Способ приготовления питьевой воды Советский патент 1990 года по МПК C02F1/68 C02F1/68 C02F101/10 C02F103/04 

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано для приготовления питьевой воды на базе термических опреснителей морской воды.

Целью изобретения является пойЪте ние качества воды и упрощение спос6ба, а также обеспечение безотходной технологии.

Для осуществления способа а опресненную воду вводят раствор диоксида углерода и тонкодисперсный кальций- карбонатсодёржащий материал в смесительное устройство (например, эжектор) в количестве соответственно 66-165 и 700-1300 мг/л. Последующую фильтрацию воды ведут до кольматации зернистой загрузки фильтра при времени контакта не менее 6 мин и скорости фильтрования не более ЗО.м/ч, после чего загрузку взрыхляют. Промыную воду с тонкодиспёрсным материалом предпочтительно направлять в технологический процесс. Далее проводят сорбционную очистку воды в намывном слое активированного угля.

Способ позволяет более эффективно проводить процесс обогащения в смеси тельном устройстве при высокотурбулентном перемешивании реагирующих компонентов и развитых поверхностях массообмена. Причем диоксид углерода вводят в виде раствора, что дает возможность осуществить регулирование и автоматизацию процесса подачи диоксвда углерода, а избыток тонко- дисперсного материала приводит к большей поверхности массообмена. Затем реакционную смесь пропускают через фильтр с зернистой загрузкой, в качестве которой может быть использован любой зернистый кальцийкарбо- натсодержащий материал (известняк, ракушечник, мрамор, кораллы и др.). Фильтр служит для очистки обогащен- ой гидрокарбонатом кальция опресненной воды от избытка тонкодисперсного материала. Вместе с тем тонкодисперсный материал, образуя намывной слой на поверхности зерен загрузки фильтра обогащения, дает большую поверхность фазового контакта и позволяет увеличить скорость фил ьтрования или уменьшить время контакта фаз гетерогенной системы обогащения;

Применение тонкодисперсного СаСО позволяет отказаться от периодических догрузок фильтра, подготовки и

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рассева загрузки, что значительно сокращает эксплуатационные затраты.

При повышении сопротивления фильтра Bbmie номинального, что свидетельствует о его кольматации тонкодис- с персным материалом, осуществляют промывку фильтра, а отмытый карбонат кальция повторно используют в технологическом процессе.

Таким образом, применение высокодисперсного материала увеличивает интенсивность массообмена при обогащении как в смесительном устройстве, так и в фильтрующем слое зернистой загрузки. При этом обогащения дистиллята гидрокарбонатом к альция в смесительном устройстве составляет до 70 от общего содержания и 30% при фильтровании.

Обработку воды в сорбционных фильтрах производят после очистки от тонкодисперсного материала, что спЬ- собствует более эффективному их использованию. .

Применение напорных сорбционных фильтров с намывным слоем сорбента АУ вместо традиционного применения для очистки воды фильтров с гранулированной загрузкой повышает использование сорбционной емкости в намывном слое до 85% (вместо 25-30% в гранулированном) , а также позволяет отказаться от термической регенерации сорбента, поскольку потери угля в намьгеном фильтре равны естественным потерям при эксплуатации насыпных . .; фильтров. Кроме того, за счет интен- i сификации процесса сорбционной очистки в тонком слое резко сокращается объем сооружений (так, для производи- тгльности 40 тыс.м воды в 1 сут. вместо семи фильтров с насыпным слоем и площадью каждого 26,8 м необходимо три фильтра с площадью по- перечного сечения 7 м каждый, снабженных патронной фильтрующей системой площадью 80 м).v

Приготовленную питьевую, воду обеззараживают озонированием, что улучшает ее органолептические показатели и исключает образование хлорпроизвод- ных, в частности тригалометанов при обеззараживании хлором.

Согласно рекомендуемой техгнологи- ческой схеме,, на высоконапорное сопло эжектора подают дистиллят после теплообменников, а на низконапорное сопло - одновременно пульпу карбона3,4

та кальция, например меловую пульпу с опреснительных батарей (ОБ), и ftacTBop диоксида углерода, например полученный рас творением нескоиден- сированньтх газов (ОБ).

В условиях высокотурбулентного перемешивания реагир пощих фаз в эжекторе с большей поверхностью контакта при избытке мелкодисперсного СаСО 2 происходи т обогащение с эффектом до 70%. Далее смесь, содержащую нерастворившуюся твердую фазу и диоксид углерода 8 агрессивной форме, подают на фильтры обогащения с зернистой загрузкой, например известняка. Время контакта не менее 6 мин, скорость фильтрования 30 м/ч. Меньшее время контакта Ci: ( мин) приводит к выносу тонкодисперсного материала с фильтра обогащения и загряз - нению загрузки сорбционных фильтров, что снижает их эффективность. Увеличение времени контакта ведет к увеличению высоты загрузки ( или количества фильтров), что связано с повышением капитальных и эксплуатационных , расходов. При фильтровании происходит намыв тонкодисперсного материала. на зерна известняка, вследствие чего увеличивается .удельная поверхность фазового контакта, приходящаяся на единицу объема аппаратов. Это дает дополнительный эффект интенсификации процесса обогащения дистиллята гидро- карбонатом кальция. При кольматации фильтра, что фиксируется по потере напора, осуществляют его промывку обратным потоком воды. При этом промывные воды направляют, в резервуар и карбонат кальция повторно используют

в цикле обогащения. Обогащенный ди.с-г тиллят далее направляют на намывные сорбционные фильтры для глубокой рчит-. стки от органических микрозагрязнений и подвергают коррекционной об|)а- ботке по схеме: фторирование (раствор NaF), стабилизация (раствор

Na СО,) и обеззараживание озоном(0,). 2 о. о

Готовую воду собирают в резервуар, откуда направляют потребителю.

. Оптимальная минерализация питьевой воды гидрокарбонатного класса не менее 250 мг/л. Верхний предел минерализации питьевой воды ограничен санитарными требованиями до 500 мг/Л. Содержание ионов кальция должно быть

не менее 30 мг/л. Целесообразно получение питьевой воды с солесодержанием

2232

на нижнем пределе оптимального диапазона 250-500 мг/л, поскольку большей концентрации солей за счет обогащения гидрокарбонатом кальция соответ- ствуют большие расходы реагентов.

Оптимальная доза тонкодисперсного кaльций apбoнaтcoдepжaщeгo материала для условий получения 70% гидрокарбоQ ната кальция в эжекторе не менее 700 мг/л и не более 1300 мг/л. При увеличении количества меловой пульпы более 1300 мг/л выход кальция не меняется, а время работы фильтров До

5 кольматации сокращается. В связи с тем, что параметры работы фильтров определяются условиями связывания на них до равновесия 1 мг-экв/л агрес сивного диоксида углерода и получеQ НИЛ на эжекторе до 70% Ca(HCO.j)2, нижний предел дозирования меловой пульпы 700 мг/л. Оптимальная доза диоксида углерода 66-165 мг/л.

Обоснование.пределов.расхода дн5 оксида углерода при оптимальном диапазоне солесодержания питьевой опресненной воды 250 - 500 мг/л основано на следующем расчете. При соле- содержании исходного дистиллята

Q 10 мг/л с учетом повышения солесодержания за счет привнесения солеп с затравкой, а также при процессах фторирования (NaF) и стабилизации воды (NajCOj) для обеспечения пере- сьш1ения по карбонату кальция Е пределах 4-10 мг/л CaCoi в целом прирост по солесодержанию составит для нижнего предела 42 мг/л и верхнего 88 мг/л.

Для достижения предельных значений диапазона солесодержания необходимо получить следующий прирост за - счет обогащения воды гидрокарбонатом кальция:

дЛя содержания 250 мг/л - 208 мг/л или 2,6 мг-экв/л, Ca(HCO.j),

для 500 мг/л-412 мг/л или 5,1 мг-экв/л. Са(НСО3)5...

Указанные количества гидрокарбонаг та кальция получают при дозировании

соответственно 66 - 165 мг/л С02,(или 3,0 - 7,5 мг-экв/л).

Отклонения за пределы этих значений концент.рации позволяют получить питьевую воду гидрокарбонат5 ного класса с onTHManbHbLMH пределами минерализации.

Пример 1. Способ осу дествля-, ют на базе термической опреснитель0

5.

ной установки, работающей на затравочной технологии .с применением кальцийкарбонатсодержадего материала , В качестве основных компонентов процесса обогащения опресненной морской воды используют побочные продук- ть1 опреснения, получаемые в результате термического распада гидрокар- бонатов морской воды: избыточную пульпу с крупностью 1,О-50 мкм в качестве тонкодйсперсного кальциЙ- карбонатсодержащего материала и диоксид углерода несконденсированных га зов камеры испарения второго аппарата десятикорпусной дйстилляционной опреснительной установки.

Дистиллят (солесодержание 10мг/л), получаемый на термической опреснительной установке, подают на высоко- напорное сопло водоструйного эжектора, на низкосгапоркое сопло которого дозируют раствор диоксида.углерода (66 мг/л), полученный растворением несконденспроваяпых газов второго выпарного аппарата десятикорпусной установки, и меловую пульпу из от стойников в количестве 700 мг/л.

После эжектора содержание гидро- карбонада кальция в опресненной воде составляет 147 мг/л или t,8 мг-экв/Лс Затем реакционную смесь подают со- скоростью 30 м/ч на фильтры с высотой эерйистой загрузки 3 м известняка - ракушечни ка (содержание СаСО - 98%) крупностью 058-2,0 мму где опресненная . вода дополнительно обогащается гидрокарбонатом кальция до 200 мг/Ло Обогащенную воду собирают в приемный резервуару откуда насосом ; йодают на намьюные сорбционные фильтры со скоростью 10 м/ч в расчете на 1 м фильтрующей Г поверхности патронных элементов фильтра. Удельный раскод сорбента АГ - 3 крупностью 40-80 мкм 1 кг/м. Окисляемость воды на вьЬсоде из фильтра 0,1 MrOj/n

Обогащенную и очищенную опресненную воду фторируют фтористым натрием стабилизируют кальцинированной содой для получения эффекта пересыщения по карбонату кальция в пределах 4-10 ; мг/л СаСО , и обеззараживают озониров кием.

: В таблице приведены данные физике - химического состава питьевой опресненной воды, полученной .по известному и предложенному способам.

0

5

5

5

0

5

Солесодержание питьевой воды, полученной по предложенному способу в данном примере, составляет 290 мг/л (по расчету 250 мг/л) за счет при- внесения рассола с меловой пульпой опреснительного комплекса, о чем свидетельствует увеличение концентрации хлоридов и сульфатов (по сравнению с расчетными для данного процесса). Полученная питьевая вода относится к гидрокарбонатному классу, соответствует ГОСТу 2874-82 и санитарньм нормам.

Пример 2, При подаче на эжектор диоксида углерода в количестве 165 мг/л (7,5 мг-экв/л) в агрессивной форме и 1300 мг/л меловой затравки было получено после эжектора 3,6 мггэкв/л Са , а при последующей фильтрации через зернистый ракушечник при времени контакта t 6 мин и скорости V 30 м/ч - 5,08 мг-экв/л Са, Общее солесодержакие воды 500 мг/л, гидрокарбонатов 358,0 мг/л, кальция 101,7 мг/л, магния 5 мг/л, хлоридов 1-2,6 мг/л, сульфатов 3,1мг/л суммарно натрия и калия 19,0 мг/л, фтора 0,7 мг/л, рН 7,2, При. этом продолжительность фильтроцикла сокращается, поэтому процесс целесообраз- но аесФи, как в примере 1,

Что касается минимально возможно - го значения скорости фильтрования, при которой достигается полржитель- ньй эффект, то следует отметить, что м/ч принята, исходя из минимально возможного времени контакта для выбранного диапазона обогащения в. условиях применения стандартных напорных фильтров диаметром 3 м и высотой загрузки кальцийкарбонатсодер- жащего материала 3м,

Для принятых условий обогащения ,указанная скорость является оптимальной, так как при уменьшении ее про- изБОдительность по конечному продук- ту снижается, а при увеличении происходит проскок агрессивной углекислоты в фильтрат.

Вода, полученная известным способом, принадлежит к натрийхлоридному классу, не соответствует требованиям ГОСТа по содержанию фтора. Содержание брома в 3,5 раза превышает - гигиенический норматив, утвержденный Всемирной организацией здравоохранения для питьевой опресненной воды. Кроме того, в воде йодерясится

значительное кол1тчество натрий - иона (122 мг/л), который в настоящее время ограничивается санитарными органами (так, в стандартах Евро- пейского экономического сообщества содержание натрия ограничено значением 4 20 мг/л). Содержание кальция находится на нижнем пределе гигиенических требований.

, i - . . . Использование предложенного способа приготовления питьевой воды по сравнению с существующим позволяет .получить питьевую воду гвдрокарбонат- ного класса с солесодержанием более 250 мг/л и концентрацией кальция более 50 мг/л при увеличении полезной производительности сооружения в 6 раз и минимальных эксплуатационных затратах. Применение диоксида углерода и меловой пульпы при обогащении дистиллята гидрокарбонатом кальция позволяет уменьшить габариты и металлоемкость узла обогащения оиресне.н- ной воды и связанные с ними эксплуатационные расходы. Сокращается расход воды на промывку фильтров. Подавляется коррозионна:я активность воды, приводящая к значительному:количеству аварий на в одоводах, увеличению нерациональных потерь воды, загрязнению ее продуктами коррозии, ухудше-

кию ее органолептических и санитар- но - гигиенических показателей.

Формула изобре, тения

1.Способ приготовления питьевой воды, включающий введение диоксида углерода в виде несконденсированных . газов опреснительных установок ис- парителей морской воды в термически опресненную воду, фильтрование через зернистую кальцийкарбонатсог., держащую загрузку, стабилизацию и обеззараживание, о т л им а ю fli и й- с я тем, что, с Целью повышения качества воды и упрощения способе введение диоксида углерода осуществляют в виде раствора одновременно с обработ кой тонкодисперсным кальцийкарбонат- . содержащим материалом, взятых в количествах 66-165 и 700-1300 мг/л соответственно, фильтрование ведут до кояьмата- ции зернистой загрузки и дополнительно воду фильтруют через намывной слой активированного угля.

2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что, с цллью обеспечения безотходной технологии, .в качестве источника тонкодисперсного каль- цийкарбонатсодержащего материала используют промывные воды от регейе- рации зернистой загрузки.

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано для приготовления питьевой воды на базе термических опреснителей морской воды. Целью изобретения является повьшение качества воды, упрощение способа, а также обеспечение безотходной технологии. Для осуществления способа в термически опресненную воду одновременно вводят в смесительное устройство раствор диоксида углерода и тонкодисперсный кальцийкарбонат - содержащий материал, взятые в количествах 62-165 и 700-1300 мг/л соответственно. Последующую фильтрацию смеси ведут в течение не менее 6 мин do скоростью до 30 м/ч через кальций карбонатсодержащую загрузку до ее кольматации, затем через намывной слой активированного угля, стабилизируют и обезвреживают озоном, 6 качестве источника тонкодисперсного кальцийкарбонатсодержащего материала предпочтительно использовать промывные воды от регенерации зернистой загрузки. Использование предложенного способа приготовления питьевой воды по сравнению с известным позволяет получить питьевую воду гидрокарбонатного класса с солесодержанием более 250 мг/л и концентрацией кальция более 50 мг/л при увеличении удельной производительности сооружения в 6 раз и обеспечении нормативов по содержанию в воде фтора брома, натрия и хлора. Кроме того, подавляется коррозионная активность воды. 1 з.п.ф-лы, 1 табл. г (Л с

Вода

Предложенный способ Известный способ

Содержание, мг/л - TsOJ- F ТЕИОНОВ рН

14,1 52,7 10,1 39,0 16,2 158,1 0,1 0,7 290,8 8,0 V22,A 30,4 19,7 250,1 16,3 73,2 0,7 0,3 513,1 7,8