Способ стабилизации мягкой низкощелочной воды Советский патент 1993 года по МПК C02F1/66 C02F5/06 

Изобретение относится к подготовке воды для технических и хозяйственно-питьевых целей, в частности, к способам стабилизации мягких вод с щелочностью не выше 0,2 мг-экв/л и содержанием диоксида углерода, отвечающим его парциальному давлению в воздухе.

Известен способ стабилизации мягкой низкощелочной воды путем фильтрования через мраморную загрузку.

Недостатком известного способа является необходимость создания повышенных температур (50-70°С) для интенсификации процесса стабилизации.

Известен способ стабилизации мягкой низкощелочной воды путем аэрации.

Недостатком указанного способа является невозможность добиться полной стабилизации воды, так как при отдувке воздухом в воде устанавливается остаточная концентрация С02. отвечающая его парциальному давлению в атмосфере.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является способ стабилизации мягкой низкощелочной воды путем ее фильтрования через загрузку из дробленой щелочной породы - ракушечника.

Недостатком известного способа является относительно высокая коррозионная активность обработанной воды, а также перерасход загрузки и попутное загрязнение фильтрата компонентами ракушечника вследствие измельчения его в процессе фильтрации воды.

XJ

00 О О 00

Целью изобретения является снижение коррозионной активности фильтрата при одновременном увеличении срока службы загрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе стабилизации мягкой низкощелочной воды путем ее фильтрования через загрузку из дробленой щелочной породы, в качестве последней используют нефелинсо- держащиё породы, а процесс фильтрования осуществляют при времени контакта воды с загрузкой 5-10 мин.

В условиях динамического контакта мягкой низкощелочной воды с нефелиновой загрузкой имеет место ее растворение и гидролиз. Поскольку элементарная кристаллическая ячейка нефелина состоит из сочленений тетраэдров SiCM и AI04, между которыми расположены атомы Na и К, то последние растворяются, как показали экс- периментальные исследования, при комнатной темпеоатуре в первую очередь. Причем, у иона К скорость растворения выше, и в фильтрате его прирост наиболее ощутим. С повышением температуры про- цесса возрастает подвижность алюминия, присутствие которого в воде ограничивает область ее безопасного использования. Связывание углекислоты при фильтровании происходит по реакции КОН + С02 КНСОз (1)

В результате общая щелочность в фильтрате при осуществлении процесса в заяв- ленном диапазоне времени контакта воды с загрузкой (5-10 мин) возрастает на макси- мальную величину 0,15-0,2 мг-экв/л, эквивалентную содержанию диоксида углерода в воде при атмосферном давлении. При свойственной мягкой низкощелочной воде малой буферной емкости этот прирост ще- лочности обуславливает резкое (на 1-2 ницы) повышение величины рН, что полностью подавляет углекислотную агрессивность мягкой низкощелочной воды по отношению, к бетону и стали.

Одновременно создаются условия для пересыщения фильтрата карбонатом кальция,.что обеспечивает образование защитных карбонатных пленок на внутренней поверхности труб при перекачке по ним мягких вод, т.е. стабилизацию воды. Механизм возникновения пересыщения СаСОз в нефелиновом фильтрате следующий. Наряду с вымыванием из загрузки КОН имеет место гидролиз минералов, содержащих СаСОз и постоянно присутствующих в нефелине в виде примесей, по реакции 2СаСОз + 2Н20 Са(НСОз)2 + Са(ОН)2. (2)

Поскольку растворимость гидроксида кальция, освобождающегося из нефелина, в

воде с избытком превышает потребность в гидроксильных группах для связывания С02 по реакции (1), то избыточное количество ОН сдвигает равновесие в реакции (2) в левую сторону и тем самым обеспечивает пересыщение воды СаСОз.

Упрочнению образующихся карбонатных пленок способствуют обогащение нефелинового фильтрата силикатами, коллоидные частицы которого имеют отрицательный заряд. Таким образом, создаются благоприятные условия для существенного снижения электрокинетического потенциала воды (менее 10-20 мВ) за счет адсорбции твердой фазы СаСОз частиц силикатов и ускорения коагуляции.

Специфическое кристаллическое строение минерала нефелина в сочетании с его высокой твердостью, как показали экспериментальные исследования, обуславливают сохранность геометрических размеров его зерен на протяжении всего периода эксплуатации. Об истощении гидратного компонента загрузки свидетельствует только проскок диоксида углерода в фильтрат.

Пример 1, Исходная вода характеризуется следующими параметрами: кальцие- вая жесткость 0,1 мг-экв/л, щелочностью0,1 мг-экв/л, мутность 0,5 мг/л, рН 6,5. Содержание в воде, мг/л: железа 0,15, кальция 4, алюминия 0,01. Фильтрование этой воды проводили через фильтр сверху вниз, стенки которого выполнены из прозрачного орг- стекла. В фильтр загружали дробленый уртрит-наиболее богатую нефелином породу Хибинского массива. Содержание нефелина в использовавшемся уртите достигает 70-80%. Высота слоя загрузки - 1 м. В ходе опыта отбирали до и после фильтрата пробы воды и анализировали их на содержание AI, а также определяли мутность, электрокинетический потенциал и потенциал осаждения СаСОз. Кроме того, визуально определяли потери загрузки при движении воды через нее, а также при промывочно-взрыхляющих операциях в течение 100-суточного периода фильтрования.

Установлено, что при времени контакта . в фильтрате потенциал осаждения СаСОз равен 1 мг/л СаСОз, электрокинетический потенциал 45 мВ, мутность 0,28 мг/л и содержание алюминия 0,01 мг/л.

При м-е р 2. Состав воды и условия ее обработки те же, что в примере 1, но время контакта 5 мин. В полученном фильтрате потенциал осаждения СаСОз равен 4 мг/л СаСОз, электрокинетический потенциал 20 мВ, мутность 0,2 мг/л и содержание алюминия 0,01 мг/л.

Пример 3. При тех же, что в примере 1 воде и технологии ее обработки, но при времени контакта 10 мин потенциал осаждения СаСОз равен Юмг/л СаСОз, электрокинетический потенциал 10 мг/л, мутность 0,2 мг/л и содержание алюминия 0,01 мг/л.

Пример 4. При тех же, что в примере 1 воде и технологии ее обработки, но при времени контакта 8 мин потенциал осаждения равен 7 мг/л СаСОз. электрокинетический потенциал 15 мВ, мутность 0,2 мг/л и содержание алюминия 0,01 мг/л.

Пример 5. При тех же, что в примере 1 воде и технологии ее обработки, но при времени контакта 14 мин потенциал осаждения СаСОз равен 15 мг/л СаСОз, электрокинетический потенциал 2 мВ, мутность 0,1 мг/л и содержание алюминия 0.015 мг/л.

В таблице получены в примерах 1-5 опытные данные сопоставлены с данными испытаний по способу-прототипу.

Из данных таблицы следует, что по сравнению с прототипом использование

описываемого способа стабилизации мягкой воды позволяет: повысить потенциал осаждения карбоната кальция с 8 мг/л в исходной воде до 4-10 мг/л СаСОз в фильтрате; приблизить к нейтральному значению электрокинетический потенциал нефелинового фильтрата: 10-20 мВ (против 100 мВ в фильтрате ракушечника); сократить непроизводительные потери загрузки на 22%;

обогатить фильтрат кремнием до 5-6 мг/л по SI02, ингибирующим коррозию стали в воде.

Ф.о рмула изобретения Способ стабилизации мягкой низкощелочной воды путем ее фильтрования через загрузку из дробленой щелочной породы, отличающийся тем, что, с целью снижения коррозионной активности фильтрата при одновременном увеличении срока

службы загрузки, в качестве последней используют нефелинсодержащиё породы, а процесс фильтрации осуществляют при времени контакта воды и загрузки 5-10 мин,

Изобретение относится к подготовке воды для технических и хозяйственно-питьевых целей, в частности к способам стабилизации мягких воде щелочностью не выше 0,2 мг-экв/л. Целью изобретения является снижение коррозионной активности фильтрата при одновременном увеличении срока службы фильтрующей загрузки. Цель достигается путем фильтрования воды через загрузку из дробленой нефелинсодер- жащей породы при времени контакта воды с загрузкой 5-10 мин. 1 табл. W И