Способ очистки воды
Владельцы патента RU 2294898:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к способам очистки воды путем замораживания и оттаивания и может найти применение в пищевой, фармацевтической, химической, энергетической и других отраслях промышленности. Способ очистки воды включает полное замораживание воды, выдержку льда при температуре ниже температуры замерзания исходной воды в течение отрезка времени не менее 1 часа, оттаивание льда при температуре (50-60)°С, отстаивание талой воды от 24 часов до 48 часов и далее сифонирование до 90% объема полученной воды без взмучивания осадка. Предпочтительно после отстаивания пропускать воду через фильтровальную перегородку с размером отверстий, не превышающим 10 мкм. Изобретение позволяет снизить габаритные размеры используемого оборудования, повысить качество и производительность процесса очистки, получить очищенную воду с содержанием солей кальция менее 50 мг/л. 3 табл.
Техническое решение относится к области способов очистки воды путем замораживания и оттаивания и может найти применение в пищевой, фармацевтической, химической, энергетической и других отраслях промышленности.
Известен способ умягчения воды замораживанием [Патент РФ №2225847, С 02 F 5/00, С 02 F 1/22, 2004], включающий замораживание воды при температуре -2...-7°С с выдержкой при указанной температуре в течение (12-24) часов или 36 часов и ее последующее оттаивание. К недостаткам данного способа можно отнести сложность контроля относительной массы льда в момент замораживания воды и выдержки при температуре -2...-7°С, необходимость дополнительных технологических операций по отделению льда от воды и удалению неиспользуемой в технологическом процессе воды. Кроме этого данный способ отличается низкой производительностью и сложен в технической реализации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ улучшения качества питьевой воды замораживанием и оттаиванием [Патент РФ №2186033, С 02 F 1/22, С 02 F 5/00, 2002] путем замораживания воды в сосуде с отношением высоты к линейному размеру поперечного сечения ≥2, растапливания льда в том же сосуде при температуре до 30°С и сифонирования верхнего очищенного слоя жидкости объемом ≤75% от общего объема замороженной воды, при этом оттаивание ведут при неподвижном вертикальном положении сосуда, а удаление очищенной воды проводят не позднее чем через сутки по окончании оттаивания.
К недостаткам данного способа можно отнести следующие: длительность процесса очистки воды, невозможность промышленной реализации способа из-за периодичности процесса и малого объема очищаемой воды, значительное содержание солей кальция в очищенной воде.
Предлагаемое техническое решение позволяет снизить удельные затраты энергии, повысить качество и производительность процесса очистки воды, уменьшить содержание солей кальция в воде.
Это достигается тем, что в предлагаемом способе после замораживания воды осуществляют выдержку льда при температуре ниже температуры замерзания исходной воды в течение отрезка времени не менее 1 часа, оттаивание льда при температуре (50-60)°С, отстаивание талой воды от 24 часов до 48 часов и далее сифонирование до 90% объема полученной воды без взмучивания осадка или фильтрование всего объема воды через проницаемую перегородку с размером отверстий, не превышающим 10 мкм.
Способ осуществляется следующим образом.
Пример. Исходную воду помещают в сосуд, полностью замораживают при температуре ниже точки замерзания воды, например -12°С, выдерживают при данной температуре не менее 1 часа, затем растапливают лед при температуре (50-60)°С, отстаивают талую воду в течение 28 часов, сифонируют 85% объема отстоявшейся воды без взмучивания осадка или фильтруют полученную воду через хлопчатобумажную ткань для удаления хлопьев осадка. Содержание солей кальция в исходной воде составляет 80 мг/л. Исходная вода также содержит соли магния 20 мг/л. После очистки воды содержание солей Са в воде уменьшается до 50 мг/л, а содержание солей магния практически не изменяется. При повторной обработке полученной воды содержание солей Са в воде уменьшается до 36 мг/л.
Повышение температуры теплоносителя сказывается на времени растапливания льда, т.е. на производительности данной стадии, при этом относительное содержание солей кальция меняется при использовании теплоносителя с различной температурой. Влияние температуры оттаивания приведено в таблице 1.
| Таблица 1 Влияние температуры оттаивания на процесс очистки воды | ||||||
| Температура оттаивания, °С | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| Производительность, кг/ч | 0,88 | 1,34 | 2,00 | 2,42 | 2,95 | 3,73 |
| Эффективность очистки, % | 28,9 | 33,1 | 37,5 | 38,4 | 29,3 | 25,2 |
В качестве средства, с помощью которого осуществляется оттаивание льда, может использоваться нагретая до температуры (50-60)°С вода из системы тепловодоснабжения, подаваемая на пластиковые бутыли со льдом, помещенные в емкостной аппарат. Объем бутылей составляет от 0,5 л до 20 л. Влияние времени отстаивания на содержание солей кальция в очищенной воде приведено в таблице 2.
| Таблица 2 Влияние времени отстаивания воды на содержание солей Са | |||||
| Время отстаивания, час | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 |
| Содержание солей кальция, мг/л | 69 | 51 | 50 | 50 | 56 |
Использование фильтрования вместо отстаивания талой воды в несколько раз уменьшает время, затрачиваемое на получение очищенной воды. Время фильтрования определяется объемом очищаемой воды и пропускной способностью фильтра.
Полученный после отстаивания или фильтрования воды осадок, например из родниковой воды, представляет собой белый порошок из округлых частиц размером (10-20) мкм, содержащий 3,10% кремния, 0,14% фосфора, 0,10% серы, 96,52% кальция и 0,14% калия. Осадок, полученный после очистки водопроводной воды, содержит 8,34% кремния, 0,51% фосфора, 0,05% серы, 84,62% кальция и 6,48% железа. Исходя из минимального размера частиц осадка, использование проницаемой перегородки с размером отверстий менее 10 мкм может привести к значительному количеству частиц осадка в очищаемой путем фильтрования воде, т.к. размер частиц может оказаться соизмеримым с размером отверстий.
В известном способе улучшения качества питьевой воды оттаивание льда проводят при температуре не более 30°С, что приводит к длительному процессу перехода воды из твердого агрегатного состояния в жидкое и способствует растворению солей кальция. Исходной средой для получения очищенной воды в известном способе является также питьевая вода. Значения параметров и сравнительная характеристика способов представлены в таблице 3.
| Таблица 3 Характеристика способа очистки воды | ||
| Параметры процесса | Известный способ | Предлагаемый способ |
| Температура замораживания, °С | -7 | -7 |
| Температура оттаивания, °С | 30 | 50 |
| Продолжительность выдержки, час | отсутствует | 1 |
| Содержание солей Са в исходной воде, мг/л | 80 | 80 |
| Содержание солей Са в очищенной воде, мг/л | 68 | 50 |
| Продолжительность отстаивания воды, час | 24 | 30 |
| Производительность, кг/ч | 0,0137 | 0,0328 |
Использование предлагаемого способа очистки воды обеспечивает по сравнению с существующими способами снижение габаритных размеров оборудования, повышение качества питьевой воды и производительности процесса ˜ в 2,4 раза, получение очищенной воды с содержанием солей кальция менее 50 мг/л. Способ использован при отработке технологии очистки родниковой, артезианской и водопроводной питьевой воды.
Способ очистки воды путем полного ее замораживания, последующего оттаивания, отстаивания и сифонирования талой воды, отличающийся тем, что после замораживания воды осуществляют выдержку льда при температуре ниже температуры замерзания исходной воды в течение отрезка времени не менее 1 ч, оттаивание льда при температуре 50-60°С, отстаивание талой воды от 24 до 48 ч и далее сифонирование до 90% объема полученной воды без взмучивания осадка или фильтрование всего объема воды через проницаемую перегородку с размером отверстий, не превышающим 10 мкм.
