Введение к работе
Актуальность проблемы.
Умягченная вода широко используется в теплотехнике, энергетике, промышленности и в быту. В настоящее время основными методами ее получения являются ионный обмен и реагентные методы, которые обладают целым рядом существенных недостатков. В частности, ионный обмен приводит к интенсивному вторичному загрязнению поверхностных вод на стадии регенерации ионитов в результате выброса в окружающую среду 3 - 10 кратного количества неорганических соединений, против стехиометричсски обусловленного. Кроме того, ионообменная технология является трудоемкой, требует организации реагентного хозяйства, вследствие периодичности процесса трудно поддается автоматизации, расходует значительные объемы деминерализованной воды на собственные нужды (в среднем, до 40%).
Для реагентных методов крупным и принципиально непреодолимым недостатком является использование химических реагентов. Другой серьезный недостаток связан с тем, что смещение равновесия обеспечивается, как правило, одним ионом, входящим в состав реагента. Другие ионы выполняют роль балласта. Для их удаления необходимы дополнительные затраты электроэнергии и увеличение габаритов обессоливающей аппаратуры. Также проблематичен оптимальный выбор химических реагентов и их доз, что препятствует оптимизации химической водоподготовки.
В связи с изложенным выше, особый интерес представляют электрохимические методы умягчения воды. Их преимущество перед ионным обменом и реагентными методами заключается в отсутствии вторичного загрязнения обрабатываемой воды балластными ионами, в возможности проводить, помимо умягчения, декарбонизацию воды, в простоте оформления и автоматизации процесса. Сочетание электрохимических' методов предподготовки с мембранными методами обессоливания в ряде случаев позволяет создавать безреагентные комплексы получения обессоленной воды.
Существующие методы электрохимического умягчения природных вод являются периодическими, поскольку осадок малорастворимых солей жесткости накапливается во внутреннем объеме аппаратов и процесс прерыьают для механической или кислотной промывки. Создание высоких скоростей протока, как один из методов борьбы с катодными отложениями, не решает проблему периодичности процесса, поскольку воду обрабатывают в циркуляционном режиме.
Работа выполнена в соответствии с координационными планами: Региональная научно-техническая программа Департамента Кубани по науке и техмической политике "Экология Кубани . Энерго-и ресурсосберегающая мембранная технология для глубокой очистки воды и промышленных стоков" Грант Mbl79. Срок действия .01.01.1995-31.12.1996 « Программа Госкомвуза России "Университеты России". Направление II "Университеты как центры развития фундаментальных исследований. Раздел "Электрохимия ионообменных мембран" срок действия .01.01.1993-31.12.1997
Целью настоящей работы является разработка и исследование прямоточного электрохимического умягчителя для удаления катионов жесткости из природных вод с непрерывным рабочим циклом.
Конкретные задачи:
-
Разработка, электрохимического умягчителя для непрерывной обработки природных вод в прямоточном режиме и исследование процесса электрохимического умягчения природных вод.
-
Разработка математической модели процесса электрохимического умягчения воды.
-
Оптимизация эксплуатационных характеристик электрохимических умягчителей различных конструкций.
Научная новизна
-
Разработан и защищен патентом Российской Федерации (Пат. РФ № 2064818 МПК6 В 01 D 61/44, С 02 F 1/46 з. 27. 07. 1994, оп. 10. 08. 96.) прямоточный электрохимический умягчитель для удаления катионов жесткости из природных вод с непрерывным рабочим циклом
-
Исследован процесс электрохимического умягчения природных вод на примере вед гидрокарбонатного класса. Установлено, что незначительное увеличение рН за счет катодного подщелачивания гидроуарбоназных вод приводит к глубокому смешению карбонатного равновесия и осаждению катионов щелочноземельных элементов: кальция - в виде карбоната, магния -в виде двойной соли - магнезиального кальцита по механизму ионного обмена.
-
Изучено влияние температуры как фактора, интенсифицирующего осадкообразование. Показано, что во есєм диапазоне проточностей при температуре раствора выше 4Ь С процесс электрохимического осаждения катионов жесткости можно описать,используя систему ионных равновесий.
-
Разработана математическая модель электрохимического умягчения природной воды. На основе предложенной модели электрохимического умягчения возможно не только предсказывать целесообразность применения электрохимического умягчения на водах различного состава, но р, определять условия процесса в соответствии с конкретными требованиями, предъявляемыми к качеству воды.
Практическая значимоегь работы.
Электрохимический умягчитель и технологический регламент переданы для широкого внедрения генеральному заказчику ( Главное Военно-медицинское управление, х/д №503 "Полевая электродиализная установка ПЭДУ - 01" - Шифр "Прогноз". ) для использования в качестве блока предподготовки в полевых установках получения апирогенной и деионизованиой воды
Разработан и защищен патентом РФ (Піт. РФ № 2064818 МПК6 В 01 D 61/44, С 02 F 1/46 з. 27. 07. 1994, оп. 10. 08. 96.) прямоточный электрохимический умягчитель непрерывного действия, который может исгользоваться как в составе безреагентных комплексов электродилизного обессоливания природных вод, так и самостоятельно.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Конструкция прямоточного электрохимического умягчителя с
непрерывным рабочим циклом.
2. Результаты исследования влияния типа мембран и засыпки на глубину
удаления катионов жесткости и декарбонизацию раствора.
3. Закономерности электрохимического умягчения многокомпонентных
растворов с учетом переноса ионов через мембрану.
-
Результаты сравнительного исследования электромембранных умягчителей цилиндрической и плоской конструкции. v
-
Рекомендации и пакет прикладных программ для расчета электрохимических умягчителей в зависимости от класса обрабатываемых вод и требований к глубине их очистки.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на краевой конференции "Современные проблемы экологии" (г. Краснодар, 1994 р.. ); краевой научно-практической конференции "Развитие социально-культурной сферы Кубани"(г. Краснодар, 1994 г. ); "Экологические проблемы развития регионов" (г. Краснодар, 1995 г. ); международной научно-практической конференции "Экологические аспекты устойчивого развития регионов"(г. Новгород , 1995 г.); Российской конференции по мембранам и мембранным у технологиям "Мембраны - 95" (г. Москва, 1995 г.); международной научно-практической конференции "Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования " (г. Пенза, 1996 г. ); VIII всероссийской конференции "Физико-химические основы и- практическое применение ионообменных процессов" (г. Воронеж, 1996 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ и получен патент Российской Федерации.
Структура работы. Работа состоит из веєдєиия, 4 глав , выэодов, изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 202 работ отечественных и зарубежных авторов.
