Способ очистки воды и водных растворов от анионов и катионов



 


Владельцы патента RU 2519383:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к очистке воды и водных растворов от анионов и катионов и может быть использовано для очистки природных вод, стоков металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности. Очистку воды и водных растворов от анионов и катионов проводят электролизом переменным асимметричным током с использованием нерастворимых электродов, процесс электролиза проводят с барботажем воздухом при диаметре пузырьков воздуха больше межэлектродного расстояния с последующим введением в раствор комплексообразователя - соли железа двухвалентного (FeSO4) - в соотношении 5:1 по отношению к начальной концентрации очищаемого иона и дальнейшим отстаиванием раствора в течение 8 суток. Технический результат - повышение степени очистки и снижение удельных энергозатрат. 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к очистке воды и водных растворов от анионов и катионов и может быть использовано для очистки природных вод, стоков металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Известны способы очистки воды и водных растворов, представляющие собой электрокоагуляционную обработку, обеспечивающие степень очистки 90-95% [Смирнов Г.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989. 224 с.]. Их недостатками являются применение постоянного электрического тока, что требует дополнительных устройств преобразования переменного электрического тока, и необходимость аэрирования сточных вод после электрокоагуляционной обработки до их осветления.

Известны способы коагуляционной очистки воды и водных растворов, осуществляемые путем добавления в раствор комплексообразователя с последующим отстаиванием [Смирнов Г.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1989. 224 с.; Технические записки по проблемам воды / К.Барак [и др.]; под ред. Т.А.Карюхиной, И.Н.Чурбановой. М.: Стройиздат, 1983. 607 с.]. Недостатком этих способов является большой расход реагентов и невысокая степень очистки.

Известен способ очистки воды и водных растворов от ионов металлов путем электролиза с использованием нерастворимых электродов при наложении переменного синусоидального напряжения [Способ электрохимической очистки воды и водных растворов от ионов тяжелых металлов. Авт. Св. СССР №1724591, кл. C02F 1/46, 1991]. Этот способ взят за прототип. Главный недостаток данного способа - невысокая степень очистки и значительные энергозатраты (1,5-2 (кВт·ч)/м3).

Задача изобретения - повышение степени очистки и снижение удельных энергозатрат.

Это достигается тем, что очистку воды и водных растворов переменным асимметричным током проводят электролизом с использованием пар нерастворимых разнородных электродов и барботированием раствора воздухом, после чего вводят в раствор комплексообразователь и проводят отстаивание.

В качестве комплексообразователя применяют соль железа двухвалентного FeSO4 [Гликина Ф.Б. Химия комплексных соединений: учеб. пособие для вузов. М.: Просвещение, 1982. 160 с.]. Соотношение начальных концентраций комплексообразователя и очищаемого иона - 5:1.

Барботирование очищаемого раствора проводят при условии, что диаметр пузырьков воздуха должен быть больше расстояния между электродами.

Время отстаивания водного раствора 8 суток.

Экспериментальные данные показали, что дальнейшее повышение соотношения начальных концентраций и времени отстаивания не приводит к существенному увеличению степени очистки, а при соотношении начальных концентраций меньше 5:1 и времени отстаивания менее 8 суток степень очистки значительно ниже. При барботировании раствора воздухом, если диаметр пузырьков меньше расстояния между электродами, степень очистки уменьшается.

Для реализации предлагаемого способа процесс очистки проводят в электролизере из чередующихся электродов, выполненных в виде пластин. Материал электродов: нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ОТ 4-0. Температура воды 20-25°C. Расстояние между электродами 12 мм. Объем заливаемого водного раствора 1 литр. Продолжительность электролиза 10 минут при силе тока 0,5 А и напряжении на клеммах электродов 4,1 В.

Обработке подвергались водные растворы, содержащие ионы кадмия (II), меди (II), никеля (II) и хрома (VI). Начальная концентрация каждого иона в растворе 0,5 мг/л.

Пример 1. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков больше расстояния между электродами (>12 мм). После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 5:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 10 мг/л. Время отстаивания 8 суток.

Степень очистки определялась по формуле, %:

Y = ( C o C к С о ) 100

где Сo, Ск - начальная и конечная концентрации очищаемого иона металла, мг/л.

Удельные энергозатраты W определялись по формуле, (кВт·ч)/м3:

W = I U τ V 10 3

где I - сила тока, А;

U - напряжение на клеммах электродов, В;

τ - продолжительность электролиза, ч;

V - объем заливаемого водного раствора, м3;

10-3 - переводной коэффициент из Вт в кВт.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=34,44%, для кадмия YCd=63,44%, для меди YCu=99,56%, для хрома YCr=99,98% и для железа YFe=99,28%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Пример 2. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков больше расстояния между электродами (>12 мм). После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 6:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 12 мг/л. Время отстаивания 8 суток.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=34,62%, для кадмия YCd=63,74%, для меди YCu=99,63%, для хрома YCr=99,99% и для железа YFe=99,88%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Пример 3. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков больше расстояния между электродами (>12 мм). После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 2,5:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 5 мг/л. Время отстаивания 8 суток.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=24,23%, для кадмия YCd=46,75%, для меди YCu=81,23%, для хрома YCr=74,32% и для железа YFe=92,21%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Пример 4. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков больше расстояния между электродами (>12 мм). После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 5:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 10 мг/л. Время отстаивания 10 суток.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=35,24%, для кадмия YCd=64,22%, для меди YCu=99,16%, для хрома YCr=99,98% и для железа YFe=99,58%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Пример 5. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков больше расстояния между электродами (>12 мм). После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 5:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 10 мг/л. Время отстаивания 4 суток.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=29,17%, для кадмия YCd=51,24%, для меди YCu=91,76%, для хрома YCr=86,88% и для железа YFe=99,18%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Пример 6. Электролизу подвергался водный раствор при параметрах, указанных выше, с барботированием воздухом. Барбатирование раствора проводилось при условии, что диаметр пузырьков равен 3 мм. После электролиза вводился комплексообразователь FeSO4. Соотношение начальных концентраций иона-комплексообразователя и очищаемого иона составляло 5:1. Начальная концентрация иона-комплексообразователя в растворе была равна 10 мг/л. Время отстаивания 8 суток.

Степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=26,93%, для кадмия YCd=52,44%, для меди YCu=84,79%, для хрома YCr=77,83% и для железа YFe=99,3%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Количественный анализ ионов, содержащихся в водном растворе после очистки, проводился на масс-спектрометре Agilent 7500 ICP-MS.

Результаты опытов по очистке раствора от хрома (VI) по сравнению с прототипом приведены в таблице .

Результаты опытов по очистке от Cr6+ по сравнению с прототипом
Способ Сo, мг/л Ск, мг/л ПДК, мг/л Y, % W, (кВт·ч)/м3
По прототипу 0,5 0,02 0,001 96 1,5-2
Предлагаемым способом 0,5 0,0001 99,98 0,47

Экспериментальные данные показали, что максимальная степень очистки достигается при электролизе воды и водных растворов барботированием воздухом с диаметром пузырьков больше межэлектродного расстояния, введением комплексообразователя - соли железа двухвалентного (FeSO4), в соотношении 5:1 и отстаиванием раствора в течение 8 суток. При этом степени очистки водного раствора равны: для никеля YNi=34,44%, для кадмия YCd=63,44%, для меди YCu=99,56%, для хрома YCr=99,98% и для железа YFe=99,28%. Удельные энергозатраты составляют W=0,47 (кВт·ч)/м3.

Способ очистки воды и водных растворов от анионов и катионов электролизом переменным асимметричным током с использованием нерастворимых электродов, отличающийся тем, что процесс электролиза проводят с барботажем воздухом при диаметре пузырьков воздуха больше межэлектродного расстояния с последующим введением в раствор комплексообразователя - соли железа двухвалентного (FeSO4) - в соотношении 5:1 по отношению к начальной концентрации очищаемого иона и дальнейшим отстаиванием раствора в течение 8 суток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для очистки воды от взвешенных загрязнений, обеззараживания от бактерий, снижения содержания в воде солей жесткости и тяжелых металлов, соединений железа, марганца и др.

Изобретение относится к устройствам для доочистки питьевой воды. Водоочиститель на основе получения талой питьевой воды включает последовательно расположенные в одном продольном сосуде 1 зоны замораживания воды, вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола, перехода воды из твердого состояния в жидкое.

Изобретение относится к области обработки подземных вод с повышенным содержанием бора и может быть использовано в процессах водоподготовки для питьевых и технических целей.

Изобретение относится к техническим средствам для электрохимической активации воды. Установка содержит диафрагменный электролизер с вертикально расположенными цилиндрическим и стержневым электродами, между которыми размещена трубчатая диафрагма из ультрафильтрационного эластичного материала, закрепленная на металлическом сетчатом каркасе цилиндрической формы и разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры, снабженные патрубками для подвода и отвода воды, источник тока, соединенный с электродами, причем электроды закреплены взаимно неподвижно, герметично и коаксиально с диафрагмой при помощи втулок из диэлектрического материала.

Изобретение относится к области утилизации органических субстратов, не представляющих ценности в качестве исходного сырья для приготовления товарной продукции, в первую очередь органических удобрений.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ подготовки воды для полива, который включает обработку исходной воды в катодной камере первого диафрагменного электролизера и смешение ее с продуктом обработки раствора в анодной камере второго диафрагменного электролизера, причем в качестве исходной воды используют очищенную пресную воду, на обработку в анодную камеру второго электролизера подают раствор фосфорной или азотной кислоты или их смесь, и обработку в катодной камере первого электролизера ведут до достижения рН 9,5-10, а обработку в анодной камере второго электролизера ведут до увеличения исходного окислительно-восстановительного потенциала раствора кислоты на 200-400 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

Способ ликвидации сточных вод при газогидродинамических исследованиях скважины и система для его осуществления относится к горной промышленности, а именно к технологическому оборудованию для утилизации отходов бурения газовых скважин при их испытаниях.

Изобретение может быть использовано на предприятиях цветной металлургии и золотодобывающей промышленности для очистки цианидсодержащих пульп и сточных вод, образующихся при переработке руд и концентратов и содержащих в твердой фазе минералы.

Изобретение относится к способу обезвреживания нефтешламов, может найти применение в технологии комплексной переработки нефтезагрязненных отходов и почвогрунтов, в частности, образующихся в результате деятельности предприятий магистральных нефтепроводов. Способ обезвреживания нефтешламов включает получение обезвреживающей композиции путем извлечения из нефтешлама тяжелой фракции, содержащей высокомолекулярные углеводороды, перемешивания указанной фракции с реагентом на основе оксидов щелочноземельных металлов, проведения экзотермической реакции гидратации с получением гранул, содержащих высокомолекулярные углеводороды, и с использованием указанных гранул для фильтрации водной фракции нефтешлама при последующем их обезвреживании.

Изобретения могут быть использованы для очистки сточных вод, образующихся в процессе получения ароматических карбоновых кислот, от соединений тяжелых металлов. Для осуществления способа сточные воды приводят в контакт с частицами хелатообразующей смолы, имеющими коэффициент однородности 1,4 или менее, при этом pH сточных вод составляет 5,1-5,9 и скорость потока сточных вод составляет 5-14 м/час.

Изобретение относится к области очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, например никеля, меди, цинка и железа, и может найти применение в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности. Электрообработку сточных вод от ионов тяжелых металлов ведут постоянным током при плотности тока 6-9 А/м2 и напряжении 12 В в течение 10-15 мин, образующийся шлам, содержащий ионы тяжелых металлов, поднимают на поверхность воды пузырьками водорода, выделяющимися на алюминиевых катодах, и удаляют с поверхности воды. Технический результат - снижение затрат на расход алюминия и электроэнергии, повышение эффективности и скорости очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. 5 табл., 4 пр.

Изобретение относится к устройству для обеднения вод газами и включает в себя: систему труб, имеющую одну разведочную трубу для приема газосодержащего флюида, одну нагнетательную трубу для обратного отвода флюида, обедненного газами, и, по меньшей мере, две газовые ловушки, которые расположены в устройстве таким образом, что в газовой ловушке можно создавать выбираемое давление, при этом газовая ловушка функционально связана как с разведочной трубой, так и с нагнетательной трубой таким образом, что флюид из разведочной трубы может направляться через газовую ловушку в нагнетательную трубу, а газовая ловушка выполнена с возможностью соединения с устройством для приема газа. При этом газовые ловушки расположены на определенном расстоянии вертикально друг над другом и относительно обедняемого флюидного месторождения и соединены друг с другом функционально таким образом, что поднимающийся флюид из разведочной трубы попадает в первую газовую ловушку, которая находится на первом уровне давления, при котором выделяется первый газ или газовая смесь, затем обедненный флюид попадает во вторую газовую ловушку на опять же заданном уровне давления, в котором выделяется второй газ/газовая смесь, при этом первое давление и второе давление различаются между собой и отдельные газовые ловушки соответственно могут функционально соединяться с одним или несколькими устройствами приема газа, или одна или несколько групп газовых ловушек могут быть соединены с общим устройством приема газа, а также соответствующие способы и варианты использования. Технический результат заключается в повышении эффективности отделения газа от флюида. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для рецикла сбросной воды, содержащей суспензию, из процесса обработки полупроводников, в частности из процесса химико-механической полировки. Способ включает: стадию фильтрования, на которой свежую содержащую суспензию сбросную воду непрерывно подают в циркуляционную емкость (10), при этом смешанную сбросную воду непрерывно извлекают из циркуляционной емкости (10), извлеченную сбросную воду направляют через устройство (20) ультрафильтрации и концентрируют путем удаления жидкости для получения концентрированной сбросной воды, и концентрированную сбросную воду подают в циркуляционную емкость (10) и смешивают с содержимым циркуляционной емкости (10), чтобы получить смешанную сбросную воду; и стадию концентрирования, следующую по времени за стадией фильтрования, на которой добавление свежей сбросной воды в циркуляционную емкость (10) уменьшают или практически прекращают, при этом смешанную сбросную воду непрерывно удаляют из циркуляционной емкости (10), смешанную сбросную воду, которую удаляют, пропускают через устройство (20) ультрафильтрации и концентрируют им путем удаления жидкости для получения концентрированной сбросной воды, и концентрированную сбросную воду пропускают в циркуляционную емкость (10). Технический результат - повышение концентрации твердых веществ в концентрированной сбросной воде. 2 н. и 10 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ обеззараживания воды и оценки его эффективности в отношении индикаторных, потенциально-патогенных и патогенных бактерий. Способ включает использование нерастворимых в воде гетерогенных сенсибилизаторов на основе фталоцианинов, привитых к аминопропилированному силикагелю. Применяют сенсибилизаторы с положительным электрическим зарядом, в структуре активной фазы которых содержатся фталоцианины алюминия, цинка или кремния, при концентрации активной фазы 5 мкМ/г. Сенсибилизатор в концентрации 4 - 5 г/дм3 вводят в инфицированную воду и выдерживают ее в темноте с последующим освечиванием при активном барботировании кислорода воздуха. Затем после осаждения сенсибилизатора из надосадочной жидкости отбирают пробы воды. Производят посевы обеззараженного объема воды. Подсчитывают число выросших колоний. Вычисляют эффективность обеззараживающего действия сенсибилизатора и оценивают ее как высокую при значении ≥99,99%, среднюю при значении от 80,9 до 99,98%, низкую при значении <80,9%. Изобретение позволяет расширить арсенал используемых нерастворимых в воде гетерогенных сенсибилизаторов для обеззараживания воды. 4 ил., 3 табл., 9 пр.

Изобретение относится к обработке воды с целью ее дезинфекции посредством ультрафиолетового излучения. Устройство для дезинфекции воды содержит корпус 1 в виде стакана с входным 16 и выходным 17 патрубками. Внутри корпуса расположена камера обеззараживания 2 с заключенной в кварцевый кожух 7 ультрафиолетовой лампой 8. Между боковой стенкой 3 камеры обеззараживания и корпусом образована свободная полость для прохождения необработанной воды. Камера обеззараживания может быть выполнена из полимерного материала с внутренним покрытием, стойким к ультрафиолетовому излучению. Край кварцевого кожуха лампы соединен с корпусом посредством держателя 9, приклеенного к кожуху. Технический результат изобретения состоит в увеличении производительности устройства, повышении долговечности и надежности его работы, а также простоты проведения сервисного обслуживания и ремонта устройства. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции. Способ включает электролиз дистиллированной воды в электролизере с получением обедненного дейтерием водорода на газодиффузионном водородном катоде электролизера, осушение полученных электролизных газов, подачу осушенных газов в колонну каталитического изотопного обмена для обогащения водорода дейтерием и обеднения им водяного пара, для чего в колонну подается пар из парогенератора, который снабжается дистиллированной водой из питателя, при этом обогащенный дейтерием водород направляется противотоком с водяным паром для дальнейшей ионизации, а обедненный водяным паром водород поступает в конденсатор, для конденсации паров воды и дальнейшей минерализации обедненной дейтерием воды. Изобретение обеспечивает эффективное разделение изотопов водорода, получение более качественного продукта и уменьшение себестоимости процесса. 1 ил.
Средство для стабилизации рН-показателя и окрашивания воды содержит растворенные в водном растворе глицерина краситель, трис (гидроксиметил) аминометан и трис гидрохлорид или соляную кислоту. Оба варианта способа обеспечивают полное растворение средства в воде, придают ей равномерную интенсивную окраску и стабилизируют pH-показатель воды в диапазоне значений 6,5…7,5, являющихся благоприятными для сохранения биологической активности большинства вакцинных вирусов. 2 н.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение может быть использовано для биологической обработки сточных вод. Реактор (1) с восходящим потоком содержит бак (2) реактора, трубопроводы (31-34), распределитель (3) сточных вод, флотационные разделители (10, 20) для разделения воды (7) реактора, биомассы (8) и биогаза (9), сборное устройство (4) и газоотделитель (6) для разделения биомассы (8) и биогаза (90). Первый флотационный разделитель (10) содержит один или несколько соединенных со сборным устройством (4) колпаков (11) для газа с выпускными отверстиями, причем площадь поперечного сечения выпускных отверстий (13) регулируют посредством подвижных экранов (14). Реактор содержит исполнительные элементы для приведения в действие подвижных экранов (14, 24), причем исполнительные элементы предпочтительно оснащены гидроприводом. Кроме того, реактор (1) с восходящим потоком имеет электронное управление. В выпускных отверстиях, по меньшей мере, одна краевая область (13) ограничена гибким оболочковым экраном, соединенным с нагнетательным устройством для текучей среды, предпочтительно для воды. Реактор обеспечивает биологическую обработку сточных вод с повышенной эффективностью, заключающейся в увеличении степени преобразования имеющихся в сточных водах органических загрязнений. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к биоцидам. Осуществляют стабилизацию водной композиции фосфониевого соединения, содержащего мышьяк в качестве примеси путем добавления эффективного для стабилизации мышьяка количества соединения, выбранного из группы, состоящей из аммиака, аммониевой соли, органической аминокислоты, пептида и полипептида. Водную композицию фосфониевого соединения, содержащую мышьяк в качестве примеси стабилизируют указанным способом. Изобретение позволяет повысить стабильность продукта. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и может быть использовано для деминерализации природных и сточных вод методом электродиализа в атомной энергетике, в электронной, медицинской, фармацевтической, химической, пищевой отраслях промышленности. Электродиализатор включает корпус, расположенные в корпусе между электродами анионную и катионную мембраны, которые разделяют корпус на три камеры: анодную, катодную и исходной воды, каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата. Мембраны выполнены из слоев жидкости различной плотности и толщины, причем плотность катионной мембраны больше плотности исходной воды, плотность анионной мембраны меньше плотности исходной воды. Анионная мембрана выполнена из слоев этилового спирта и толуола, а катионная мембрана - из слоев нитробензола и глицерина, номинальная толщина каждого слоя жидкой мембраны составляет 40-45 мм. Технический результат - повышение степени обессоливания воды, снижение трудоемкости обслуживания электродиализатора и повышение надежности его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Наверх