СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ


RU (11) 2186736 (13) C1

(51) 7 C02F1/42, C02F103:02, C02F103:04, C02F103:08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000129031/12 
(22) Дата подачи заявки: 2000.11.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.11.21 
(31) Номер конвенционной заявки: 2000063417 
(32) Дата подачи конвенционной заявки: 2000.06.12 
(33) Страна приоритета: UA 
(45) Опубликовано: 2002.08.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985, с.44, 108-111. RU 2104969 С1, 20.02.1998. US 4083782 А, 11.04.1978. ЕР 1051258 А3, 05.04.2000. US 5108616 А, 28.04.1992. 
(71) Заявитель(и): Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского НАН Украины (UA) 
(72) Автор(ы): Мамченко Алексей Владимирович (UA); Ставицкий Виктор Васильевич (UA) 
(73) Патентообладатель(и): Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского НАН Украины (UA) 
Адрес для переписки: 03680, г. Киев-142, ГСП, б-р Вернадского, 42, ИКХХВ НАН Украины, патентный отдел 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ 

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к технологии получения глубоко умягченной воды с низкой щелочностью, и может быть использовано в теплоэнергетике, а также в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Для осуществления способа проводят реагентную обработку исходной воды до достижения рН воды 8,5-11,6 и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности к ионам жесткости в интервале 1,2-4,1 с последующей корректировкой на карбоксильном катионите. Реализация способа позволяет повысить качество кондиционированной воды за счет уменьшения ее щелочности в 1,2-58 раз при достижении глубокого умягчения на уровне, не превышающем 0,01 экв/м3, с одновременным повышением рабочей емкости катионита в 1,04-3,67 раз. Применение предложенного способа позволяет уменьшить сброс солей в окружающую среду за счет сокращения расхода реагентов на регенерацию катионита, а также обеспечивает повышение качества кондиционированной воды за счет уменьшения щелочности при ее глубоком умягчении с одновременным повышением рабочей емкости катионита. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области обработки воды, в частности к технологии получения глубоко умягченной воды с низкой щелочностью реагентным умягчением и ионным обменом, и может быть использовано в теплоэнергетике для подготовки воды для питания паровых, водогрейных котлов, а также в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ получения воды реагентным умягчением [1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - С.108]. Согласно способу [1] вода обрабатывается известью или известью и содой. В случае обработки известью остаточная жесткость воды на 0,4-0,8 экв/м3 больше постоянной жесткости исходной воды, а щелочность составляет 0,8-1,2 экв/м3. При обработке воды известью и содой остаточная жесткость составляет 0,5-1 экв/м3, а щелочность 0,8-1,2 экв/м3.

Недостатками способа [1] являются большая жесткость и значительная щелочность полученной воды.

Известен способ получения умягченной воды ионным обменом [2. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - С.111, 113]. Согласно способу [2] вода обрабатывается в ионообменном фильтре, загруженном слабокислотным, например, карбоксильным катионитом КБ-4, который регенерируют раствором кислоты. Остаточная жесткость обработанной воды на 0,7-1,5 экв/м3 превышает постоянную жесткость исходной воды, щелочность составляет 0,7-1,5 экв/м3, удельный расход кислоты 1 экв/экв удаленных катионов жесткости, рабочая емкость карбоксильного катионита 500-600 экв/м3.

Как следует из сущности способа [2], он предназначен для обработки природных вод, значение рН которых находится в пределах 6,6-8,13, а отношение мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости составляет 0,4-1,0 [3. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - С.12-13].

Недостатками способа [2] являются большая жесткость и значительная щелочность полученной воды, низкая рабочая емкость карбоксильного катионита.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения воды, включающий реагентную обработку исходной воды, например, гидроксидом кальция и/или карбонатом натрия и ее последующую корректировку на катионите [4. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - С.44, 108-111].

Согласно известному способу [4] исходная вода обрабатывается известью или известью и содой. В случае обработки известью остаточная жесткость воды на 0,4-0,8 экв/м3 больше постоянной жесткости исходной воды, а щелочность составляет 0,8-1,2 экв/м3. При обработке воды известью и содой остаточная жесткость составляет 0,5-1 экв/м3, а щелочность 0,8-1,2 экв/м3.

Следовательно, согласно известному способу [4] отношение мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости в обработанной реагентами воде составляет 0,12-2,4, поскольку величина постоянной жесткости природных вод достигает значения 6,6 экв/м3 [3].

Величина рН обработанной реагентами воды находится в пределах 9-10,3 [3, стр.18] Избытки реагентов (извести и соды) по сравнению с минимально необходимыми количествами по стехиометрии реакций составляют 0,3-1 экв/м3 воды [4] , что соответствует для пресных вод относительному избытку реагента 5-30% или удельному расходу реагента 1,05-1,3 экв/экв удаленных ионов жесткости.

Глубокое умягчение воды (до остаточной жесткости 0,01 экв/м3) достигается ее последующим корректированием на сульфокатионите в натриевой форме. Щелочность воды на этой стадии обработки не изменяется и равна щелочности реагентно умягченной воды (0,8-1,2 экв/м3). Истощенный катионит регенерируют раствором хлорида натрия. Удельный расход хлорида натрия устанавливают в зависимости от требуемой жесткости умягченной воды. Он составляет 100-300 г/экв удаляемых катионитом ионов жесткости, что эквивалентно удельному расходу соли 1,7-5,1 экв/экв удаленных ионов жесткости. Рабочая емкость катионита составляет 460-1400 экв/м3.

Это подтверждается и нашими данными при получении по известному способу [4] из природной воды (состав: щелочность 4,0; жесткость 5,3; содержание анионов сильных кислот 1,5; в том числе хлориды 0,5; сульфаты 1 экв/м3) глубоко умягченной до остаточной жесткости 0,01 экв/м3 воды. Так, остаточная щелочность воды после реагентного умягчения составляет 0,8-2,9 экв/м3 при значениях рН 9,8-11,6 (минимальные величины щелочности достигаются при рН реагентно умягченной воды 10,2-10,3). Жесткость реагентно умягченной воды состаляет 0,7-2,7 экв/м3. Отношение мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости в обработанной реагентами воде составляет 0,4-4,1. Корректирование состава реагентно умягченной воды на сульфокатионите приводит к получению глубоко умягченной воды с остаточной жесткостью 0,01 экв/м3 и щелочностью, равной щелочности реагентно умягченной воды. Рабочая емкость катионита составляет 656-850 экв/м3 (таблица, примеры 9-12).

Таким образом основными недостатками способа [4] являются значительная щелочность полученной воды и невысокая рабочая емкость катионита.

Из вышеизложенного следует, что проблема улучшения качества полученной воды за счет снижения ее щелочности при одновременном глубоком умягчении воды актуальна и важна.

Действительно, например, предельно допустимая относительная щелочность воды (отношение щелочности воды к сумме щелочности и содержания солей сильных кислот), предназначенной для питания паровых котлов, в зависимости от типа котла составляет 20-50% при жесткости не более 5 или 10 мг-экв/м3 в зависимости от вида топлива [5. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.147, 149]. Для указанного выше состава природной воды предельно допустимая величина относительной щелочности 20% соответствует щелочности полученной воды 0,66 экв/м3. В случае применения воды для подпитки теплосети щелочность и жесткость воды регламентируются исходя из условий, исключающих образование карбонатных отложений [3, с.154-155], которые определяются в зависимости от режима эксплуатации.

В основу изобретения поставлена задача разработать такой способ получения воды, который обеспечил бы за счет подбора режима реагентной обработки воды и типа применяемого катионита достижение технического результата - повышения качества полученной воды вследствие уменьшения щелочности при ее глубоком умягчении с одновременным повышением рабочей емкости катионита.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения воды, включающий реагентную обработку исходной воды, например, гидроксидом кальция и/или карбонатом натрия и ее последующую корректировку на катионите, в котором согласно изобретению реагентную обработку осуществляют до достижения рН воды 8,5-11,6 и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности к ионам жесткости в интервале 1,2-4,1, а в качестве катионита применяют карбоксильный катионит.

Нами установлено, что реагентная обработка воды до значения рН в интервале 8,5-11,6 и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности (суммы бикарбонат и карбонат ионов) и жесткости 1,2-4,1 с последующей корректировкой на карбоксильном катионите обеспечивает получение глубоко умягченной воды с низкой щелочностью при повышении рабочей емкости катионита. Полученный результат является неожиданным.

Действительно, известно, что обработка природной воды сульфокатионитом позволяет снизить ее жесткость до значений в интервале 0,05-0,1 экв/м3 [4, с. 109]. Согласно [2, с.111, 113] обработка природной воды карбоксильным катионитом КБ-4 позволяет получить воду с жесткостью, на 0,7-1,5 экв/м3 превышающую постоянную жесткость исходной воды, т.е. с большей жесткостью, чем при применении сульфокатионита. Рабочая емкость карбоксильного катионита (500-600 экв/м3 [2. с.113]) близка к минимальной рабочей емкости сульфокатионита в способе [4] (460-1400 экв/м3). Следовательно, заведомо нельзя было предположить, что обработка карбоксильным катионитом (вместо сульфокатионита) воды, полученной реагентным умягчением, состав которой характеризуется заявляемыми пределами значения рН и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости, позволит получить воду с остаточной жесткостью 0-0,01 экв/м3 при повышении рабочей емкости катионита до 880-2406 экв/м3.

Таким образом, получение глубоко умягченной воды с низкой щелочностью и повышение рабочей емкости катионита при реализации предлагаемого способа не являются следствиями использования известных приемов, а гарантируются реагентной обработкой воды до значения рН в интервале 8,5-11,6 и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости в интервале 1,2-4,1 с последующей корректировкой состава воды на карбоксильном катионите.

По известному способу [4] умягченную воду такого же качества получить невозможно (щелочность воды составляет 0,8-2,9 экв/м3); рабочая емкость катионита по ионам жесткости находится в пределах 656-850 экв/м3.

Предлагаемый способ получения воды обеспечивает достижение следующих технических показателей: щелочность 0,05-0,66 экв/м3; жесткость не более 0,01 экв/м3; рабочая обменная емкость катионита 880-2406 экв/м3; удельный расход кислоты 0,19-0,72 экв/экв; удельный расход извести и соды 0,57-1,34 экв/экв, сумма удельных расходов реагентов 1,29-1,69 экв/экв.

Таким образом, совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - повышения качества полученной воды вследствие уменьшения щелочности при ее глубоком умягчении с одновременным повышением рабочей емкости катионита.

Использование предложенного способа позволяет улучшить экологические показатели процесса умягчения воды - уменьшить сброс солей в окружающую среду за счет сокращения удельных расходов реагентов.

Способ реализуется следующим образом.

Исходную воду подвергают реагентной обработке, например, известью и/или содой. В качестве реагентов для такой обработки могут использоваться и другие вещества, например, гидроксид натрия (как самостоятельно, так и совместно с известью). В исходную воду реагенты дозируют в таких количествах, чтобы обеспечить получение реагентно обработанной воды с рН в интервале 8,5-11,6 и отношением мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости в интервале 1,2-4,1. Полученную воду отделяют от выпавшего осадка и пропускают через ионообменный фильтр с загрузкой карбоксильным катионитом, отрегенерированным кислотой после предыдущего цикла обработки воды. В результате получают фильтрат - глубоко умягченную воду с жесткостью и щелочностью на уровне требуемых показателей (жесткость не более 0,01 экв/м3, щелочность не более 0,66 экв/м3).

После достижения заданной предельно допустимой жесткости или щелочности фильтрата (умягченной воды) катионит регенерируют с целью десорбции двухзарядных катионов кальция и магния (ионов жесткости) раствором, содержащим заданное количество кислоты. Отрегенерированный кислотой катионит отмывают водой и используют в следующем цикле получения воды.

Жесткость и щелочность воды определяют по общепринятым методикам [6. Справочник химика-энергетика. Под общей редакцией С.М.Гурвича. - М.: Энергия, 1972. - Т.1. - С.391-397].

Пример реализации предложенного способа.

Исходную воду состава: щелочность 4,0; жесткость 5,3; содержание анионов сильных кислот 1,5; в том числе хлориды 0,5; сульфаты 1 экв/м3 обрабатывают известью (ГОСТ 8677-76) и содой (ГОСТ 10689-75). Дозы реагентов составляют 4,8 и 1,7 экв/м3 исходной воды. Выделившийся осадок отделяют от жидкой фазы и получают реагентно обработанную воду со следующими показателями: рН 10,3; жесткость 0,8 экв/м3; щелочность 1,2 экв/м3. Отношение мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости в реагентно обработанной воде (Щ/Ж) равно: 1,2/0,8=1,5.

Реагентно обработанную воду пропускают через стеклянную колонку, в которую загружено 100 см3 карбоксильного катионита Lewatit CNP 80 (в пересчете на кислую форму), отрегенерированного раствором кислоты после предыдущего цикла обработки воды. Обработанную в колонке воду собирают в емкость и периодически анализируют на содержание ионов жесткости (Ж) и щелочность (Щ): каждый из этих параметров в фильтрате не должен превышать предельно допустимого значения. Пропускание воды прекратили после достижения значения величины жесткости 0,01 экв/м3. Щелочность фильтрата оказалась равной 0,2 экв/м3.

Получено 280 дм3 умягченной воды. Катионит поглотил 280(0,8-0,01)=221,2 мг-экв ионов жесткости. Качество кондиционированной воды соответствует требованиям к получаемой воде: жесткость не более 0,01 экв/м3; относительная щелочность (Щотн.) не более 0,2 (20%), что соответствует для указанного состава исходной воды щелочности не более 0,66 экв/м3.

Рабочая емкость катионита составила 221,2/0,1=2212 экв/м3. Отработанный катионит регенерируют, для чего через колонку пропускают 2,8 дм3 0,1 н. серной кислоты (ГОСТ 4204-77) и отмывают 1 дм3 воды. Отработанный регенерационный раствор объемом 3,8 дм3 анализируют на содержание ионов жесткости. В растворе оказалось 222 мг-экв ионов жесткости. Таким образом, в раствор вытеснено то же количество ионов жесткости, что поглощено в рабочем цикле. Удельный расход серной кислоты на удаление из исходной воды 1 экв ионов жесткости равен 1002,8/[280(5,3-0,01)] = 0,19 экв/экв, а извести и соды - (4,8+1,7)280/[280(5,3-0,01)] = 1,23 экв/экв. Суммарный удельный расход реагентов составил 0,19+1,23=1,42 экв/экв удаленных из исходной воды ионов жесткости (пример 4 таблицы).

Для определения предельных значений рН и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости реагентно обработанной воды проведены опыты идентично описанному выше примеру, в которых указанные величины варьировались за счет изменения доз извести и соды. Результаты представлены в таблице.

Установлено, что заявляемые интервалы значений рН и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости реагентно обработанной воды выбраны из условий, обеспечивающих высокое качество кондиционированной воды (жесткость не более 0,01 экв/м3, щелочность не более 0,66 экв/м3) и высокую рабочую емкость катионита (880-2406 экв/м3).

При запредельном уменьшении рН реагентно обработанной воды до значения меньшего, чем 8,5 (таблица, пример 6), или при запредельном уменьшении отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости (менее 1,2) (таблица, пример 7) возрастает жесткость кондиционированной воды.

Запредельное повышение величины рН, например до 11,8 (таблица, пример 8), сопровождается запредельным повышением отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности и жесткости, которое достигает значения 4,3. Это приводит к уменьшению рабочей емкости катионита до значения, которое находится на уровне рабочей емкости катионита в известном способе.

Преимущества предложенного способа по сравнению с известным подтверждаются данными таблицы. Использование предложенного способа получения воды позволяет повысить качество кондиционированной воды за счет уменьшения ее щелочности с 0,8-2,9 до 0,05-0,66 экв/м3, т.е. в 1,2-58 раз при достижении глубокого умягчения на уровне, не превышающем 0,01 экв/м3 с одновременным повышением рабочей емкости катионита с 656-850 до 880-2406 экв/м3, т.е. в 1,04-3,67 раз.

Следует подчеркнуть, что применение предложенного способа позволяет уменьшить сброс солей в окружающую среду за счет сокращения расхода реагентов на регенерацию катионита. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения воды, включающий реагентную обработку исходной воды и ее последующую корректировку на катионите, отличающийся тем, что реагентную обработку осуществляют до достижения рН воды 8,5-11,6 и отношения мольных концентраций эквивалентов ионов щелочности к ионам жесткости в интервале 1,2-4,1, а в качестве катионита применяют карбоксильный катионит.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru