Розробка нових процесів пом'якшення та демінералізації води для ресурсозберігаючих водоциркуляційних систем

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» МОН України, Київ, 2014. Дисертацію присвячено вивченню процесів електрохімічного, іонообмінного пом'якшення та знесолення води для водоциркуляційних теплообмінних систем, переробки і утилізації елюатів, які при цьому утворюються. Вперше визначена залежність параметрів очищеної на аніоніті води від її сольової складу, жорсткості, форми використаного аніоніту, умов проведення процесу. Показане, що ефективність пом'якшення води, її очищення від хлоридів і сульфатів зростає при досягненні еквівалентних співвідношень у розчині між іонами жорсткості і аніонами сильних кислот при високій карбонатній лужності води. Визначене ефективне співвідношення очищеного на аніоніті розчину до вихідного для зниження рівня мінералізації та жорсткості шахтних вод до допустимих значень. Вперше встановлені умови ефективного очищення води електродіалізом у присутності іонів жорсткості у високих концентраціях. Визначений вплив щільності струму, а також тривалості електролізу на ефективність електрохімічної переробки розчинів, що містять хлорид і сульфат натрію у двох- та трикамерному електролізерах. Встановлено, що при електролізі лужного розчину Na2SO4 у трикамерному електролізері можна одержувати з високим виходом кислоту та луг при високому ступені очищення від сульфатів. Показано, що при електролізі розчину NaСl, що містить надлишок лугу або соди в чотирикамерному електролізері можна одержати розчин лугу та соляної кислоти. Вирішено завдання поділу хлоридів і сульфатів у стічних водах. Показано, що сульфати із концентрованих стоків можна видаляти при послідовній обробці хлоридом кальцію, вапном і алюмінатом натрію. Розроблені принципові технологічні схеми очищення вод з підвищеною мінералізацією від хлоридів і сульфатів з одночасним пом'якшенням води, основані на сорбції аніонів на високоосновному аніоніті в основній формі або при електрохімічному вилученні хлоридів і сульфатів з води.Dissertation for degree of Candidate of Technical Sciences, specialty 21.06.01 – ecological safety. – National Technical University of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute» MSE of Ukraine, Kiev, 2014. Dissertation is devoted to the study of electrochemical processes, ion exchange softening and demineralization of water for water circulated heat exchange systems, processing and disposal of the resulting eluates. First determined dependency of the parameters of water treated by the anion on its salt content, hardness, shape used anion exchanger, the process conditions. Shown that the efficiency of the water softening, its purification from chlorides and sulphates increases when there is an equivalent ratio between the ions in solution and stiffness anions of strong acids at high carbonate alkalinity. Determined the effective ratio of the purified by the anion solution to the initial one for reduction of the salinity and hardness of mine water to acceptable values. Firstly set the conditions of effective water cleaning by electrodialysis in the presence of hardness ions in high concentrations. Defined the effect of the current density and duration of electrolysis on the efficiency electrochemical processing of solutions containing chloride and sodium sulfate in a two-and three-chamber electrolysis. Found that the electrolysis of an alkali solution of Na2SO4 in a three-chamber electrolytic cell can be obtained in high acid yield and alkali at high purity from the sulfates. Shown that in the electrolysis of NaCl solution, containing excess of alkali or soda in four-chamber electrolysis can be obtained by the alkaline solution and hydrochloric acid. Solved the problem of the separation of chlorides and sulfates in the vat residues neutralized copolymer of styrene and divinylbenzene. Shown that sulfates from resid can be isolated by sequential treatment with calcium chloride, lime and sodium aluminate. Developed basic flow diagram of purification of water with high salinity from the chlorides and sulphates with simultaneous softening of water, based on the sorption of a highly basic anion exchanger anions in basic form or in the electrochemical separation of chlorides and sulphates from water.Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 – экологическая безопасность. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» МОН Украины, Киев, 2014. Диссертация посвящена изучению процессов электрохимического, ионообменного умягчения и обессоливания воды для водоциркуляционных теплообменных систем, переработки и утилизации образующихся элюатов. Впервые определена зависимость параметров очищенной на анионите воды от её солевого состава, жесткости, формы использованного анионита, условий проведения процесса. Показано, что при наличии в растворах хлоридов и сульфатов в больших эквивалентных количествах по сравнению с ионами жесткости, происходит подщелачивание воды, что можно использовать для умягчения дополнительных объемов воды. Установлено, что эффективность умягчения воды, её очистки от хлоридов и сульфатов возрастает при достижении эквивалентных соотношений в растворе между ионами жесткости и анионами сильных кислот при высокой карбонатной щелочности воды. Определено эффективное соотношение очищенного на анионите раствора к исходному, для снижения уровня минерализации и жесткости шахтных вод до допустимых значений. Изучены процессы регенерации анионита растворами щелочи и соды. Определена зависимость выходной концентрации хлоридов и сульфатов и степени регенерации от удельного расхода пропущенных через анионит растворов. Рассмотрено взаимное влияние ионов жесткости, хлоридов и сульфатов на параметры процесса электрохимической деминерализации природных и сточных вод в электролизерах с ионообменными мембранами. Изучены процессы электрохимического извлечения хлоридов из водных растворов в двух- и трехкамерном электролизере. Показано, что при выделении хлоридов в двухкамерном электролизере наряду с выделением хлора происходит эффективное умягчение воды, при этом рН увеличивается до 10,0–12,8. Показано, что при проведении электролиза в трехкамерном электролизере хлориды удаляются из рабочего раствора в анодную область без изменения рН в рабочей камере с накоплением щелочи в катодной камере. Рассмотрены процессы электрохимического выделения сульфатов из водопроводной воды в двухкамерном электролизере. Степень извлечения сульфатов в зависимости от времени процесса достигает 69–90 %. Установлено, что при электролизе водопроводной воды наряду с выделением сульфатов происходит умягчение воды. Эффективность умягчения возрастает с увеличением времени электролиза и концентрации сульфата натрия. Впервые установлены условия эффективной очистки воды электродиализом в присутствии ионов жесткости в высоких концентрациях. Показано, что кислотность в анодной области не влияет на электрохимическое извлечение сульфатов из раствора сульфата магния в водопроводной воде, на эффективность умягчения воды и на выход по току сульфатов и серной кислоты. Установлено, что при электролизе щелочного раствора Na2SO4 в трехкамерном электролизере можно получать с высоким выходом кислоту и щелочь при высокой степени очистки от сульфатов. Показано, что при электролизе раствора NaCl, содержащего избыток щелочи или соды в четырехкамерном электролизере можно получить раствор щелочи и соляной кислоты. Решена задача разделения хлоридов и сульфатов в регенерационных растворах и других сточных водах. Показано, что сульфаты из стоков можно выделять при последовательной обработке хлоридом кальция, известью и алюминатом натрия, снижая их концентрацию до 200–400 мг/дм3. Установлено, что при электролизе раствора хлорида натрия в четырехкамерном электролизере при использовании катионообменных и анионообменных мембран можно получить соляную кислоту (10 %) и щелочь (12 %) при снижении концентрации хлоридов до 200 мг/дм3. Разработаны принципиальные технологические схемы очистки вод с повышенной минерализацией от хлоридов и сульфатов с одновременным умягчением воды, основанные на сорбции анионов на высокоосновном анионите в основной форме или при электрохимическом выделении хлоридов и сульфатов из воды