Способ умягчения природных вод
Владельцы патента RU 2369565:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение предназначено для безреагентного умягчения природных вод. Способ может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных системах и децентрализованных системах водоснабжения, а также может быть использован в водоподготовке для целей промышленных предприятий. Способ включает фильтрование вод в минеральных зернистых материалах, находящихся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока, состоящим из электродов, замкнутых накоротко. Электрохимический источник тока выполнен из перфорированного диска из алюминия, имеющего отрицательный потенциал, и перфорированого диска из графита, имеющего положительный потенциал, соединенных проводником, между которыми расположен минеральный зернистый материал, при этом воду пропускают в направлении, противоположном направлению силовых линий электрического поля, созданного электрохимическим источником тока. Количество электрохимических источников тока выбирают от 1 до 16. В качестве фильтрующего материала используют силицированный кальцит. Скорость фильтрования воды составляет 0,6-2,6 м/ч. Техническим результатом является упрощение процесса умягчения воды фильтрованием, увеличение доли стандартных минеральных фильтрующих материалов, уменьшение затрат на реализацию способа. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Способ предназначен для безреагентного умягчения природных вод. Способ может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных и децентрализованных системах водоснабжения, а также может быть использован в водоподготовке для целей водоснабжения промышленных предприятий.
Известен способ умягчения природных вод путем нагрева до 20-40°С во взвешенном слое контактной массы с последующей фильтрацией (Патент РФ №2241685, С02F 5/02).
Способ не дает высокого эффекта умягчения воды. Кроме того, для его реализации требуются высокие энергозатраты на нагрев воды и аэрацию, необходимую для образования взвешенного слоя контактной массы.
Известен способ умягчения воды наложением электрического поля частотой 0,5-1,0 Гц, силовые линии которого поперечны направлению движения воды (Заявка №2002118421, С02F 5/00, С02F 1/46). Умягчение воды происходит при высоких энергозатратах. Кроме того, низкая частота переменного тока приводит к вредному влиянию на человека.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ умягчения воды электрохимической обработкой, примененный в фильтрах с зернистой загрузкой (Патент РФ №2068394, С02 1/18). Способ заключается в создании электрохимического источника тока в теле фильтра за счет пространственного разделения электроотрицательных и электроположительных гранулированных материалов, причем силовые линии электрического поля направлены перпендикулярно направлению движения воды. Умягчение воды происходит при фильтровании воды в контактной массе, расположенной в электрическом поле электрохимического элемента. Непрореагировавшие ионы кальция и магния под действием электрического поля перемещаются в область максимальной напряженности электрического поля, откуда отводятся дополнительным электролитом с высокой электропроводностью, например однонормальным раствором хлористого натрия. Для увеличения интенсивности электрохимических реакций электроды электрохимического элемента замыкают накоротко.
Недостатком известного способа является сложность организации поперечного электрического поля, необходимость применения дополнительного электролита, большая доля дорогостоящих гранулированных материалов - алюминия и активированного угля.
Задачей изобретения является упрощение процесса умягчения воды фильтрованием, возможность применения стандартных минеральных фильтрующих материалов, уменьшение затрат на реализацию способа.
Поставленная задача решается в способе умягчения природных вод, включающем фильтрование воды в минеральном зернистом материале, находящемся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока, состоящим из электродов, замкнутых накоротко, при этом согласно изобретению электрохимический источник тока выполнен из перфорированного диска из алюминия, имеющего отрицательный потенциал, и перфорированного диска из графита, имеющего положительный потенциал, соединенных проводником, между которыми расположен минеральный зернистый материал, причем воду пропускают в направлении, противоположном направлению силовых линий электрического поля, созданного электрохимическим источником тока. Количество электрохимических источников тока составляет от 1 до 16. В качестве минерального зернистого материала используют силицированный кальцит. Скорость фильтрования воды составляет 0,6-2,6 м/ч.
Эскиз фильтра для умягчения природных вод показан на фиг.1, направление силовых линий электрического поля - на фиг.2.
Фильтр состоит из корпуса 1, эллиптических крышек 2, патрубков с фланцами для подачи 3 и отвода 4 воды, электрохимических источников тока, состоящих из алюминиевого перфорированного диска 5, графитового перфорированного диска 6, между которыми находится минеральный зернистый материал 7. Алюминиевый и графитовый диски соединены проводником 8.
Умягчение воды осуществляется следующим образом. Вода фильтруется в зернистом материале (силицированном кальците) в направлении сверху вниз. За счет эффекта кристаллизации происходит осаждение нерастворимых солей жесткости на поверхности зерен загрузки. Фильтрующий материал расположен между двумя перфорированными дисками: из алюминия, имеющего отрицательный потенциал 5, и из графита, имеющего положительный потенциал 6, вследствие чего вода фильтруется против направления силовых линий электрического поля (фиг.2). При этом алюминий растворяется, гидролизуется и образует коагулянт Al(OH)3, формирующий хлопья на поверхности зернистой загрузки. Коагулянт и электрическое поле, поляризующее минеральные зерна загрузки, способствуют образованию нерастворимых солей и их закреплению на зернах фильтрующего материала.
Пример 1. Опыты проведены на природной воде из скважины №51 Южного водозабора г.Уфы. Жесткость воды - 23 мг-экв/л, концентрация сульфатов - 865 мг/л, концентрация кальция - 393 мг/л, концентрация магния - 40 мг/л.
Воду фильтровали по способу, описанному в прототипе, и по изобретению. Основным условием является постоянство высоты фильтрующего слоя, состоящего из силицированного кальцита, равной 1 м. По изобретению количество электрохимических источников тока меняли от 1 до 16. В случае 16 источников расстояние между катодом и анодом равно 6 см, при этом общая высота фильтрующего слоя равна 6×16=96 см. Скорость фильтрования меняли от 0,2 до 3,0 м/ч. Конструкция фильтра по изобретению аналогична конструкции классических скорых фильтров, выпускаемых промышленными предприятиями.
Результаты опытов приведены в таблице 1. Из приведенных результатов следует, что в случае одного электрохимического источника тока достигнут эффект умягчения в 66,0%, трех источников тока - 76,5%, шести источников тока - 86,5%, шестнадцати источников тока - 95,6%. Из этих результатов следует, что применение трех источников тока позволяет одностадийно получить воду питьевого качества из воды с высокой исходной жесткостью 23 мг-экв/л. При этом стоимость фильтрующих материалов по изобретению в 6,6 раза меньше, чем по прототипу.
С увеличением количества электрохимических источников тока эффект умягчения увеличивается, а при шестнадцати источниках достигнутый эффект выше, чем по прототипу. Дальнейшее увеличение количества электрохимических источников тока позволит увеличить эффект умягчения воды, но за счет большого количества электродов, имеющих определенную толщину порядка 1 см, габарит фильтров будет увеличен относительно стандартного фильтрующего оборудования. Поэтому оптимальным количеством электрохимических источников тока следует считать от 1 до 16.
1. Способ умягчения природных вод, включающий фильтрование воды в минеральном зернистом материале, находящемся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока, состоящим из электродов, замкнутых накоротко, отличающийся тем, что электрохимический источник тока выполнен из перфорированного диска из алюминия, имеющего отрицательный потенциал, и перфорированого диска из графита, имеющего положительный потенциал, соединенных проводником, между которыми расположен минеральный зернистый материал, при этом воду пропускают в направлении, противоположном направлению силовых линий электрического поля, созданного электрохимическим источником тока.
2. Способ умягчения по п.1, отличающийся тем, что количество электрохимических источников тока составляет от 1 до 16.
3. Способ умягчения по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального зернистого материала используют силицированный кальцит.
4. Способ умягчения по п.1, отличающийся тем, что скорость фильтрования воды составляет 0,6-2,6 м/ч.
