Способ стабилизации мягкой низкощелочной воды

 

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 нефелинсодержащей породы при времени контакта воды с загрузкой 5-10 мин. 1 табл. W И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 02 F 1/66,5/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4496252/63 (22) 09.09.88, (46) 07.01.93. Бюл. йв 1 (71) Всесоюзный институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (72) Л.С.Алексеев, А,А.Антонов, В.А,Норов, В.С.Пономаренко и О.В.Винокуров (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1409595, кл. С 02 F 5/02, 1988;

Николадзе Г,И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат, 1988, с. 55.

Смирнов В.А. Интенсификация процесса обогащения опресненной воды гидрокарбонатом кальция. Сб.научн.тр.

Технологические процессы, схемы и конструкции сооружений водоподготовки. М.:

ВНИИ ВОДГЕО, 1985, с. 61.

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 ста Ы,, 1786008 А1 (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МЯГКОЙ

НИЗКОЩЕЛОЧНОЙ ВОДЫ (57) 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. Целью изобретения является снижение коррозионной активности фильтрата при одновременном увеличении . срока службы фильтрующей загрузки. Цель достигается путем фильтрования воды через загрузку из дробленой нефелинсодержащей породы при времени контакта воды с загрузкой 5 — 10 мин. 1 табл. билизации воды, так как при отдувке воз-. духом в воде устанавливается остаточная концентрация СОг. 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 иэ 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.

178о008

20

30

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

Поставленная цель достигается тем, что в способе стабилизации мягкой низкощелочнай воды путем ее фильтрования через загрузку иэ дробленой щелочной породы, в качестве последней используют нефелинсодержащие парады, 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 иэ сочленений тетраэдров SiOq и AI04, между которыми расположены атомы Na и К, то последние растворяются, как показали экспериментальные исследования, при комнатной темпеоатуре в первую очередь.

Причем, у иона К,скорость растворения выше, и в фильтрате его прирост наиболее ощутим, С повышением температуры процесса возрастает подвижность алюминия, присутствие которого в воде ограничивает область ее безопасного использования, Связывание углекислоты при фильтровании происходит по реакции

КОН + СО2 = КНСОз (1)

В результате общая щелачность в фильтрате при осуществлении процесса в заявленном диапазоне времени контакта воды с загрузкой (5 — 10 мин} возрастает на максимальную величину 0.15 — 0,2 мг-экв/л, эквивалентную содержанию диоксида углерода в воде при атмосферном давлении. При свойственной мягкой низкощелачной воде малой буферной емкости этот прирост щелочности обуславливает резкое (на 1-2 единицы) повышение величины рН, что полностью подавляет углекислатную агрессивность мягкой низкощелачной воды па отношению, к бетону и стали.

Одновременно создаются условия для пересыщения фильтрата карбонатом кальция, чта обеспечивает образование защитнblх карбонатных пленок íà 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

СэСОз и постоянно присутствующих в нефелине в виде примесей, па реакции

2СаСОз+ 2HzO = Сэ(НСОз)2+ Са(ОН)2, (2)

Поскольку растворимость гидроксида кальция, освобождающегося из нефелина, в воде с избытком превышает потребность в гидроксильных группах для связывания СО по реакции (1), то избыточное количество

ОН сдвигает равновесие в реакции (2) в левую сторону и тем самым обеспечивает пересыщение воды СаСОз.

Упрочнению образующихся кэрбонатных пленок способствуют обогащение нефелиновога фильтрэта силикэтэми, 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 ега высокой твердостью, как показали экспериментальные исследования, обуславливают сохранность геометрических размеров его зерен на протяжении всего периода эксплуатации, Об истощении гидратного компанента загрузки свидетельствует только праскок диоксида углерода в фильтрат, Пример 1, Исходная вода характеризуется следующими параметрами: кальциевая жесткость 0,1 мг-экв/л, щелочнастью 0,1 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 оргстекла. В фильтр загружали драбленый уртрит — наиболее богатую нефелином l1opGду Хибинскаго массива, Содержание нефелина в использовавшемся уртите достигает

70 — 80 /. Высота слоя загрузки — 1 м. B ходе опыта отбирали до и после фильтрата пробы воды и анализировали их на содержание Al, 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-сутачнога периода фильтрования, Установлено, что при времени контакта

1 мин, в фильтрате потенциал осаждения

СаСОз равен 1 мг/л СаСОз, электракинетический потенциал 45 м В, мутность 0,28 мг/л и содержание алюминия 0,01 мг/л, Пример 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.

1786008

Способпрототип

Показатель качества фильтрата

Время контакта воды с загрузкой с учетом ее поистости и и высоте слоя 1 м, мин

Потенциал осаждения

СаСОз, мг/л СаСОз

Электрокинетический потенциал, мВ

Мутность, мг/л

Содержание алюминия, мг/л

0,2

2,0

0,2

0,2

0,1

0,28

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,015

Составитель А.Данилина

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор С.Кулакова

Заказ 224 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Пример 3. При тех же. что в примере

1 воде и технологии ее обработки, но при времени контакта 10 мин потенциал осаждения СаСОз равен 10 мг/л СаСОз, электрокинетический потенциал 10 мг/л, мутность

0,2 мгlл 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 фильт5 рате; приблизить к нейтральному значению электрокинетический потенциал нефелинового фильтрата: 10 — 20 мВ (против 100 мВ в фильтрате ракушечника); сократить непроизводительные потери загрузки на 22 ;

10 обогатить фильтрат кремнием до 5-6 мг/л по Я!Ог, ингибирующим коррозию стали в воде.

Формула изобретения

Способ стабилизации мягкой низкоще15 лочной воды путем ее фильтрования через загрузку из дробленой щелочной породы, отличающийся тем, что, с целью снижения коррозионной активности фильтрата при одновременном увеличении срока

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