СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ И ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/64 C02F5/02 C02F103/04 

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для приготовления вод для промышленных нужд и для получения питьевой воды.

Известен ряд способов водоподготовки для теплоснабжения, в которых проводят деаэрацию воды с использованием в установках водоструйных эжекторов (см., например, [1], [2], [3])
Общим недостатком этих методов является наличие дополнительных емкостей бака-газоотделителя и вакуумного деаэратора - декарбонизатора, что увеличивает массогабаритные характеристики рассматриваемых устройств. Кроме того, в устройстве [3] использованы парожидкостный струйный аппарат и циклон, что еще больше ухудшает массогабаритные характеристики и требует наличия источника пара, необходимого для работы парожидкостного струйного аппарата.

Известен способ очистки воды, включающий перемешивание очищаемой воды с озоновоздушной смесью, осуществляемое в многоствольном эжекторе при относительной объемной концентрации смеси 0,35-0,65 путем ее разгона до сверхзвуковой скорости с последующим торможением до дозвуковой скорости при переходе смеси через скачок уплотнения [4].

Однако реализация сверхзвукового течения смеси, судя по описанию [4], возможна только при давлении смеси, меньшем 0,14 МПа. Кроме того, указанный диапазон относительных объемных концентраций 0,35-0,65 достаточно узок, что делает указанный способ недостаточно эффективным и экономичным.

Известен способ очистки воды от железа, включающий ее смешение с воздухом при атмосферном давлении, обработку в контактном резервуаре, фильтрацию с постоянным отбором воды на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и циркуляцией через контактный резервуар, причем исходную воду контактируют на насадке с большой удельной поверхностью с водовоздушной смесью, подаваемой на смешение циркуляционным насосом через эжектор, объем которой равен или в 2-3 раза превышает объем потока воды, подаваемой на очистку [5].

Недостатком указанного способа является наличие насадки с большой удельной поверхностью и необходимость в рециркуляции водовоздушной смеси, что повышает энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ умягчения и обезжелезивания воды, включающий обработку воды кислородом воздуха с использованием эжектора с последующим фильтрованием [6] . По данному способу проводят смешение воды с воздухом при атмосферном давлении, затем ее обрабатывают в контактном резервуаре, фильтруют, причем при обработке воды в контактном резервуаре часть воды постоянно отбирают, подают на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и возвращают в контактный резервуар, осуществляя циркуляцию воды, при этом размер диспергированных пузырьков воздуха, давление водовоздушной смеси и время насыщения связаны между собой определенной математической зависимостью, по которой можно рассчитать необходимые параметры процесса, и путем изменения скорости истечения жидкости настроить работу установки на очистку конкретной воды [6].

Недостатками известного способа являются повышенные энергозатраты, материалоемкость и сложность. Эжектор в данном способе играет вспомогательную роль подачи воздуха из атмосферы в трубопровод, а основной процесс дегазации исходной воды и насыщения ее воздухом происходит в смесителе, который в совокупности с диспергатором не способен обеспечить создание пузырьков воздуха субмикронного размера.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа обезжелезивания и декарбонизации с одновременным умягчением воды, интенсификация процесса очистки, уменьшение энергозатрат.

Поставленная задача решается описываемым способом умягчения и обезжелезивания воды, включающим обработку воды кислородом воздуха в жидкостно-газовом эжекторе с многосопловой насадкой при подаче воды в эжектор под давлением, обеспечивающим скорость подачи воды, не менее чем на 25% превышающую скорость звука в образовавшейся равновесной двухфазной смеси вода - воздух, и фильтрование воды.

Предпочтительно обработку воздухом осуществляют, дозируя его в воду при пониженном давлении, равном 0,3-0,7 ата.

Однако при высоком содержании железа в воде и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под атмосферным давлением, а при высокой карбонатной жесткости воды и невысоком содержании железа подачу воздуха осуществляют при пониженном давлении, не превышающем 0,3 ата. Кроме того, после фильтрования возможно воду подвергнуть ультрафиолетовому облучению (для обеззараживания).

Пример 1
Обезжелезивание воды проводили на установке, схема которой приведена на чертеже. Вода с давлением 0,45 МПа по патрубку 1 подается в эжектор 2 и засасывает атмосферный воздух через кран 3. Образовавшаяся водовоздушная смесь течет в эжекторе со скоростью 30 м/с при значении скорости звука в смеси на уровне 22,5 м/с, (т.е. обеспечивается сверхзвуковое течение смеси в эжекторе) и истекает из него в бак - 4, сообщающийся с атмосферой. Вода из бака 4 по патрубку 5 подводится к насосу 6 и по патрубку 7 направляется на фильтрацию. Весь процесс смешения воды с кислородом воздуха происходит в эжекторе при торможении сверхзвукового водовоздушного потока.

Пример 2
Умягчение воды проводили на той же установке. В отличие от способа, описанного в примере 1, кран 3 прикрывают, обеспечивая подвод воздуха к эжектору с давлением, меньшем 0,03 МПа, что приводит к массовому выделению растворенных в воде газов в эжекторе и разрушению гидрокарбонатной жесткости. Воду после фильтрации дополнительно направляют на ультрафиолетовое облучение для ее обеззараживания.

Традиционные методы обессоливания (ионитное умягчение по схеме катионит-анионит или в фильтрах типа ФСД-фильтрах смешанного действия, обратноосмотического обессоливания, нанофильтрационного снижения солей жесткости) не являются эффективными применительно к часто встречающемуся составу воды с избытком карбонатной жесткости, поскольку одновременное удаление ионов Са²⁺ и связанных с ними НСО₃ ^- (которое происходит при применении этих методов) не позволяет достичь стабильного состояния растворенных примесей. При последующем длительном стоянии либо при кипячении наблюдается появление пленки или мелкодисперсного осадка карбоната кальция. При осуществлении заявленного способа достигается снижение содержания кальция в воде до нормы (25-80 мг/л) без появления вышеуказанных нежелательных последствий.

В таблице приведены результаты очистки воды.

По результатам испытаний установлено, что установка обеспечивает снижение содержания растворенного железа и кальция до требуемого уровня (Fе≤0,3 мг/л и Са⁺⁺≤80 мг/л).

Источники информации
1. Патент RU 2174100, 2001.

2. Патент RU 2177449, 2001.

3. Патент RU 2132004, 1998.

4. Патент RU 2034799, 1995.

5. Патент RU 2181109, 2001.

6. Патент RU 2119892, 2001.

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для получения питьевой воды. Способ умягчения и обезжелезивания заключается в обработке воды в жидкостно-газовом эжекторе воздухом при давлении, не превышающем 0,03 ата и скорости подачи воды, на 25% превышающей скорость звука в смеси вода - воздух, далее воду фильтруют и при необходимости подвергают ультрафиолетовому облучению для обеззараживания. При осуществлении способа обработку воздухом ведут при пониженном давлении, равном 0,3-0,7 ата. В случае высокого содержания железа и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под атмосферным давлением, а при высокой карбонатной жесткости и невысоком содержании железа воздух подают при давлении, не превышающем 0,3 ата. Способ обеспечивает снижение содержания кальция и растворенного железа до нормы (Fe≤0,3 мг/л и Са≤80 мг/л). 4 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ умягчения и обезжелезивания воды, включающий обработку воды кислородом воздуха с использованием эжектора с последующим фильтрованием, отличающийся тем, что обработку проводят в жидкостно-газовом эжекторе с многосопловой насадкой при подаче воды в эжектор под давлением, обеспечивающим скорость подачи воды, не менее чем на 25% превышающую скорость звука в образовавшейся двухфазной смеси вода - воздух. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воздухом осуществляют, дозируя его в воду при пониженном давлении, равном 0,3-0,7 ата. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при высоком содержании железа в воде и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под атмосферным давлением. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при высокой карбонатной жесткости воды и невысоком содержании железа воздух подают при давлении, не превышающем 0,3 ата. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после фильтрования воду дополнительно подвергают обработке ультрафиолетовым облучением.