Способ умягчения природной воды
Владельцы патента RU 2441847:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) (RU)
Изобретение относится к технической электрохимии и может использоваться в области водоподготовки. Способ умягчения природной воды включает ее обработку в электролизере. Перед электрообработкой насыщают воду углекислым газом в количестве, эквивалентном начальной концентрации кальция, до смещения углекислотного равновесия в сторону выделения углекислого газа в анодной камере и в сторону образования карбонат-ионов в катодной. Данный способ позволяет снизить концентрацию солей жесткости воды при обработке в электролизере. 1 табл.
Изобретение относится к технической электрохимии и может использоваться в области водоподготовки.
Известные электрохимические способы снижения общей жесткости воды связаны либо с изменением конструкции электролизеров, что влечет сложность аппаратурного оформления и увеличение капитальных затрат (патент №2042639, кл. C02F 1/46, 1995, авт. св. 1634643, кл. C02F 1/46), либо с вводом дополнительных реагентов, которые приводят к увеличению эксплуатационных затрат (патент РФ 2091334, кл. C02F 5/02, 1993, патент РФ 2046108, кл. C02F 5/00,1991, патент РФ 2033396, кл. C02F 5/00, 1992).
Известен способ электрохимической обработки маломинерализованных природных и сточных вод по авторскому свидетельству СССР №739004, кл. C02F 1/46, 1980 г., позволяющий снизить расход электроэнергии и химических реагентов. Данный способ включает смешение исходной воды с реагентом, содержащим хлорид-ион, с последующей ее подачей в межэлектродное пространство электролизера с нерастворимыми электродами. При дозировании в воду хлорида натрия глубина умягчения составляет 83,8%, однако общее солесодержание воды значительно увеличивается.
Недостатками данного способа являются низкая степень очистки от солей жесткости и увеличение солесодержания обрабатываемой воды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод по авторскому свидетельству СССР №1089057, C02F 1/46, 1984 г. - прототип. Сущность способа заключается в электрообработке воды в присутствии неорганической соли нитрита аммония в количестве 0,5-1,0 г/л. В результате реакций обмена в камерах электролизера карбонатные, бикарбонатные, хлоридные и другие соли переводятся в нитриты, которые под действием электрического тока образуют коллоидную систему с солями жесткости, выделяя их в осадок. Жесткость воды при этом снижается с 7 до 0,23 мг-экв/л (на 98,39%).
При количестве нитрита аммония ниже 0,5 г/л степень очистки ухудшается. Верхний предел 1 г/л ограничен принципом безбаластности реагента. При увеличении концентрации нитрита аммония после взаимодействия по реакции NH4NO2→N2+Н2О будет разлагаться не весь нитрит аммония.
Несмотря на эффективность очистки воды от солей жесткости при реализации данного способа, можно выделить следующие недостатки. Температура разложения нитрита аммония составляет 70°С. В электрохимических процессах повышение температуры - нежелательный процесс, приводящий к интенсивной коррозии электродов. Обработка воды при более низких температурах может приводить к увеличению солесодержания обрабатываемых вод.
Предлагаемым изобретением решается задача снижения концентрации солей жесткости воды при обработке в электролизере.
Технический результат достигается тем, что в способе умягчения природной воды, включающем ее обработку в электролизере, перед электрообработкой воду с помощью сатуратора насыщают углекислым газом в количестве, эквивалентном начальной концентрации кальция, до смещения углекислотного равновесия в сторону выделения углекислого газа в анодной камере и в сторону образования карбонат-ионов в катодной камере электролизера.
Концентрация углекислого газа выбирается исходя из предположения, что вся углекислота переходит в карбонат-ион и расходуется на образование карбоната кальция СаСО3. При этом содержание карбонат-иона должно быть эквивалентно содержанию кальция в воде (стехиометрическое соотношение 1:1): 
.
Пример
Обрабатываемую воду в количестве 250 мл с общей жесткостью 5,82 мг-экв/л и концентрацией кальция 94,6 мг/л насыщали углекислотой в количестве 94,6 мг/л и заливали в электролизер емкостью 300 мл с алюминиевым анодом и титановым катодом. Электролизер подключали к источнику тока и пропускали при плотности тока 36,4 А/м2 в течение 500 сек. Затем воду подвергали предварительному отстаиванию и фильтрации. Очистке подвергали воду по предлагаемому способу и но прототипу.
Результаты очистки представлены в таблице.
| Общая жесткость, мг-экв/л | Эффективность очистки, % | ||
| Способ | До обработки | После обработки | |
| Предлагаемый | 5,82 | 0,1 | 98,28 |
| 7 | 0,1 | 98,57 | |
| По прототипу | 5,82 | 0,23 | 96,05 |
| 7 | 0,23 | 96,6 |
Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет увеличить степень очистки воды от солей жесткости на 1,8-2,2%.
При увеличении дозы углекислого газа степень умягчения воды в анодной камере увеличивается, в катодной - уменьшается. Это связано с тем, что в анодной камере образуется кислая среда и практически вся угольная кислота представлена углекислым газом. В катодной же камере создается слабощелочная среда и процесс образования труднорастворимых соединений кальция и магния идет с меньшей скоростью.
При уменьшении дозировки углекислого газа жесткость воды изменяется незначительно в сравнении с прототипом, и ее использование для интенсификации процесса умягчения воды в электролизере нецелесообразно.
Способ умягчения природной воды, включающий ее обработку в электролизере, отличающийся тем, что перед электрообработкой воду с помощью сатуратора насыщают углекислым газом в количестве, эквивалентном начальной концентрации кальция, до смещения углекислотного равновесия в сторону выделения углекислого газа в анодной камере и в сторону образования карбонат-ионов в катодной.
