СПОСОБ АКТИВАЦИИ ВОДЫ
METHOD OF WATER ACTIVATION

Изобретение относится к области очистки и активации воды для ее использования при подготовке рабочих растворов для выщелачивания ценных компонентов из минерального сырья и для потребления в качестве питьевой и может быть использовано, в частности, для кучного выщелачивания благородных металлов из упорных руд и техногенного минерального сырья, очистки и повышения качества подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия.
6
Известен способ глубокой очистки подземных вод, включающий ее дегазацию, двухстадийную фильтрацию и постадийную промывку фильтров. При этом в качестве фильтрующей загрузки на первой стадии используют инертный материал (кварцевый песок, кварциты, альбитофир, гранодиорит, горелые породы), а на второй - фильтрующую загрузку выполняют двухслойной, соответственно, из сорбента (активированный уголь) и ионообменного материала (клиноптилолит). После очистки воду облучают светом в ультрафиолетовой области спектра (см. патент RU №2087427, МПК C02F 9/00, опубл. 20.08.1997).
Недостатком данного способа является то, что при такой очистке недостаточно полно удаляются из воды растворенные вещества, влияющие на ее свойства как растворителя, а также не обеспечивается ее достаточная активация, зависящая от степени ее диссоциации на ионы гидроксония и гидроксил-ионы, а также наличия в радикальных и ион-радикальных соединениях кислорода и водорода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ водоподготовки, включающий очистку воды от механических примесей и растворенных загрязнителей с использованием ионообменных смол и активацию воды путем формирования в ней активных гидроксил-ионов и ионов гидроксония (см. патент РФ №2457184, С2, опубл. 27.07.2012).
Недостатком данного способа является недостаточно высокая степень очистки и активации воды.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности очистки и активации воды, стабилизации ее химических и физико-химических параметров за счет использования ее стадийной ионообменной и электрохимической обработки.
Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, состоит в повышении степени очистки воды от растворенных веществ и повышении ее активности.
Указанный технический результат достигается тем, что способ активации воды, включающий очистку воды от механических примесей и растворенных загрязнителей с использованием ионообменных смол и активацию воды путем формирования в ней активных гидроксил-ионов и ионов гидроксония, отличается тем, что осуществляют стадийную ионообменную обработку воды посредством фильтрации ее через ионообменные смолы, при этом вода сначала поступает в первую ионообменную колонну с ионообменным наполнителем, представляющим собой смесь катионита КУ-2-8, подготовленного в натрий-форме, и слабоосновного анионита АВ-17, подготовленного в гидрокарбонатной форме, затем обработанная вода после первой ионообменной колонны направляется в электрохимический реактор, представляющий собой инертный пластиковый корпус, внутри которого находится пластинчатый катод и титановый стержень с покрытием контактной поверхности оксидом рутения, где при напряжении 28 В и силе тока 0,3 А происходит ее активация, после чего активированная вода подается в ионообменный фильтр второй ступени с наполнителем, подготовленным в Н-форме и ОН-форме, причем в качестве наполнителя в ОН-форме используют слабоосновной анионит пюролайт.
Способ включает очистку воды от растворенных загрязнителей и солей жесткости, ее активацию с использованием активных гидратированных соединений, сформированных в ней путем электрохимической обработки предварительно очищенной ионным обменом от растворенных солей жесткости на ионы натрия и от ионов хлора и сульфат-ионов на гидрокарбонат-ионы, после чего поток обработанной воды подвергают вторичному ионному обмену: ионов натрия на ионы водорода, гидрокарбонат-ионов на гидроксил-ионы, которые при объединении формируют новые активные молекулы воды.
На фиг. 1 изображена схема осуществления способа, где 1 - патронный предфильтр, 2 - обезжелезивающий фильтр, 3 - ионообменный фильтр I ступени (ионит в Na-форме), 4 - электрохимический реактор, 5 - ионообменный фильтр II ступени (катионит в Н-форме, анионит в ОН-форме), 6 - контрольный постфильтр (угольный или угольно-кремневый наполнитель).
Способ активации воды осуществляют следующим образом.
Полученную из любых источников водоснабжения, например: скважин, колодцев, водопроводной сети, воду подвергают очистке от механических примесей и органических соединений. Это может быть осуществлено путем отстаивания воды в течение определенного промежутка времени в накопительных емкостях или ее фильтрации через слой мелкодробленого инертного материала (гравия, песка и т.п.) или мелкопористые патронные фильтры 1. После очистки от механических примесей, воду очищают от растворенного железа и марганца, ионов тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы с доведением их содержаний как минимум до установленных нормативов ПДК (предельно допустимых концентраций) в обезжелезивающем фильтре 2.
Доведение содержания растворенных в воде железа и марганца до предельно допустимых концентраций осуществляют их окислением растворенным в воде кислородом и/или перекисью водорода и/или перманганатом калия с последующей коагуляцией и фильтрацией с использованием известных каталитических наполнителей, например Birm, или наполнителей, содержащих зернистые компоненты с оксидно-марганцевым покрытием, а двухвалентного марганца, мышьяка, сурьмы и тяжелых металлов (при незначительном превышении ПДК) - сорбцией свежеобразованной гидроокисью железа.
Далее вода подается в первую ионообменную колонну 3 с ионообменным наполнителем: катеонитом или смесью ионообменных смол (в случае присутствия в исходной воде ионов галогенов и сульфат-анионов: катеонита и слабоосновного анионита, подготовленных соответственно в натрий - форме (катеонит) и карбонатной и/или гидрокарбонатной форме (анионит). При этом присутствующие в воде ионы кальция и магния поглощаются катеонитом в обмен на выходящие в нее ионы натрия, а ионы хлора и фтора (в случае их наличия в исходной воде) поглощаются анионитом в обмен на гидрокарбонат-ионы и гидроксил-ионы. Ионы натрия, гидрокарбонат-ионы и гидроксил-ионы необходимы для обеспечения достаточной диссоциируемости и, соответственно, электропроводимости воды в ходе ее последующей электрохимической обработки. При этом ионы натрия, в отличие от ионов кальция и магния, более активны, не осаждаются на катодах и не формируют в воде взвешенные частицы карбонатов и гидроокисей. После первичного ионного обмена, поток обработанной воды, содержащей ионы, обеспечивающие увеличение ее диссоциируемости и, соответственно, химической активности, направляют в электрохимический реактор 4. В электрохимическом реакторе гидратированные катионы диффундируют в направлении катодов, а гидратированные анионы - в направлении анодов. При этом в ходе электрохимических реакций на катоде, ассоциированные с натрием активные гидроксил-ионы, при взаимодействии со встречно движущимися ионами водорода (протонами), появляющимися в результате активной поляризации и диссоциации молекул воды, образуют метастабильные пероксидные и ион-радикальные соединения водорода и кислорода. В прианодной зоне гидрокарбонат-ионы взаимодействуют с образующимися при диссоциации молекул воды протонами, формируя угольную кислоту и ионы гидроксония. В межэлектродной области, при взаимодействии продуктов катодного и анодного электрохимического синтеза, образуются метастабильные надперекисно-карбонатные соединения.
Таким образом, в ходе электрохимической обработки, осуществляется электросинтез компонентов, обеспечивающий воде существенное повышение активности как растворителя, но при этом в ней будет содержаться избыточное количество натрия. Для его удаления, при сохранении активности воды, она, после электрохимической обработки, подается в фильтр 5 с ионообменным наполнителем, подготовленным в Н-форме (катионит) и ОН-форме (анионит), в ходе фильтрации через который ионы натрия замещаются на ионы водорода, а карбонат-ионы и гидрокарбонат-ионы - на гидроксил-ионы. При объединении ионы водорода и гидрокарбонат-ионы формируют новые активные молекулы воды.
После исчерпания емкости наполнителей ионообменных фильтров, т.е. предельного накопления в ионообменных фильтрах извлекаемых компонентов, их регенерируют промывкой растворами соответствующих реагентов для подготовки к следующему циклу обработки. Иониты фильтров первой ступени, после разделения на катиониты и аниониты в щелочном растворе, регенерируют, соответственно, раствором хлорида натрия и гидрокарбоната натрия. Иониты фильтров второй ступени, после разделения на катиониты и аниониты в щелочном растворе, регенерируют однофракционно - только катионит раствором соляной кислоты после отмывки водой, анионит отмывается водой от остаточной щелочи.
Пример конкретного выполнения способа.
Скважинная вода проходила очистку от механических взвесей на патронном фильтре с диаметром пор 10 мкм. После этого, для очистки от железа содержанием 0.5 мг/л, в том числе двухвалентного 0.3 мг/л, и мышьяка 0.05 мг/л, вода очищалась в специальной установке, состоящей из фильтрующей колонны, заполненной в нижней части мелкодробленой (-2.5 мм) крошкой кремня, обработанной в щелочной среде в фотохимическом реакторе, для образования на ее поверхности поликремниевых кислот, а верхней части - каталитическим материалом Birm. Вода, после выхода из обезжелезивающего фильтра, поступала в первую ионообменную колонну с ионообменным наполнителем: смесью ионообменных смол: катионита КУ-2-8, подготовленного в натрий-форме соляным раствором, и слабоосновного анионита АВ-17, подготовленного в гидрокарбонатной форме содовым раствором.
При этом присутствующие в воде ионы кальция (70 мг/л) и магния (15 мг/л) поглощались катионитом с эквивалентным выходом в воду ионов натрия, а ионы хлора (17 мг/л) и фтора (2.3 мг/л в исходной воде) поглощались анионитом с эквивалентным выходом в воду гидрокарбонат-ионов и гидроксил-ионов. После первой ионообменной колонны, поток обработанной воды направлялся в электрохимический реактор, представляющий собой инертный пластиковый корпус, внутри которого находится пластинчатый катод (НЖС) и титановый стержень с покрытием контактной поверхности оксидом рутения. В электрохимическом реакторе, при напряжении 28 В и силе тока 0.3 А, в ходе электрохимических реакций, проводилась активация воды с образованием в ней метастабильных пероксидных соединений и ион-радикальных соединений водорода и кислорода, установленных анализом проб, отобранных при выходе из реактора. Далее активированная вода, содержащая остаточный растворенный натрий и карбонаты, подавалась в ионообменный фильтр 2-й ступени с наполнителем, представляющим собой смесь катионита, подготовленного в Н-форме 3%-м раствором соляной кислоты и сильноосновного анионита пюролайт, подготовленного 3%-м раствором щелочи. На выходе анализ отобранной пробы показал следовые (менее 0.1 мг/л) содержания натрия. При этом анализ динамики электропроводимости пробы этой воды показал медленно затухающие колебания - амплитуда снижалась на 50% в течение 30 часов, частота в течение 5 часов.