Патент на изобретение №2213701

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ АНИОНОВ И КАТИОНОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электрохимических методов очистки воды и водных растворов от анионов и катионов и может быть использовано для очистки природных вод, стоков металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности. При электролизе переменным асимметричным током с использованием пар нерастворимых электродов жидкость пропускают между электродами. При этом необходимую величину тока определяют по формуле I=QV, где V – заданный расход жидкости, л/с; Q – удельное количество электричества, необходимое для перевода ионов в нерастворимые соединения, Кл/л. Необходимое удельное количество электричества находят из выражения

где С₀ – начальная концентрация ионов, мг/л; С_к – конечная концентрация ионов, мг/л; С_0МАХ – максимально возможная начальная концентрация ионов при данных условиях, зависит от состава воды или водных растворов, определяется наличием соединений, обладающих комплексообразовательными свойствами, мг/л; K₁ – эмпирический коэффициент, зависящий от состава содержащихся в воде или водном растворе ионов, Кл/л; К₂ – эмпирический коэффициент, зависящий от начальной концентрации ионов, Кл/л; n – количество видов ионов, содержащихся в воде или в водном растворе. Технический эффект – расширение технологических возможностей. 1 табл.

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

Известны способы очистки водных растворов, представляющие собой электрокоагуляционную обработку, обеспечивающие высокую степень очистки (90-95%) [1]. Их недостатком является применение постоянного электрического тока, что требует дополнительных устройств преобразования переменного электрического тока и необходимость аэрирования сточных вод после электрокоагуляционной обработки до их осветления.

Известен способ очистки воды и водных растворов от ионов металлов, заключающийся в электролизе с использованием нерастворимых электродов при наложении переменного асимметричного тока [2]. Способ характеризуется высокой степенью очистки. Главный недостаток данного способа – трудность практического применения, связанная с отсутствием зависимостей между параметрами процесса и концентрацией ионов.

Задача изобретения – расширение технологических возможностей.

Это достигается тем, что при электролизе переменным асимметричным током с использованием пар нерастворимых электродов жидкость пропускают между электродами, при этом необходимую величину тока определяют по формуле:
I=QV,
где V – заданный расход жидкости, л/с;
Q – удельное количество электричества, необходимое для перевода ионов в нерастворимые соединения, Кл/л.

Необходимое удельное количество электричества находят из выражения:

где С₀ – начальная концентрация ионов, мг/л;
С_K – конечная концентрация ионов, мг/л;
С_0MAX – максимально возможная начальная концентрация ионов при данных условиях, зависящая от состава воды или водных растворов, определяется наличием соединений, обладающих комплексообразовательными свойствами, мг/л;
К₁ – эмпирический коэффициент, зависящий от состава содержащихся в воде или водном растворе ионов, Кл/л;
К₂ – эмпирический коэффициент, зависящий от начальной концентрации ионов, Кл/л;
n – количество видов ионов, содержащихся в воде или в водном растворе.

Для реализации предлагаемого способа процесс очистки проводят в электролизере, выполненном из чередующихся пластин. Материал электродов: нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ОТ 4-0. Температура воды 20-25^oС. Расстояние между пластинами 10-12 мм. Вход воды в нижней части электролизера, выход – с противоположной стороны.

Пример 1. Обработке подвергались сточные воды гальванических производств. Необходимо было очистить сточные воды от ионов железа и хрома. Начальные концентрации хрома С₀(Cr⁶⁺)=0,32 мг/л, железа С₀(Fe³⁺)=4,1 мг/л. Максимальные начальные концентрации железа в этой воде С_0MAX(Fe³⁺)=5 мг/л и хрома С_0MAX(Cr⁶⁺)=0,5 мг/л. Конечные концентрации равны ПДК: для железа C_K(Fe³⁺)=1 мг/л, для хрома C_K(Cr⁶⁺)=0,02 мг/л. Коэффициенты, определенные из опытов, проведенных на лабораторной установке, равны: K₁=900 Кл/л, К₂=70 Кл/л. В воде содержатся ионы железа и хрома, т.е. n=2.

Удельное количество электричества находим из выражения:

Необходимая величина тока при заданном расходе:
V=30 мл/мин=0,510^-3 л/с; I=0,39 А.

Пример 2: очистке подвергались природные воды от ионов со следующими начальной (С₀), максимальной начальной в этой воде (С_0MAX) и конечной концентрациями (C_K), представленными в таблице.

Коэффициенты, определенные из опытов, проведенных на лабораторной установке, равны K₁=800 Кл/л, K₂=50 Кл/л. Количество видов ионов в этой воде равно: n=7 (кальций и магний определяются совместно).

Удельное количество электричества определяется из выражения: Q=556,16 Кл/л.

Необходимая величина тока определяется по формуле при заданном расходе V=1,310^-2 л/с и равна I=7,23 А.

Анализ концентраций проводился с помощью иономера АНИОН – 410 A. Удаление нерастворимых осадков проводится отстаиванием в течение 20-30 минут. Можно использовать другие известные методы: фильтрование, центрифугирование и другие. Расчет необходимого значения технологического тока при очистке воды или водных растворов от анионов и катионов данным электрохимическим способом позволяет достичь любой нужной нам конечной концентрации ионов.

Достоинства: расширение технологических возможностей.

Источники информации
1. Смирнов Г.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. – М.: Металлургия, 1989. – 224с.

2. Способ электрохимической очистки воды и водных растворов от ионов тяжелых металлов: Авт. св. СССР 1724591, кл. С 02 F 1/46, 1991.

Формула изобретения

Способ очистки воды и водных растворов от анионов и катионов электролизом переменным асимметричным током с использованием пар нерастворимых электродов, отличающийся тем, что на жидкость, пропускаемую между электродами, воздействуют электрическим током, величину которого определяют по формуле
I=QV,
где V – заданный расход жидкости, л/с;
Q – удельное количество электричества, необходимое для перевода ионов в нерастворимые соединения, Кл/л,
причем удельное количество электричества находят из выражения

где С₀ – начальная концентрация ионов, мг/л;
С_к – конечная концентрация ионов, мг/л;
С_0МАХ – максимально возможная начальная концентрация ионов при данных условиях, зависящая от состава воды или водных растворов; определяемая наличием соединений, обладающих комплексообра-зовательными свойствами, мг/л;
K₁ – эмпирический коэффициент, зависящий от состава содержащихся в воде или водном растворе ионов, Кл/л;
K₂ – эмпирический коэффициент, зависящий от начальной концентрации ионов, Кл/л;
n – количество видов ионов, содержащихся в воде или в водном растворе.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.12.2003

Извещение опубликовано: 27.09.2005 БИ: 27/2005