Пристрій для глибокого знекиснення води в замкнутій системі

Корисна модель відноситься до пристроїв для глибокого знекиснення води і може бути використане в процесах водопідготовки для теплоенергетики, хімічної та електронної промисловості. Технічним результатом є висока швидкість фільтрації води та можливість тривалої експлуатації пристрою, що досягається завдяки тому, що у пристрої для глибокого знекиснення води в замкнутій системі, що складається із зовнішньої замкнутої системи, кисневого газу, насоса, кранів та набору послідовно з'єднаних фільтрів, у тому числі механічного сорбційного, іонообмінного фільтра змішаної дії; у наборі фільтрів є три фільтри з насадкою зернистого нанокомпозиту мідь-іонообмінник КУ-23 15/100, розташовані між іонообмінними фільтрами змішаної дії.

Відома установка з паладій містить зернистим іонообмінним матеріалом [Ultraclean Technology Handbook: Volume 1: Ultra-Pure Water / T. Ohmu (Ed.), CRC Press, 1993, 944 p.]. Відома установка з одноволоконним каталітичним мембранним контактором/реактором [Романова І.О. Одноволоконний каталітичний мембранний контактор/реактор для видалення розчиненого кисню з води / І.О. Романова, І. Петрова, В.І. Лебедєва [та ін]. // Мембрани. – 2007. – 3 (35). С.3-10]. Мембранний каталізатор є пористою половолоконною мембраною з нанесеним на зовнішню поверхню паладієм. Недоліками цих установок є висока вартість, необхідність подачі дуже чистого водню в реактор, технологічна складність фільтрації, активація мембран шляхом травленняїх у кислотах.

Відомий метод одночасного знекиснення та знесолення води з використанням фільтра із залізогідрозакисним електроноіонообмінником та іонообмінних фільтрів змішаної дії [Вольф І.В. Підготовка води для парогенераторів за допомогою іонообмінників/І.В. Вольф, А.В. Романов, М.А. Синякова// Журн. прикл. хімії. – 2010. – Т.83, Вип.5. – С.858-860.]. Недоліком цього методу є невисока глибина знекиснення.

Як прототип обрана очисна установка, що складається з двох знекислюючих і двох знесолювальних фільтрів. [Москвітін Б.А. Дослідження роботи електронообмінних фільтрів у замкнутих системах охолодження/Б.А. Москвитін, І.О. Кібізов, В.В Ашанін // Праці ВНДІ "ВОДГЕО". – 1977. – Вип.66. – С.1-3.]. Знекисне фільтри завантажені дисперсної мідь-гідразинової електроноіонообмінної смолою ЕО-11П. Знеболюючі фільтри завантажені сумішшю катіонообмінника КУ-2 та аніонообмінника АВ-17 в H + - та OH - -формах. Недоліком прототипу є виділення азоту у процесі відновлення кисню.

Завдання, яке вирішується справжньою корисною моделлю, полягає у створенні високоефективного знекислювального апарату, що складається з послідовно з'єднаних фільтрів для видалення механічних, органічних та неорганічних домішок з води та її знекиснення.

Технічним результатом є висока швидкість фільтрації води та можливість тривалої експлуатації пристрою.

Технічний результат досягається тим, що в пристрої для глибокого знекиснення води в замкнутій системі, що складається з зовнішньої замкнутої системи, кисневого газу, насоса, кранів і набору послідовно з'єднаних фільтрів, у тому числі механічного, сорбційного, іонообмінного фільтру змішаної дії,згідно з корисною моделлю, в наборі фільтрів є три фільтри з насадкою зернистого нанокомпозиту мідь-іонообмінник КУ-23 15/100, розташовані між іонообмінними фільтрами змішаної дії.

На фіг.1 представлена схема пристрою для знекиснення води в замкнутій системі.

На фіг.2 наведена залежність концентрації кисню у воді від часу циркуляції в замкнутій водній системі об'ємом 300 л.

Пристрій складається із зовнішньої замкнутої системи 1 з кислородометром 2, насосом 3 і системою фільтрів, підключених через систему кранів 4. Швидкість потоку води в замкнутій системі 1 контролюється за допомогою витратоміра 5. Причому, фільтр 6 призначений для механічного очищення і являє собою циліндр, який намотаний спеціальний джгут; фільтр 7 сорбційний і являє собою циліндр наповнений сульфовугіллям H + -іонної формі; фільтр 8 - іонообмінний фільтр змішаної дії; фільтри 9, 10 та 11 з насадкою зернистого нанокомпозиту мідь-іонообмінник КУ-23 15/100; фільтр 12 -іонообмінний фільтр змішаної дії.

Фільтри 9, 10, 11 засипані нанокомпозитом, виготовленим за патентом Україна 2355471, 2008.

Пристрій працює наступним чином. Система 1 замикається резервуар ємністю 300 л. Вода циркулює з певною заданою швидкістю, що контролюється витратоміром 5. За допомогою кисневометра 2 проводиться моніторинг кисню. Вода, що підкачується насосом 3, циркулює до тих пір, поки рівень кисню не знизиться з 7-8 мг/л до 10 мкг/л, потім за допомогою 4 кранів система фільтрів відключається. Періодично, при підвищенні рівня кисню в результаті підсмоктування до 20 мкг/л, система фільтрів знову вмикається. У фільтрі відбувається видалення механічних домішок з води. У сорбційному фільтрі 7 видаляються органічні танеорганічні домішки. Іонообмінний фільтр 8 знесолює воду. Фільтри 9, 10, 11 видаляють розчинений у воді кисню за реакцією:

Тут – полімерна матриця з фіксованими сульфогрупами. Місткість нанокомпозиту за протиіонами водню 1 ммоль-екв/мл, наночастинками міді 5,4 ммоль-екв/мл. За вичерпанням протиіонів водню окислення наночастинок міді відбувається до оксидів міді (І) та (ІІ). В ионообменном фільтрі 12 сорбуються можливі домішкові іони. Установка здатна до тривалого використання після нескладної процедури заміни робочих картриджів у фільтрах.

Картриджі у фільтрах 9, 10 та 11 підлягають регенерації в лабораторних умовах. Регенерацію відпрацьованого нанокомпозиту можна проводити безпосередньо в експлуатаційному фільтрі без перевантаження, так і в спеціальному фільтрі з перевантаженням матеріалу. Регенерація починається з відмучування водою від дрібниці та шламу. Далі пропускають 10% розчин сульфату міді зверху донизу. Потім проводять обробку 6% лужним розчином дитіоніту натрію знизу вгору для відновлення іонів міді в металеві частинки. Після цього пропускають 5% розчин сірчаної кислоти для переведення нанокомпозиту H + -форму. На останньому етапі регенерації виконують відмивання знекисленої та знесоленої водою.

Приклад 1. Система фільтрів (кожен висотою 250 мм та діаметром 100 мм) замикається на водний резервуар ємність 300 л. Вода циркулює із певною заданою швидкістю (20 м/год). Проводиться моніторинг кисню. Вода циркулює доти, доки рівень кисню не знизиться від заданого 1 мг/л до порогової концентрації 10 мкг/л. Час зниження концентрації кисню у воді до 10 мкг/л становить 30 годин (фіг.2). Потім система фільтрів вимикається. При підвищенні рівня кисню до допустимого для звичайних виробництврівня порядку 30 мкг/л знову включається система знекиснення. Шляхом періодичного включення та вимикання системи фільтрів глибоке знекиснення води може підтримуватися не менше 4000 годин, після чого необхідна заміна робочих картриджів у фільтрах.

Приклад 2. Система фільтрів з прикладу 1 підключається до опалювальної системи (ємність 900 л) в період її зупинки. Проводиться моніторинг кисню. Система фільтрів відключається, коли рівень кисню знизиться від 200 мкг/л до граничної концентрації 10 мкг/л. Періодично при підвищенні рівня кисню в результаті підсмоктування до 30 мкг/л знову вмикається система фільтрів.

Пристрій для глибокого знекиснення поживної води в замкнутій системі, що складається з набору послідовно з'єднаних фільтрів, у тому числі сорбційного та іонообмінного фільтра змішаної дії, що відрізняється тим, що містить зовнішню замкнуту систему, кисневометр, насос, крани, а в наборі фільтрів - та три фільтри з насадкою зернистого нанокомпозиту мідь-іонообмінник КУ-23 15/100, розташовані між іонообмінними фільтрами змішаної дії.