Способ деминерализации воды
Использование: для деминерализации природных и промышленных вод. Сущность изобретения: в высокоминерализованную воду перед обработкой с помощью обратного осмоса вводят сульфатный лигнин в концентрации 15-100 мг/л и анионогенное ПАВ при массовом соотношении ПАВ: сульфатный лигнин от 1:10 до 1000. Формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%. 1 з.п, ф-лы, 1 табл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823737/26 (22) 14.05.90 (46) 07.10.92. Бюл, ¹ 37 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им, А.B,Äóìàíñêoãî (72) Т.В.Князькова, А.А.Кавицкая и С.С.Саидов (56) Т.B.Êíÿçüêoâà, А.А,Кавицкая, С.С.Саидов, А.В.Гармаш, Деминерализация лининсодержащих вод обратным осмосом с использованием динамических мембран, Химия и технология воды. 1984, ¹ 3, с. 252—
257.
Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано для деминерализации природных и промышленных вод, В настоящее время широко применяемым методом деминерализации природных и промышленных вод является обратный осмос, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ деминерализации воды с помощью обратного осмоса на динамических мембранах, формируемых из сульфатного лигнина на ультрафильтрационных и обратноосмотических ацетатцеллюлозных мембранах непосредственно в процессе обратного осмоса при постоянном присутствии полимера в обрабатываемой воде.
Способ заключается в том, что минерализованный раствор, в котором содержится растворенный сульфатный лигнин в концентрации 15-100 мг/л, подвергают разделению в мембранном разделителе с ацетатцеллюлозными обратноосмотическими или ультрафильтрационными мембрана„„Я2„„1766475 A 1 (sI>s В 01 D 69/14, С 02 F 1/44 (54) СПОСОБ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ (57) Использование: для деминерализации природных и промышленных вод. Сущность изобретения: в высокоминерализованную воду перед обработкой с помощью обратного осмоса вводят сульфатный лигнин в концентрации 15 — 100 мг/л и анионогенное
ПАВ при массовом соотношении ПАВ; сульфатный лигнин от 1:10 до 1000. Формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%. 1 з.п, ф-лы, 1 табл. ми при давлении 1 — 5 МПа, скорости течения раствора в надмембранном канале 0,4 — 1 м/с, рН 7, и после установления динамического равновесия мембрана-раствор (т.е. после окончания формирования динамической мембраны, которое наступает через 38 ч в зависимости от плотности ацетатцеллюлозной мембраны-подложки) процесс ведут в том же режиме с получением фильтрата постоянного состава
Данные динамические мембраны обеспечивают более высокое солезадержание, чем ацетатцеллюлозные мембраны с той же, как у динамических, водопроницаемостью.
Однако известный способ эффективен только при относительно невысокой минерализации воды. С увеличением концентрации соли в разделяемом растворе более
13 — 15 г/л ионная с лективность снижается, и уже при концентрации 30 г/л для NazS04 не превышает 80% (22 — 80%) в области давлений 3-5 МПа. На плотных мембранах (со стандартной ионной селективностью >80%) улучшение солезадержания за счет формирования динамической мембраны при высо1766475
30
55 кой концентрации соли практически не достигается или происходит ухудшение разделительных свойс в, Цель изобретения — повышение солезадержания при обработке высокоминерализованной воды, Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу деминерализации воды с помощью обратного осмоса на динамической .,мембране, получаемой на
"ацетатцеллюлозной мембране при введенйи"сульфатного лигйина в обрабатываемую воду в конКентра ии 15 — 100 г/л, в воде дополниТельно растворяют аниогенные
ПАВ при массовом отношении ПАВ:сульфатный лигнин в диапазоне от 1;10 до
1;1000, и формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%, предпочтительно 66 — 90%.
Для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы следующие анионогенные ПАВ: соли карбоновых кислот с общей формулой CnH2n+1 COONa соли алкилсерных кислот (алкилсульфаты) с общей формулой CnHn+1SO4Na; соли алкан- и алкилароматических сульфокислот (сульфонаты) с общей формулой С Н + С<,Н +1СНЯО Ма;
CnHzn+>SO@ Na и другие сульфонаты.
Используемые для осуществления способа аниогенные ПАВ должны быть растворимы в водных растворах солей.
Нерастворимые ПАВ неэффективны для достижения поставленной цели, Пределы массового отношения ПАВ и. сульфатного лигнина устанавливаются, исходя из следующих соображений, Нижний предел по ПАВ 1;1000 определяется минимальной долей ПАВ в смеси с сульфатным лигнином, при которой достигается положительный эффект (повышение солезадержания). Пол ожител ьн ый эффект наблюдается при увеличении соотношения ПАВ;сульфатный лигнин до 1:10 и даже выше; при этом не замечено существенного изменения (ухудшения или улучшения) солезадержания, Повышение массового соотношения
ПАВ;сульфатный лигнин больше 1:10 не имеет практического смысла, поскольку
ПДК анионогенных ПАВ в воде составляют<10 мг/л. При соотношении ПАВ:сульфатный лигнин, близком к нижнему рекомендуемому значению (1:1000), достаточная концентрация ПАВ в обрабатываемой воде на 2 порядка ниже ПДК, Для осуществления способа формирование динамической мембраны из сульфатного лигнина с дополнительным вводом анионогенных ПАВ проводят на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной ионной селективностью (т,е. селективностью по раствору NaCI с концентрацией 5 г/л при давлении 5 МПа) выше 60%. На мембранах с более низкой селективностью положительный эффект практически не наблюдается, т,к, динамические мембраны нестабильным либо не формируются, Преимущественная область стандартной селективности ацетатцеллюлозных мембран — 66 — 90% установлена, исходя из получения существенного положительного эффекта, Ввод анионогенного ПАВ в качестве добавки к сульфатному лигнину при формировании динамических мембран на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной селективностью выше 60% способствует улучшению солезадержания, в основном; при высоких концентрациях соли в обрабатываемой воде, т.е. предлагаемый способ предотвращает резкое падение солезадержания с ростом концентрации соли, которое наблюдается без использования
ПАВ.
Способ осуществляют следующим образом.
В минерализованную воду вводят сначала анионогенные ПАВ, затем сульфатный лигнин в количествах, обеспечивающих массовое отношение ПАВ:сульфатный лигнин
1:10 — 1:1000, Ввод добавок может быть осуществлен в виде дозировочного раствора, содержащего смесь ПАВ и сульфатного лигнина в заданном соотношении, Воду с введенными добавками направляют в мембранный разделитель, в котором на ацетатцеллюлозных мембранах со стандартной ионной селективностью выше 60%. преимущественно 66 — 90%, в процессе обратного осмоса идет формирование динамической мембраны.
После окончания формирования динамической мембраны осуществляется деминерализация воды с получением фильтрата постоянного состава.
Пример 1, В 20 л водного раствора
Иа ЯО4 с концентрацией соли 50 г/л вводят 10 мг технического динатрийметиленнафталинсульфоната (НФ) с содержанием основного продукта 32% и перемешивают до растворения, Концентрация технического ПАВ при этом составляет 0,5 мг/л, а по основному веществу — 0,16 мг/л, Затем в минерализованный раствор вводят
2 г сульфатного лигнина в виде 10%-ного раствора. Концентрация лигнина в растворе — 100 мг/л, а массовое соотношение
ПАВ:сульфатный лигнин 1;200 по техническому ПАВ или 1:625 по основному веществу
ПАВ. Полученный раствор подают в разде1766475 литель с напорной камерой в виде канала длиной 30 см, шириной 0,3 см, высотой 01, см, снабженный обратноосмотической ацетатцеллюпозной мембраной иВладипорм марки МГА-80, Стандартная ионная селективность мембраны по ее технической характеристике — 80,4 . Процесс обратного осмоса проводят при давлении 3 МПа, скорости течения в напорном канале 1 м/с, температуре 22 С, рН раствора 6,9. Через
3,5 ч на ацетатцелпюлозной мембране формируется динамическая мембрана, о чем свидетельствуют постоянные характеристики селективности и удельной производительности. Установившаяся селективность (солезадержание) динамической мембраны по натрий-иону составляет 92,9 при удельной производительности 19,3 л/м ч (таблица, пример 11).
При проведении процесса в аналогичных условиях без предварительного ввода
ПАВ селективность по натрий-иону равна
64,7, удельная производительность — 20,9 л/м ч (таблица, пример 12).
Пример 2. 4ля ввода в минерализованную воду готовят смешанный дозировочный раствор сульфатного лигнина и ПАВ следующим образом. Навеска пальмитиновой кислоты (0,5 r) растворяется в 1 л 0,1 N раствора NaOH при нагревании, в результате получается раствор пальмитата натрия. К навеске 50 г сульфатного лигнина в виде порошка постепенно добавляют щелочной раствор пальмитата натрия, перемешивают до полного растворения. Полученный дозировочный раствор содержит ПАВ и сульфатный лигнин в массовом отношении 1:100, В 20 л водного раствора NaCI с концентрацией 25 г/л вводят 8 мл дозировочного раствора. Концентрация ПАВ и сульфатного лигнина составляет соответственно 0,2 и 20 мг/л.
Минерализованный раствор с добавками подают в разделитель, описанный в примере
1, но снабженный ультрафильтрэционной ацетатцеллюлозной мембраной и Владипори марки УАМ-150, предварительно опрессованной под давлением 5 МПа на растворе 5 г/л
NaCI до постоянных характеристик разделения, Селективность этой мембраны после опрессовки на растворе 5 г/л NaCI при давлении
5 МПа, т,е, в стандартных условиях, составляет 66,0; .
Процесс обратного осмоса проводят при давлении 5 МПа, скорости течения раствора в напорном канале 1 м/с, температуре 23 С, рН раствора 7,0. Через 4,5 ч устанавливаются постоянная селективность и удельная производительность, т,е, завершается формирование динамической мембраны. Установившаяся селективность динамической мембраны равна
88,5 при удельной производительности
64,2 л/м ч (таблица, пример 5).
При веденйи процесса в аналогичных условиях, но с вводом в минерализованный
5 раствор только супьфатного лигнина в концентрации 20 мг/л без ввода ПАВ селективность динамической мембраны по натрии-иону составляет б3,1 удельная проиеводителвноств — б2,9 л/м ч(таблица, 10 пример 6).
Таким же способом был проведен процесс бартного осмоса высокоминерализованной воды на динамических мембранах с использованием различных анионогенных
15 ПАВ и ацетатцеллюлозных ультрафильтрационных (типа УАМ) и обратноосмотических (типа МГА) мембран разной плотности. Результаты приведены в таблице.
Ках видно из таблицы, при использова20 нии предлагаемого способа достига тся повышение солезадержания при высокой минерализации воды и давлениях, применяемых в практике обратного осмоса, Существенное увеличение солезадержания и
25 достижение селективности выше 80 наблюдается при осуществлении способа с использованием ацетатцеллюпозных мембран со стандартной ионной селективностью (p) 66 — -90 (предпочтительная оЬ30 пасть), В этой области увеличение (прирост) селективности Лp(Лp =pзаяе р изв, где
p»„. и p,,. — селективности, получаемые в заявленном и известном способах соответственно) при минерализации обрабаты35 ваемой воды 25 — 100г/л и давлении 3 — 5 МПа составляет: 25-40 при ро = 66 — 82 и 515 при po"88 — 90%, При po) 90 прирост селективности составляет 1 — 5, Формула изобретения
1. Способ деминерализации воды с по40 мощью обратного осмоса на динамической мембране, получаемой на ацетатцеллюлозной мембране при введении сульфатного лигнина в обрабатываемую воду в концентрации 15 — 100 мг/л, отличающийся
45 тем, что,с целью повышения солезадержания при обработке высокоминерэлизованной воды, в ней дополнительно растворяют анионогенное ПАВ при массовом соотношении ПАВ: сульфатный лигнин в диапазоне от
1:10 — 1:1000, и формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью выше 60%.
2. Способ по п,1, отличающийся тем, что формирование динамической мембраны проводят на ацетатцеллюлозной мембране со стандартной селективностью
66-90 .
1766475
Давление, НПа
Селективность ацетатцеллюлозной ненбраны в стандартных условиях (по раствору 5 г/л
НаС1 при P
5 N!Ia) (pî
Вид BAB удельная производительность, л/нгч
Селективность по натрийиону, 2
Концентрация ПАВЭ нг/л
Отношение
BAB3сульФат ный лигннн
Концентрация сульфатного лигнина, нг/л
IIV пlп
Концентрация соли (ЧагВОЧ, NaC1) е растворе, г/л
50,0 1:50
Стеарат натрия (С, Ч COONa) 15,8
15 5
1 50 38
1,0
I1
46,4
51,2
31,7
71,5
° !
3 40 60,5
1: 100
50,0
Сульфонат (С Нгп СНг» и+ш 1! -17) 0,5
38,7
88,5
64,7
64,2
5 25
1:100
66,0
0,2
20,0
Пальнитат натрия (С,а На! СООКа) 66,0
6 25
7 60
9 40
63,1
80,5
41,!
94,3
62,9
40,2
41,7
20,0
1:40
20,0
66,0
0,5
Сульфонат
1:100
80,4
25,0
23.9
0,25
Деканоат натрия (Сф П 39 СООЧа) 24,8
69,5
92 9!
11 50
80,4
1:200
100,0
19.3
0,5
НФ (NaO>SC a, BaCC2C3o Ba SOaNa) 12
64,7
75,2
73,0
96,0
71,4
95,3
20,9
28,2
27,8
132000
82,0
0,025
50,0
Стеарат натрия
13 30
14
15 40
16
17 33
31
131000
25,5
26,0
11,8
82,0
0,05
50,0
Стеарат натрия
Додецилсульфат натрия (С 12НгВCOONa) 2,0
20,0
11! 0
88,5
12,0
88,5
40,0
18,5
t8,2
22,8
23,5
14,6
14,9
13200
0,2
Деканоат натрия
88,5
0,1
13150
15,0
Стеарат натрия
88,5
15,0
0,1
I: 500
Нф
50,0
90,0
° 1
1:400
40,0
0i1
90,0
13,2
Пальнитат натрия
13,7
6,9
1:500
0,1
90,0
НФ
50 0
7,0
1:200
93,8
0,1
20,0
9,5
9,4
Редактор С, Кулакова
Заказ 3498 Тираж 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
18
19 33
21 40.
22 40
23 46
24
25 70
26
27 100,2
28
29 50
Составитель Н.Кекишева
Техред М,Моргентал Корректор М.Шароши
80,8
96,0
84,2
94,6
83,3
95,6
89,0
96,1
80,2
95,0
85,1
96,9
95,2
