СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК C02F5/04 

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано для умягчения и очистки питьевой воды от неорганических и органических примесей как в домашних условиях, так и на предприятиях общественного питания и т.д.

Известен способ умягчения воды, включающий введение фосфата щелочного металла в кипящую воду при перемешивании, отстаивание осадка и отделение осветленной воды.

Недостатками известного способа являются его длительность, непригодность для умягчения жесткой и очень жесткой воды, загрязнение умягченной воды токсичными ионами.

Изобретение решает задачу устранения вышеуказанных недостатков.

Это достигается тем, что при перемешивании фосфата щелочного металла, отстаивания осадка и отделения от осадка осветленной воды согласно изобретению в качестве фосфата щелочного металла используют фосфорнокислый калий трехзамещенный в количестве, определяемом формулой K • (Ж_общ - Ж_ост), где K - количество K₃PO₄, необходимое для снижения общей жесткости 1 л воды на 1 ммоль, равное 0,032 - 0,035 г/л, Ж_общ - общая жесткость воды в данной местности, ммоль/л, Ж_ост - остаточная жесткость воды 0 - 4 ммоль/л, а отстаивание ведут в течение 10-15 мин, после чего воду снова перемешивают и отстаивают в течение 10 - 15 мин.

После введения K₃PO₄ кипячение можно продолжать не более 1 мин. После повторного отстаивания верхний слой воды перемешивают и снова отстаивают.

Обоснование выбора параметров способа.

Доведение воды до кипения позволяет интенсифицировать процесс умягчения воды, т.к. при этом в ней образуются крупные хлопья при воздействии фосфата, которые выпадают с большой скоростью (примерно за 20 - 30 мин), в то время как при комнатной температуре этот процесс идет не менее 2 сут и не до конца. При кипячении через 2 сут вода, обработанная при комнатной температуре, дает осадок, т.е. при нагревании вступают в реакцию вещества, не прореагировавшие ранее при нормальных условиях.

Использование для умягчения воды фосфорнокислого калия трехзамещенного позволяет умягчить воду с жесткостью до 30 ммоль/л и более, при этом вода не загрязняется токсичными ионами. Содержание иона калия не превышает 0,47 г/л при обработке очень жесткой воды (с общей жесткостью 30 ммоль/л). Концентрация иона калия 1 - 2 г/л считается допустимой в питьевой воде.

ПДК калия в питьевой воде не нормируется.

Фосфорнокислый калий трехзамещенный нетоксичен. В то же время это соединение позволяет не только снизить жесткость воды до требуемого уровня, но и высадить в осадок тяжелые металлы, нейтрализовать свободный хлор при его наличии в воде, например, при гиперхлорировании.

Использование водного раствора фосфорнокислого калия трехзамещенного позволяет легко осуществить использование этого вещества для умягчения воды в домашних условиях с помощью имеющихся у каждого предметов: чайник, ведро, кастрюля, чайная или столовая ложка. При этом нужно знать только общую жесткость воды в данной местности и пользоваться данными расхода 8%-ного раствора фосфорнокислого калия трехзамещенного в зависимости от общей исходной жесткости воды:
Расход умягчителя на 3 л воды - суточную дозу воды для взрослого человека, чайных ложек (5 мл) - Общая жесткость воды, ммоль/л
1 - 6-9
2 - 10-13
3 - 14-17
4 - 18-21
5 - 22-25 - 26-29
Расход фосфорнокислого калия трехзамещенного в количестве К • (Ж_общ - Ж_ост) в пересчете на сухое вещество объясняется тем, что: К = 0,032 - 0,035 г/л - это количество трикалийфосфата, необходимое для снижения общей жесткости 1 л воды на 1 ммоль; Ж_общ - это общая жесткость воды в данной местности, ммоль/л; Ж_ост - остаточная жесткость воды, 0 - 4 ммоль/л.

Воду после введения добавки можно дополнительно прокипятить не более 1 мин в зависимости от исходной жесткости. Чем больше жесткость, тем дольше нужно кипятить, чтобы добавка смогла полнее прореагировать и чтобы образовались крупные хлопья.

Выдержать воду 10 - 15 мин после кипячения необходимо для того, чтобы прекратилось выделение пузырьков газа из воды, препятствующее выпадению осадка. В течение этого времени на поверхности воды образуется слой нерастворимых соединений, поднятых газлифтом. Перемешиванием этот слой разрушается и хлопья осадка начинают выпадать вниз. В течение 20 - 30 мин (в зависимости от высоты сосуда) почти весь осадок выпадает вниз.

Если часть осадка удерживается при этом на поверхности, то дополнительное перемешивание верхнего слоя позволяет освободить его от пузырьков воздуха и также заставить опуститься вниз.

Умягченная вода может быть использована для приготовления пищи, напитков, мытья головы, купания детей и т.д.

Если требуется вода для питья, то ее следует охладить и насытить газом (кислородом, воздухом), чтобы получить необходимые вкусовые качества или углекислым газом (для получения газированной воды).

Пример 1. 3 л водопроводной воды с общей жесткостью Ж_общ = 7,53 ммоль/л доводят до кипения и в кипящую воду добавляют при перемешивании 1 чайную ложку 8%-ного раствора фосфорнокислого калия трехзамещенного (0,145 г/л, что определяется зависимостью 0,032 • (7,53-3) = 0,145 г/л). Сразу после введения добавки кипячение воды прекращают. Спустя 10 мин воду перемешивают круговыми движениями. Образовавшиеся крупные хлопья быстро опускаются вниз и образуют на дне сосуда в центре горку осадка. Еще через 10 мин слегка перемешивают верхний слой воды, чтобы небольшая часть нерастворимых веществ, удерживаемых пузырьками газа на поверхности воды, выпала в осадок. Через 5 мин после перемешивания вода готова к употреблению. Ее осторожно переливают в другой сосуд.

В домашних условиях воду от осадка можно отделить вычерпыванием, переливанием через край сосуда, методом сифонирования, закрепив на краю сосуда с помощью бельевой прищепки гибкую трубку и опустив один конец трубки в воду выше уровня осадка, через другой кронец трубки с помощью резиновой груши засосать в трубку воду и опустить этот конец в другой сосуд.

Последний прием наиболее предпочтителен, т.к. позволяет не взмучивать осадок и получить идеально прозрачную воду.

Вода после умчягчения имеет общую жесткость 3 ммоль/л.

Пример 2. 3 л воды из скважины с общей жесткостью 29 ммоль/л доводят до кипения и в кипящую воду при перемешивании добавляют 6 чайных ложек (или 2 столовые ложки) 8%-ного раствора фосфорнокислого калия трехзамещенного (0,87 г/л, что определяется зависимостью 0,035 • (29-4) = 0,87 г/л). Воду с добавкой кипятят в течение 1 мин, после чего кипячение прекращают. Спустя 15 мин воду перемешивают круговыми движениями. Образовавшиеся крупные хлопья быстро опускаются вниз.

Еще через 5 мин слегка перемешивают верхний слой воды. Через 5 мин после последнего перемешивания вода готова к употреблению.

Отделив воду от осадка, ее охлаждают, затем с помощью микрокомпрессора АЭМ - 3 насыщают воду воздухом.

Из приведенных примеров следует, что изобретение позволяет умягчать воду с общей жесткостью 30 ммоль/л и более, при этом умягченная вода не загрязняется токсичными веществами.

Использование: водоподготовка в домашних условиях и на предприятиях общественного питания. Сущность изобретения: в воду при кипячении и постоянном перемешивании вводят трикалийфосфат в количестве, определяемом формулой: К • (Ж_общ - Ж_ост), где К - количество трикалийфосфата, необходимое для снижения общей жесткости 1 л воды на 1 ммоль, равное 0,032 - 0,035 г/л; Ж_общ - общая жесткость воды в данной местности, ммоль/л; Ж_ост - остаточная жесткость воды, 0 - 4 ммоль/л. Осадок отстаивают 10 - 15 мин, снова перемешивают и отстаивают 5 - 10 мин. Осветленную воду отделяют. После введения трикалийфосфата можно продолжить кипячение не более 1 мин. После повторного отстаивания можно дополнительно перемешать верхний слой и снова дать отстояться. Способ позволяет умягчать воду с общей жесткостью 30 ммоль/л и более, умягченная вода не загрязняется токсичными веществами. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ умягчения воды путем введения в нее при кипении и постоянном перемешивании фосфата щелочного металла, отстаивания осадка и отделения осветленной воды, отличающийся тем, что в качестве фосфата щелочного металла используют трикалийфосфат в количестве, определяемом следующей формулой:
K • (Ж_общ - Ж_ост),
где K - количество трикалийфосфата, необходимое для снижения общей жесткости 1 л воды на 1 ммоль, равное 0,032 - 0,035 г/л;
Ж_общ - общая жесткость воды в данной местности, ммоль/л;
Ж_ост - остаточная жесткость воды, равная 0 - 4 ммоль/л,
а отстаивание ведут в течение 10 - 15 мин, после чего воду снова перемешивают и отстаивают в течение 5 - 10 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после введения трикалийфосфата воду продолжают кипятить не более 1 мин. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что после повторного отстаивания верхний слой воды перемешивают и снова отстаивают.