Результат интеллектуальной деятельности: Способ химической очистки фильтров обратного осмоса растворами экологически безопасных комплексонов

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано при процессах разделения, концентрирования и очистки компонентов сточных вод и технологических жидких смесей, в частности, содержащих металлические мыла, методом ультра- и микрофильтрации с применением фильтрующих элементов.

Известно изобретение, в котором восстановление эксплуатационных свойств фильтров осуществляется с помощью моющего средства, содержащего минеральные кислоты, под действием которых коррозируют металлические части оборудования (RU 2094103, опубл. 27.10.1997). Кроме того, минеральные кислоты оказывают вредное воздействие на окружающую среду, а органические кислоты малоэффективны, т.к. не обладают достаточными комплексообразующими свойствами.

В другом аналоге (RU 2564033, опубл. 12.07.2011) применяется моющее средство, содержащее ПАВ и лимонную кислоту в качестве структурообразователя и комплексообразующего соединения.

Недостатком этого аналога является то, что комплексы лимонной кислоты с металлами имеют невысокую устойчивость (lgK_CaL=1,15; lgK_MgL=0,84; lgK_ZnL=1,25 [Ю.Ю. Лурье. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979, с. 346]).

Наиболее близким аналогом, прототипом, является патент (CN 102294174, опубл. 12.06.2013), в котором очистка фильтров осуществляется в 4 этапа. На 1 этапе для травления осадков применяется моющий состав на основе лимонной кислоты, на 2 и 3 этапах (грубой и тонкой очистки соответственно) применяется щелочной раствор комплексона динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в присутствии синтетического моющего средства ОП-10 с последующим четвертым этапом стерилизации.

К недостаткам прототипа относится применение лимонной кислоты в качестве комплексообразователя, имеющего невысокую устойчивость комплексов металлов (аналогично критике аналога по патенту RU 2564033, 12.07.2011). Кроме того, в рецептуре моющего средства используется динатриевая соль ЭДТА, загрязняющая окружающую среду. Капаруллина Е.Н. с сотрудниками делают заключение, что накопление заметных количеств ЭДТА в окружающей среде создает серьезные экологические проблемы [Е.Н. Капаруллина, Н.В. Доронина, В.А. Ежов, Ю.А. Троценко. Прикл. биохимия и микробиология, 2012, 48, 4, 437]. Этими же авторами приводится информация о том, что концентрация ЭДТА в реках Европы достигает 100 мг/л, в грунтовых водах США концентрация этого поллютанта колеблется в пределах 1-72 мг/л. Японские исследователи обнаружили в образцах морской воды содержание ЭДТА от 0,3 до 3,0 мкг/л [Т. Kemmei, S. Kodama, Н. Fujishima, А. Yamamoto, Y. Inoue, K. Hayakawa. Analit. Chim. Acta, 2012, 709, 54]. В трудах института биохимии и физиологии микроорганизмов РАН [Т.Н. Кувичкина, Е.Н. Капаруллина, Н.В. Доронина, Ю.А. Троценко, А.Н. Решетилов. Прикл. биохимия и микробиология, 2012, 48, 6, 626; Е.Н. Капаруллина, Н.В. Доронина, Ю.А. Троценко. Прикл. биохимия и микробиология, 2011, 47, 5, 508] отмечается, что комплексы ЭДТА с металлами характеризуются токсическим эффектом по отношению к водным организмам, показано летальное действие комплексонатов даже в низких концентрациях (<100 мкМ) на почках крыс, кроме того, в цитируемых источниках показано, что ЭДТА оказывает неблагоприятное воздействие на размножение и развитие млекопитающих.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка экологически безопасного высокоэффективного состава для очистки фильтров.

Данная задача решается за счет того, что в способе химической очистки фильтров обратного осмоса водными растворами экологически безопасных комплексонов, включающем в себя 3 этапа промывки: травлением, грубой щелочной очисткой и тонкой щелочной очисткой, раствор травления содержит 2,55 мас.% ИДЯК; раствор для грубой щелочной очистки содержит 1,275 мас.% динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 мас.% ОП-10; раствор для тонкой щелочной очистки содержит 1 мас.% жидкого чистящего препарата Kleen™ МСТ511, 0,64 мас.% динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 мас.% ОП-10.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение качества очистки фильтров с помощью растворов на основе экологически безопасного комплексона с высокими комплексообразующими характеристиками.

Создание эффективного способа очистки фильтрующих элементов обеспечивается с помощью растворов, содержащих в своем составе сильные экологически безопасные комплексообразующие вещества, не оказывающие негативного влияния отработанного раствора на окружающую среду. В качестве такого сильного экологически безопасного комплексообразующего вещества предлагается использование динатриевой соли иминодиянтарной кислоты (ИДЯК). Этот комплексон, проявляя высокие комплексообразующие свойства как со щелочноземельными металлами [Малахаев Е.Д., Никольский В.М, Горелов И.П. Синтез и комплексообразующие свойства комплексонов производных дикарбоновых кислот. IV. Иминодиянтарная кислота. Журн. общей химии. 1978, 11, 2601 - 2604], так и с другими металлами [Толкачева Л.Н., Никольский В.М. Термодинамические характеристики образования комплексов иона Al³⁺ с иминодиянтарной кислотой в водных растворах. Журн. физической химии. 2012, 3, 466-469], в условиях природных сбросов разлагается на составляющие аминокислоты и не загрязняет окружающую среду [Sirpa Metsarinne, Tuula Tuhkanen, Reijo Aksela. Photodegradation of hylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) within natural UV radiation range. Chemosphere, 45. 2001. P.949-955; Толкачева Л.Н., Никольский B.M. Константы образования и состав комплексов Ga³⁺ и In³⁺ с иминодиянтарной кислотой в водных растворах по данным потенциометрии. Журнал физической химии, 2013, Т. 87, №9, С. 1513-1517].

Технический результат очистки фильтрующих элементов достигается благодаря замене в рецептуре лимонной кислоты и не разлагающейся в природной среде ЭДТА на экологически безопасный комплексон ИДЯК.

В качестве действующего раствора в заявленном изобретении используют водный раствор, содержащий следующие компоненты, мас.%:

- для 1 этапа очистки. В 100 кг раствора содержится 2,55 кг динатриевой соли ИДЯК;

- для 2 этапа очистки. В 100 кг раствора содержится 1,275 кг динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 кг ОП-10, который представляет собой продукт обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена и применяется в качестве смачивающих и эмульсирующих поверхностно-активных веществ [ГОСТ 8433-81 «Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10. Технические условия];

- для 3 этапа очистки. В 100 кг раствора содержится 1 кг жидкого чистящего препарата Kleen™ МСТ511, который представляет собой препарат, разработанный для удаления органических веществ, ила и других отложений [http://purewaterindia.com/pdf/RO%20Chemicals/MCT%20511%20-%20Cleaner.pdf], а также 0,64 кг динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 кг ОП-10.

Реализация предложенного способа иллюстрируется следующим примером.

Пример травления (1 этап). Для химической промывки фильтров обратного осмоса готовится 4,7 м³ раствора, содержащего 120 кг динатриевой соли ИДЯК, который пропускается через фильтр в течение 15 минут по замкнутому контуру, что обеспечивает установление рН раствора в конце циркуляции в интервале 2,0-2,4. Затем раствор циркулирует по замкнутому контуру при комнатной температуре. Каждые полчаса осуществляется контроль рН раствора до тех пор, пока не стабилизируется кислотность среды.

Пример грубой щелочной очистки (2 этап). Готовится и пропускается через фильтр по замкнутому контуру нагретый до 35°С раствор, в объеме 4,7 м³ которого содержится 60 кг динатриевой соли ИДЯК и 6 кг ОП-10. Время циркуляции 2 часа при температуре раствора 35°С, что обеспечивает в конце промывки стабилизацию значения рН на уровне 11,5±0,3.

Пример тонкой щелочной очистки (3 этап). Готовится и пропускается через фильтр по замкнутому контуру раствор, в объеме 4,7 м³ которого содержится 50 кг Kleen™ МСТ511, 30 кг динатриевой соли ИДЯК и 6 кг ОП-10. Время циркуляции 2 часа при комнатной температуре.

Разработан экологически безопасный высокоэффективный состав для очистки фильтров на основе ИДЯК, проявляющей высокую комплексообразующую способность.