Способ умягчения воды


 


Владельцы патента RU 2522602:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано как в домашних, так и в производственных условиях для умягчения воды, содержащей большое количество солей жесткости, а также для осветления и очистки оборотных и сточных вод сельского хозяйства, пищевой и химической промышленности. Способ включает механическую активацию путем пропускания потока воды через мембранную систему с отверстиями диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа, подщелачивание водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.% и выделение из обработанной воды нерастворимого осадка. При этом длину канала отверстий L выбирают из условия L≥10d, где d - диаметр одного отверстия. Выделение из обработанной воды нерастворимого осадка ведут в центрифугах отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка. Технический результат - повышение эффективности процесса умягчения воды, снижение энергозатрат и уменьшение концентрации вводимого подщелачивающего раствора. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Предлагаемый способ относится к водоподготовке и может быть использован как в домашних, так и в производственных условиях для умягчения воды, содержащей большое количество солей жесткости, а также для осветления и очистки оборотных и сточных вод сельского хозяйства, пищевой и химической промышленности.

Известен способ умягчения воды [Патент РФ 2106316, опубл. 10.03.1998], путем введения при перемешивании соединений кальция, например гидроокиси кальция, с последующим введением при перемешивании соединения щелочного металла, отстаивания осадка, отделения от осадка осветленной воды. В качестве соединения щелочного металла используют смесь K2СО3 и KОН, причем K2СО3 используют в количестве, определяемом зависимостью 48-53 Жп, где Жп - постоянная жесткость исходной воды, а KОН используют в количестве не более 50 мг/л, при этом KОН вводят при перемешивании в умягчаемую воду не ранее чем через 30 мин после введения K2СО3. После отстаивания и отделения отстоявшейся воды от осадка умягченную воду нейтрализуют кислотой, например, фосфорной, до рН 8. С целью интенсификации способа умягчаемую воду предварительно нагревают до 35-50°С.

Недостатками данного способа являются многостадийность, повышающая длительность процесса умягчения воды, а также медленное снижение жесткости умягчаемой воды.

Наиболее близким к предлагаемому способу, является способ умягчения воды [Патент РФ №2462422, опубл. 27.09.2012], включающий подщелачивание воды водным раствором аммиака в количестве 0,072 мас.%, подогрев воды до 40°С, перемешивание в интервале от 1650 об/мин до 17000 об/мин в течение 45 с, отстаивание в течение 2-10 мин и фильтрацию через волокнистый фильтр из термопластов с диаметром волокон 2,8 мкм. Вследствие перемешивания в воде создаются условия для развития кавитационных процессов, при развитой кавитации в одном миллилитре кавитирующей жидкости содержится от 103 до 105 пузырьков воздуха. Происходит дегазация. В результате механического воздействия облегчаются реакции с молекулами среды и другими твердыми телами, вода становится нестабильной и выпадает осадок СаСО3, MgCO3, Fе(ОН)3.

Основными недостатками способа-прототипа являются низкий уровень дегазации растворенных газов, проходящей в условиях развития кавитационных процессов, высокие энергозатраты на механическое перемешивание и подогрев воды до 40ºС и необходимость в специальном волокнистом фильтре из термопластов с диаметром волокон 2,8 мкм. Кроме того, отстаивание раствора в течение 10 минут приводит к увеличению длительности процесса.

Задачей настоящего изобретения является создание способа умягчения воды, позволяющего повысить качество питьевой воды, ускорение процесса умягчения и снижение энергозатрат.

Технический результат заключается в увеличении эффективности процесса умягчения воды, в снижении энергозатрат и уменьшении концентрации вводимого подщелачивающего раствора.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе умягчения воды, включающем, как и прототип, подщелачивание водным раствором аммиака, механическую активацию и выделение из обработанной воды нерастворимого осадка, в отличие от прототипа, механическую активацию проводят путем пропускания потока воды через мембранную систему с отверстиями диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа, затем подщелачивают водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%.

Целесообразно, чтобы длина канала отверстий L мембранной системы была выбрана из условия L≥10d, где d - диаметр одного отверстия, что соответствует установившемуся режиму движения газожидкостного потока при заданной температуре.

Целесообразно, выделение из обработанной воды нерастворимого осадка проводить в центрифугах отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка.

Для ускорения процесса умягчения воды нами предлагается проводить водоподготовку с помощью увеличения площади поверхности контакта фаз, осуществляемого путем получения микропузырьковых газожидкостных сред повышенного газосодержания, при прохождении водного потока через мембранную систему происходит переход гидростатического давления в динамический напор и осуществляется извлечение растворенных газов из воды. Способ умягчения воды от солей жесткости включает увеличение площади поверхности контакта фаз за счет выделения газовой фазы из исходного раствора в виде пузырьков газа от 5 до 50 мкм, подщелачивание воды до рН 8-10 водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%. Увеличение площади поверхности контакта фаз позволяет избежать процесса подогрева воды до 40°С, необходимого в известных способах.

Многие физические свойства воды могут обратимо изменяться в результате ее наполнения пузырьками воздуха. Вследствие прохождения водным потоком мембранной системы, в которой за счет перехода гидростатического давления в динамический напор (реализовывается переход потенциальной энергии в кинетическую) и осуществляется извлечение растворенных газов из воды, тем самым создаются условия для развития газожидкостной среды с большой площадью удельной поверхности контакта фаз. Происходит дегазация. Известно, что избыточная свободная углекислота, в отличие от равновесной, очень активна и называется агрессивной, являясь одной из главных причин коррозии трубопроводов. Часть ее, действуя на карбонат кальция, превращает его в гидрокарбонат, а другая переходит в равновесную угольную кислоту для удержания его в растворе. В результате увеличения площади поверхности контакта фаз облегчаются реакции с молекулами среды и другими твердыми телами, нарушается кристаллическая решетка, и вода становится нестабильной и в результате химической реакции выпадает осадок CaCO3, MgCO3, Fe(OH)3.

Способ умягчения воды заключается в следующем. Исходная вода при комнатной температуре подается в газожидкостной реактор, где проводят механическую активацию исходного водного раствора путем пропускания потока воды через систему отверстий диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа. При пропускания потока воды через систему отверстий диаметром d 0,25-0,5 мм наблюдали забивание каналов растущими кристаллами осадка карбоната кальция, что согласуется с результатами анализа осадка, выделенного в процессе кристаллизации, проведенные на интерференционном микроскопе NewView 5022 (Zygo Inc. США), которые свидетельствуют о том, что размеры кристаллов, их эквивалентный диаметр, изменяется в интервале от 834 нм до 20 мкм, а размеры агрегатов достигают до 750 мкм, поэтому нами выбран диаметр отверстия, исключающий забивку отверстий с диаметром не более 1 мм. Указанное соотношение проходного сечения до 10% использовано потому, что при таком соотношении угол раскрытия струи газожидкостного потока не превышает 13%, что соответствует, согласно законам гидродинамики, оптимальному истечению газожидкостных систем и подтверждается практическими результатами. Далее, для очистки от солей жесткости, вода подщелачивается водным раствором аммиака NH4OH, подаваемым дозатором, в количестве 0,003÷0,05 мас.% (см. таблицу). Необходимость уменьшения количества гидроксида аммония, добавляемого для интенсификации процесса кристаллизации, связано с санитарными нормами и правилами на питьевую воду. В результате проведенных расчетов равновесных и рабочих концентраций гидроксида аммония в растворе экспериментально установлены следующие значения концентраций гидроксида аммония, приведенные в таблице: где минимальному значению концентрации 0,002% соответствует степень умягчения 47%, а максимальное значение степени умягчения в 93% достигается, начиная с концентрации гидроксида аммония 0,03% и далее. При концентрации гидроксида аммония 0,05%, кривая степени умягчения выходит на «плато» и поэтому добавление избыточного количества гидроксида аммония нецелесообразно.

При таких условиях обработки осадок солей жесткости кристаллизуется при отстаивании в течение до 3 минут, образуя арагонитовую форму карбоната кальция. Хрупкий и рыхлый арагонитовый осадок легко разрушается и смывается потоком воды. Появление в воде арагонита приводит к разрушению уже образовавшейся накипи, благодаря тому, что эти кристаллы становятся центрами перекристаллизации. Далее образовавшийся осадок арагонита удаляется путем фугования в центрифуге отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка. Следуя заявляемому способу, удается достичь степени умягчения воды в количестве от 47 до 93% при комнатной температуре.

После отделения осадка, для снижения до рН 7-8, вода может фильтроваться через цеолит. Очищенная вода подается потребителю.

Предлагаемый способ очистки экономичен, повышает степень очистки воды от солей жесткости и может использоваться как самостоятельно для умягчения воды, так и в качестве одной из стадий водоподготовки.

Таблица
Массовая концентрация раствора аммиака, % Степень умягчения, %
0,002 47
0,003 67
0,006 77
0,012 90
0,018 91
0,023 92
0,03 93
0,05 93
0,06 93

1. Способ умягчения воды, включающий подщелачивание водным раствором аммиака, механическую активацию и выделение из обработанной воды нерастворимого осадка, отличающийся тем, что механическую активацию проводят путем пропускания потока воды через мембранную систему с отверстиями диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа, затем подщелачивают водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%.

2. Способ умягчения воды по п.1, отличающийся тем, что длина канала отверстий L выбирается из условия L≥10d, где d - диаметр одного отверстия.

3. Способ умягчения воды по п.1, отличающийся тем, что выделение из обработанной воды нерастворимого осадка ведут в центрифугах отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано для очистки питьевой воды, сточных, оборотных вод и прочих стоков химической промышленности. .

Изобретение относится к технической электрохимии и может использоваться в области водоподготовки. .

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых флотационным способом с применением оборотного водоснабжения и может быть использовано в других отраслях промышленности, где лимитируется содержание кальция.

Изобретение относится к области очистки природных вод, преимущественно геотермальных, и может быть использовано, например, в теплоэнергетике и теплоснабжении. .
Изобретение относится к технологии очистки воды, в частности к способам для получения воды, не содержащей ионов жесткости, и может использоваться как самостоятельно для умягчения высокоминерализованных вод, так и в качестве одного из звеньев в технологии получения деионизованной воды.

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к умягчению воды осаждением солей жесткости с помощью затравочного материала. .

Изобретение относится к устройствам для опреснения морских и грунтовых вод путем дистилляции и может быть использовано для создания опреснительных установок малой производительности, обеспечивающих на постоянной основе питьевой водой локальных потребителей в регионах, не имеющих централизованного водоснабжения.
Изобретение относится к технологии очистки и обессоливания воды, водных растворов солей в промышленности и быту и может быть использовано для очистки питьевой воды, промышленных стоков.

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и может быть использовано для деминерализации природных и сточных вод методом электродиализа в атомной энергетике, в электронной, медицинской, фармацевтической, химической, пищевой отраслях промышленности.

Изобретение относится к биоцидам. Осуществляют стабилизацию водной композиции фосфониевого соединения, содержащего мышьяк в качестве примеси путем добавления эффективного для стабилизации мышьяка количества соединения, выбранного из группы, состоящей из аммиака, аммониевой соли, органической аминокислоты, пептида и полипептида.

Изобретение может быть использовано для биологической обработки сточных вод. Реактор (1) с восходящим потоком содержит бак (2) реактора, трубопроводы (31-34), распределитель (3) сточных вод, флотационные разделители (10, 20) для разделения воды (7) реактора, биомассы (8) и биогаза (9), сборное устройство (4) и газоотделитель (6) для разделения биомассы (8) и биогаза (90).
Средство для стабилизации рН-показателя и окрашивания воды содержит растворенные в водном растворе глицерина краситель, трис (гидроксиметил) аминометан и трис гидрохлорид или соляную кислоту.

Изобретение относится к способу получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции.

Изобретение относится к обработке воды с целью ее дезинфекции посредством ультрафиолетового излучения. Устройство для дезинфекции воды содержит корпус 1 в виде стакана с входным 16 и выходным 17 патрубками.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ обеззараживания воды и оценки его эффективности в отношении индикаторных, потенциально-патогенных и патогенных бактерий.

Изобретение относится к способу и устройству для рецикла сбросной воды, содержащей суспензию, из процесса обработки полупроводников, в частности из процесса химико-механической полировки.

Изобретение относится к устройству для обеднения вод газами и включает в себя: систему труб, имеющую одну разведочную трубу для приема газосодержащего флюида, одну нагнетательную трубу для обратного отвода флюида, обедненного газами, и, по меньшей мере, две газовые ловушки, которые расположены в устройстве таким образом, что в газовой ловушке можно создавать выбираемое давление, при этом газовая ловушка функционально связана как с разведочной трубой, так и с нагнетательной трубой таким образом, что флюид из разведочной трубы может направляться через газовую ловушку в нагнетательную трубу, а газовая ловушка выполнена с возможностью соединения с устройством для приема газа.

Изобретение относится к области очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, например никеля, меди, цинка и железа, и может найти применение в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области очистки техногенных вод и может быть использовано на предприятиях горной и металлургической промышленности. Способ очистки техногенных вод включает растворение полиэтиленгликольтерефталата в органическом растворителе, подачу полученной смеси в очищаемую воду и последующую флотацию обработанной воды при pH 7-8 с отделением ионов тяжелых металлов. Полиэтиленгликольтерефталат растворяют в глицерине в соотношении 1:1-1:3, а в очищаемую воду полученную смесь подают в количестве 0,2-0,4 л/м3. Изобретение позволяет повысить прозрачность очищенной воды и увеличить концентрацию растворенного в ней кислорода при сохранении высокой степени очистки. 2 табл.
Наверх