Способ (варианты) для обработки жидких сред обратным осмосом в кислых условиях
Формула / Реферат
1. Способ очистки потока питательной воды, включающей растворы изопропилового спирта и/или ацетона, а также двуокись углерода, с использованием оборудования мембранного разделения с обратным осмосом, включающего по меньшей мере один узел, имеющий мембранный сепаратор с обратным осмосом, при этом указанный способ содержит следующие стадии:
(а) предварительную обработку указанного потока питательной воды с уменьшением рН до величины не более 4,3 для обеспечения, по меньшей мере, свободной минеральной кислотности в предварительно обработанной воде в точке подачи в указанное оборудование мембранного разделения с обратным осмосом, если поток питьевой воды имеет рН >4,3;
(b) подачу полученной в результате предварительно обработанной питательной воды в указанное оборудование мембранного разделения с обратным осмосом, препятствующее проходу через него, по меньшей мере, некоторых растворенных элементов и концентрирующее указанную предварительно обработанную питательную воду;
(с) отвод из оборудования мембранного разделения с обратным осмосом потока растворенных веществ высокой концентрации и потока растворенных веществ низкой концентрации.
2. Способ по п.1, в котором органические соединения в потоке продукта составляют приблизительно 10% или менее от концентрации органических соединений в потоке питательной воды.
3. Способ по п.1 или 2, в котором поток питательной воды содержит ионы аммония, причем поток продукта содержит приблизительно 8% или менее от концентрации ионов аммония, присутствующих в потоке питательной воды.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поток питательной воды содержит ионы фтора, причем концентрация ионов фтора в потоке продукта приблизительно та же самая, что и концентрация ионов фтора в потоке питательной воды.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий стадии: (а) добавления ионов двухвалентного или трехвалентного железа к указанному потоку питательной воды перед подачей в установку обратного осмоса с мембранным разделением в качестве реагентов, чтобы облегчить удаление компонентов с общим содержанием органических соединений, и (b) добавления перекиси водорода к потоку питательной воды в любой точке перед подачей в установку обратного осмоса с мембранным разделением.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий озонирование потока питательной воды озоном, содержащим газ, и в котором указанные компоненты с общим содержанием органического углерода эффективно удаляются из указанного потока продукта.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий озонирование потока продукта озоном, содержащим газ, а окись углерода эффективно удаляется из потока продукта.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий один или несколько дополнительных процессов предварительной обработки, выбранных из группы, состоящей из: (а) фильтрации среды, (b) фильтрации патрона, (с) ультрафильтрации, (d) нанофильтрации, (е) удаления окислителя, (f) дегазификации и (g) удаления кислорода.
9. Способ по п.8, в котором предварительная обработка включает удаление окислителя, причем процесс предварительной обработки удаления окислителя содержит добавление метабисульфита натрия к питательной воде.
Текст
011830 Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к способу обработки кислых природных и сточных вод в мембранных аппаратах для водоподготовки, очистки и концентрирования воды, а также к устройству для осуществления этого способа. В частности, изобретение относится к способам предварительной обработки питающей воды и эксплуатации мембранных аппаратов для обработки воды, например, в которых используется обратный осмос (OO) и нанофильтрация (НФ) и которые обеспечивают высокую степень очистки воды от растворенных в ней веществ, с получением воды-продукта очень высокой степени чистоты (с низким содержанием растворенных веществ) при существенном повышении коэффициента технического использования аппаратов для обработки воды. Уровень техники Во многих географических районах земли имеются кислые воды природного происхождения и кислые сточные воды, являющиеся отходами производственных процессов. Традиционные способы водоподготовки, обычно используемые для обработки таких вод, предусматривают проведение нейтрализации воды щелочью для повышения водородного показателя рН, позволяющей сбросить отработанную воду или использовать ее с выгодой. Однако в некоторых случаях применение таких способов не всегда желательно, а иногда и невозможно, так как в результате такой обработки в воду может дополнительно попасть значительное количество растворенных примесей. А стоимость необходимых реагентов, и особенно щелочей, может быть довольно высокой. Если вода обрабатывается как питьевая, то одним из стандартов, регулирующих качество воды, является условие Всемирной организации здравоохранения, что питьевая вода может содержать растворенные в ней примеси в количестве не более 500 мг/л, причем содержание ионов сульфата или хлорида в каждом случае не должно превышать 250 мг/л. Однако в большинстве отраслей промышленности на повторное использование воды накладываются гораздо более строгие условия. Таким образом, во многих случаях распространенный способ водоподготовки путем "прямой нейтрализации" оказывается неприемлемым вариантом. В промышленности обработка/утилизация кислых вод в настоящее время, чаще всего, проводится посредством аппаратов, использующих процессы ионного обмена или обратного осмоса (OO). Для снижения или устранения кислотности в зависимости от таких факторов, как жесткость воды (содержание многовалентных катионов), содержание полностью органического углерода (ТОС) и других загрязняющих воду примесей, при обработке таких кислых вод может использоваться анионообменный процесс. Кроме того, проведением катионообменного процесса перед анионообменным или после него можно, в действительности, получить воду, почти полностью деминерализованную. Для проведения такого процесса используются слабоосновные, среднеосновные или высокоосновные анионообменные смолы(аниониты), применяемые по отдельности или в сочетании друг с другом. Основные достоинства подобных известных способов анионообменной обработки заключаются в следующем:(1) в промышленности такой способ считается "пассивным", так как процесс нечувствителен к колебаниям характеристик поступающих на очистку сточных вод;(2) по сравнению с традиционным обратным осмосом этот способ требует меньших капитальных затрат. Основными же недостатками таких известных способов анионообменной обработки являются следующие:(1) требования по качеству используемых щелочей, их типу (например, натриевые), а также количеству (для восстановления ионообменной смолы), в действительности, являются более высокими и/или ограничивающими применимость способа, чем требования, действующие в отношении прямой нейтрализации, и поэтому стоимость необходимых реагентов довольно высока;(2) для осуществления способа требуется весьма значительный объем анионообменной смолы, а такие смолы обычно довольно дороги. Таким образом, в подобных системах первоначальные затраты на ионообменные смолы и последующие расходы на их обновление довольно высоки по сравнению с мембранными аппаратами для обработки воды;(3) в зависимости от конкретного вида ионообменной смолы засорение ионита полностью органическим углеродом (ТОС) может быть весьма сильным. К сожалению, очистка засоренных анионообменных смол может быть проблематичной и дорогостоящей операцией. А такие неионизируемые органические примеси, как изопропиловый спирт, не удаляются вообще. Также не удаляются органические примеси катионной природы. Возможность удаления ТОС или, по меньшей мере, значительное снижение содержания ТОС часто представляет собой важное требование для ряда промышленных производств, где желательно повторное использование очищенных вод. В обычных мембранных системах, используемых для обработки кислых сточных вод или кислых вод природного происхождения, водородный показатель рН исходного раствора, питающего аппараты обратного осмоса/нанофильтрации (далее ОО/НФ), обычно регулируют добавлением щелочи. Таким образом, такие известные ОО/НФ-аппараты работают при нейтральных рН или достаточно близко к ним. За некоторыми исключениями, рабочие значения рН существующих ОО/НФ-аппаратов выбирают таким-1 011830 образом, чтобы исключить повреждение ОО/НФ-мембран от воздействия очень высоких или очень низких рН. Что еще более важно, для многих мембранных материалов, обычно встречающихся на практике,общая степень очистки растворов от растворенных веществ, как правило, максимальна при рН около 8. Таким образом, в области обработки воды здравый смысл подсказывает избегать использования ОО/НФмембран в условиях низких рН. В то же время, некоторые основные характеристики ОО/НФ-технологий указывают на некоторые имеющиеся у них их потенциальные преимущества по сравнению с ионообменными системами. Например:(1) ОО/НФ-аппараты одновременно удаляют катионы и анионы;(2) ОО/НФ-аппараты, как правило, успевают удалить из раствора больше ТОС в процентном отношении, прежде чем загрязнение фильтрующего материала или мембраны достигнет серьезного уровня. Например, обратным осмосом можно удалять неионизируемые вещества, такие как изопропиловый спирт, примерно на 80%, а иногда и больше;(3) в отличие от ионообменных систем, для ОО/НФ-аппаратов капитальные затраты, а также эксплуатационные расходы не очень зависят от химического состава исходной воды. Тем не менее, традиционным ОО/НФ-аппаратам, используемым для обработки таких кислых вод,будь то сточные промышленные воды или воды природного происхождения, присущи значительные недостатки. К таким недостаткам относятся:(1) количество и стоимость щелочей, необходимых для нейтрализации раствора, питающего обратный осмос, остаются сопоставимыми с нейтрализацией в чистом виде. Соответственно, совокупные расходы на обработку воды высоки, так как к затратам на нейтрализацию добавляются капитальные и эксплуатационные расходы на оборудование обратного осмоса;(2) сочетание нейтрализации для достижения заданного рН и последующего обратноосмотического процесса в своей основе неэффективно, так как сначала, на стадии предварительной нейтрализации, общее количество растворенных твердых веществ увеличивается, а затем, на стадии ОО/НФ, уменьшается;(3) когда ОО/НФ-аппараты работают в средах с нейтральными или близкими к нейтральному значениями рН, они довольно сильно подвержены биологическому, органическому засорению и/или забиванию частицами примесей. К сожалению, повсеместно используемые тонкопленочные композитные мембраны имеют невысокую стойкость к действию окисляющих биоцидов, таких как хлор. Поэтому борьба с биологическим засорением, особенно при обработке вод, содержащих органические примеси,является проблематичной. Таким образом, по-прежнему существует потребность в простом, эффективном и недорогом способе, который обеспечил бы надежную обработку кислых вод независимо от их происхождения: из природных источников или отходов другого производства. Было бы желательно получать воду заданной степени чистоты, используя оборудование с минимальными требованиями к техническому обслуживанию. В особенности было бы желательно повысить эффективность использования питающей воды и снизить как эксплуатационные, так и капитальные затраты на системы обработки воды, что актуально для различных отраслей промышленности, таких как производство полупроводников, химическое производство, горный промысел, производство фармацевтических препаратов, биотехнология и энергетика. Если бы удалось создать и внедрить новый способ обработки воды, сочетающий в себе преимущества обычных ОО/НФ-мембранных и ионообменных процессов, в частности, при обработке кислых вод природного происхождения, а также промышленных сточных вод, это, несомненно, принесло бы значительную пользу. Кроме того, подобный способ стал бы еще более привлекательным, если бы он был избавлен от наиболее острых проблем, связанных с процессами обратного осмоса, нанофильтрации или ионообменными процессами. В общем, такой экономически значимый новый способ обработки кислой воды непременно сулил бы ряд (если не большинство) преимуществ, присущих как процессам обратного осмоса, так и ионообменным процессам. В то же время, такой новый способ должен эффективно решать проблемы, затрудняющие применение процессов обратного осмоса и нанофильтрации или ионообменных процессов. Цели, преимущества и отличительные особенности изобретения Из вышесказанного явствует, что важная и первостепенная цель изобретения заключается в создании нового способа обработки воды, обеспечивающего надежное и непрерывное получение неизменно чистой воды из кислых природных вод и сточных вод. В частности, важная задача изобретения заключается в создании способа мембранной обработки воды, позволяющего обойтись без расходов на предварительную обработку (предподготовку) воды и избежать проблем засорения мембраны в процессе эксплуатации, чтобы разработанным способом можно было получать гарантированно чистую воду при высоком КПД. Другие важные, но более конкретные цели изобретения заключаются в создании способа обработки воды, описанного выше и обладающего следующими свойствами.(1) Достоинством предложенного способа является то, что в плане общих затрат, связанных с приобретением и эксплуатацией оборудования, предложенный способ более дешев с точки зрения потребных капиталовложений и эксплуатационных расходов, чем обычные обратноосмотические, нанофильтрационные или ионообменные системы.(2) Целью предложенного способа является то, что он должен быть осуществим без "жесткого регу-2 011830 лирования" и, соответственно, легко справляться с изменчивостью параметров питающей воды.(3) Достоинством предложенного способа является то, что с его помощью можно гарантированно получать продукцию неизменно высокого качества.(4) Целью предложенного способа является то, что мембраны для обратного осмоса и/или нанофильтрации должны быть расположены так, чтобы быть устойчивыми к биологическому или органическому засорению.(5) Целью предложенного способа является то, что он должен обеспечивать одновременное удаление катионных, анионных и неионных примесей.(6) Целью предложенного способа является то, что он должен обеспечивать отделение или удаление значительной части ТОС, присутствующего в воде, вне зависимости от ионных характеристик компонентов ТОС.(7) Целью предложенного способа является то, что добавление в воду химических реагентов должно быть сведено к минимуму, что имеет значение не только с точки зрения рентабельности, но и с точки зрения экологической чистоты.(8) Достоинством предложенного способа является то, что он осуществим на аппаратах и комплектующих, серийно выпускаемых различными компаниями.(9) Отличительная особенность предложенного способа обработки кислых природных и сточных вод заключается в том, что известные элементы используемого оборудования объединены так, чтобы не мешать работе друг друга, а синергическим образом усиливать действие друг друга, позволяя получить как можно большую отдачу от существующего технологического оборудования.(10) Достоинством предложенного способа является то, что при обработке кислых природных и сточных вод может быть достигнута высокая степень извлечения продукта из исходной воды или объемная эффективность соответствующей установки.(11) Еще одним достоинством предложенного способа является то, что мембраной может быть достигнута гораздо более высокая удельная производительность (проницаемость) по сравнению с обычными системами, причем одновременно с этим сводится к минимуму или исключается засорение мембраны,что также является важным моментом, сокращающим капитальные и эксплуатационные затраты.(12) Еще одной целью изобретения является упрощение и удешевление операций обработки воды,предшествующих процессам обратного осмоса или нанофильтрации, что легко достигается при осуществлении предложенного способа обработки кислых вод. Другие существенные цели, особенности и дополнительные преимущества изобретения станут очевидными для специалистов из вышеизложенного, а также из приведенных ниже подробного описания и формулы изобретения, сопровождаемых прилагающимися чертежами. Краткое описание чертежей Для более полного понимания изобретения, а также его новых особенностей и преимуществ ниже приведено его подробное описание, сопровождаемое прилагающимися чертежами, на которых показано: фиг. 1 - технологическая схема установки, использовавшейся при проведении производственных испытаний предложенного способа обработки кислых и сточных вод; фиг. 2 - общая принципиальная технологическая схема предложенного способа обработки воды в различных случаях применения и с различными типами питающей воды. На перечисленных выше фигурах, которые предназначены в качестве примера осуществления способа, отражены различные стадии или элементы оборудования, которые при реализации способа на практике могут использоваться или отсутствовать в зависимости от обстоятельств. Фигуры составлялись так, чтобы отразить на них, по меньшей мере, те элементы, которые важны для понимания различных форм осуществления изобретения и его аспектов. Вместе с тем, для разработки законченной системы обработки природных или сточных вод под конкретную ситуацию могут использоваться разные другие операции способа или элементы обработки воды, относящиеся к типовому способу мембранной обработки при низких рН, что в особенности касается различных видоизменений показанных на чертежах функциональных элементов. Подробное описание изобретения В результате длительных исследований и изучения слабых мест существующих процессов разработан новый способ обработки воды, позволяющий обрабатывать кислые воды. При этом важным моментом явилось доказательство того, что определенные аппараты обратного осмоса и/или нанофильтрации могут успешно работать при низких значениях рН, порядка 2, и часто без какой бы то ни было химической или физической предварительной обработки (предподготовки) воды либо с использованием такой обработки в минимальном объеме. В настоящее время минимальное допустимое значение рН определяется характеристиками серийно выпускаемых обратноосмотических мембран и для работы в непрерывном режиме составляет примерно 2,0. В будущем же, если появятся более совершенные мембраны (т.е. мембраны с повышенной стойкостью при низких рН), предложенный способ будет работать при рН еще более низких, чем существующий предел 2,0. Несмотря на работу в условиях низких рН и вопреки общим промышленным нормам, достигнута очень высокая степень очистки воды от растворенных катионов, а также многовалентных анионов. До-3 011830 стигнута чрезвычайно высокая степень очистки воды от ионов натрия и аммония, что является очень важным и неожиданным преимуществом предложенного нового способа обработки кислых вод. В условиях осуществления предложенного способа обработки кислых вод также очень высока степень очистки воды от ТОС. Кроме того, установлено, что проведением стадии удаления ТОС перед подачей воды на мембрану обратного осмоса при низком рН (или даже после того, либо еще позже - после проведения стадии анионного обмена) можно получить заданные низкие уровни содержания ТОС в конечном продукте очищенной воде. К приемлемым методам удаления ТОС относятся следующие:(1) барботирование, в том числе использование микропузырьков воздуха или инертного газа в накопительном резервуаре или любом другом подходящем столбе воды;(2) механическая или мембранная дегазация;(3) обработка воды ультрафиолетовым излучением с длиной волны 185 нм, с добавлением окислителей, таких как перекись водорода и/или озон, или без таковых;(4) введение в воду двухвалентного или трехвалентного железа, при необходимости вместе с перекисью водорода для образования в воде системы "перекись водорода-ион двухвалентного железа", известной как эффективный окислитель, удаляющий ТОС-соединения; или(5) введение озона в питающую воду или в воду-продукт. В особенно важном случае применения способа к перекиси водорода, присутствующей в сточных водах производства полупроводников, добавляют соли двухвалентного или трехвалентного железа. В подобном случае продуктами окисления обычно являются органические кислоты и/или углекислый газ,которые удаляются на стадии анионного обмена. В отличие от других веществ, изопропиловый спирт невозможно удалить из воды на стадии анионного обмена без его предварительного окисления, поскольку он не диссоциирует на ионы. На фиг. 1 показана экспериментальная установка, использовавшаяся в одном из случаев для оценки предложенного способа обработки сточных кислых вод. При этом использовался аппарат трехступенчатого обратного осмоса. В первую ступень аппарата подавалась питающая (исходная) вода удельной проводимостью 2700 мкСм/см под давлением 1,45 МПа при расходе 2 м 3/ч, рН 2,6 и температуре 28 С. Затем часть потока воды, отделявшуюся на первой ступени аппарата, подавали под давлением 1,4 МПа на вторую ступень. Отделяемый поток со второй ступени подавали под давлением 1,35 МПа на третью ступень. И, наконец, отделяемый концентрат с третьей ступени сбрасывался под давлением 1,25 МПа при рН 2,4 и расходе 0,5 м 3/ч. Пермеат со всех трех ступеней получали при расходе 1,5 м 3/ч, при давлении 0,3 МПа и с электрической удельной проводимостью 28,5 мкСм/см. В общей сложности, учитывая все три ступени обработки воды, производительность аппарата составила, в среднем, 22,1 галлона/кв.фут/сутки (0,99089 м 3/м 2/сутки). При этом общая степень извлечения продукта (выход очищенной воды) составила около 75%. Затем пермеат на выходе аппарата обратного осмоса направлялся в анионообменный фильтр под давлением 0,02 МПа, и после анионообменной обработки электрическая удельная проводимость конечного потока на выходе составляла 6,7 мкСм/см. Результаты таких испытаний, и в особенности очень высокая чистота продукта процесса обратного осмоса, а также высокое качество конечного потока со стадии анионообменной обработки, демонстрируют эффективность предложенного способа. На фиг. 2 представлена обобщенная технологическая схема, отражающая применение предложенного способа обработки сточных вод в промышленности. Необработанная (сырая) кислая вода 10 либо подводится в блок 12 обратного осмоса при низком рН напрямую, как это показано на схеме, либо направляется через один или несколько блоков или аппаратов предварительной обработки, что показано штриховыми линиями. Сначала необработанная вода 10 может направляться в блок 20 обработки УФ-излучением, где в поток питающей воды предпочтительно вводят перекись водорода 22 и/или источник 24 ионов двухвалентного или трехвалентного железа. Затем для дальнейшего удаления ТОС-компонентов частично обработанная вода направляется в дегазатор 30 или другое устройство, в котором вода контактирует со сжиженным газом. Вода, отделяемая в процессе обратного осмоса, направляется, по необходимости, на дальнейшую обработку или слив. Пермеат направляется по линии 32 в блок 34 анионообменной фильтрации. После этого продукт ионообменной обработки готов для использования в качестве подпиточной воды аппарата 40 получения ультрачистой воды. В другом варианте этот продукт может быть направлен в блоки 42 первичной ионообменной обработки в смешанном слое и/или в блоки 44 вторичной ионообменной обработки в смешанном слое. Затем воду высокой степени очистки можно использовать или, по необходимости, подвергнуть дальнейшей обработке, например, в блоке 50 фильтрации или во втором блоке 52 обработки УФ-излучением, и уже после этого вода направляется в систему 54 ультрачистой воды. Описываемый способ может быть осуществлен в аппарате мембранного разделения, содержащем по меньшей мере один блок разделения с мембранным элементом, для получения потока продукта с низким содержанием растворенных веществ и отделяемого потока с высоким содержанием растворенных веществ. При осуществлении способа создают поток воды, содержащей растворенные вещества и пи-4 011830 тающей установку для обработки воды. В некоторых случаях среди растворенных в питающей воде веществ может быть по меньшей мере один компонент, способствующий забиванию мембран, когда питающая вода не имеет свободной минеральной кислотности. Перед обработкой питающей воды в мембранном аппарате рН воды при необходимости регулируют для обеспечения наличия в воде, поступающей на мембранный элемент, по меньшей мере, незначительной свободной минеральной кислотности. Питающую воду с отрегулированным рН пропускают через аппарат мембранного разделения, мембрана которого, в основном, препятствует прохождению через нее, по меньшей мере, некоторых растворенных веществ с концентрированием питающей воды до заданной концентрации, при этом получают отделяемый поток с высоким содержанием растворенных веществ и поток продукта с низким содержанием растворенных веществ. При осуществлении этого способа рН воды часто регулируют, доводя его до уровня около 4,3 или ниже. Важным моментом является то, что предложенный способ может быть осуществлен в случаях, когда мембранным элементом является мембрана для обратного осмоса, мембрана для нанофильтрации или крупнопористая мембрана для обратного осмоса. Во многих важных случаях применения поток питающей воды содержит компонент, относящийся к полностью органическому углероду (ТОС), а поток продукта очищается от ТОС. Во многих случаях задачей обработки воды является удаление ТОС в такой степени, чтобы содержание ТОС в потоке продукта составляло приблизительно 10% или менее от содержания соответствующего компонента ТОС в потоке питающей воды. Предложенный способ можно выгодно использовать в случае, когда ТОС включает в себя одно или несколько, по существу, неионизируемых веществ, таких как изопропиловый спирт и ацетон. Также большое значение имеет очистка воды от других компонентов. Например, если в питающей воде содержатся ионы натрия, то обработкой воды в некоторых случаях можно достичь такой степени очистки, при которой содержание ионов натрия в потоке продукта составит приблизительно 2% или менее от содержания ионов натрия в питающей воде. А когда питающая вода содержит ионы аммония, обработкой воды в некоторых случаях можно достичь такой степени очистки, при которой содержание ионов аммония в потоке продукта составит приблизительно 8% или менее от содержания ионов аммония в питающей воде. Если в питающей воде содержатся ионы хлорида, обработкой воды в некоторых случаях можно достичь такой степени очистки, при которой содержание ионов хлорида в потоке продукта составит приблизительно 25% или менее от содержания ионов хлорида в питающей воде. Если в питающей воде содержатся ионы сульфата, то обработкой воды в некоторых случаях можно достичь такой степени очистки, при которой содержание ионов сульфата в потоке продукта составит приблизительно 0,5% или менее от содержания ионов сульфата в питающей воде. Однако в случае ионов фторида содержание ионов фторида в потоке продукта обычно приблизительно равно содержанию ионов фторида в потоке питающей воды. В качестве дополнительной стадии способа обработки воды в аппарате мембранного разделения при низком рН предусмотрена возможность устранения имеющейся в потоке продукта свободной минеральной кислотности, по меньшей мере, до требуемой степени, если не полностью. Подходящим для этой цели анионообменным устройством может быть устройство со слабооосновным анионитом, среднеосновным анионитом и высокоосновным анионитом. При необходимости анионообменное устройство может быть выполнено таким образом, чтобы при обработке потока продукта удалять содержащиеся в нем анионы. Для дальнейшего повышения эффективности обработки воды, в частности для удаления из воды ТОС, может быть предусмотрена дополнительная стадия обработки питающей воды, предшествующая обработке воды в блоке мембранного разделения. В соответствующих случаях такая стадия предусматривает введение в питающую воду ионов двухвалентного или трехвалентного железа. Кроме того, можно дополнительно вводить перекись водорода, например, для образования в воде системы "перекись водорода-ион двухвалентного железа" с целью очистки воды от ТОС. Таким образом, поток продукта может быть очищен от компонентов, относящихся к полностью органическому углероду. Вместо этого или дополнительно может быть также предусмотрена обработка потока питающей воды перед мембранным разделением на дополнительной стадии облучения потока питающей воды посредством источника УФизлучения, что позволяет удалять ТОС-компоненты из потока продукта. Для еще более качественной обработки, после которой на выходе установки получают воду высокой степени очистки, поток водыпродукта дополнительно облучают посредством источника УФ-излучения с обеспечением очистки потока продукта от соответствующего ТОС-компонента. Еще в одном варианте осуществления способа поток питающей воды дополнительно озонируют озонсодержащим газом, обеспечивая удаление ТОС-компонентов из потока продукта. Вместо этого или дополнительно может быть также предусмотрено озонирование потока воды-продукта озонсодержащим газом с обеспечением очистки потока продукта от соответствующего ТОС-компонента. Еще в одном варианте осуществления способа обработки питающей воды в аппарате мембранного разделения при низких рН, в тех случаях, когда в потоке питающей воды содержится перекись водорода,попавшая в воду либо из производственного процесса, либо на предыдущей стадии обработки воды, может быть дополнительно предусмотрена стадия обработки потока питающей воды в устройстве с активированным углем с обеспечением удаления перекиси водорода из потока продукта.-5 011830 В нормальных условиях способ легко позволяет получать воду-пермеат при удельной производительности по меньшей мере 15 галлонов/кв.фут/сутки. Важным моментом является то, что обычно обеспечивается, по меньшей мере, достаточная степень извлечения (выход) продукта, при которой достигаемое отношение расхода количества потока продукта к количеству потока питающей воды составляет примерно 75% или выше. В других вариантах достаточная степень извлечения продукта обеспечивается при отношении количества получаемого потока продукта к количеству потока питающей воды примерно 80% или выше. В дальнейших вариантах степень извлечения продукта достаточна при отношении количества получаемого потока продукта к количеству потока питающей воды, составляющем примерно 85% или выше. В других вариантах степень извлечения продукта достаточна при отношении количества получаемого потока продукта к количеству потока питающей воды, составляющем примерно 90% или выше. В определенных случаях предполагается, что степень извлечения продукта будет достаточной при отношении количества получаемого потока продукта к количеству потока питающей воды, составляющем примерно 95% или выше. В качестве дополнительной обработки воды в сочетании с рассмотренным в описании основным мембранным процессом разделения при низких рН перед подкислением питающей воды могут проводиться другие операции предподготовки воды. К таким операциям предподготовки могут относиться пропускание воды через фильтрующий материал, пропускание воды через фильтр со сменным фильтрующим элементом, ультрафильтрация, нанофильтрация, удаление окислителей, смягчение воды, катионный обмен, дегазация или удаление кислорода. Катионообменную предподготовку воды можно проводить посредством сульфокатионита. Кроме того, удаление окислителей можно осуществлять введением в питающую воду метабисульфита натрия. В более общем смысле сущность предложенного способа можно охарактеризовать как обработку потока воды в аппарате мембранного разделения, содержащем по меньшей мере один блок с мембранным элементом, для получения потока продукта с низким содержанием растворенных веществ и отделяемого потока с высоким содержанием растворенных веществ. При осуществлении этого способа создают поток питающей воды, в которой содержатся растворенные вещества, и при необходимости регулируют рН потока питающей воды для обеспечения наличия, по меньшей мере, незначительной свободной минеральной кислотности, с получением предварительно обработанной питающей воды. Предварительно обработанную питающую воду, имеющую заданное значение рН, пропускают через аппарат мембранного разделения, мембрана которого, в основном, препятствует прохождению через нее, по меньшей мере, некоторых растворенных веществ с концентрированием предварительно обработанной питающей воды до заданной концентрации. При этом получают отделяемый поток с высоким содержанием растворенных веществ, рН которого ниже, чем у предварительно обработанной питающей воды. Также получают поток продукта с низким содержанием растворенных веществ, рН которого выше, чем у предварительно обработанной питающей воды. При осуществлении рассмотренного уникального способа также предпочтительно включить в него стадию регенерации катионообменного устройства утилизируемым отделяемым потоком со стадии мембранного разделения. Например, такой способ может предусматривать использование отделяемого потока как источника кислоты для регенерации катионообменного устройства со слабокислым катионитом. В другом варианте предложенный способ может предусматривать использование отделяемого потока как источника кислоты для регенерации катионообменного устройства с сульфокатионитом. Предложенные способ и устройство для обработки кислых вод посредством аппарата мембранного разделения, и в частности за счет сочетания аппарата обратного осмоса/нанофильтрации и ионообменного оборудования по рассмотренной выше технологической схеме, обеспечивают достижение революционного и парадоксального результата, а именно снижение общего количества твердых веществ, растворенных в подлежащей обработке воде, одновременно с гарантированным высоким уровнем чистоты очищенного пермеата процесса обратного осмоса. Этот способ ведения процессов в аппаратах мембранного разделения, в частности в аппаратах для обратного осмоса, существенно расширяет возможности обработки кислых вод при одновременном снижении капитальных и эксплуатационных затрат на системы для обработки воды. Кроме того, с учетом повышенной экономичности способа при его использовании достигается резкое снижение расхода химических реагентов на галлон воды-продукта, независимо от того, идет ли речь о реагентах для нейтрализации, регенерации ионита или очистке мембран для обратного осмоса. Таким образом, выше было показано, что изобретением эффективно достигаются поставленные перед ним цели, изложенные выше, а также те, что выявляются из приведенного выше описания, и поскольку при осуществлении раскрытого выше способа, а также поскольку в конструкцию устройства,подходящего для реализации способа и описанного выше получения целевого продукта, могут быть внесены определенные изменения, следует иметь в виду, что изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от его сути или существенных характеристик. Например, несмотря на то, что осуществление изобретения проиллюстрировано выше на примере технологической схемы для обработки кислых вод, достижение результата на основе принципов раскрытого способа возможно и в других формах осуществления изобретения. Поэтому следует иметь в виду, что описание характерных вариантов осуществления изобретения приведено выше исключительно для иллюстрации возможностей-6 011830 осуществления изобретения и пояснения его сущности. Это описание не дает исчерпывающего или ограничительного представления о возможностях осуществления изобретения и не ограничивает объем притязаний на изобретение конкретными раскрытыми формами его выполнения. Наоборот, предполагается,что любые изменения, технические эквиваленты и альтернативы, не выходящие за рамки сущности изобретения, подпадают под объем его охраны, определяемый прилагаемой формулой изобретения. Формула изобретения как таковая предназначена охватывать указанные в ней способы и устройства, и не только эквивалентные приемы или элементы конструкций, но и эквивалентные конструкции или способы. Таким образом, предполагается, что охрана изобретения, объем которой определяется формулой изобретения с учетом используемых в ней широких формулировок, распространяется на любые изменения относительно раскрытых в описании форм осуществления изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки потока питательной воды, включающей растворы изопропилового спирта и/или ацетона, а также двуокись углерода, с использованием оборудования мембранного разделения с обратным осмосом, включающего по меньшей мере один узел, имеющий мембранный сепаратор с обратным осмосом, при этом указанный способ содержит следующие стадии:(а) предварительную обработку указанного потока питательной воды с уменьшением рН до величины не более 4,3 для обеспечения, по меньшей мере, свободной минеральной кислотности в предварительно обработанной воде в точке подачи в указанное оборудование мембранного разделения с обратным осмосом, если поток питьевой воды имеет рН 4,3;(b) подачу полученной в результате предварительно обработанной питательной воды в указанное оборудование мембранного разделения с обратным осмосом, препятствующее проходу через него, по меньшей мере, некоторых растворенных элементов и концентрирующее указанную предварительно обработанную питательную воду;(с) отвод из оборудования мембранного разделения с обратным осмосом потока растворенных веществ высокой концентрации и потока растворенных веществ низкой концентрации. 2. Способ по п.1, в котором органические соединения в потоке продукта составляют приблизительно 10% или менее от концентрации органических соединений в потоке питательной воды. 3. Способ по п.1 или 2, в котором поток питательной воды содержит ионы аммония, причем поток продукта содержит приблизительно 8% или менее от концентрации ионов аммония, присутствующих в потоке питательной воды. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поток питательной воды содержит ионы фтора, причем концентрация ионов фтора в потоке продукта приблизительно та же самая, что и концентрация ионов фтора в потоке питательной воды. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий стадии: (а) добавления ионов двухвалентного или трехвалентного железа к указанному потоку питательной воды перед подачей в установку обратного осмоса с мембранным разделением в качестве реагентов, чтобы облегчить удаление компонентов с общим содержанием органических соединений, и (b) добавления перекиси водорода к потоку питательной воды в любой точке перед подачей в установку обратного осмоса с мембранным разделением. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий озонирование потока питательной воды озоном, содержащим газ, и в котором указанные компоненты с общим содержанием органического углерода эффективно удаляются из указанного потока продукта. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий озонирование потока продукта озоном, содержащим газ, а окись углерода эффективно удаляется из потока продукта. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий один или несколько дополнительных процессов предварительной обработки, выбранных из группы, состоящей из: (а) фильтрации среды, (b) фильтрации патрона, (с) ультрафильтрации, (d) нанофильтрации, (е) удаления окислителя,(f) дегазификации и (g) удаления кислорода. 9. Способ по п.8, в котором предварительная обработка включает удаление окислителя, причем процесс предварительной обработки удаления окислителя содержит добавление метабисульфита натрия к питательной воде.
МПК / Метки
МПК: B01D 61/04, B01D 61/02, C02F 1/44
Метки: обработки, кислых, жидких, условиях, сред, способ, обратным, осмосом, варианты
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-11830-sposob-varianty-dlya-obrabotki-zhidkih-sred-obratnym-osmosom-v-kislyh-usloviyah.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ (варианты) для обработки жидких сред обратным осмосом в кислых условиях</a>
Предыдущий патент: Полиалкиленгликоль с остатком для конъюгации биологически активного соединения
Следующий патент: Многомасштабный способ конечных объёмов для использования при моделировании подземного течения
Случайный патент: Лиофилизованная композиция 2-метилтиенобензодиазепина