Устройство для очистки воды

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для деминерализации воды с последующим использованием в нужных гидрометаллургии, а также в бытовых целях. Устройство для очистки воды включает катионитовый и/или анионитовый обменники и систему труб и вентилей. Отличается тем, что перед одним из обменников или перед обоими теплообменниками установлен источник генерации в воде озона и продуктов взаимодействия озона и воды. В качестве источника генерации перед обменником со смесью анионита и катионита установлен источник ультрафиолетового излучения. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для деминерализации воды с последующим ее использованием в технологических целях (например, в нуждах гидрометаллургии), а также для водоочистки в бытовых (питьевых) целях.

Известно устройство для очистки воды от ионов (катионов и анионов), включающее последовательно соединенные катионитовые и анионитовые обменники (колонны), и систему труб и вентилей, обеспечивающих подачу и выпуск регенерирующих и сбросных растворов соответственно (Курс общей химии. М. Высшая школа, 1990, с.378-379).

Недостатком данного устройства является: низкая сорбционная емкость катионитовых и анионитовых обменников, обусловленная неизбежным контактированием, а значит и расходованием ОН^- и Н⁺(Н₃О)⁺ ионов, выделяемых соответствующим ионитом, при взаимной нейтрализации (с образованием молекул Н₂О), а также необходимость дополнительного обеззараживания воды.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства для очистки воды путем увеличения сорбционной емкости ионитов и обеспечение обеззараживания воды в процессе очистки ее от ионов за счет использования в устройстве для очистки воды от ионов перед катионитовым и/или анионитовым обменниками источника генерации в воде озона и продуктов их взаимодействия и электроактивационных блоков электродов, размещаемых в обменниках.

В устройстве, принятом за прототип, после прохождения ионосодержащей воды через катионитовый обменник в выходном растворе присутствуют ионы гидроксония Н₃О⁺ (Н⁺), выделившиеся при ионном обмене на катионы: Са²⁺, Мg²⁺, Na⁺ и др. и присутствующие в воде анионы HCO^-₃,CO²₃^-, и в меньшей степени Сl^-, SO²₄^- и др. Таким образом, несмотря на частичное связывание гидроксония и гидрокарбонатов, карбонатионов в легконейтрализуемую угольную кислоту вода после выхода из катионитового обменника дает кислую реакцию. Следовательно, часть гидроксилионов (ОН^-), выделяющаяся в анионовом обменнике, неизбежно будет расходовать ее на взаимодействие с ионом гидроксония, а не на ионный обмен с анионами HCO^-₃,CO²₃^-, Cl^-, SO²₄^- и др.

H₃O⁺+OH^- _ H₄O₂_ 2H₂O При генерации озона в воде (предлагаемое устройство), выходящей из катионитового (или анионитового) обменника, в ней за счет ряда физико-химических процессов образуется перекись водорода (Н₂О₂), диоксид НО₂ и полимерные кислородсодержащие комплексы. В кислой среде после катионитового обменника перекись водорода, как известно, проявляет окислительные свойства и продуцирует такие соединения, как гидроксил-ион и вода H-O-O-H _ 2OH^-; OH^-+H₃O⁺_ 2H₂O.

В щелочной среде (после анионирования), избыточные гидроксилионы вызывают двухступенчатую диссоциацию перекиси водорода с выделением дополнительных протонов, а значит и ионов гидроксония Н₃О⁺ .

Таким образом, наличие перекиси в любом случае обеспечивает нейтрализацию, и в результате среда на входе в любой последующий обменник будет околонейтральной. Кроме того, озониды обеспечат полноценное обеззараживание воды.

Нарушение локальных равновесных концентраций Н₃О⁺ ионов и ОН^- ионов за счет неоднородного освещения ультрафиолетовым светом воды также будет положительным фактором, поскольку приводит как к периодической локальной регенерации ионообменных смол, так и к повышению градиента концентрацией извлекаемых ионов на границе жидкое-твердое, что в сумме повысит сорбционную емкость смол.

Устройство включает ионные обменники (катионитовые или катионитовые и анионитовые) в общем сосуде или разделенных корпусах, источник образования в воде многоатомарных соединений водорода и кислорода (в том числе перекиси водорода). Источником образования таких соединений (далее озонатором) может быть ультрафиолетовая лампа, источник ультразвука, направленный на анод, где выделяется кислород, электроды с высокой удельной поверхностью, ориентированные вдоль потока воды, что обеспечивает взаимодействие в двух фазах между выделяющимся водородом и кислородом за счет кавитации.

Указанный озонатор может быть размещен перед ионным обменником, между ионными обменниками (анионитовым и катионитовым) или внутри них, при этом установлена мембрана.

Устройство функционирует следующим образом. В зависимости от последовательности соединения ионного обменника и озонатора вода либо первоначально насыщается многоатомарными кислородводородными соединениями, либо после замещения анионов или катионов на соответственно гидроксил-ионы или ионы гидроксония, но в любом случае не после полного цикла ионного обмена.

Источником генерации озонидов может служить ртутная или ртутноаргоновая лампа либо электроразрядник. Для электроактивации ионитов и фотолизированного раствора в обменниках устанавливаются электроды, соединенные с источником питания. Электроды служат как для интенсификации процесса ионного обмена, так и для регенерации ионитов. Для упрощения процесса электрорегенерации анионит икатинит засыпают в разные отсеки обменника с разделением их мембраной. При этом в устройстве дополнительно устанавливают трубку для ввода соли перед регенерацией.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки воды, включающее катионитовый обменник, анионитовый обменник, систему труб и вентилей, отличающееся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости ионита и обеспечения обеззараживания воды перед катионитовым и/или анионитовым обменниками устанавливают источник генерации в воде озона и продуктов взаимодействия воды и озона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника генерации перед обменником со смесью анионита и катионита установлен источник ультрафиолетового излучения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в обменнике установлены электроды.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что при установке электродов между анионитом и катионитом размещена мембрана.