Способ очистки воды хозяйственно-питьевого назначения от соединений лития



Владельцы патента RU 2656311:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (ИМЗ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано для очистки природных вод из подземных источников от соединений лития при получении воды хозяйственно-питьевого назначения. Способ очистки воды хозяйственно-питьевого назначения от соединений лития включает в себя пропуск воды через слой сильнокислотной Na-катионитной ионообменной смолы. Изобретение обеспечивает достижение показателей качества воды по содержанию лития менее 0,03 мг/л. 1 табл.

 

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано для очистки природных вод из подземных источников от соединений лития при получении воды хозяйственно-питьевого назначения.

Известен способ очистки сточной воды от лития, цинка и хрома, включающий обработку сточной воды электродиализом при плотности тока 0,5-5,0 мА/см2 с использованием в качестве анионселективной мембраны 3-15% раствора триоктиламина в алифатическом спирте, а в качестве катионселективной мембраны - раствора ди-2-этил-18-краун-6 в валериановой кислоте (Патент SU №939399 от 19.06.1979 г.). Данный способ применяется в технологии очистки сточных вод анилино-красочной промышленности, недостатками его являются сложная технология очистки и неприменимость заявленных реагентов для очистки природной воды хозяйственно-питьевого назначения.

Известен способ ионообменного извлечения лития из природной воды, включающий пропускание воды через сорбент на основе оксидов марганца или оксидов марганца и алюминия в Н+ - форме, регенерацию сорбента азотной кислотой с одновременным получением концентрата лития (Патент SU №1726379 от 21.11.1989 г.). Известный способ относится к химической промышленности и гидрометаллургии, недостатками его являются загрязнение получаемого раствора солями марганца и алюминия и сложность процесса регенерации, в результате которого потребуется подщелачивание воды. Все это делает невозможным применение данного способа в подготовке питьевой воды.

В статье Гречушкина А.Н. и др. «Об удалении лития из воды методом обратного осмоса» (Водоснабжение и канализация, 2013, №1-2, с. 72-74) приводятся результаты экспериментальных исследований по удалению лития методом обратного осмоса из приготовленных модельных растворов с содержанием лития в количестве 50 мг/л в диапазоне рН от 3,5 до 7,7 и диапазоне отбора пермеата от 30% до 70%. Селективность мембраны по ионам лития составила 94,3% при выходе пермеата в объеме 30% и 92,2% при выходе пермеата в объеме 70%. Погрешность измерения содержания лития составила 30%. Исходя из результатов, остаточное содержание лития в воде превышает предельно допустимые концентрации, установленные для питьевых вод. Данные о результатах очистки реальной воды отсутствуют. Существенным недостатком этого способа очистки является недостаточная эффективность очистки природных вод от ионов лития в реальных условиях, а также значительные технологические потери воды, ведущие к нерациональному использованию запасов подземных вод.

В опубликованных материалах имеются сведения об извлечении лития из различных растворов и рассолов для промышленных целей, в то время как информация о системах водоподготовки хозяйственно-питьевого назначения, позволяющих снижать содержание лития, отсутствует. Обзор литературных источников не дает представления о теоретических основах удаления лития из воды и его взаимодействии с различными элементами в процессе химических реакций.

В соответствие с СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» литий относится ко второму классу опасности с санитарно-токсикологическим показателем вредности, что ставит его в одну группу с токсичными металлами. Поэтому содержание лития в воде строго нормируется и не должно превышать предельно допустимых концентраций, установленных для питьевых вод в количестве 0,03 мг/л.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать эффективный способ очистки подземных вод от ионов лития, который может применяться в системах водоподготовки хозяйственно-питьевого назначения.

Указанная задача решается путем пропуска воды через слой сильнокислотной Na-катионитной ионообменной смолы с зернами моносферного типа диаметром 0,6-0,8 мм, содержащими активные сульфогруппы, при этом подземная вода предварительно доводится до температуры 15-18°С, а пропуск ее через слой ионообменной смолы осуществляется в условиях гидростатического давления. В результате этого уменьшается вязкость воды и возрастает время контакта очищаемой воды с ионообменной смолой, вследствие чего увеличиваются скорость и глубина прохождения ионообменных реакций. Способ обеспечивает достижение показателей качества воды по содержанию лития менее 0,03 мг/л, что является допустимым для вод хозяйственно-питьевого назначения. Для корректировки очищенной воды по солям жесткости предусматривается последующее ее фильтрование через слой загрузки на основе смеси карбоната кальция СаСО3 и карбоната магния MgCO3 естественного происхождения, при этом может пропускаться весь поток воды или его часть с дальнейшим смешиванием с основным потоком. В результате этого происходит медленное растворение фильтрующей загрузки и насыщение потока воды катионами кальция и магния, что обеспечивает физиологическую полноценность очищенной питьевой воды.

Литий обладает наименьшим атомарным радиусом среди щелочных металлов, и, следовательно, наибольшим ионизационным потенциалом, поэтому он химически менее активен. Несмотря на то, что доля лития в подземных водах незначительна, его содержание в десятки раз превышает предельно допустимые концентрации, установленные для хозяйственно-питьевых вод. Все это обуславливает сложность его удаления из природных вод.

Предполагается, что реакции замещения ионов лития на ионы натрия на Na-катионитной ионообменной смоле запишутся следующим образом:

в молекулярной форме:

2NaR+Li2SO4→2LiR+Na2SO4;

NaR+LiCl→LiR+NaCl,

в ионной форме:

Na+R-+Li+→Li+R-+Na+,

где R - сложный радикал катионита, не подлежащий растворению в водной среде.

Реакция регенерации Na-катионитной ионообменной смолы в молекулярной форме будет иметь вид:

LiR+NaCl→NaR+LiCl.

Апробация ионообменного метода очистки воды от ионов лития проведена на лабораторной безнапорной установке в лаборатории подземных вод и геохимии криолитозоны ФГБУН Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук. Экспериментальные исследования проводились на подземных водах, отобранных из эксплуатационных скважин, расположенных на территории г. Якутска.

Предварительно, перед проведением экспериментов по очистке подземных вод, содержащих 0,378-0,5 мг/л лития, ионообменная смола была замочена в регенерационном растворе хлорида натрия NaCl с дозой соли 100 г/л и выдержана в нем в течение 60 мин. Фильтрование подземной воды через слой ионообменной смолы, загруженной в лабораторную безнапорную установку, производилось сверху вниз со скоростью от 0,14 до 0,34 л/мин.

В режиме фильтрации подача предварительно доведенной до температуры 15-18°С подземной воды в корпус фильтра осуществляется в верхний отсек с ложным днищем, имеющим конусообразную глухую перегородку и центральную перфорированную вставку, через которую поток воды попадает в центральный стакан, загруженный сильнокислотной Na-катионитной ионообменной смолой с зернами моносферного типа диаметром 0,6-0,8 мм, содержащими активные сульфогруппы, где происходит реакция замещения ионов лития на ионы натрия. Профильтрованная вода через перфорированное днище проходит в нижний сборный отсек и с помощью отводного патрубка отводится из установки.

После очистки воды, содержание лития снизилось до 0,008-0,011 мг/л, что не превышает установленных предельно допустимых концентраций для питьевых вод. Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Эффективность предложенного способа очистки подземной воды от ионов лития в среднем составляет 97,55%. Таким образом, применение заявленного способа очистки воды хозяйственно-питьевого назначения от соединений лития позволяет достигать соответствия показателей качества воды по содержанию лития, установленным в СанПиН 2.1.4.1074-01 требованиям.

После очистки подземной воды от ионов лития заявленным способом может быть произведена корректировка химического состава воды по солям жесткости, включающая фильтрование воды через слой загрузки на основе смеси карбоната кальция СаСО3 и карбоната магния MgCO3 естественного происхождения, при этом может пропускаться весь поток воды или его часть с дальнейшим смешиванием с основным потоком. В результате этого происходят медленное растворение фильтрующей загрузки и насыщение потока воды катионами кальция и магния, при этом реакции взаимодействия будут иметь вид:

СаСО3+Na2SO4→CaSO4+Na2CO3

СаСО3+NaCl→CaCl+Na2CO3

MgCO3+Na2SO4→MgSO4+Na2CO3

MgCO3+NaCl+→MgCl+Na2CO3.

Регулирование процентного содержания потоков воды и скорости фильтрования через фильтрующую загрузку позволяет оптимизировать состав воды по катионам кальция и магния, что обеспечивает физиологическую полноценность очищенной питьевой воды.

Изобретение может быть использовано для очистки природных вод из подземных источников от соединений лития при получении воды хозяйственно-питьевого назначения, а также воды для нужд пищевой промышленности и сельского хозяйства.

Способ очистки воды хозяйственно-питьевого назначения от соединений лития, включающий в себя пропуск воды через слой сильнокислотной Na-катионитной ионообменной смолы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу переработки нефелинового сырья и подовой золы с получением низкоконцентрированного композиционного коагулянта-флокулянта. Способ получения предусматривает смешение в массовых процентах нефелинового сырья 1-99 мас.% и зольных продуктов 1-99 мас.%, последующее растворение сухой дисперсии в 5-10% серной кислоте при массовом соотношении сухой дисперсии к растворителю (2-5):(95-98) в течение 2-8 часов.

Изобретение может быть использовано при получении хлористого натрия. Технологическая линия получения садочной поваренной соли из рапы с использованием солнечной энергии включает систему солнечных коллекторов 1, выход которой соединен со входом оборудованного системой сброса паров излишне нагретой воды и насосом 3 расширительно-накопительного бака 2.

Изобретение относится к производству пара на основе испарения с нулевым выпуском жидкости для процессов повышения нефтедобычи (EOR) с использованием прямоточных парогенераторов (OTSG).

Группа изобретений может быть использована для нейтрализации закисления обрабатываемых природных вод – пресных, морских, океанических. Способы регулирования закисления воды включают приведение по меньшей мере одного меланинового материала в контакт с водой и катализ реакции между водой, СО2 и/или бикарбонатом, в результате чего образуется глюкоза и повышается рН обрабатываемой воды.

Изобретение относится к системам очистки сточных вод и может быть использовано для очистки от СПАВ, органических загрязнений, взвешенных веществ и соединений азота.

Изобретение относится к технологиям обработки воды для предотвращения образования накипных и солевых отложений. Способ получения средства для стабилизационной обработки воды включает обработку смолы анионита в хлор-форме водным раствором карбоната или гидрокарбоната натрия с концентрацией 4 мас.%.

Изобретения могут быть использованы для получения воды питьевого качества и для использования в технологических процессах в результате опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной жесткостью.

Изобретение относится к комплексу оборудования, предназначенного для получения сорбционных материалов для обработки и очистки жидких сред, зараженных токсичными и радиоактивными веществами, преимущественно для извлечения долгоживущих радионуклидов цезия и стронция из высокосолевых растворов, в частности из жидких радиоактивных отходов.

Назначением изобретения является опреснение морских, загрязненных и минерализованных вод в южных и средних широтах. В бассейне, заполненном минерализованной водой, с прозрачной наклонной кровлей, трубой для отвода конденсата, патрубком подачи минерализованной воды выполнен в углублении дна соляной пруд, в котором размещен теплообменник с двумя испарительными трубопроводами на его концах, причем верхний конец первого трубопровода расположен на уровне минерализованной воды, а конец второго трубопровода выведен в воздушную зону наклонной кровли.

Изобретение относится к обезвреживанию сточных вод, содержащих органические красители. Для осуществления способа проводят обработку сточных вод при рН 6-8 и температуре 40-60°С пероксидом водорода в присутствии кобальтсодержащего катализатора на основе керамического блочно-ячеистого материала.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов включает получение смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения металла, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения гипохлорита кальция из пересыщенного природного поликомпонентного рассола хлоридного кальциево-магниевого типа включает выделение из рассола кристаллогидрата хлорида кальция и отделение маточного рассола, обогащенного литием и бромом.

Изобретение может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Для получения сложного оксида лития и кобальта состава LiCoO2 нагревают исходный раствор, содержащий азотнокислый кобальт, соединение лития и гелирующий агент.
Изобретение относится к химической технологии получения катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В способе получения литий-железо-фосфата, включающем смешивание в стехиометрических соотношениях соединения железа с водным раствором, содержащим литий- и фосфат-ионы и аскорбиновую кислоту в качестве углеродсодержащего восстановителя, активирование полученной смеси и последующую термическую обработку продукта взаимодействия, в качестве соединения железа используют порошок оксида железа со степенью окисления железа в диапазоне +2,03…+2,2 с размером частиц до 125 мкм, смешивая его с водным раствором дигидрофосфата лития концентрацией 30-57 вес.%, а активирование полученной смеси путем механического перемешивания осуществляют при температуре 15-30°C до образования геля.
Изобретение относится к технологии получения легированной бором шихты ниобата лития, которая может быть использована для выращивания оптически однородных монокристаллов ниобата лития, а также беспористой пьезоэлектрической керамики.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления катодного материала в литий-ионных аккумуляторах. Способ включает смешение растворов нитратов лития и кобальта(II) в мольном соотношении 1:1 при добавлении нитрата пиридина, взятого в мольном соотношении нитрат лития:нитрат амина, равном 1:3, при температуре 20-25°C в течение 20-30 мин.
Изобретение может быть использовано при получении электродных материалов для литий-ионных химических источников тока. Для получения титаната лития состава Li4Ti5O12 со структурой шпинели готовят раствор соли титана.
Изобретение относится к получению материала для электронной промышленности, в частности, для литий-ионных аккумуляторов. Способ получения нанопорошков композита на основе титаната лития Li4Ti5O12/C включает смешивание диоксида титана, карбоната лития и крахмала и термическую обработку полученной смеси до получения материала с 100% структурой шпинели.

Изобретение может быть использовано при получении материалов для электронной промышленности, в частности для литий-ионных аккумуляторов. Способ получения титаната лития включает получение смеси, содержащей соединения титана и лития, и термообработку полученной смеси с последующим обжигом продукта термообработки.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения тетрафторбората лития включает добавление раствора боргидрида лития в тетрагидрофуране в жидкий фтористый водород при температуре (-57)-(-53)°C.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к ионообменной технологии переработки борсодержащих вод в системе регенерации борной кислоты из теплоносителя на АЭС с реакторами типа ВВЭР.

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано для очистки природных вод из подземных источников от соединений лития при получении воды хозяйственно-питьевого назначения. Способ очистки воды хозяйственно-питьевого назначения от соединений лития включает в себя пропуск воды через слой сильнокислотной Na-катионитной ионообменной смолы. Изобретение обеспечивает достижение показателей качества воды по содержанию лития менее 0,03 мгл. 1 табл.

Наверх