СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД Российский патент 2010 года по МПК C02F5/02 C02F3/24 C02F103/04 

Способ предназначен для безреагентного умягчения природных вод. Способ может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных и децентрализованных системах водоснабжения, а также может быть использован в водоподготовке для целей водоснабжения промышленных предприятий.

Известен способ умягчения природных вод путем нагрева с помощью инфракрасного излучения до температуры, обеспечивающей выпадения в осадок растворенных соединений, затем производят фильтрование для удаления осадка (патент РФ №2058263, МПК C02F 1/30).

Для реализации способа требуются высокие энергозатраты на нагрев воды, лампы инфракрасного излучения, реакционная камера, фильтрующее оборудование, что приводит к увеличению затрат.

Известен способ умягчения воды, включающий фильтрование через слой плавающего инертного материала и ионообменную смолу в направлении сверху вниз и регенерацию ионообменной смолы путем зажатия ее слоя потоком жидкой среды, направленным снизу вверх, пропускание регенерирующего раствора, гравитационное осаждение смолы и ее отмывку от остатков регенерирующего раствора, причем фильтрование проводят через два последовательно установленных фильтра (патент РФ №2298529, МПК C02F 1/42, C02F 1/28).

Для реализации способа необходимо иметь, как минимум, две ступени обработки воды, необходим регенерационный раствор, применение которого влечет за собой проблему его утилизации, которая не менее сложная, чем исходная проблема умягчения воды. Изобретение требует сложной обвязки оборудования, необходимого для его реализации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ умягчения воды путем нагрева до 20-40°С во взвешенном слое контактной массы с последующим фильтрованием (патент РФ №2241685, МПК C02F 5/02). В качестве контактной массы использован силицированный кальцит. Взвешивание контактной массы производят аэрацией воды воздухом.

Способ не дает высокого эффекта умягчения воды. Кроме того, для его реализации требуются высокие энергозатраты на нагрев воды и аэрацию, необходимую для образования взвешенного слоя контактной массы.

Задачей изобретения является увеличение эффекта умягчения воды, снижение энергозатрат.

Сущность изобретения заключается в том, что умягчение природных вод производят аэрацией и фильтрованием в контактной массе, причем согласно изобретению воду предварительно аэрируют, а затем фильтруют в контактной массе, обладающей каталитическими свойствами, причем в качестве контактной массы используют алюмомарганцевый катализатор с размерами гранул 2-3 мм, фильтрование ведут со скоростью 0,4-1,2 м/ч, а аэрацию воды ведут изливом с высоты 0,5-1,0 м.

Умягчение воды осуществляется следующим образом. Природные воды из источника водоснабжения предварительно аэрируют для дезодорации, насыщения кислородом, а также для отдувки углекислоты, что приводит к увеличению значения рН. Затем воду фильтруют в направлении сверху вниз в контактной массе. В качестве контактной массы использован гранулированный алюмомарганцевый катализатор АОК-75-41. Катализатор обладает щелочными свойствами, поэтому в воде с высокой некарбонатной жесткостью, пересыщенной сульфат-ионами, нарушается равновесие, на поверхности гранул катализатора происходит кристаллизация с образованием нерастворимых основных солей [Ca(OH)]₂SO₄. Предварительная аэрация воды также способствует образованию нерастворимых солей. Произведение растворимости солей [Ca(OH)]₂SO₄ меньше, чем солей CaSO₄, образуемых при известных процессах кристаллизации, поэтому глубина умягчения по изобретению выше.

Алюмомарганцевый катализатор АОК-75-41 предназначен для очистки газовых выбросов от углеводородов. Состав катализатора:

MnO 2-3%;

Mn₂O₃ 3-5%;

Al₂(SO₄)₃ 3-4%;

бентонит - остальное.

Пример 1. Умягчению подвергали природные воды из скважины №51 Южного водозабора г.Уфы. В воде содержатся следующие минеральные вещества, мг/л: кальций 416, магний 26, сульфаты 246, карбонаты 159. Жесткость воды общая 22 мг-экв/л, жесткость карбонатная 17,6 мг-экв/л, рН=7,1.

Воду аэрировали изливом воды с высоты 0,5 м, при этом значение рН увеличилось до 7,3.

Затем воду фильтровали в алюмомарганцевом катализаторе АОК 75-41 с размером гранул 2-3 мм. Высота фильтрующего слоя 1,0 м. Результаты умягчения воды по прототипу и по изобретению приведены в таблице 1.

Из приведенных результатов следует, что эффект умягчения исследованной воды при фильтровании в алюмомарганцевом катализаторе выше при всех скоростях, чем при фильтровании в силицированном кальците (по прототипу). Кроме того, по прототипу для поддержания контактной массы во взвешенном слое требуется большой расход воздуха, а по изобретению достаточно осуществить излив с высоты 0,5 м.

Пример 2. Умягчению подвергали ту же воду при скорости фильтрования 1,0 м/ч при разной высоте излива от 0,1 до 1,5 м. Результаты приведены в таблице 2.

Из приведенных результатов следует, что оптимальная высота излива воды находится в пределах 0,5-1,0 м. Дальнейшее увеличение высоты до 1,5 м дает незначительный эффект при существенном увеличении габаритов устройства, реализующего предложенный способ.

Таблица 1 Зависимость жесткости воды от скорости фильтрования Показатель Скорость фильтрования, м/ч 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 По прототипу: жесткость, мг-экв/л 17,3 14,6 13,0 11,6 11,0 11,0 11,1 11,2 11,4 11,6 по изобретению: жесткость, мг-экв/л 6,2 5,6 5,2 5,3 5,6 6,0 6,2 6,5 7,0 7,5

Таблица 2 Зависимость жесткости воды от высоты излива при скорости фильтрования 1 м/ч Показатель Высота излива, м 0,1 0,3 0,5 1,0 1,5 Жесткость, мг-экв/л 9,2 7,8 5,6 5,0 4,9

Способ предназначен для безреагентного умягчения природных вод. Способ может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных и децентрализованных системах водоснабжения, а также в водоподготовке для целей водоснабжения промышленных предприятий. Для осуществления способа умягчения природных вод предварительно проводят аэрацию и фильтрование в контактной массе. Фильтрование осуществляют в контактной массе, обладающей каталитическими свойствами. В качестве контактной массы используют алюмомарганцевый катализатор с размерами гранул 2-3 мм. В предпочтительном варианте осуществления способа фильтрование ведут со скоростью 0,4-1,2 м/ч, а аэрацию - изливом с высоты 0,5-1,0 м. Способ обеспечивает увеличение эффекта умягчения воды и снижение энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ умягчения природных вод, включающий аэрацию и фильтрование в контактной массе, отличающийся тем, что воду предварительно аэрируют, а затем фильтруют в контактной массе, обладающей каталитическими свойствами, причем в качестве контактной массы используют алюмомарганцевый катализатор с размерами гранул 2-3 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрование ведут со скоростью 0,4-1,2 м/ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрацию воды ведут изливом с высоты 0,5-1,0 м.