Разработка и исследование процесса электрохимического умягчения природной воды в мембранном электролизере со взвешенным слоем ионита

• Автор: Цаплин, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 144 с.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Требования, предъявляемые к качеству воды для электродиализа и 9 обратного осмоса
1.2. Основные технологические схемы водоподготовки
1.2.1. Реагентное умягчение
1.2.1.1 Моделирование реагентного умягчения природных вод
1.2.2. Электрохимическое умягчение природных вод
1.2.3. Моделирование электрохимического умягчения природных вод. 42 ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УМЯГЧЕНИЯ
2.1 Объект исследования
2.2 Метод исследования
2.3 Основные технические характеристики мембранного электролизера
2.4 Выбор мембраны
2.5 Математическая модель и метод решения
2.5.1. Первая группа уравнений(Модель ионных равновесий)
2.5.1.1. Раствор недосыщен по обоим соединениям
2.5.1.2. Раствор пересыщен по веществу М§хСа(ьх)СОз
2.5.1.3. Раствор пересыщен по обоим соединениям
2.5.1.4. Раствор недосыщен по веществу МСа(|-Х)СОз и пересыщен по Мё(ОН)2
2.5.2. Проверка модели ионных равновесий и выбор Кн
2.5.3. Вторая группа уравнений(Уравнения баланса для катодной
камеры)
2.5.3.1. Метод расчета чисел переноса
2.5.4. Третья группа уравнений(Уравнения баланса для анодной камеры)

2.5.5. Сравнение теории с экспериментом
ГЛАВА 3. КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УМЯГЧИТЕЛЕЙ И ИХ ОПИМИЗАЦИЯ
3.1. Выбор электродов
3.2. Расчет умягчителя с псевдоожиженным слоем
ионита
3.3.Исследование процесса умягчения в плоскорамном аппарате и в аппарате с коаксиальным расположением электродов
3.4. Ресурсные испытания электрохимических умягчителей с неподвижным и псевдоожиженным слоем ионита
3.5. Сравнительные характеристики электрохимического и
электродиализного метода умягчения воды
4. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УМЯГЧЕНИЯ
4.1. Влияние ионообменного наполнителя на глубину умягчения
воды
4.2. Влияние характеристик ионообменных мембран на глубину умягчения воды
4.3. Влияние температуры на глубину умягчения воды
4.4. Влияние ультразвуковых полей на глубину умягчения воды
4.5. Влияние пористости фильтрующего элемента на эффективность умягчения воды
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.
Мировые запасы воды составляют около 1400 млн.км3. Из них 97.5 % приходится на морскую воду, соленость которой достигает 35 г/л. На пресные воды приходится только 2.5 %. Доля воды, доступной для использования не превышает 0,0002 % от запасов воды Мирового океана [145]. Именно пресная вода - вода с минерализацией до 1 г/л - широко используется человеком в хозяйственной деятельности [94]. Уже в 70х годах практически не было ни одной страны в мире, где не ощущался бы дефицит пресной воды [88].
В настоящее время проблема дефицита пресной воды осложнена загрязнением водоемов в результате интенсивного индустриального развития. Промышленные предприятия являются не только источником токсичных, высокоминерализованных стоков, но и потребителями деионизованной воды.
В настоящее время для деминерализации воды наибольшее распространение получили дистилляция, ионный обмен, электродиализ и обратный осмос. На рис. 1 [37, 165] приводятся затраты на производство 1 м3 деминерализованной воды в зависимости от исходного солесодержания.
Из представленных данных видно, что универсальным методом деионизации является дистилляция: стоимость 1 м3 и качество деионизованной воды не зависит от исходного солесодержания. Однако, в связи с тенденцией к развитию энергосберегающих технологий, которая сохраняется в течении последних 25 лет, дистилляционный метод получения воды высокого качества постепенно утрачивает свое значение. Исключением являются страны Ближнего и Среднего Востока, богатые тепловыми ресурсами и испытывающие недостаток в природных источниках пресной воды. В этих странах сохраняется тенденция к росту мощности и количества дистилляционных опреснительных установок: только в Саудовской Аравии производительность дистилляционных опреснителей возросла в 2 раза с 1983 по 1985 г., и составила, соответственно 2 и 4 млн.м3/сут. [122] Отказ от энергоемких, термодинамически невыгодных методов деионизации, основанных на фазовых переходах, таких как дистилляция и выморажива-

Электролизер с подвижной диафрагмой.

Условные обозначения: 1-анод, 2-катод, 3-диафрагма, 4-ведущий вал, 5-отвод католита, 6-отвод анолита, 7-подвод воды, 8- выход из внйтренней камеры, 9-система уплотнений

Электродиализатор с катионообменными мембранами, на э/д (
сброс
NaOH
NaCl
умягчаемая
вода
Условные обозначения: 1-катодная камера, 2-камера
концентрирования, 3- камера умягчения, 4-промежуточная камера, 5-анодная камера
Рис. 1.15.