Способ обессоливания воды

 

ОП ЙСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ к ПАГЕн1У

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Зависимый от патента ¹â€”

Заявлено ОЗ.XI.1966 {¹ 1111096 23-5)

Приоритет—

Опубликовано 15.Ч.1973. Бюллетень № 21

М. Кл, В 01d 13/04

В 016 13/00

Комитет ло лелем изобретений и открытий лри Совете Министров

СССР

УДК 661.183.123 (ОЬЪ.8).

Дата опубликования описания 31 VIII.1973

Авторы изобретения

Иностранцы

Джемс С. Джонсон, Курт А. Краус, Артур Е. Марцинковский, Гарольд О. Филлипс и Артур Дж. Шор (Соединенные Штаты Америки) 3 ая вител ь

СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ

Изобретение относится к гиперфнльтрации или обратным осмотическим методам понижения концентрации растворенных в воде вегцеств с I1331

Известен способ обессоливания воды путем ее пропускания под давлением, превышающим осмотическое через специально приготовленную мембрану на основе ацетилцеллюлозы.

Однако технология изготовления мембран сложна, а мемораны недостаточно прочны.

Предлагается способ обессоливания воды путем ее пропускания под давлением, превышающим осмотическое (по меньшей мере

70,3 кг/слР (1000 фунтов/кв. дюй,ч) через по0 ристое тело, субстрат, с диаметром пор 30 А—

5 мк, например фарфоровый или металлический (рильтр, пористый уголь, целлофан, с добавкой раствора, эмульсии или суспензии веществ; выбранных:из группы, состоящей из органических и неорганических ионообменников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентных металлов.

В процессе фильтрования образуется самовосстанавливающаяся динамическая мембрана, на одной стороне которой (на поверхности раздела со стороны высокого давления) образуется плспка из добавки, отражающая растворенное вещество, которое немедленно .вовлекается в ноток раствора, предотвращая таким образом увеличение концентрации раст5 вора в пограничном слое. Добавки периодически вводятся в гитающую воду и восстанавливают мембрану.

В качестве добавок могут быть использоDBHbI следующие вещества: нейтральные орга10 ",ï÷åñêèå полимеры, полиэлектролиты, органические ионообменники, неорганические ионообмонники и соли поливалентных металлов.

Они могут быть применены в виде истинного раствора, эмульсии или суспензии.

15 Если в качестве добавки используется водонерастворимое вещество, предпочтительно, чтобы диаметр пор был порядка диаметра частиц добавки. В случае водорастворимых добавок размер пор может быть больше размера частиц добавки.

Конфигурация и толщина пористого тела могут быть различными и зависят от требований, к ним предъявляемым. Толщина крупIHoJI0pèñò0ãо тела может быть достаточной, 25 чтобы обеспечить прочность мембраны без дополнительного упрочнения ее.

Предпочтительными нейтральными органическими веществами являются полимеры высокого молекулярного веса, для которых незо обязательна высокая растворимость. Раство381195 римость порядка 0,1 мгlл достаточна, хотя несколько более высокая или низкая концентрация может быть желательна в различных случаях. В качестве нейтральных органических полимеров могут быть применены поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, оксиэтилцеллюлоза, полиакриламид. Любой высокомолекулярный органический полиэлектролит может быть использован как добавка. Типичными полиэлектролитами, которые могут быть применены, являготся поливинилоепзялтриметиламмони;йхлорид, сополимеры метилвинилового эфира и малеинового ангидрида, полисульфонаты и поликарбонаты.

Любой органический ионообменник в кат1гоггной или анионной форме может быть использован в качестве добавки. Такие ионообменники обладают низкой стесненью связи между цепями, например, оптимальным является количесгво сшивающего агента 0,5%. Активными группами ионообменников могут быть сильнокислотная, слабокислотная, сильноосповпая или слабоосновная.

Водорастворимые соли поливалентпых металлов, спосооные к образованию гидратированных окислов металлов, обладают ионообменными свойствами и применяются в качестве добавок. Такими соединениями являются соли железа (трехвалентного), циркония, тория, меди и сви нца. К водорастворимым неорганическим соединениям, пригодным ка к ценные дооавки, относятся глины, представителем: которых является бе нтонит. Применение добавок различных классов в разных комбинациях позволяет получать улучшенные результаты. Дооавки могут быть использованы в следующих коъ бипациях: органический иопообменник либо с полиэлектролитом, имеющим тот же заряд, что и органический ионообменггик, либо с незаряженным полимером; полиэлектролит с незаряженным полимером; неоргавический ионообменник либо с полиэлектролитом, имеющим тот же заряд, что и неорганический ионообменник, либо с незаряженным полимером; способный к гидролизу металл с полпэлектролитом или с незаряженным органическим полимером.

Предпочтительная величина рН водной фазы за висит от до бавки. Для нейтральных добавок и сильноосновных или сильнокислотных ионообменников или полиэлектролитов величина рН не оказывает заметного влияния на объемную скорость потомака и солевое за держание, Значоние рН важно для гидролизуемых добавок и при рН применяемого раствора зависит от кислотности рассматриваемого иона. 5Келательно поддерживать величину рН такой, при которой ион металла гидролизуется, но не осаждается.

По предлагаемому способу могут быть обессолены .,морская вода, индустриальная, включая радиоактивные отраоотангные растворы. Желательно учитывать концентрацию растворенного: в. воде . веществ.а,: а . также его состав при выборе добавки. Нейтральные добавки могут быть применены при концентра5

25 0 зэ

an

65 ции соли в воде в широком интервале, ионообменные материалы лучше использовать при низкой концентрации солей в воде.

Давление, требуемое для проведения процесса сепарации, зависит от нескольких факторов, причем основным является состав раствора и природа мембраны. Давление делжно оыть выше, чем разность между осмотическими давлениями проникающего и питающего растворов. Найдено, что когда давление выше этой разности, возрастает не только скорость протекания обессоливаемой жидкости, но и значение солезадержапия, причем до тех пор, пока разность давлений ие будет равна избыточному давлению.

Циркуляция раствора за мембраной с достаточно высокой скоростью, поддерживающей концентрацию соли на мембране, близкой к таковой в питающем растворе, или использование турбулентного ускорения будет уменьшать концентрацию поляризации и, таким образом, улучшать солезадержание. Давление ограничено только видом оборудования, а также давлением, которое выдерживает пористый носитель.

Добавки могут быть использованы в низких концентрациях, например, 0,1 ч. а 1 млн. ч.

Концентрация добавки зависит от вида добавки, давления, используемого для проталкивания раствора сквозь мембрану, от размера пор носителя.

П р и м e p 1. Пористый носитель готовят вырезанием дисков диаметром 2 см из серебряного фильтра толщиной 40 мк, имеющего поминальный размер пор 0,2 лгк, монтажом диска, поддерживаемого пористой металлической фриттой, в аппарат гиперфильтрования.

Далее носитель обрабатывают путем пропчскания через него водного раствора 0,02 М

NaCI и 0,002 N ThC14. Раствор такого состава циокулирует за мембраной под давлением

2200 фунт на 1 кв. дгойм. Скорость прохождения через мембрану выше 330 галлон на 1 кв. фут в день, солезадержание 90%. Это показывает высокую режекцию в сумме с высокой скоростью пропускания.

Пример 2. Через пористый серебряный диск, такой же, как в примере 1, предварительно пропускают приготовленный раствор

0,02 М NaCI и 0,001 М ThCI< (рН 2 — 3). Кидкость пропускают через мембрану под давлением 100 рзг (1 psi=0,07031 кг/слР) в начале и 500 ря в конце испытания. Питающий раствор 0,025 М NaCI, 0,012 М MgCI .и 0,0001 М

ThCI< циркулирует за испытуемой мембраной под давлением 400 psi,. Скорость прохождения через мембрану 60 галлон на 1 кв. фут в день (1 галлон/квадратный фут=40,75 л/лР (США)).

Общее солезадержание б8 /о, считая на общий хлор; режекция MgCI, 82 /е, NaCI 55%. ,Пример 3. Фарфоровый диск диаметром

2 см и толщиной 1.5 мм с номинальным размером пор 0,5 "лгк в диаметре обрабатывают цропускаггием::через него раствора. 0;0075 М

МаС! и 0,012 М ThC14. Раствор 0,0186 М NaCI

v. 00,0001 М ThCI. и циркулирует за диском

381195

Таблица 2

Б и

И о.! Скорость потока,, галлон ке. а1ут в день, с

< с„

G, 92

40 о 000 !

900 I

1800:!

0,1

0,5

0,5 !

0,02

4,5

12

13

14

Na С!

NàС! . аС!

Ха 80, 54

1600

< " о о о с >

С о

Обессоливаемый рзствор и его молярность

Предварительнообрабатывающий раствор и его моляр ность

1 ь о

Предмет и зоб ретения

0,5 М 1!аС1 (),01 М ХаС1

005 М NaCI

05 М NaCI

0,025 М XgCIз!

0,25 М Na,,SO,(64

61

61

42 ! " 25 !

6

8

10

0,0005 М FeCI, 0,05 М У,пОС1„

0,0001 М Thcl, 0,001 М ThC!, 0,0001 М ThCI

0,0001 М ThCI, )

4

2 целлофан с

0,001 дюйя.

NaCI, 0,002 поливинилпропускают давлением 35

Составител, Г. Русских

Техред T. Миронова

Редактор Л. Ушакова

Корректор А. Стспанова

Заказ 385/1174 Изд, И 539 . Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4 5

Тип Харьк. фил, пред. «Патент» под давлением 450 ря . Скорость потока через носитель 100 га.глон на 1 кв. фут в день, со".езадержание 76о7о .

Пример 4. Целлофан толщиной

0,001 дюй!! обрабатывают 0,02 М раствором

CuCI в течение дня. Затем через мембрану пропускают 0,6 М раствор NaCI. Режекция соли 75"/е, степень проницаемости 5 галлон на

1 кв. фут в день. Целлофан может быть об- И работан другими растворами.

Аналогично примеру 4 проводят примеры

5 — 10. Результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Примечание. Носитель— низкой проницаемостью, толщиной

Давление 2500 ря.

Пример 11. 0,02 М раствор

М раствор ThC14 и 0,002 М раствор бензилтрнметиламмонийхлорида через серебряную фритту под

1000 psi,. Солезадержание 80% .

Аналогично примеру 11 лроводят примеры

12--15 РезультаTI I приведены в табл. 2.

П р и м е ч а н и е. Носитель — серебро номинальный диаметр пор 0,2 гяк, добавка

2 10 4 Т11С114+0,1Я> поливинилпирролидона.

Скорость циркуляции в примере 13 составляет 10 /о от скорости циркуляции в других примерах.

Способ обессоливапия воды путем пропус. кания ее через мембрану под давлением, превышающим осмотическое, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве мембраны применяют пористое тело, например фарфоровый или металлический фильтр, пористый уголь, целлофан, с диаметром пор от

30 А до 5 лк и в обессоливаемую воду добавляют раствор, эмульсию или суспензию веществ, выбранных из группы, состоящей из оргалических и неорганических ионоо&менников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентных металлов.