СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Российский патент 2002 года по МПК C02F9/06 C02F1/42 C02F1/469 C02F9/06 C02F101/10 C02F103/02 

Описание патента на изобретение RU2182890C1

Изобретение относится к способам глубокой очистки подземных вод, в частности к способам очистки природных вод от железа, марганца и солей жесткости, и может быть использовано с целью получения обессоленной воды для приготовления аккумуляторною электролита. Кроме того, изобретение может быть использовано в любых отраслях промышленности, где требуется дистиллированная вода.

Широко распространен метод термической дистилляции воды, заключающийся в испарении воды при нагревании и сборе охлажденного конденсата (Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды/ Кульский Л.А. и др.- Киев: Наукова думка, 1980.- Часть 1,- 680с). Недостатком способа является высокая энергоемкость процесса термического испарения и большой расход охлаждающей воды. К тому же промышленные дистилляторы однократной перегонки не позволяют получить воду требуемого качества. Удельное электрическое сопротивление воды, ρ0= 100-140 кOм•cм, в то время как по ГОСТ 6709-72 ρ0 дистиллированной воды должно быть не менее 200 кОм•см.

Известен способ электродиализного обессоливания воды, включающий в себя стадию механической фильтрации через угольный фильтр, стадию умягчения посредством пропускания воды через Na-катионитовый фильтр с регенерацией катионита 5-7%-ным раствором хлористого натрия и электродиализное обессоливание (Гребенюк В.Д. Электродиализ.-Киев: Техника 1976,- 160с). Недостатком способа является то, что он непригоден для очистки гидрокарбонатных подземных вод. Максимальное электрическое сопротивление воды, полученной данным способом, составляло 20 кОм•см, что далеко от требований ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия". Данный способ выбран за прототип.

Таким образом задачей изобретения является разработка экономически выгодного способа получения обессоленной воды, соответствующей требованиям ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия".

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в выборе оптимальной технологической схемы очистки бикарбонатных подземных вод в сочетании с методом электродиализного обессоливания.

Предлагается способ глубокой очистки подземных вод, включающий, как и прототип, последовательные стадии механической фильтрации, Na-катионирования с регенерацией катионита 5-7% раствором хлористого натрия и электродиализного обессоливания. В отличие от прототипа, перед стадией механической фильтрации воду подвергают аэрации, а механическую фильтрацию осуществляют в напорном фильтре, заполненном инертным материалом. В качестве инертного материала могут использоваться кварцевый песок, кварциты, альбитофир, горелые породы и др.

На стадии электродиализного обессоливания соотношение потоков дилюата Qобесс и рассола Qрасс составляет (3-5):1.

В дальнейшем суть предлагаемого изобретения поясняется описанием технологической схемы, изображенной на прилагаемом чертеже, и примерами конкретного исполнения способа.

На чертеже представлена технологическая схема процесса глубокой очистки подземной воды. Исходная вода поступает в аэратор 1, где насыщается кислородом воздуха. Ионы Fе2+, присутствующие в воде в виде растворимого гидрокарбоната Fe(HCО3)2, окисляются кислородом до Fe+3 и переходят в нерастворимую гидроокись Fe(OH)3. Далее вода подастся насосом 2 в механический напорный фильтр 3, где освобождается oт железа. Направление фильтрации сверху вниз. В верхней части фильтра 3 имеется смотровое окошко из оргстекла, через которое можно следить за накоплением осадка гидроокиси железа на верхней границе фильтрующего слоя. При накоплении слоя осадка толщиной 2-4 см он смывается при интенсивном взрыхлении фильтрующей загрузки обратным током воды, снизу вверх, в течение 15-20 мин. Обезжелезенная вода поступает на Na-катионитовый фильтр 4, заполненный ионообменной смолой КУ-2 в Na+-форме. Направление фильтрации сверху вниз. При этом вода почти полностью освобождается oт солей жесткости. Остаточное содержание кальция 0,6-1,5 мг/л, магния менее 0,5 мг/л. Регенерация катионита осуществляется 5-7%-ным раствором хлористого натрия, который готовится в солерастворителе 5. Раствор подается насосом в верхнюю часть колонны 4. Направление регенерации сверху вниз. После регенерации катионит промывается обезжелезенной водой и вновь готов к работе. Вода, очищенная от солей жесткости и железа, подается в электродиализатор 6, где разделяется на два потока: дилюат и рассол. Соотношение потоков дилюата Qобесс и рассола Qрасс определено экспериментально и составляет (3-5):1. Обессоленная вода поступает в накопительную емкость 8, а рассол, который представляет собой раствор солей натрия, в основном гидрокарбоната и хлорида, и не является токсичным, сбрасывается в канализацию. На выходе дилюата из электродиализатора 6 установлен прибор контроля качества воды 7, который измеряет удельное электрическое сопротивление воды ρ0. Электрические параметры электродиализатора подбираются таким образом, чтобы прибор 7 показывал ρ0 не менее 200 кОм•см.

Предлагаемый способ глубокой очистки подземных вод является эффективным способом получения высококачественной дистиллированной воды с минимальными энергозатратами.

Пример 1. Для очистки подземной воды использовалась установка производительностью 50 л/ч. Диаметры механического и Na-катионитового фильтров 250 мм. Высота фильтрующей загрузки 1200 мм. Механический фильтр заполнен кварцевым песком с размером частиц 0,7-1,2 мм, а Na-катионитовый - ионообменной смолой КУ-2 в Na+-форме. Электродиализатор (ЭДА) собран из десяти пар мембран МК-40 и МА-40 с прокладками лабиринтного типа. Исходная вода имела общую жесткость 3,1 моль/м3. Содержание железа (общего) 0,52 мг/л.

Исходная вода подавалась в аэратор, где насыщалась кислородом воздуха. Аэратор снабжен автоматикой для поддержания уровня воды. Далее насосом CHl 2-20 вода подавалась в верхнюю часть механического фильтра, где освобождалась от осадка гидроокиси железа. Скорость прокачки через механический фильтр 70-90 л/ч. Содержание железа после механического фильтра 0,15-0,2 мг/л. Периодичность промывки фильтра обратным током воды зависит от содержания железа в исходной воде и составляет примерно один раз в 15-30 дней. Обезжелезенная вода из нижней части механического фильтра подавалась в верхнюю часть Na-катионитового фильтра. Ионы Са2+ и Mg2+, определяющие жесткость волы, поглощаются катионитом и из нижней части фильтра выходит умягченная вода. Общая жесткость воды после ионообменного фильтра 0,02 моль/м3. Регенерация катионита осуществлялась 5-7%-ным раствором хлористого натрия. Периодичность регенерации зависит от жесткости исходной воды. Фильтр снабжен расходомером, чтобы знать количество умягченной воды, и через 5-7 м3 производится регенерация катионита. Обезжелезенная и умягченная вода поступала в электродиализатор. Питание ЭДА осуществляется от источника постоянного электрического тока. Напряжение питания 250-300 В. Потребляемый ток 2,5-3 А. Контроль за качеством дистиллята ведется по прибору, измеряющему удельное электрическое сопротивление воды. Величина тока подбирается таким образом, чтобы ρ0 воды было 200-210 кОм•см. При меньшем ρ0 вода не будет соответствовать требованию ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия". Повышение ρ0 более 210 кОм•см приводит к непроизводительным затратам электроэнергии. Качество воды и энергозатраты зависят от соотношения потоков дилюата и рассола. Экспериментально было оптимизировано соотношение Qобесс/Qрасс. При постоянном потоке дилюата, равном 50 л/ч, изменялся поток воды через рассольные камеры Данные сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, оптимальное соотношение потоков дилюата и рассола Qобесс/Qрасс составляет (3-5):1. При Qобесс/Qрасс менее 3:1 резко снижается удельное электрическое сопротивление очищенной воды. При Qобесс/Qрасс более 5: 1 качество воды улучшается незначительно, но начинается заметный разогрев электродиализатора, т.е. часть электричества тратится на выделение тепла.

Результаты анализа воды приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, вода полностью соответствует требованиям ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия". Потребляемая мощность установки с учетом перекачки воды 1-1,2 кВт•ч.

Похожие патенты RU2182890C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА 2000
  • Гофман В.Н.
  • Марков Л.Е.
  • Головков В.М.
RU2173920C1
Способ очистки воды 1990
  • Исаев Андрей Вячеславович
  • Пирогов Роман Владимирович
  • Харчук Владимир Иванович
  • Кузнецов Олег Юрьевич
SU1819867A1
СПОСОБ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ИОННОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Рябчиков А.И.
  • Дектярев С.В.
RU2113538C1
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНЕЦИЯ-99М И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Скуридин В.С.
RU2118858C1
Способ регенерации N @ -катионитного фильтра 1987
  • Харчук Владимир Иванович
  • Кузнецов Олег Юрьевич
  • Исаев Андрей Вячеславович
SU1535623A1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗА И ЕГО СПЛАВОВ 1992
  • Образцов С.В.
  • Гусельникова О.В.
RU2046155C1
УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ОЧИЩЕННОЙ И ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ 2006
  • Гришин Виктор Иванович
  • Логунов Алексей Тимофеевич
  • Литвинов Авенир Михайлович
  • Заболоцкий Виктор Иванович
RU2323893C1
ЭКСТРАКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ТЕХНЕЦИЯ - 99 М 2000
  • Скуридин В.С.
  • Чибисов Е.В.
RU2161132C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПЛАЗМЫ ДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ ОТ МИКРОЧАСТИЦ 1996
  • Рябчиков А.И.
RU2108636C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2004
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Пантелеев Владимир Иванович
  • Демкин Вячеслав Иванович
  • Адамович Дмитрий Викторович
  • Свитцов Алексей Александрович
RU2273066C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 182 890 C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Изобретение относится к способам очистки подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, в частности к способам очистки природных вод от железа, марганца и солей жесткости, и может быть использовано с целью получения обессоленной воды для приготовления аккумуляторного электролита. Способ глубокой очистки подземных вод включает последовательные стадии механической фильтрации, Na-катионирования с регенерацией катионита 5-7%-ным раствором хлористого натрия и электродиализного обессоливания, причем перед стадией механической фильтрации воду подвергают аэрации, а механическую фильтрацию осуществляют в напорном фильтре, заполненном инертным материалом. В качестве инертного материала используют кварцевый песок, кварциты, альбитофир, гранодиорит, горелые породы и др. На стадии электродиализного обессоливания соотношение потоков дилюата Qобесс и рассола Qрасс составляет (3-5):1. Способ обеспечивает оптимальную технологическую схему очистки бикарбонатных подземных вод в сочетании с методом электродиализного обессоливания. 2 табл. , 1 ил.

Формула изобретения RU 2 182 890 C1

Способ глубокой очистки подземных вод, включающий последовательные стадии механической фильтрации, Na-катионирования с регенерацией катионита 5-7%-ным раствором хлористого натрия и электродиализного обессоливания, отличающийся тем, что перед стадией механической фильтрации воду подвергают аэрации, механическую фильтрацию осуществляют в напорном фильтре, заполненном инертным материалом, а на стадии электродиализного обессоливания обеспечивают соотношение потоков дилюата и рассола Qобесс/Qрасс в диапазоне (3-5): 1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2182890C1

ГРЕБЕНЮК В.Д
Электродиализ
- Киев: Техника, 1976, с.176
КЛЯЧКО В.А., АПЕЛЬЦИН И.Э
Очистка природных вод
- М.: Стройиздат, 1971, с.417
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕССОЛЕННОЙ ВОДЫ 1997
  • Миклашевский Н.В.
  • Гришутин М.М.
  • Степанов А.В.
RU2136604C1
US 5814224 А, 29.09.1998
СПОСОБ ЗАЩИТЫ РЕЧЕВОГО ИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА, ПЕРЕДАВАЕМОГО ПО ЛИНИЯМ СВЯЗИ 2004
  • Световидов В.Н.
  • Федоров М.Б.
RU2249307C1
Устройство для очистки фильтровой трубы буровой скважины 1974
  • Романенко Владимир Александрович
  • Романовская Наталья Валентиновна
SU604968A1
Шахтная перемычка 1982
  • Плотников Валерий Михайлович
SU1090885A1

RU 2 182 890 C1

Авторы

Гофман В.Н.

Марков Л.Е.

Головков В.М.

Блудов А.И.

Даты

2002-05-27Публикация

2000-12-08Подача