Способ обескремнивания воды на этапе ее предварительной очистки в осветлителе Российский патент 2023 года по МПК C02F1/60 C02F1/52 

Область техники

Изобретение относится к способам предварительной обработки воды, предшествующим процессам обессоливания, и может быть использовано, в частности, в тепловой и атомной энергетике, а также в химической промышленности, для обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе.

Уровень техники

Кремниевая кислота является основным компонентом сложных силикатных накипей (до 50% кремниевой кислоты, до 30% оксидов железа, меди и алюминия и до 10% оксида натрия), которые способны откладываться на стенках теплообменных аппаратов. Силикатная накипь обладает низким коэффициентом теплопроводности и поэтому существенно снижает теплотехнические показатели работы котлов и теплообменных аппаратов. При использовании воды для обеспечения технологических процессов, имеющих ограничения по количеству кремниевой кислоты, необходимо предварительно провести обескремниевание такой воды.

Из уровня техники известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ обескремнивания воды, заключающийся в том, что с целью устранения возможности обогащения очищенной воды дополнительными анионами, воду подвергают сначала магний-катионированию, а затем известкованию (авторское свидетельство SU 101844 А1, дата публикации: 01.01.1955 г., далее - [1]).

Недостатками известного из [1] способа обескремнивания воды являются:

- недостаточная глубина очистки воды;

- необходимость осуществления известкования воды в процессе ее обескремнивания.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности обескремнивания воды на этапе ее предварительной очистки в осветлителе, а техническим результатом - обеспечение возможности обескремнивания воды без сопровождения процессом известкования.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что способ обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе, включает следующие последовательные этапы обработки исходной воды:

- осуществление предварительного нагрева воды до температуры 27÷40°С;

- осуществление ввода едкого натра NaOH в воду с их последующим перемешиванием с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5÷11,5;

- осуществление ввода хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ с их последующим перемешиванием;

- осуществление ввода в полученный раствор сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ в дозе, соответствующей органической нагрузке с обеспечением рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5, с их последующим перемешиванием.

При этом время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляет 4-6 секунд.

Причем время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ составляет 30-60 секунд.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Сначала в исходную воду, предварительно нагретую до температуры 27÷40°С, осуществляют ввод водного раствора едкого натра NaOH с их последующим перемешиванием с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5 - 11,5. Данное значение рН полученного раствора позволяет почти полностью перевести растворенную кремниевую кислоту в реакционную форму для эффективности последующей обработки. График форм существования кремниевой кислоты в зависимости от значения рН представлен на фиг. 1. Затем при поддержании водородного показателя полученного раствора рН в диапазоне 10,5÷11,5 в полученный раствор осуществляют ввод хлорида магния MgCl₂ в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ с их последующим перемешиванием. При этом время между окончанием ввода водного раствора едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляет 4-6 секунд для обеспечения более равномерного распределения едкого натра NaOH в исходной воде. После чего в полученный раствор осуществляют ввод водного раствора сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ в дозе, соответствующей органической нагрузке с обеспечением рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5, с их последующим перемешиванием. При этом время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ составляет 30-60 секунд для повышения эффективности процессов обескремнивания и коагуляции. После чего осуществляют отделение коагулированного осадка от воды.

Химизм процесса схематически может быть представлен следующим образом: соль магния MgCl₂, введенная в обрабатываемую воду, при повышенном значении рН, обеспечиваемом за счет предварительного ввода в обрабатываемую воду едкого натра NaOH, подвергается гидролизу, образуя ассоциацию малорастворимых сложных молекул, состоящих из Mg(OH)₂ и MgOH⁺:

Поверхность твердой фазы приобретает положительный заряд и на ней происходит адсорбция анионов кремниевой кислоты:

Таким образом, при осуществлении заявленного изобретения обеспечивается возможность обескремнивания воды без сопровождения процессом известкования. Данный вывод также подтвержден представленными ниже полученными экспериментальными данными.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлен график форм существования кремниевой кислоты в зависимости от значения рН. На фиг. 2 представлена схема экспериментальной установки для осуществления способа обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе. На фиг. 3 представлена таблица с основными технологическими показателями качества исходной воды. На фиг. 4 представлен график зависимости снижения концентрации кремниевой кислоты в воде от дозы вводимого в воду хлорида магния.

Описание позиций чертежа

1 - трубопровод для подачи исходной воды;

2 - насос;

3 - трубопровод для подачи едкого натра и хлорида магния;

4 - насос;

5 - емкость подщелачивания;

6 - перемешивающее устройство;

7 - емкость коагуляции;

8 - перемешивающее устройство;

9 - трубопровод для подачи сернокислого алюминия;

10 - насос;

11 - трубопровод;

12 - отстойник;

13 - трубопровод для отвода осветленной воды;

14 - трубопровод для слива коагулированного осадка.

Осуществление изобретения

Ниже приведен частный пример осуществления способа обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе.

Установка для осуществления способа обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе содержит трубопровод для подачи исходной воды 1, на линии которого установлен насос 2, и который соединен с емкостью подщелачивания 5. При этом установка также содержит трубопровод для подачи едкого натра и хлорида магния 3, на линии которого установлен насос 4, и который соединен с емкостью подщелачивания 5. При этом емкость подщелачивания 5 сообщается через прорезь в верхней части ее боковой стенки с емкостью коагуляции 7. Причем боковая стенка, имеющая прорезь в ее верхней части, является общей боковой стенкой для емкости подщелачивания 5 и емкости коагуляции 7. При этом перемешивающее устройство 6 установлено внутри емкости подщелачивания 5, а перемешивающее устройство 8 установлено внутри емкости коагуляции 7. Причем выход трубопровода для подачи сернокислого алюминия 9, на линии которого установлен насос 10, соединен с емкостью коагуляции 7. При этом вход трубопровода 11, соединен с выходом емкости коагуляции 7, а выход трубопровода 11 соединен с входом отстойника 12. Причем первый выход отстойника 12 соединен с трубопроводом для отвода осветленной воды 13, а второй выход отстойника 12 соединен с трубопроводом для слива коагулированного осадка 14.

Способ обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе с помощью вышеуказанной установки осуществляется следующим образом.

Сначала осуществляют подачу исходной воды, основные технологические показатели которой представлены в таблице на фиг. 3, из источника воды (на фиг. не показан), в котором был осуществлен ее предварительный подогрев до температуры 27÷40°С, через трубопровод 1 с помощью насоса 2 в емкость подщелачивания 5. Затем в воду, находящуюся в емкости подщелачивания 5, осуществляют ввод водного раствора едкого натра NaOH из источника едкого натра (на фиг. не показан) через трубопровод 3 с помощью насоса 4 с их последующим перемешиванием с помощью перемешивающего устройства 6 с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5÷11,5. После окончания ввода едкого натра NaOH через 4-6 секунд в полученный раствор осуществляют ввод хлорида магния MgCl₂ в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ через трубопровод 3 с помощью насоса 4 с их последующим перемешиванием с помощью перемешивающего устройства 6. При этом хлорид магния MgCl₂ перед вводом предварительно смешивают с водой. Затем полученный раствор перетекает через прорезь в верхней части боковой стенки емкости подщелачивания и поступает в емкость коагуляции 7. После чего через 30-60 секунд после окончания ввода хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор осуществляют ввод водного раствора сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ из источника сернокислого алюминия (на фиг. не показан) через трубопровод 9 с помощью насоса 10 в дозе, соответствующей органической нагрузке и обеспечивающей рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5 с их последующим перемешиванием с помощью перемешивающего устройства 8. Затем полученный раствор поступает через трубопровод 11 в отстойник 12, в котором происходит отвод осветленной воды через трубопровод 13 и осаждение коагулированного осадка, который сливается через трубопровод 14.

Ниже приведены 4 частных примера рабочих параметров осуществления способа обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе с помощью вышеуказанной установки.

Пример №1.

Температура предварительного подогрева исходной воды составляла 27°С. Ввод едкого натра NaOH в воду осуществлялся с обеспечением рН полученного раствора 11,5. Ввод хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор осуществлялся в дозе 0,5 мг-экв/дм³. При этом время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляло 4 секунды. Ввод в полученный раствор сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ осуществлялся в дозе 1,0 мг-экв/дм³, соответствующей обеспечению рН коагулированной воды 7,5. При этом время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия A1₂(SO4)₃ составляло 30 секунд. Для имитации работы осветлителя, учитывающей его инерционность, время обработки воды составило 60 минут. Снижение содержания кремниевой кислоты в воде составило 10,88% от исходного значения, или по массе с 9,27 мг/дм³ до 8,36 мг/дм³.

Пример №2.

Температура предварительного подогрева исходной воды составляла 27°С. Ввод едкого натра NaOH в воду осуществлялся с обеспечением рН полученного раствора 10,5. Ввод хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор осуществлялся в дозе 1,0 мг-экв/дм³. При этом время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляло 4 секунды. Ввод в полученный раствор сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ осуществлялся в дозе 1,0 мг-экв/дм³, соответствующей обеспечению рН коагулированной воды 5,5. При этом время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ составляло 40 секунд. Для имитации работы осветлителя, учитывающей его инерционность, время обработки воды составило 60 минут. Снижение содержания кремниевой кислоты в воде составило 51,59% от исходного значения, или по массе с 7,87 мг/дм³ до 3,81 мг/дм³.

Пример №3.

Температура предварительного подогрева исходной воды составляла 35°С. Ввод едкого натра NaOH в воду осуществлялся с обеспечением рН полученного раствора 10,8. Ввод хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор осуществлялся в дозе 1,5 мг-экв/дм³. При этом время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляло 5 секунд. Ввод в полученный раствор сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ осуществлялся в дозе 1,0 мг-экв/дм³, соответствующей обеспечению рН коагулированной воды 6,0. При этом время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ составляло 50 секунд. Для имитации работы осветлителя, учитывающей его инерционность, время обработки воды составило 60 минут. Снижение содержания кремниевой кислоты в воде составило 40,96% от исходного значения, или по массе с 10,18 мг/дм³ до 6,01 мг/дм³.

Пример №4.

Температура предварительного подогрева исходной воды составляла 40°С. Ввод едкого натра NaOH в воду осуществлялся с обеспечением рН полученного раствора 11,1. Ввод хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор осуществлялся в дозе 2,0 мг-экв/дм³. При этом время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляло 6 секунд. Ввод в полученный раствор сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ осуществлялся в дозе 1,0 мг-экв/дм³, соответствующей обеспечению рН коагулированной воды 6,8. При этом время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO4)₃ составляло 60 секунд. Для имитации работы осветлителя, учитывающей его инерционность, время обработки воды составило 60 минут. Снижение содержания кремниевой кислоты в воде составило 18,36% от исходного значения, или по массе с 9,64 мг/дм³ до 7,87 мг/дм³.

График зависимости снижения концентрации кремниевой кислоты в воде от дозы вводимого в воду хлорида магния представлен на фиг. 4. Как показали результаты испытаний, приведенные в примерах №1 - 4, наибольшая эффективность обескремнивания воды достигается при вводе раствора хлорида магния в дозе 1,0 мг-экв/дм³.

Таким образом, в случае осуществления изобретения в соответствии с признаками формулы обеспечивается возможность обескремнивания воды без сопровождения процессом известкования на этапе ее предварительной очистки в осветлителе.

Промышленная применимость

Заявляемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и фигурах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области тепловой и атомной энергетики.

Изобретение относится к способам предварительной обработки воды, предшествующим процессам обессоливания, и может быть использовано, в частности, в тепловой и атомной энергетике, а также в химической промышленности, для обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе. Способ включает осуществление предварительного нагрева воды до температуры 27÷40°С. Затем осуществляют ввод едкого натра NaOH в воду с последующим перемешиванием с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5÷1,5. Далее в полученный раствор вводят хлорид магния MgCl₂ в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ с последующим перемешиванием. Затем в полученный раствор вводят сернокислый алюминий A1₂(SO₄)₃ в дозе 1,0 мг-экв/дм³ с обеспечением рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5 с последующим перемешиванием. Полученный раствор поступает в отстойник, где осуществляется осаждение коагулированного осадка, отвод осветленной воды из отстойника и слив коагулированного осадка. Время обработки воды составляет 60 минут с учетом инерционности работы осветлителя. Технический результат: обеспечение возможности обескремнивания воды без сопровождения процессом известкования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Способ обескремнивания воды на стадии ее предварительной очистки в осветлителе, отличающийся тем, что включает следующие последовательные этапы обработки исходной воды:

- осуществление предварительного нагрева воды до температуры 27÷40°С;

- осуществление ввода едкого натра NaOH в воду с их последующим перемешиванием с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5÷1,5;

- осуществление ввода хлорида магния MgCl₂ в полученный раствор в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ с их последующим перемешиванием;

- осуществление ввода в полученный раствор сернокислого алюминия A1₂(SO₄)₃ в дозе 1,0 мг-экв/дм³ с обеспечением рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5 с их последующим перемешиванием;

- осуществление поступления полученного раствора в отстойник, осаждения коагулированного осадка, отвода осветленной воды из отстойника и слива коагулированного осадка;

- при этом время обработки воды составляет 60 минут для учета инерционности работы осветлителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время между окончанием ввода едкого натра NaOH и началом ввода хлорида магния MgCl₂ составляет 4-6 секунд.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что время между окончанием ввода хлорида магния MgCl₂ и началом ввода сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃ составляет 30-60 секунд.