвмісних вод, що включає подачу опріснюваної води в камери знесолювання електродіалізного апарату, утворені катіонітовими і аніонітовими мембранами, в якому, згідно винаходу, процес ведуть при рН середовища 7,5-9,5 у присутності середньосновного аніоніту в камері знесолювання. Нами встановлено, що тільки поєднання двох факторів - рН опріснюваної води 7,5-9,5 і наявність середньоосновного аніоніту у камері знесолювання - забезпечує найбільш ефективний перенос бору через к. мембрани у камери концентрування за рахунок деякої селективності сорбенту до бору і достатньої рухливості бору у фазі сорбенту. Це дозволяє добитися глибокої очистки від бору в процесі електродіализного опріснення при виключенні додаткової стадії обробки води з метою вилучення малорозчинних сполук кальцію і магнію, що утворюються при рН>9,5, зменшенні витрат агрессивних реагентів, що спрощує і здешевлює цей спосіб. Саме лише зниження рН опріснюваної води до значення 7,5-9,5 не забезпечує необхідного ступеню вилучення сполук бору, оскільки при опрісненні в цих умовах модельних розчинів, що містять 1,5-4,0 мг/дм3 бору, залишковий вміст бору у діалізаті складає 1,1-2,1 мг/дм3, що в 2,2-4,1 раза перевищує ГДК [7]. Вибір аніоніту обмежений тим, що відповідно до наших даних, використання у камері знесолювання електродіалізного апарату сильноосновної або селективних до бору низькоосновних іонообмінних смол АНБ-Пг, АН-31 / Сорбция бора из модельных растворов и морской воды / И.Б. Серова, A.M. Сорочан, В.А. Вакуленко, Л.П. Деркач // ЖПХ.-1989.-№2.с.293-298 /[9], не дозволяє досягнути задовільного ступеня очистки від бору при рН опріснюваної води 7,5-9,5, і концентрація бору в опрісненій воді перевищує ГДК в 2-8 раз. Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу, що пропонується, є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату, що забезпечується винаходом - глибоке вилучення бору (до рівня ГДК) при одночасному значному спрощенні та здешевленні способу за рахунок виключення утворення малорозчинних сполук кальцію та магнію у оброблюваній воді та зменшення витрат агресивних реагентів. Спосіб реалізується наступним чином Досліди проводили у шестикамерному електродіалізному апараті який містить електродні камери концентрування s >, камеру знесолювання , буферну камеру , камери . Камери відокремлені між собою 5. катіонітовими (К) і аніонітовими (А) мембранами, що чергуються. Робоча поверхя однієї мембрани - 9,7 см2, міжмембрана відстань - 5 мм, катодом та анодом служила платина. Через електродні камери 1,2 циркулював 0,1М розчин сульфату натрію. Камери концентрування заповнювались 0,2М розчином хлориду натрію. З верхнього штуцера камер розсіл витікав самовільно, із-за збільшення його об'єму у зв"язку з електроосмотичним переносом води. У буферну камеру подава ли 2М розчин хлориду натрію. Досліди провод или у гальваностатичному режимі. В камеру знесолювання , заповнену средньоосновним аніонітом, подавали модельний борвмісний розчин. Ступінь вилучення бору контролювали по його концентрації у пробах, що періодично відбирались з камери знесолювання . Бор визначали колориметричним методом з використанням карміну /Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод.-М.,Тосгеолтехиздат, 1963.-404 с/ [10]. Характеристики матеріалів і речовин, що використовувались. Мембрани МК-40 и МА-40 (ТУ 6-05-1203-88), підготовленні за ГОСТ 17553-72 відповідно в ЬҐ и ОН" -формі. Борна кислота «хч» за ГОСТ 18704-78. Натрій хлористий «хч» за ГОСТ 4233-77. Натрій сірчанокислий «чда» за ГОСТ 4166-76. Середньоосновний аніоніт ЭДЭ-10П (ГОСТ 20301-74), підготовлений за ГОСТ 10896-78 в СГ -формі. Приклади реалізації за винаходом. Приклад 1. Модельний розчин (v=0,15 дм3), що містив 1,5 мг/ дм3 бору (вводився у вигляді Н3ВО3) , 8,5 ті дм NaCl з рН 7,5, циркулював з лінійною швидкістю З см/с через камеру знесолювання 3, обмежену катіонітовою мембраною МК-40 і аніонітовою мембраною МА-40. Камера знесолювання заповнювалась середньоосновним аніонітом ЭДЭ-10П, який попередньо приводився в рівновагу з вихідним модельним розчином. Камери концентрування 4,5 заповювались 0,2М розчином NaCl. Нижній штуцер камер закривали кохером. Розсіл, що самовільно витікав з верхнього штуцера камер, збирався у циліндри. Через електродні камери 1,2 циркулюровало 2 л 0,1М розчину Na2SO4У буферну камеру 6 подавався 2М розчин хлориду натрію. Густина електричного струму складала 1,0 А/ дм3. Процес закінчували при загальному солевмісті діалізату - 250 мг/ дм . Залишковий об"єм діалізату 0,13 дм3 . Залишкова концентрація бору у діалізаті - 0,5 мг/дм3 ( таблиця, приклад 1). Приклад 2. Приклад виконується аналогічно прикладу 1, однак при цьому використовували модельний розчин з рН 9,5 (v=0,15 дм3), що містив 4,7 мг/ дм3 бору (вводився у вигляді Н3ВО3) і 14 г/ дм3 NaCl . Густина електричного струму складала 1,0 А/ дм3. Процес закінчували при загальному солевмісті діалізату - 230 мг/ дм3. Залишковий об'єм діалізату - 0,12 дм . Залишкова концентрація бору у діалізаті - 0,5 мг/дм ( таблиця, приклад 5). Аналогічно описаним прикладам реалізації за винаходом були здіснені досліди по опрісненню вод з різним вмістом бору при значеннях рН середовища як в інтервалі, що заявляється, так і за його межами. Встановлено, що оптимальним з точки зору ефективності вилучення бору в процесі опріснення при його концентрації у воді від 1,5 до 4,7 мг/дм3 є інтервал рН середовища 7,5-9,5, застосуваннямсередньоосновного який аніоніту забезпечує у у камері поєднанні із знесолювання електродіалізного апарату вилучення бору до ГДК і нижче (таблиця, приклади 1-5). 7. Таблиця Прнк Вихідна лади концентрація бору в опріснюваному № п/п розчині, мг/дм За винаходом рН Кінцева концентрація бору опріснюваного в опріснюваному розчині, розчину мг/дм 1 1,5 7,5 0,5 2 1,5 9,5 ОД 3 2,3 8,7 0,5 4 4,0 9,5 0,4 5 4,7 9,5 0,5 Заграничні режими 6 1,5 7,0 0,7 7 4,0 10,0 0,4 0,5 За прототипом 8 1,5 10,7 9 4,0 10,7 10 4,7 . 0,5 0,5 При заграничному зниженні величини рН, наприклад до рН 7,0, ступінь очистки від бору знижується, і залишкова концентрація його в опрісненній воді перевищє ГДК, складаючи 0,7 мг/дм3. При заграничному підвищенні величини рН, наприклад до рН 10, залишкова концентрація бору у воді досягає рівня нижче ГДК. Однак, при цьому відбувається утворення малорозчинного карбонату кальцію, що потребує додаткової обробки води з метою його вилучення, ускладнює та подорожчує процес. Перевага запропонованого способу порівняно з прототипом полягає в слідуючому. 8 Запропонований спосіб, як і відомий, забезпечує глибоку очистку води від бору до ГДК І нижче. Разом з тим цей результат досягається при значному спрощенні і здешевленні за рахунок зниження рН води, яка обробляється на 1,2-3,0 одиниці і виключення утворення малорозчинних сполук кальцію і магнію, а також повного виключення застосування кислоти для коригування рН діалізату або ж зменшення її витрати у 3 рази.