Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод, що включає введення ретентату в камеру знесолення (А) електродіалізного апарата, який відрізняється тим, що паралельно в наступну камеру знесолення (Б) вводять розчин хлориду калію і процес здійснюють з густиною струму 0,65-1,35 А/м2.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що камера А відділена від камери Б камерою концентрування.

Текст

Реферат: Винахід належить до галузі обробки води, зокрема до переробки концентрованих залишків процесів очищення води, і може бути використаний для переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод. Задача, на вирішення якої направлений винахід - комплексна переробка ретентату зворотноосмотичної денітрифікації з одержанням концентратів окремих солей, придатних для подальшого використання, знесоленої води при знижених енергозатратах та тривалості процесу. Запропонований спосіб переробки ретентату полягає в веденні ретентату в камеру знесолення (А) електродіалізного апарата, а в камеру UA 105563 C2 (12) UA 105563 C2 знесолення (Б) - розчину хлориду калію та проведення процесу з густиною струму 0,65-1,35 2 А/м протягом 36-131 хв. Реалізація способу забезпечує одержання окремих концентратів 3 солей: KNO3 з концентрацією іонів NO3 103-167 г/дм та NaCl з концентрацією іонів Сl 51,23 103,4 г/дм , які ефективно застосовують в промисловості; одержання достатньо знесоленої води при зменшенні енерговитрат та спрощенні процесу переробки. UA 105563 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі обробки води, зокрема до переробки концентрованих залишків процесів очищення води, і може бути використаний для переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод. Високий вміст нітратів в питній воді може бути небезпечним для здоров'я людини через їх здатність утворювати в шлунково-кишковому тракті нітрозаміни, що мають канцерогенну дію на організм (G. van Opbergen, Th. Peters, R. Rautenbach, H. Tils. Reduction of nitrate concentration in drinking water by a hybrid process with zero discharge based on reverse osmosis. - Desalination.1983. - vol. 47. - P. 267-274, p. 269) [1]. В Україні на сьогодні регламентований вміст нітратів у 3 питній води < 50 мг/дм (Державні санітарні правила "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною" (ДСаНПіН 2.2.4-171-10), затв. М.ОЗ України 12.05.2010, № 400, таблиця 1) [2]. З точки зору високої токсичності нітрат-іонів, проблема їх вилучення з води є актуальною та гострою для сучасного суспільства, зокрема для України, де нітратне забруднення, що перевищує гранично допустиму концентрацію (ГДК), відмічається практично на всій території (Цвєткова Г.М. Нітратне забруднення джерел питної води в Україні // Вода і водоочисні технології. - № 1-2.-2009. - С 44-50.) [3]. На сьогодні кращим і найбільш прийнятним методом видалення нітратів поряд з іонним обміном вважають зворотний осмос (Shrimali M.J., Sing K.P. New methods of nitrate removal from water // Environmental Pollution.-2001. - vol. 112, No 3. - P. 351-359.) [4]. Однак у процесі зворотноосмотичного денітрифікування виникає проблема знешкодження ретентату з високим вмістом нітратів, оскільки ступінь концентрування солей у ретентаті недостатній для його подальшої ефективної утилізації (за термінологією ІЮПАК по мембранам і мембранним технологіям, ретентат - це потік, який покидає мембранний модуль, не пройшовши через мембрану (Мулдер М. Введение в мембранную технологию. -М.: Мир, 1999.-513 с, С 485) [5]. Відомий спосіб переробки ретентату, оснований на випарюванні (Судиловский П.С., Стариков Е.Н. Опыт применения мембранных технологий General Electric и разработок компании "Гидротех" в промышленности и энергетике) [6]. Спосіб випарювання є одним із способів переробки високомінералізованих вод, в тому числі і концентрату зворотного осмосу. Ретентат, отриманий при зворотноосмотичній обробці води (з солевмістом від 80 до 3 100 г/дм ), направляють в ємність і далі на випарювальну установку, наприклад, на базі багатоступінчастого вертикально-трубчастого випарника в комплекті з вакуум-кристалізатором для упарювання розчину до отримання твердих солей. Досушування концентрату здійснюють в роторно-дисковій сушарці. Отриманий продукт - солі з вологістю 15-25 % являють собою суміш мінеральних солей, в основному сульфату і хлориду натрію, що належать до VI класу небезпеки і можуть бути утилізовані на полігоні твердих побутових відходів… Реалізація відомого способу дозволяє повернути у виробництво до 95 % очищеної води. Відомий спосіб переробки ретентату методом кристалізації (Патент РФ № 2129995, МПК 6 C02F9/00, C02F1/44, опубл. 10.05.1999) [7] 3 Концентрований розчин солей зі зворотноосмотичного блока з солевмістом 50-100 г/дм надходить на кристалізацію. Процес кристалізації здійснюють при охолодженні розчину до температури 0…1 °C. Отриману суспензію відстоюють, після чого згущений залишок подають на центрифугування. Кінцевим продуктом переробки ретентату після зворотноосмотичної обробки є глауберова сіль. А отриману воду (відокремлену від осаду) направляють на стадії водопідготовки. Реалізація способу [7] дозволяє повністю переробити концентрат після знесолення води з одержанням знесоленої води та твердих солей. Як випливає із технічної суті способів [6, 7], основними їх недоліками є багатостадійність технологічної схеми, значні енерговитрати та значна тривалість процесів. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб переробки ретентату зворотного осмосу денітрифікації води електродіалізом [1, р.270-271]. Суть способу полягає в наступому. Ретентат, отриманий при зворотноосмотичній обробці води (вода з колодязів) надходить на стадію іонного обміну (для пом'якшення води). В подальшому ретентат направляють в камеру знесолення електродіалізного апарата. Одержують ділюат (очищена вода) і ретентат. Останній разділяють на два потоки. Один потік безпосередньо подають на подальшу переробку (випарювання). Другий потік з додаванням розчину хлориду натрію направляють на регенерацію іонообмінної смоли, після чого регенераційний розчин подають також на випарювання. На заключній стадії (випарювання) 1 UA 105563 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 утворюються кристали солей та дистилят, який змішують з ділюатом і направляють споживачеві. Як випливає із технічної суті відомого способу [1, р.270-271] основними недоліками останнього є достатньо високі енергетичні витрати, що пов'язано з процесом випарювання, складність технологічної схеми за рахунок попередньої обробки іонним обміном та одержання суміші солей, які складно утилізувати. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод, в якому запропоновані умови проведення електродіалізу шляхом використання двох різних за природою потоків в камерах знесолення, забезпечать зниження енерговитрат за рахунок виключення стадії нагрівання та випарювання, спрощення технологічної схеми переробки ретентату шляхом виключення попередньої обробки води перед електродіалізом та одержання індивідуальних солей, які ефективно використовують в електрохімічних процесах та як добриво. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод, що включає введення ретентату в камеру знесолення (А) електродіалізного апарата, в якому, згідно з винаходом, паралельно в наступну камеру знесолення (Б) вводять розчин хлориду калію і процес здійснюють при густині струму 2 0,65-1,35 А/м , при цьому камера А відділена від камери Б камерою концентрування. Суть способу полягає в наступному. При поданні в камери знесолення, що чергуються, ретентату зворотноосмотичної денітрифікації води та розчину хлориду калію під дією електричного струму в камерах концентрування, що чергуються, утворюються концентровані розчини нітрату калію та хлориду натрію, які виводяться з камер окремими потоками. Це дозволяє використати одержані розчини солей як готові продукти… При цьому в процесі електродіалізу досягається знесолення розчинів з одержанням води, якість якої дозволяє направляти її на зворотноосмотичну обробку. Слід також відмітити, що реалізація способу забезпечує зниження енерговитрат, так як високий ступінь концентрування досягається без процесу випарювання і ці умови досягаються без попередньої обробки. Таким чином сукупність суттєвих ознак способу, що заявляється є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного, винаходом технічного результату комплексна переробка ретентату зворотноосмотичної денітрифікації з одержанням знесоленої води для направлення на зворотноосмотичну обробку та окремих солей, які можна використорувати як добрива та для отримання необхідних реагентів, а також зниження енерговитрат і спрощення процесу переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод. Спосіб реалізується в електродіалізному апараті, схематичне зображення якого зображено на кресленні. Електродіалізний апарат мітить електродні камери (1), камери знесолення А і Б, між якими розміщені камери концентрування (2,3). Камери апарата розділені аніонообмінними (4) та катіонообмінними мембранами (5). Як аніонообмінні використовували мембрани марки МА-40, а катіонообмінні -МК-40. В камери знесолення А електродіалізного апарата та електродні камери подають ретентат 3 зворотноостатичної денітрифікації (концентрація нітрат-іонів становить 1-3 г/дм ). Паралельно в 3 камери знесолення Б подають розчин хлориду калію (концентрація хлорид-іонів 1-3 г/дм ). 2 Обробку ретентату здійснюють при густині струму 0,65-1,35 А/м протягом 36-131 хв. Під дією постійного електричного струму іони NO3 через аніоноонообмінні мембрани (4) + надходять до камер концентрування (2), а супутні іони Na через катіонообмінні мембрани (5) + до камер концентрування (3). Одночасно іони К через катіонообмінні мембрани (5) з камер Б надходять до камер концентрування (2), утворюючи концентрований розчин нітрату калію, що є цінним мінеральним добривом (калійна селітра). Іони СГ через аніонообмінні мембрани (4) надходять до камер концентрування (3), утворюючи концентрований розчин хлориду натрію, що застосовується для електрохімічного одержання хлору та гідроксиду натрію. Розчини нітрату калію з камер концентрування (2) і хлориду натрію з камер концентрування (3) виводяться окремими потоками. При цьому в камерах знесолення одержують дилюат з концентрацією іонів NO3 0,038-0,125 3 3 г/дм (камери А) та іонів СІ 0,304-0,936 г/дм (камери Б). Одержаний в електродіалізаторі дилюат надходить до зворотноосмотичного модуля для доочищення до норм [ДСаНПіН, 2]. Концентрацію NO3 в ретентаті та концентраті (KNO3) визначали на спектрофотометрі Shimadzu 2405, а в дилюаті визначали за допомогою калориметричного методу з саліцилатом натрію (Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов // М.: Медицина, -1990.-84-85 с.) [8]. 2 UA 105563 C2 5 10 15 20 Концентрацію СІ в дилюаті та в концентраті (NaCl) визначали титруванням азотнокислої ртуті в присутності індикатора дифенілкарбазону (ГОСТ 4245-72 Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов) [9]. Приклад виконання за винаходом. Переробку ретентату здійснюють в електродіалізному апараті, описаному вище (креслення). 3 Готують 3 дм модельного розчину ретентату з використанням нітрату натрію. Концентрація 3 3 нітрат-іонів становить 2 г/дм . Також готують 1 дм розчину хлориду калію з концентрацією хлор3 іонів 2 г/дм . Розчини інтенсивно перемішують та подають в електродіалізатор. В камери 3 знесолення А подають 2 дм ретентату, в камери Б подають розчин хлориду калію, а в 3 електродні камери - 1 дм ретентату. Процес електродіалізу здійснюють при густині струму 1 2 А/м протягом 70 хвилин. Одержують знесолену воду із залишковою концентрацією нітрат-іонів 3 3 0,081 г/дм та хлорид-іонів 0,677 г/дм , що подається на зворотний осмос. При цьому отримано концентровані розчини нітрату калію та хлориду натрію з концентрацією нітрат- і хлорид-іонів 3 118,5 та 76,9 г/дм , відповідно (табллиця, приклад 5). Аналогічно прикладу виконання за винаходом були здійснені досліди з переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод з різним вмістом нітратів при здійсненні процесу з густиною струму, величина якої знаходиться як у діапазонах, що заявляються, так і при позамежних значеннях (таблиця, приклади 1-11). Висока ефективність переробки ретентату забезпечується здійсненням процесу із 3 2 концентрацією Ж)3"на рівні 1-3 г/дм з густиною струму 0,65-1,35 А/м (таблиця, приклади 1-9). Таблиця Показники Умови переробки ретентату знесоленої води концентрату N п/п вихідна густина конц. NO3, конц. СІ, 3 3 конц. NO3, 2 конц. NO3, г/дм конц. СІ, г/дм 3 3 струму, А/м г/дм г/дм 3 г/дм за винаходом 1. 1 0,65 0,050 0,415 103 51,2 2. 1 1,00 0,044 0,360 110 57,5 3. 1 1,35 0,038 0,304 112 59,0 4. 2 0,65 0,095 0,718 115,5 62,5 5. 2 1,00 0,081 0,682 118,5 76,9 6. 2 1,35 0,073 0,677 142 93,1 7. 3 0,65 0,125 0,939 151 94,4 8. 3 1,00 0,113 0,896 159,2 98,9 9. 3 1,35 0,101 0,817 167 103,4 позамежні значення 10. 1 0,50 0,070 0,527 91,5 45,7 11. 3 1,45 0,096 0,803 168,2 105 25 30 35 40 час, хв. 65 42 36 110 70 59 131 105 83 95 80 Проведення процесу переробки ретентату з густиною струму нижче заявленої межі, 2 наприклад 0,50 А/м , що потребує більшого часу процесу електродіалізу, приводить до зменшення ефективності процесу знесолення за рахунок підвищення концентрації нітрат- та хлорид-іонів в знесоленій воді та зменшенні концентрації іонів NO3 та Сl в концентраті. Такі умови проведення процесу є технологічно недоцільними (таблиця, приклад 10). Проведення процесу переробки ретентату з густиною струму вище заявлюваної межі, 2 наприклад 1,45 А/м , практично не призводить до підвищення показників знесоленої води та концентрату в результаті переробки ретентату. Вміст іонів NO3 та Сl як в знесоленій воді, так і в концентраті залишається практично на рівні прикладу 9 (таблиця, приклад 11). Реалізація способу переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод, що заявляється, забезпечує комплексну переробку ретентату з одержанням: знесоленої води, якість якої (концентрація іонів NO3 та Сl ) дозволяє направити її на зворотний осмос для доочищення до норм [ДСаНПіН, 2]; 3 розсолів окремих солей з концентрацією нітрат-іонів 103-167 г/дм , що дозволяє 3 використовувати його як добриво та хлорид-іонів 51,2-103,4 г/дм , для отримання необхідних реагентів, наприклад, в електрохімічних процесах. Висока ефективність процесу переробки ретентату заявляемым способом забезпечується достатньо низькими енерговитратами та тривалістю при спрощенні технологічної схеми. 3 UA 105563 C2 5 Одержані результати способом, що заявляється не досягаються реалізацією відомого способу. Останній характеризується високими енерговитратами, що пов'язані з процесами попереднього нагрівання води та випарювання; складністю технологічної схеми за рахунок попередньої обробки іонним обміном та одержанням суміші солей, які викликають труднощі при подальшій їх переробці на індивідуальні продукти. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 1. Спосіб переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод, що включає введення ретентату в камеру знесолення (А) електродіалізного апарата, який відрізняється тим, що паралельно в наступну камеру знесолення (Б) вводять розчин хлориду калію і процес 2 здійснюють з густиною струму 0,65-1,35 А/м . 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що камера А відділена від камери Б камерою концентрування. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Honcharuk Vladyslav Volodymyrovych, Balakina Marharyta Mykolaivna

Автори російською

Гончарук Владислав Владимирович, Балакина Маргарита Николаевна

МПК / Мітки

МПК: C02F 1/469, B01D 61/42, C02F 1/44

Мітки: денітрифікації, зворотноосмотичної, ретентату, переробки, природних, вод, спосіб

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-105563-sposib-pererobki-retentatu-zvorotnoosmotichno-denitrifikaci-prirodnikh-vod.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб переробки ретентату зворотноосмотичної денітрифікації природних вод</a>

Подібні патенти