Способ очистки и кондиционирования воды

 

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для получения питьевой воды. Способ заключается в обработке воды в жидкостно-газовом эжекторе с многосопловой насадкой кислородом воздуха при скорости подачи воды, не менее чем на 25% превышающей скорость звука в смеси вода-воздух, далее воду фильтруют, добавляют минеральную кислоту в эжектирующем устройстве. Воздух в эжектор подают при пониженном давлении 0,3-0,7 ата или при атмосферном давлении, если вода содержит много железа и имеет невысокую карбонатную жесткость. При высокой карбонатной жесткости и низком содержании железа воздух подают под давлением, не превышающим 0,3 ата. Способ обеспечивает обезжелезивание, умягчение и декарбонизацию воды и позволяет получать воду, обладающую высокой стабильностью во времени с использованием недорогой установки. 4 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для приготовления вод для промышленных нужд и для получения питьевой воды.

Известен ряд способов водоподготовки для теплоснабжения, в которых проводят деаэрацию воды с использованием в установках водоструйных эжекторов (см., например, [1], [2], [3]).

Общим недостатком этих методов является наличие дополнительных емкостей бака-газоотделителя и вакуумного деаэратора декорбанизатора, что увеличивает массогабаритные характеристики рассматриваемых устройств. Кроме того, в устройстве [3] использованы парожидкостный струйный аппарат и циклон, что еще больше ухудшает массогабаритные характеристики и требует наличия источника пара, необходимого для работы парожидкостного струйного аппарата.

Известен способ очистки воды, включающий перемешивание очищаемой воды с озоновоздушной смесью, осуществляемое в многоствольном эжекторе при относительной объемной концентрации смеси 0,35-0,65 путем ее разгона до сверхзвуковой скорости с последующим торможением до дозвуковой скорости при переходе смеси через скачок уплотнения [4].

Однако реализация сверхзвукового течения смеси, судя по описанию [4], возможна только при давлении смеси, меньшем 0,14 МПа. Кроме того, указанный диапазон относительных объемных концентраций 0,35-0,65 достаточно узок, что делает указанный способ недостаточно эффективным и экономичным.

Известен способ очистки воды от железа, включающий ее смешение с воздухом при атмосферном давлении, обработку в контактном резервуаре, фильтрацию с постоянным отбором воды на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и циркуляцией через контактный резервуар, причем исходную воду контактируют на насадке с большой удельной поверхностью с водовоздушной смесью, подаваемой на смешение циркуляционным насосом через эжектор, объем которой равен или в 2-3 раза превышает объем потока воды, подаваемой на очистку [5].

Недостатком указанного способа является наличие насадки с большой удельной поверхностью и необходимость в рециркуляции водовоздушной смеси, что повышает энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки и кондиционирования воды, включающий обработку воды кислородом воздуха с помощью эжектора, ее последующее пропускание через резервуар и фильтрацию. По данному способу сначала проводят смешение воды с кислородом воздуха при атмосферном давлении с помощью эжектирующего устройства, затем ее обработку в контактном резервуаре и фильтрацию [6]. В данном способе эжектор играет вспомогательную роль для подачи воздуха из атмосферы в трубопровод, а основной процесс дегазации исходной воды и насыщения ее воздухом происходит в смесителе, который в совокупности с диспергатором не способен обеспечить создание пузырьков воздуха субмикронного размера.

Другим недостатком данного способа является его сложность и повышенные энергозатраты, обусловленные тем, что при обработке воды в контактном резервуаре часть воды постоянно отбирают, подают на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения, а затем возвращают в контактный резервуар, осуществляя непрерывную циркуляцию воды в системе.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки воды, позволяющего одновременно осуществлять процессы обезжелезивания, декарбонизации с частичным умягчением воды, а также проводить кондиционирование воды путем ее ионной стабилизации.

Поставленная задача решается описываемым способом очистки и кондиционирования воды, включающим обработку воды кислородом воздуха в жидкостногазовом эжекторе с многосопловой насадкой при подаче воды в эжектор под давлением, обеспечивающим скорость подачи воды, не менее чем на 25% превышающую скорость звука в образовавшейся равновесной двухфазной смеси вода - воздух, последующее фильтрование воды и добавление в воду соляной или серной кислоты в эжектирующем устройстве.

Предпочтительно воздух подают при пониженном давлении, равном 0,3-0,7 ата.

При высоком содержании железа в воде и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под давлением 1 ата, а при высокой карбонатной жесткости воды и невысоком содержании железа, подачу воздуха осуществляют при пониженном давлении, не превышающем 0,3 ата. Добавление соляной или серной кислот осуществляют при закрытой вакуумной полости эжектора.

Работа эжектора при пониженном давлении позволяет осуществлять режим, при котором происходит массированное выделение растворенных в воде газов, в первую очередь СО₂, что позволяет проводить эффективную декарбонизацию воды.

Традиционные методы обессоливания (ионитное умягчение по схеме катионит-анионит или в фильтрах типа ФСД - фильтрах смешанного действия, обратноосмотического обессоливания, нанофильтрационного снижения солей жесткости) не являются эффективными применительно к часто встречающемуся составу воды с избытком карбонатной жесткости, так как одновременное удаление ионов Са²⁺ и связанных с ними НСО₃ ^- (которое происходит при применении этих методов) не позволяет достичь стабильного состояния растворенных примесей. При последующем длительном стоянии либо при кипячении наблюдается появление пленки или мелкодисперсного осадка карбоната кальция. При использовании традиционных методов возникает необходимость снижения содержания кальция в обработанной воде до уровня менее 10 мг/л, чтобы избежать нежелательных последствий, что совершенно неприемлемо, исходя из требований п.4.11 СанПин, по которым содержание кальция в питьевой воде составляет 25-80 мг/л. Предлагаемый способ лишен этих недостатков.

Соляную или серную кислоту после фильтрации подают в воду для ее стабилизации, что приводит к исключению вышеописанных негативных моментов. Количество добавляемой кислоты соответствует рН стабильной воды в интервале 6,7-6,8 при начальном рН≈7,5-8,1. На практике для стабилизации 1 м³ воды после ее обработки в эжекторе при заявленных условиях необходимо добавить 5,6-5,7 кг 2%-ного раствора серной кислоты.

Установка позволяет практически мгновенно осуществить реакцию замещения в растворе бикарбонат-ионов на сульфат-ионы в заданном количестве, обеспечивающем стабильные свойства воды при стоянии и кипячении.

Для стабилизации 30 м³ воды необходимо добавление 170 литров 2%-ного раствора серной кислоты. Процесс проводят в непрерывном режиме. Так как скоростные режимы смешения раствора кислоты и воды в эжекторе на несколько порядков превосходят смешение обычными методами - в установке поддерживают небольшое разрежение (до 0,05 МПа), то углекислый газ из воздуха не успевает сдвинуть равновесие в обратную сторону, а выделившаяся в результате реакции свободная углекислота тут же удаляется в атмосферу.

В результате этих двух операций получается вода, максимально сохраняющая природный солевой баланс исходной воды скважины при отсутствии осадка при ее кипячении.

Пример.

Предлагаемый способ осуществлен на установке, схема которой приведена на чертеже. Установка содержит блок 1, состоящий из подводящей воду магистрали, трех последовательно установленных ступеней очистки, каждая из которых содержит эжектор (Э1), бак (Б), насос (Н) и трубку подачи воды к следующей ступени. При этом каждый из трех эжекторов соединен общей трубкой друг с другом и с последовательно установленными манометром и краном. На выходе из блока 1 установлены два микрофильтра (Ф1 и Ф2). Кроме того, установка содержит блок 2, состоящий из дозатора кислоты эжектора (Э2), бака (Б), насоса (Н) и отводящей воду магистрали.

Установка работает следующим образом. Очищаемую воду подводят к первому эжектору (Э1) под давлением не менее 0,4 МПа, что обеспечивает скорость подачи воды 28,51 м/с при скорости звука в двухфазной смеси, равной 21,4 м/с, и из него в бак (Б), из которого насосом (Н) подают на второй эжектор и т.д. При этом через кран (Кр) подают воздух к трубке, соединяющей эжекторы. С помощью манометра (М) поддерживают давление поступающего в эжекторы воздуха не более 0,03 МПа. После прохождения через 3 ступени очистки (на что требуется 30 минут) с обеспечением скорости подачи воды на 25-30% выше скорости звука в смеси воду направляют на фильтрацию для удаления выпавшего в осадок СаСО₃. В 1 м³ отфильтрованной воды с помощью дозатора впрыскивают 5,6 л 2% раствора серной кислоты и направляют ее в эжектор (Э2), обеспечивающий их качественное перемешивание. Воду из эжектора направляют в бак, из которого насосом отводят из установки.

Результаты по очистке воды приведены в таблице.

Проверка кипячением исходной и кондиционированной воды показала, что в исходной после кипячения образовывался осадок СаСО₃. После обработки же в заявленном режиме вода сохранила свои вкусовые характеристики, оказалась стабильной при стоянии, а при кипячении выпадения осадка не наблюдалось.

Источники информации 1. Патент RU 2174100, 2001.

2. Патент RU 2177449, 2001.

3. Патент RU 2132004, 1998.

4. Патент RU 2034799, 1995.

5. Патент RU 2181109, 2001.

6. Патент RU 2119892, 2001.

Формула изобретения

1. Способ очистки и кондиционирования воды, включающий обработку воды кислородом воздуха с использованием эжектора с последующим фильтрованием, отличающийся тем, что обработку проводят в жидкостно-газовом эжекторе с многосопловой насадкой при подаче воды в эжектор под давлением, обеспечивающим скорость подачи воды, не менее чем на 25% превышающую скорость звука в образовавшейся двухфазной смеси вода-воздух, а после фильтрования в воду добавляют соляную или серную кислоту в эжектирующем устройстве.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздух в эжектор подают при пониженном давлении равном 0,3-0,7 ата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при высоком содержании железа в воде и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под атмосферным давлением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при высокой карбонатной жесткости воды и невысоком содержании железа воздух подают при давлении, не превышающем 0,3 ата.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавление соляной или серной кислоты в эжектирующем устройстве ведут при закрытой вакуумной полости эжектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2