СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ ЖЕСТКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК C02F5/04 C02F1/463 

Изобретение относится к очистке воды от ионов жесткости и может быть использовано для очистки сточных, оборотных вод металлургических, машиностроительных и др. производств, а также вод автомоек.

Известны реагентные способы очистки воды от ионов жесткости (умягчение воды), заключающиеся в обработке воды содой, известью, фосфатами и др. реагентами [1].

Недостатком данного способа является большое количество применяемой аппаратуры: смесители, камеры проведения реакции и коагуляции осадка, аппараты для фильтрования воды. Кроме того, добавление очищаемых реагентов, хотя и снижает общую минерализацию воды, приводит к накоплению избыточных не подвергающихся осаждению ионов, что создает необходимость ведения дополнительного этапа очистки воды методом ионного обмена.

Известны способы очистки воды от ионов жесткости электрохимическим способом, где очистку воды ведут при последовательной обработке ее в анодной и катодной камерах диафрагменного электролизера с добавлением туда медного купороса и порошка металлического железа в присутствии магнитного поля [2].

Недостатком указанного способа является высокий расход электроэнергии и, следовательно, высокая стоимость процесса.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ очистки сточных вод от ионов жесткости и ионов цветных металлов, который заключается в контакте очищаемой воды с кислородом воздуха и компонентами гальванопары железо-кокс при перемешивании. После протекания процесса очистки в статическом режиме в течениe 24 ч количество кальция в воде снижается на 50-60% [3] .

Недостатком способа является низкая степень извлечения кальция из воды и длительное время обработки, тем более, что при переходе от статического к динамическому режиму параметры очистки будут значительно снижаться.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение эффективности процесса очистки воды: повышение степени очистки и интенсификации процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, где очистку воды от ионов жесткости и цветных металлов ведут в поле гальванопары железо-кокс, контактирующeй с водой и кислородом воздуха, но в очищаемую воду предварительно вводят фосфатсодержащий реагент.

Суть происходящих процессов заключается в следующем: при контакте очищаемого раствора с компонентами гальванопары, имеющими различные электрохимические потенциалы, при перемешивании образуется короткозамкнутая гальваническая пара, где железо подвергается анодному растворению и переходит в раствор в виде иона Fe (II), далее при взаимодействии с кислородом воздуха Fe (II) окисляется до Fe (III). Параллельно этому на катоде идет образование гидроксогрупп и образуется оксигидрат железа (III), который выполняет роль сорбента примесей.

При добавлении фосфатсодержащих реагентов к очищаемому раствору в количестве 120% от стехиометрии по отношении к ионам жесткости происходит образование малорастворимых фосфатов кальция и магния в области pH 7-8.

Макропримеси свежеобразованных фосфатов кальция и магния сорбируются на гальваногенерированном оксигидрате железа (III).

Избыточные фосфат-ионы реагента образуют с ионами железа труднорастворимые фосфаты железа, которые, осаждаясь, также являются сорбентами примесей.

Таким образом, механизм очистки воды от ионов жесткости состоит в образовании малорастворимых фосфатов кальция, магния и железа, которые в поле гальванопары железо-кокс сорбируются на гальваногенерированном оксигидрате железа (III). Процесс очистки занимает 15-20 мин.

Вода после очистки подвергается отстаиванию и фильтрованию от механических примесей.

Пример 1. Очистку проводили вo вращающемся лабораторном аппарате барабанного типа, расположенном горизонтально и снабженном на внутренней поверхности валками для обеспечения перемешивания. Общий объем аппарата составляет 4 дм³, рабочий объем - 1,2 дм³, скорость вращения барабана - 10 об/мин. Перед работой аппарат заполняли на 40-50% от его объема смесью железо-кокс в весовом соотношении 4:1. Очистку воды от солей жесткости (модельный раствор) проводили в статическом режиме, перед подачей воды в аппарат в нее дозировали ортофосфорную кислоту из расчета стехиометрического соотношения фосфат: кальций = 2:1. Подача кислорода воздуха осуществлялась непосредственно в реагируемую массу в аппарате, температура - 20^oC.

Результаты по очистке воды приведены в таблице.

Пример 2. Процесс проводили как в примере 1, но с использованием в качестве фосфатсодержащего реагента триполифосфата натрия.

Пример 3. Процесс проводили как в примере 1, но для очистки от ионов жесткости использовали сточные воды с повышенным содержанием кальция и магния - элюаты от ионообменной очистки.

Пример 4. Процесс проводили как в примере 2, но для очистки использовали сточные воды с высоким содержанием ионов жесткости.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки воды от солей жесткости и интенсифицировать процесс очистки за счет изменения химизма очистки и сокращения времени осаждения.

Способ прост в применении, не требует значительных затрат и установки дополнительного оборудования.

Источники информации
1. Очистка промышленных сточных вод. /В.Е. Терновцев, В.М. Пухачев. -Киев, Будивельник; 1986-120с.

2. А.с. СССР N 1658116, кл. C 02 F 1/46.

3. Л. П. Соколова и др. Исследование механизма извлечения компонентов кислых сточных вод в процессе гальванокоагуляционной очистки. Журнал прикл. Химии, 1991, N 3, с. 551-555.

Изобретение относится к очистке воды от ионов жесткости и может быть использовано для очистки сточных, оборотных вод ,вод автомоек и прочих стоков металлургической, химической промышленности. В сточные воды с высоким содержанием солей жесткости предварительно дозируется фосфатсодержащий реагент в количестве 120% от стехиометрии, затем вода подается на очистку в аппарат, где в контакте со смесью гальванопарой железо-кокс и кислородом воздуха при перемешивании происходят процессы осаждения фосфатов кальция, магния и железа, а также наработка сорбента - оксигидрата железа. Далее очищенный раствор с механической взвесью подается на фильтрование. Предлагаемый способ очистки экономичен, прост в исполнении и не требует при внедрении использования дополнительного оборудования. 1 табл.

Способ очистки воды от ионов жесткости с использованием гальванопары железо-кокс контактирующей с водой и кислородом воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки и интенсификации процессов, в воду предварительно вводят фосфатсодержащий реагент.