СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ АНИОНОВ И КАТИОНОВ

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ АНИОНОВ И КАТИОНОВ


RU (11) 2213701 (13) C2

(51) 7 C02F1/46, C02F103:16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001134659/12 
(22) Дата подачи заявки: 2001.12.18 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.12.18 
(45) Опубликовано: 2003.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1724591 А1, 07.04.1992. SU 1162751 А, 23.06.1985. SU 1288162 А1, 07.02.1987. SU 1070500 А, 30.01.1984. US 3988221 А, 26.10.1976. 
(71) Заявитель(и): Сибирская аэрокосмическая академия им. акад. М.Ф. Решетнева 
(72) Автор(ы): Стрюк А.И.; Шестаков И.Я.; Фадеев А.А.; Фейлер О.В.; Сурсяков А.А.; Кушнир А.А. 
(73) Патентообладатель(и): Сибирская аэрокосмическая академия им. акад. М.Ф. Решетнева 
Адрес для переписки: 660014, г.Красноярск, а/я 486, САА, начальнику отдела ОПС Л.А. Лутовиновой 

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

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; Ск - конечная концентрация ионов, мг/л; С0МАХ - 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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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;

СK - конечная концентрация ионов, мг/л;

С0MAX - 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 20-25oС. 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 С0MAX(Fe3+)=5 мг/л и хрома С0MAX(Cr6+)=0,5 мг/л. Конечные концентрации равны ПДК: для железа CK(Fe3+)=1 мг/л, для хрома CK(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 (С0MAX) и конечной концентрациями (CK), 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;

Ск - конечная концентрация ионов, мг/л;

С0МАХ - 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.