Система введения суспензии тонкоизмельченного сасо3 для реминерализации обессоленной и пресной воды
Изобретения могут быть использованы при реминерализации исходной пресной воды для возвращения минералов, в частности карбоната кальция, в предварительно опресненную, обессоленную или содержащую недостаточное количество минералов воду при получении питьевой воды. Способ реминерализации воды включает подачу сырьевой воды, введение газообразного диоксида углерода и суспензии тонкоизмельченного карбоната кальция в сырьевую воду, причем карбонат кальция имеет размер частиц от 0,1 до 100 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,05 до 1,5 вес.% в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция и при этом концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 2 до 20 вес.%. Способ и применение тонкоизмельченного карбоната кальция указанных параметров обеспечивают приготовление реминерализованной питьевой воды с требуемым содержанием минералов, удовлетворяющей нормативам на питьевую воду, со сниженной коррозионной активностью при уменьшении размеров установки реминерализации. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области обработки воды, в частности, к способу реминерализации воды и использованию карбоната кальция в таком способе.
Питьевая вода становится дефицитной. Даже в странах с большими запасами воды не все источники и водохранилища годятся для получения питьевой воды, и многим источникам сегодня угрожает резкое ухудшение качества воды. Изначально подаваемая для обработки вода, используемая в целях питья, была в основном поверхностной водой и подземной водой. Однако по экологическим и экономическим причинам становится все более и более важной обработка морской воды, рассола, слабоминерализованной воды, сточных вод и загрязненной отработанной воды.
Известно несколько способов восстановления воды из морской воды или слабоминерализованной воды для применения для питья, которые имеют большое значение для засушливых территорий, прибрежных районов и морских островов, и такие способы включают дистилляцию, электролитический, а также осмотический или обратноосмотический способы. Вода, полученная такими способами, является очень мягкой и имеет низкий pH из-за отсутствия солей-буферов pH, и поэтому обычно она является очень химически активной и, если ее не обработать, может создавать серьезные проблемы с коррозией при ее транспортировке по обычным трубопроводам. Кроме того, необработанную обессоленную воду нельзя использовать напрямую как источник питьевой воды. Чтобы предотвратить растворение нежелательных веществ в трубопроводных системах, чтобы избежать коррозии водопроводных сооружений, таких, как трубы и клапаны, и чтобы сделать воду вкусной, ее необходимо реминерализовать.
Традиционными способами, которые в основном применяются для реминерализации воды, являются растворение извести с помощью диоксида углерода и фильтрация через слой известняка. Другие, менее распространенные способы реминерализации включают, например, добавление гашеной извести и карбоната натрия, добавление сульфата кальция и бикарбоната натрия, или добавление хлорида кальция и бикарбоната натрия.
Способ известкования влечет обработку раствора извести водой, подкисленной CO2, причем идет следующая реакция:
Ca(OH)2+2CO2->Ca2++2HCO3 -
Как следует из реакционной схемы выше, необходимо два эквивалента CO2, чтобы превратить один эквивалент Ca(OH)2 в Ca2+ и бикарбонат для реминерализации. Этот способ зависит от добавления двух эквивалентов CO2, чтобы превратить основный гидроксидный анион в буферное бикарбонатное соединение. Для реминерализации воды насыщенный раствор гидроксида кальция, обычно называемый известковой водой, концентрацией 0,1-0,2 вес.% в расчете на полный вес, готовят из известкового молока (обычно концентрацией максимум 5 вес.%). Поэтому для получения известковой воды должен применяться сатуратор, и необходимы большие объемы известковой воды, чтобы достичь желаемого уровня реминерализации. Следующим недостатком этого способа является то, что гашеная известь вызывает коррозию и требует соответствующего обращения и особого оборудования. Кроме того, плохо контролируемое добавление гашеной извести в мягкую воду может привести к нежелательным сдвигам pH из-за отсутствия буферных свойств извести.
Способ фильтрации через слой известняка содержит этап пропускания мягкой воды через слой гранулированного известняка, растворяя карбонат кальция в потоке воды. Известняк, контактирующий с водой, подкисленной CO2, минерализует воду в соответствии с:
CaCO3+CO2+H2O->Ca2++2HCO3 -
В отличие от способа известкования, согласно стехиометрии требуется всего один эквивалент CO2 для превращения одного эквивалента CaCO3 в Ca2+ и бикарбонат для реминерализации. Кроме того, известняк не вызывает коррозии, а благодаря буферным свойствам CaCO3 предотвращается значительный сдвиг pH.
Одним дополнительным преимуществом использования карбоната кальция вместо извести является очень низкий объем выбросов диоксида углерода в этом способе. Чтобы получить одну тонну карбоната кальция, нужно выпустить в атмосферу 75 кг CO2, тогда как для получения одной тонны извести нужно выпустить 750 кг CO2. Поэтому применение карбоната кальция вместо извести дает некоторую экологическую выгоду.
Однако, скорость растворения гранулярного карбоната кальция низкая, и для процесса фильтрации через известняк необходимы большие фильтры. Это приводит к значительным объемам, занимаемым этими фильтрами, и для таких систем фильтрации через слой известняка требуются большие производственные площади.
Способы реминерализации воды с применением известкового молока или суспензии извести описаны в US 7374694 и EP 0520826. Документ US 5914046 описывает способ снижения кислотности в сбросах сточных вод с использованием пульсирующего слоя известняка.
Таким образом, принимая во внимание недостатки известных способов реминерализации воды, целью настоящего изобретения является разработать альтернативный или улучшенный способ реминерализации воды.
Другой целью настоящего изобретения является разработать способ реминерализации воды, который не требует коррозионных соединений и, таким образом, предотвращает опасность образования отложений, устраняет потребность в коррозионно-стойком оборудовании и обеспечивает безопасную обстановку для рабочих, занятых на установке. Было бы также желательным дать экологически безопасный способ, который требует малого количества диоксида углерода по сравнению с современными способами реминерализации воды известью.
Другой целью настоящего изобретения является разработать способ реминерализации воды, в котором можно устанавливать требуемые значения содержания минералов.
Другой целью настоящего изобретения является разработать способ реминерализации с использованием известняка, что позволит применять установки реминерализации меньшего размера, или разработать способ реминерализации, который позволит использовать меньшие объемы реминерализующего соединения, например, по сравнению со способом известкования. Было бы также желательным дать способ, который может работать на агрегатах меньшей площади, чем способ фильтрации через слой известняка.
Вышеназванные и другие цели достигнуты разработкой способа реминерализации воды, включающего этапы: (a) подача сырьевой воды и (b) введение газообразного диоксида углерода и суспензии в подаваемую сырьевую воду, причем суспензия содержит тонкоизмельченный карбонат кальция.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, дается применение тонкоизмельченного карбоната кальция для реминерализации воды.
Выгодные варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно одному варианту осуществления, концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 0,05 до 40 вес.%, от 1 до 25 вес.%, от 2 до 20 вес.%, предпочтительно от 3 до 15 вес.% и наиболее предпочтительно от 5 до 10 вес.%, в расчете на полный вес суспензии, или концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 10 до 40 вес.%, от 15 до 30 вес.% или от 20 до 25 вес.%, в расчете на полный вес суспензии. Согласно другому варианту осуществления, карбонат кальция имеет размер частиц от 0,1 до 100 мкм, от 0,5 до 50 мкм, от 1 до 15 мкм, предпочтительно от 2 до 10 мкм, наиболее предпочтительно от 3 до 5 мкм. Согласно еще одному варианту осуществления, карбонат кальция имеет содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,02 до 2,5 вес.%, от 0,05 до 1,5 вес.% или от 0,1 до 0,6 вес.%, в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Согласно еще одному варианту осуществления, карбонат кальция является измельченным карбонатом кальция, модифицированным карбонатом кальция или осажденным карбонатом кальция, или их смесями.
Следует отметить, что карбонат кальция является основным составляющим мрамора, известняка и мела. Кальцит является карбонатным минералом и наиболее стабильной полиморфной модификацией карбоната кальция. Другими полиморфными модификациями карбоната кальция являются минералы арагонит и фатерит. Арагонит будет изменяться в кальцит при 380-470°C, а фатерит еще менее стабилен. Согласно одному варианту осуществления, суспензия содержит, кроме того, минералы, содержащие магний, калий или натрий, предпочтительно карбонат магния, карбонат кальция-магния, например, доломитовый известняк, известковый доломит, доломит или полуобожженный доломит; содержащие оксид магния, например, обожженный доломит; сульфат магния, гидрокарбонат калия или гидрокарбонат натрия. Согласно другому варианту осуществления, суспензия является свежеприготовленной путем смешения воды и карбоната кальция. Согласно еще одному варианту осуществления, период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии составляет менее 48 часов, менее 24 часов, менее 12 часов, менее 5 часов, менее 2 часов или менее 1 часа. Согласно еще одному варианту осуществления, введенная суспензия отвечает требованиям к микробиологическому качеству, определенным в национальных нормативах на питьевую воду.
Согласно одному варианту осуществления, полученная реминерализованная вода имеет концентрацию кальция, выраженную на карбонат кальция, от 15 до 200 мг/л, предпочтительно от 50 до 150 мг/л и наиболее предпочтительно от 100 до 125 мг/л, или от 15 до 100 мг/л, предпочтительно от 20 до 80 мг/л и наиболее предпочтительно от 40 до 60 мг/л. Согласно другому варианту осуществления, полученная реминерализованная вода имеет концентрацию магния от 5 до 25 мг/л, предпочтительно от 5 до 15 мг/л и наиболее предпочтительно от 8 до 12 мг/л. Согласно еще одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет показатель мутности ниже 5,0 NTU, ниже 1,0 NTU, ниже 0,5 NTU или ниже 0,3 NTU. Согласно еще одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет индекс насыщения Ланжелье (Langelier Saturation Index, LSI) от -1 до 2, предпочтительно от -0,5 до 0,5, наиболее предпочтительно от -0,2 до 0,2. Согласно еще одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет индекс плотности осадка (Slit Density Index) SDI15 ниже 5, предпочтительно ниже 4 и наиболее предпочтительно ниже 3. Согласно еще одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет показатель загрязнения мембраны (Membrane Fouling Index) MFI0,45 ниже 4, предпочтительно ниже 2,5, наиболее предпочтительно ниже 2.
Согласно одному варианту осуществления, сырьевая вода является обессоленной морской водой, слабоминерализованной водой или рассолом, очищенной сточной водой или природной водой, как грунтовая вода, поверхностная вода или дождевой сток.
Согласно одному варианту осуществления, диоксид углерода вводят на первом этапе, а суспензию вводят позднее на втором этапе, или суспензию вводят на первом этапе, а диоксид углерода вводят позднее на втором этапе, или диоксид углерода и суспензию вводят одновременно. Согласно другому варианту осуществления, диоксид углерода вводят в воду, использующуюся для приготовления суспензии.
Согласно одному варианту осуществления, реминерализованную воду смешивают с сырьевой водой. Согласно другому варианту осуществления, способ включает дополнительно этап удаления частиц.
Согласно одному варианту осуществления, способ содержит, кроме того, этапы: c) измерение значения параметра реминерализованной воды, причем параметр выбран из группы, содержащей щелочность, удельную проводимость, общую жесткость, концентрацию кальция, pH, концентрацию CO2, полное содержание растворенных веществ и мутность реминерализованной воды, d) сравнение измеренного значения параметра с заданным значением параметра, и e) определение количества вводимого диоксида углерода и/или суспензии на основе разности между измеренным и заданным значением параметра. Согласно другому варианту осуществления, заданным значением параметра является величина pH, причем величина pH составляет от 5,5 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5.
Согласно одному варианту осуществления, для реминерализации воды используется тонкоизмельченный карбонат кальция, причем реминерализованная вода выбрана из питьевой воды, воды для рекреационного водопользования, как вода для плавательных бассейнов, технической воды для прикладных процессов, воды для орошения или воды для подпитки водоносных горизонтов или скважин.
Термин "щелочность (TAC)", используемый в настоящем изобретении, является мерой способности раствора нейтрализовать кислоты до эквивалентной точки карбоната или бикарбоната. Щелочность равна сумме стехиометрических коэффициентов при основаниях в растворе и определяется в мг/л как CaCO3. Щелочность может быть измерена титратором.
Для целей настоящего изобретения термин "концентрация кальция" относится к полному содержанию кальция в растворе и указывается в мг/л как Ca2+ или как CaCO3. Концентрацию можно измерить титратором.
"Удельная проводимость" в контексте настоящего изобретения используется как указатель того, насколько оцениваемая вода свободна от солей, ионов или примесей; чем чище вода, нем ниже ее удельная проводимость. Удельную проводимость можно измерить резистивиметром, и она указывается в мкСм/см.
"Измельченный карбонат кальция" (GCC) в контексте настоящего изобретения является карбонатом кальция, полученным из натуральных источников, в том числе мрамора, мела или известняка, и обработанным таким способом, как размол, просеивание и/или сухое и/или мокрое фракционирование, например, на циклоне. Специалисту известно, что измельченный карбонат кальция может по своей природе содержать определенную концентрацию магния, как в случае, например, доломитового кальцита.
Термин "индекс насыщения Ланжелье" (LSI), как он используется в настоящем изобретении, описывает тенденцию водной жидкости к образованию накипи или к коррозии, причем положительный LSI означает тенденцию к образованию накипи, а отрицательный LSI указывает на коррозионно-активный характер. Таким образом, сбалансированный индекс насыщения Ланжелье, т.е., LSI=0, означает, что водная жидкость находится в химическом равновесии. LSI рассчитывается следующим образом:
LSI=pH-pHs,
где pH есть фактическое значение pH водной жидкости, а pHs есть значение pH водной жидкости при насыщении CaCO3. Величину pHs можно оценить следующим образом:
pHs=(9,3+A+B)-(C+D),
где A есть численный показатель, характеризующий полное содержание растворенных веществ (TDS), присутствующих в водной жидкости, B есть численный показатель, характеризующий температуру водной жидкости в K, C есть численный показатель, характеризующий концентрацию кальция в водной жидкости в мг/л CaCO3, и D есть численный показатель, характеризующий щелочность водной жидкости, в мг/л CaCO3. Параметры A - D определяются из следующих уравнений:
A=(log10(TDS)-1)/10
B= -13,12×log10(T+273)+34,55
C=log10[Ca2+]-0,4
D=log10(TAC),
где TDS есть полное содержание растворенных веществ, в мг/л, T есть температура в °C, [Ca2+] означает концентрацию кальция в водной жидкости, в мг/л CaCO3, и TAC есть щелочность водной жидкости, в мг/л CaCO3.
Термин "индекс плотности осадка" (Silt Density Index, SDI), как он используется в настоящем изобретении, относится к количеству твердых частиц в воде и коррелирует с тенденцией к загрязнению систем обратного осмоса или нанофильтрации. SDI можно рассчитать, например, из скорости забивки мембранного фильтра с размером ячеек 0,45 мкм, когда через него проходит вода при постоянном приложенном давлении воды 208,6 кПа. Значение SDI15 рассчитывается из скорости забивки мембранного фильтра с размером ячеек 0,45 мкм, когда через него пропускается вода при постоянном приложенном давлении воды 208,6 кПа в течение 15 мин. Типично, системы обратного осмоса со спиральной намоткой будут требовать SDI меньше 5, а системы обратного осмоса с полым волоком будут требовать SDI меньше 3.
Термин "модифицированный показатель загрязнения" (MFI), как он используется в настоящем изобретении, относится к концентрации суспендированного вещества и является более точным показателем, чем SDI, для предсказания тенденции воды загрязнять мембраны обратного осмоса или нанофильтрации. Способ, какой можно применять для определения MFI, может быть тем же, что и для определения SDI, за исключением того, что объем записывается каждые 30 секунд в течение 15-минутного периода фильтрации. MFI можно определить графически как наклон прямолинейной части кривой, если построить график t/V как функция V (t есть время в секундах, необходимое, чтобы собрать объем V в литрах). Величина MFI меньше 1 соответствует значению SDI примерно <3 и может считаться достаточно низкой для контроля загрязнения коллоидами и частицами.
В случае, когда для измерения MFI используется ультрафильтрационная (UF) мембрана, этот показатель обозначается MFI-UF в отличие от MFI0,45, когда используется мембранный фильтр с размером ячеек 0,45 мкм.
Для целей настоящего изобретения термин "тонкоизмельченный" относится к размеру частиц микронного диапазона, например, к размеру частиц от 0,1 до 100 мкм. Тонкоизмельченные частицы могут быть получены методами, основанными на трении, например, размолом или дроблением, в мокрых или сухих условиях. Однако, можно также получать тонкоизмельченные частицы любым другим подходящим способом, например, осаждением, быстрым расширением сверхкритических растворов, распылительной сушкой, классификацией или фракционированием природных песков или илов, или фильтрацией воды, способами золь-гель, невакуумным химическим напылением, пламенным синтезом или синтезом из жидкой пены.
Во всем настоящем документе "размер частиц" полученного карбоната кальция описывается распределением частиц по размеру. Величина dx означает диаметр, относительно которого x весовых процентов частиц имеют диаметры меньше dx. Это означает, что величина d20 соответствует случаю, когда 20 вес.% всех частиц имеют размер меньше d20, а величина d75 означает размер, при котором 75 вес.% частиц имеют размер меньше d75. Таким образом, величина d50 есть средневесовой размер частиц, т.е., 50 вес.% всех частиц имеют диаметр больше или меньше этого размера частиц. Для целей настоящего изобретения размер частиц указывается как средневесовой размер d50, если не указано иное. Для определения величины средневесового размера частиц d50 для частиц размером d50 более 0,5 мкм можно использовать прибор Sedigraph 5100 от компании Micromeritics, США.
"Осажденный карбонат кальция (PCC)" в контексте настоящего изобретения означает синтезированный материал, обычно получаемый осаждением в результате реакции диоксида углерода и извести в водной среде, или осаждением кальция и карбонатного источника в воде, или осаждением кальция и карбонатных ионов, например CaCl2 и Na2CO3, из раствора.
Термин "реминерализация", как он используется в настоящем изобретении, относится к возвращению минералов в воду, совсем не содержащую минералов или не содержащую недостаточного количества минералов, чтобы получить воду с привлекательным вкусом. Реминерализации можно достичь, добавляя в обрабатываемую воду по меньшей мере карбонат кальция. Факультативно, например, в целях пользы для здоровья или чтобы обеспечить надлежащее введение некоторых существенных минералов и микроэлементов, можно примешивать к карбонату кальция дополнительные вещества и добавлять затем в воду в процессе реминерализации. В соответствии с национальными нормативами, относящимися к охране здоровья и качеству питьевой воды, реминерализованный продукт может включать дополнительные минералы, содержащие магний, калий или натрий, например, карбонат магния, сульфат магния, гидрокарбонат калия, гидрокарбонат натрия или другие минералы, содержащие необходимые микроэлементы.
Для целей настоящего изобретения "суспензия" содержит нерастворимые твердые вещества, воду и, факультативно, дальнейшие добавки и обычно содержит большое количество твердых веществ и, таким образом, является более вязкой и обычно имеет более высокую плотность, чем жидкость, из которой она образована.
Термин "полное содержание растворенных веществ (TDS)", как он используется в настоящем изобретении, является мерой суммарного содержания всех неорганических и органических веществ, имеющихся в жидкости в молекулярной, ионизованной или микрогранулированной (коллоидный золь) суспендированной форме. Обычно рабочие установки таковы, что твердые вещества должны быть достаточно малого размера, чтобы при фильтрации пройти через сито с размером ячеек два микрона. Полное содержание растворенных веществ можно оценить резистивиметром, оно приводится в мг/л.
"Мутность" в контексте настоящего изобретения описывает непрозрачность или матовость жидкости, вызванную отдельными частицами (суспендированными твердыми веществами), которые обычно не видимы невооруженным глазом. Измерение мутности является ключевой проверкой качества воды и может проводиться на нефелометре. Единицы мутности, измеренные на калиброванном нефелометре, использующемся в настоящем изобретении, определены как нефелометрические единицы мутности (Nephelometric Turbidity Units, NTU).
Способ реминерализации воды согласно изобретению содержит этапы: a) подача сырьевой воды и b) введение газообразного диоксида углерода и суспензии в сырьевую воду, причем суспензия содержит тонкоизмельченный карбонат кальция.
Сырьевая вода, используемая в способе по изобретению, может поступать из различных источников. Сырьевая вода, предпочтительно обрабатываемая способом по настоящему изобретению, является обессоленной морской водой, слабоминерализованной водой или рассолом, очищенной сточной водой или природной водой, такой, как грунтовая вода, поверхностная вода или дождевой сток.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, сырьевая вода может быть предварительно обработана. Предобработка может быть необходима, например, в случае, когда сырьевая вода получена из поверхностной воды, грунтовой воды или дождевой воды. Например, чтобы удовлетворить нормативам на питьевую воду, воду необходимо обработать с применением химических или физических методов, чтобы удалить такие загрязнители, как органика и нежелательные минералы. Например, в качестве первого этапа предобработки может применяться озонирование, за которым следует коагуляция, флокуляция или декантация как второй этап обработки. Например, в качестве флокулянтов могут применяться соли железа(III), такие, как FeClSO4 или FeCl3, или соли алюминия, такие, как AlCl3, Al2(SO4)3, или полиалюминий. Флоккулированные материалы можно удалить из сырьевой воды, например, с помощью песочных фильтров или многослойных фильтров. Следующие способы очистки воды, которые могут применяться для предварительной обработки сырьевой воды описаны, например, в патентах EP 1975310, EP 1982759, EP 1974807 или EP 1974806.
Согласно другому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, морскую воду или слабоминерализованную воду сначала выкачивают из моря посредством устройств забора воды из открытого океана или с глубины, как скважины, и затем ее подвергают физической предобработке, такой, как очистка от механических включений, седиментация или процесс удаления песка. В зависимости от требуемого качества воды, могут потребоваться дополнительные стадии обработки, такие, как коагуляция или флокуляция, чтобы снизить потенциальное загрязнение мембран. Предварительно обработанную морскую воду или слабоминерализованную воду можно затем дистиллировать, например, используя многостадийную перегонку быстрым понижением давления, многоступенчатую перегонку, или мембранную фильтрацию, например, ультрафильтрацию или обратный осмос, чтобы удалить оставшиеся частицы и растворенные вещества.
Согласно этапу (b) способа по изобретению, в сырьевую воду вводят газообразный диоксид углерода и суспензию, содержащую тонкоизмельченный карбонат кальция. Согласно одному варианту осуществления, диоксид углерода вводят на первом этапе, а суспензию вводят позднее на втором этапе. Согласно альтернативному варианту осуществления, суспензию вводят на первом этапе, а диоксид углерода вводят на втором этапе. Однако можно также вводить диоксид углерода и суспензию одновременно. Предпочтительно, диоксид углерода вводят на первом этапе, а суспензию вводят позднее на втором этапе. Не связывая себя теорией, полагают, что введение диоксида углерода первым будет ускорять реакцию.
Газообразный диоксид углерода можно получить из резервуара-хранилища, в котором он удерживается в жидкой фазе. В зависимости от скорости расхода диоксида углерода и от окружающей среды, могут применяться криогенные или стандартно изолированные резервуары. Превращение жидкого диоксида углерода в газообразный диоксид углерода можно осуществить, применяя испаритель с воздушным обогревом, или испарительные системы на основе электричества или пара. При необходимости перед этапом введения можно снизить давление газообразного диоксида углерода, например, используя редукционный клапан.
Газообразный диоксид углерода можно вводить в поток сырьевой воды с контролируемой скоростью, образуя дисперсию пузырьков диоксида углерода в потоке и позволяя пузырькам растворяться в нем. Например, растворение диоксида углерода в сырьевой воде можно облегчить, обеспечивая скорость потока сырьевой воды 40-60 мг/л в зависимости от исходной концентрации CO2 в пермеате/дистилляте, от конечного целевого значения pH (избыток CO2) и от конечной целевой концентрации кальция (добавленный CaCO3). Согласно одному иллюстративному варианту осуществления, диоксид углерода вводится в поток сырьевой воды в турбулентном режиме течения, причем турбулентность можно создать, например, препятствиями в трубопроводе. Например, диоксид углерода можно вводить в горло диффузора, находящегося в трубопроводе. Сужение поперечного сечения трубопровода в горле диффузора создает турбулентный поток достаточной энергии, чтобы раздробить диоксид углерода на относительно малые пузырьки и тем самым облегчить его растворение. Согласно одному варианту осуществления, диоксид углерода вводится в поток воды под давлением. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, растворение диоксида углерода в сырьевой воде облегчается статическим смесителем.
Для регулирования скорости введения диоксида углерода в поток могут применяться клапан-регулятор потока или другие средства. Например, для регулирования скорости потока CO2 можно использовать устройства дозированного ввода CO2 и устройство измерения CO2 в линии. Согласно одному иллюстративному варианту осуществления изобретения, CO2 вводится с применением комбинированной установки, содержащей устройство дозирования CO2, статический смеситель и устройство измерения CO2 в линии.
Диоксид углерода подкисляет сырьевую воду, образуя угольную кислоту. Количество диоксида углерода, вводимого в сырьевую воду, будет зависеть от количества диоксида углерода, который уже присутствует в сырьевой воде. Количество диоксида углерода, который уже присутствует в сырьевой воде, будет, в свою очередь зависеть, например, от предварительной обработки сырьевой воды. Например, сырьевая вода, которая была обессолена мгновенным испарением, будет содержать другое количество диоксида углерода и, следовательно, иметь другой pH, чем сырьевая вода, которая была обессолена обратным осмосом. Например, сырьевая вода, которая была обессолена обратным осмосом, может иметь pH примерно 5,3, и может иметь низкую концентрацию CO2, например, 2-5 мг/л.
Реминерализацию сырьевой воды вызывают, вводя суспензию, содержащую тонкоизмельченный карбонат кальция, в сырьевую воду.
Суспензия, введенная в сырьевую воду, содержит тонкоизмельченный карбонат кальция. Согласно одному варианту осуществления, концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 0,05 до 40 вес.%, от 1 до 25 вес.%, от 2 до 20 вес.%, от 3 до 15 вес.%, или от 5 до 10 вес.%, в расчете на полный вес суспензии. Согласно другому варианту осуществления, концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 10 до 40 вес.%, от 15 до 30 вес.% или от 20 до 25 вес.% в расчете на полный вес суспензии.
Тонкоизмельченный карбонат кальция имеет размер частиц в микронном диапазоне. Согласно одному варианту осуществления, тонкоизмельченный кальций имеет размер частиц от 0,1 до 100 мкм, от 0,5 до 50 мкм, от 1 до 15 мкм, от 2 до 10 мкм или от 3 до 5 мкм.
Примерами подходящих карбонатов кальция являются измельченный карбонат кальция, модифицированный карбонат кальция или осажденный карбонат кальция, или их смесь. Натуральный измельченный карбонат кальция (GCC) может представлять собой, например, одно или более из мрамора, известняка, мела и/или доломита. Осажденный карбонат кальция (PCC) может быть, например, одной или более из минералогических кристаллических форм арагонита, фатерита и/или кальцита. Арагонит обычно находится в игольчатой форме, тогда как фатерит относится к гексагональной кристаллической системе. Кальцит может образовывать скаленоэдрическую, призматическую, сферическую и ромбоэдрическую формы. Модифицированный карбонат кальция может представлять собой натуральный измельченный или осажденный карбонат кальция с модификацией поверхности и/или внутренней структуры, например, карбонат кальция может быть обработан или покрыт агентом гидрофобизации поверхности, таким, например, как алифатическая карбоновая кислота или силоксан. Карбонат кальция может быть обработан или покрыт таким образом, чтобы стать катионным или анионным, например, быть обработан или покрыт полиакрилатом или полидиаллилдиметиламмоний хлоридом.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, тонкоизмельченный карбонат кальция является измельченным карбонатом кальция (GCC). Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, тонкоизмельченный карбонат кальция является измельченным карбонатом кальция, имеющим размер частиц от 3 до 5 мкм.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, тонкоизмельченный карбонат кальция имеет содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,02 до 2,5 вес.%, от 0,05 до 1,5 вес.% или от 0,1 до 0,6 вес.%, в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Предпочтительно, содержание веществ, не растворимых в HCl, в тонкоизмельченном карбонате кальция не превышает 0,6 вес.% в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Вещества, не растворимые в HCl, могут представлять собой, например, такие минералы, как кварц, силикат или слюда.
Помимо тонкоизмельченного карбоната кальция, суспензия может содержать дополнительно тонкоизмельченные минералы. Согласно одному варианту осуществления, суспензия может содержать тонкоизмельченный карбонат магния, карбонат кальция-магния, например, доломитовый известняк, известковый доломит, доломит или полуобожженный доломит; оксид магния, такой, как обожженный доломит, сульфат магния, гидрокарбонат калия, гидрокарбонат натрия или другие минералы, содержащие необходимые микроэлементы.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, суспензия является свежеприготовленной смешением воды и тонкоизмельченного карбоната кальция. Приготовление суспензии на месте может быть предпочтительным, поскольку заранее смешанные суспензии могут потребовать добавления дальнейших агентов, таких, как стабилизаторы или биоциды, которые могут быть нежелательными соединениями в реминерализовованной воде. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии является достаточно коротким, чтобы избежать размножения бактерий в суспензии. Согласно одному иллюстративному варианту осуществления, период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии меньше 48 часов, меньше 24 часов, меньше 12 часов, меньше 5 часов, меньше 2 часов или меньше 1 часа. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, введенная суспензия отвечает требованиям к микробиологическому качеству, определенным в национальных нормативах на питьевую воду.
Суспензию можно приготовить, например, используя такие смесители, как механическая мешалка для разбавленных суспензий, или особое устройство смешения порошка с жидкостью для более концентрированной суспензии. В зависимости от концентрации получаемой суспензии, продолжительность перемешивания может составлять от 0,5 до 30 мин, от 1 до 20 мин, от 2 до 10 мин или от 3 до 5 мин. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, суспензию готовят в смесителе, причем смеситель позволяет одновременное перемешивание и дозирование суспензии.
Вода, используемая для приготовления суспензии, может быть, например, дистиллированной водой, сырьевой водой или технической водой. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, вода, используемая для приготовления суспензии, является сырьевой водой, например, пермеатом или дистиллятом, полученным в процессе опреснения. Согласно одному иллюстративному варианту осуществления, воду, используемую для приготовления суспензии, подкисляют диоксидом углерода. Не связывая себя теорией, полагают, что такая предобработка диоксидом углерода воды, используемой для приготовления суспензии, повышает растворение карбоната кальция в воде, и, следовательно, уменьшает продолжительность реакции.
Согласно одному варианту осуществления, суспензию, содержащую тонкоизмельченный карбонат кальция, вводят непосредственно в поток сырьевой воды. Например, суспензию можно ввести в поток сырьевой воды с контролируемой скоростью с помощью насоса, сообщающегося с резервуаром-хранилищем для суспензии. Предпочтительно, суспензию можно вводить в поток сырьевой воды со скоростью от 1 до 10 литров на кубический метр сырьевой воды, в зависимости от концентрации суспензии. Согласно другому варианту осуществления, суспензию, содержащую тонкоизмельченный карбонат кальция, смешивают с сырьевой водой в реакционной камере, например, используя смеситель, такой, как механическая мешалка. Согласно еще одному варианту осуществления, суспензию вводят в резервуар, принимающий весь поток сырьевой воды.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, только часть сырьевой воды реминерализуют путем введения суспензии, и затем реминерализованную воду смешивают с необработанной сырьевой водой. Факультативно, только часть сырьевой воды реминерализуют до концентрации карбоната кальция, высокой по сравнению с конечными целевыми значениями, и позднее реминерализованную воду смешивают с необработанной сырьевой водой.
Согласно другому варианту осуществления, обработанную воду или часть обработанной воды фильтруют, например, ультрафильтрацией, чтобы еще больше снизить уровень мутности реминерализованной воды.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, суспензию вводят в таком количестве, чтобы достигалось полное растворение карбоната кальция. Например, введение CO2 и суспензии, содержащей карбонат кальция, корректируется таким образом, чтобы на один эквивалент CO2 в сырьевую воду добавлялся один эквивалент карбоната кальция, или CO2 может вводиться в заданном избытке, чтобы достичь заданного pH. Согласно одному варианту осуществления, способ по изобретению проводится таким образом, чтобы реминерализация и нейтрализация подкисленной CO2 сырьевой воды достигались одновременно.
При необходимости избыток диоксида углерода можно удалить из реминерализованной воды, используя газопоглотительную систему. Избыток диоксид углерода можно вернуть для повторного применения в способе по изобретению.
Количества диоксида углерода и карбоната кальция, вводимые в сырьевую воду, выбираются так, чтобы дать воду желаемого качества. Например, качество реминерализованной воды можно оценить по индексу насыщения Ланжелье (LSI). Согласно одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет индекс насыщения Ланжелье от -1 до 2, предпочтительно от -0,5 до 0,5, наиболее предпочтительно от -0,2 до 0,2. Согласно другому варианту осуществления, реминерализованная вода имеет индекс плотности осадка SDI15 ниже 5, предпочтительно ниже 4 и наиболее предпочтительно ниже 3. Согласно еще одному варианту осуществления, реминерализованная вода имеет показатель загрязненности мембраны MFI0,45 ниже 4, предпочтительно ниже 2,5, наиболее предпочтительно ниже 2. Оценку можно провести, например, непрерывно измеряя pH обработанной сырьевой воды. В зависимости от системы реминерализации, pH обработанной воды можно измерить, например, в потоке обработанной воды, в реакционной камере, в которой смешиваются суспензия и сырьевая вода, или в резервуаре-хранилище реминерализованной воды. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, pH измеряют через 30 мин, 20 мин, 10 мин, 5 мин или 2 мин после этапа реминерализации. Измерение величины pH можно проводить при комнатной температуре, т.е., при примерно 20°C.
Согласно одному иллюстративному варианту осуществления изобретения, количество введенного диоксида углерода и/или суспензии регулируется путем определения величины pH обработанной сырьевой воды. Альтернативно или дополнительно, количество введенного диоксида углерода и/или суспензии регулируется через определение таких параметров, как щелочность, удельная проводимость, общая жесткость, концентрация кальция, концентрация CO2, pH, полное содержание растворенных веществ или мутность. Согласно одному варианту осуществления, способ по настоящему изобретению включает, кроме того, этапы: c) измерение значения параметра реминерализованной воды, причем параметр выбран из группы, содержащей щелочность, удельную проводимость, общую жесткость, концентрацию кальция, концентрацию CO2, pH, полное содержание растворенных веществ или мутность реминерализованной воды, d) сравнение измеренного значения параметра с заданным значением параметра, и e) определение количества вводимого диоксида углерода и/или суспензии на основе разности между измеренным и заданным значением параметра.
Согласно одному варианту осуществления, заданным значением параметра является величина pH, причем pH составляет от 5,5 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5.
Фигура 1 показывает схему устройства, которое может применяться для осуществления способа по изобретению. Сырьевая вода течет из резервуара (1) в трубопровод (2). Трубопровод (2) имеет газовпускной патрубок (6), через который диоксид углерода может вводиться из источника (4) диоксида углерода в сырьевую воду. Имеется второй впуск (10), находящийся по схеме ниже газовпускного патрубка (6), через который суспензия, содержащая тонкоизмельченный карбонат кальция, вводится в поток сырьевой воды из резервуара-хранилища (9) для суспензии. Суспензию готовят на месте, используя подходящий смеситель (8), смешивая воду, поступающую из резервуара (1) по трубе (12), и тонкоизмельченный карбонат кальция, поступающий из резервуара-хранилища (7). Факультативно, диоксид углерода можно вводить в воду для приготовления суспензии через газовпускной патрубок (5). Величину pH реминерализованной воды можно измерить в точке отбора проб (11), ниже ввода (10) суспензии. Согласно одному варианту осуществления, скорость потока сырьевой воды составляет от 20000 до 500000 м3 в сутки.
Способ по изобретению может применяться для получения питьевой воды, воды для рекреационного водопользования, например, вода для плавательных бассейнов, технической воды для прикладных процессов, воды для орошения или воды для подпитки водоносных горизонтов или скважин.
Согласно одному варианту осуществления, концентрации диоксида углерода и карбоната кальция в реминерализованной воде отвечают требуемым значениям для качества питьевой воды, которые установлены национальными нормативами. Согласно одному варианту осуществления, реминерализованная вода, полученная способом по изобретению, имеет концентрацию кальция, выраженную на CaCO3, от 15 до 200 мг/л, предпочтительно от 50 до 150 мг/л, наиболее предпочтительно от 100 до 125 мг/л, или от 15 до 100 мг/л, предпочтительно от 20 до 80 мг/л и наиболее предпочтительно от 40 до 60 мг/л. В случае, когда суспензия содержит дополнительно соль магния, как карбонат магния или сульфат магния, реминерализованная вода, полученная способом по изобретению, может иметь концентрацию магния от 5 до 25 мг/л, предпочтительно от 5 до 15 мг/л и наиболее предпочтительно от 8 до 12 мг/л.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, реминерализованная вода имеет мутность ниже 5,0 NTU, ниже 1,0 NTU, ниже 0,5 NTU или ниже 0,3 NTU.
Согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, реминерализованная вода имеет LSI от -0,2 до +0,2, концентрацию кальция от 15 до 200 мг/л, концентрацию магния от 5 до 25 мг/л, щелочность, выраженную на CaCO3, от 100 до 200 мг/л, pH от 7 до 8,5 и мутность ниже 0,5 NTU.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, этап удаления частиц проводится после минерализации, например, чтобы снизить уровень мутности реминерализованной воды. Можно также провести этап удаления части до введения диоксида углерода и/или суспензии, например, чтобы снизить уровень мутности сырьевой воды или части сырьевой воды. Согласно одному варианту осуществления, проводится этап осаждения. Например, сырьевую воду и/или реминерализованную воду можно передать по трубам в отстойник или резервуар-хранилище, чтобы еще больше уменьшить уровень мутности воды. Согласно другому варианту осуществления, частицы можно удалить декантацией. Альтернативно, по меньшей мере часть сырьевой воды и/или реминерализованной воды можно профильтровать, например, ультрафильтрацией, чтобы еще больше снизить уровень мутности воды.
Примеры
Следующие примеры показывают различные суспензии с разными концентрациями карбоната кальция, которые были приготовлены из разных карбонатных пород.
Сырьевую воду получали обратноосмотическим способом обессоливания и подкисляли примерно 50 мг/л CO2. Суспензии готовили, смешивая подходящее количество карбоната кальция с 100 мл сырьевой воды при комнатной температуре, используя магнитную мешалку, с интенсивностью перемешивания от 1000 до 1500 об/мин и продолжительностью перемешивания от 3 до 5 мин. Реминерализация проводится добавлением суспензии в малых количествах в примерно один литр подкисленной сырьевой воды, причем суспензию и сырьевую воду перемешивали магнитной мешалкой с интенсивностью перемешивания от 1000 до 1500 об/мин при продолжительности перемешивания 2 мин. После каждого добавления суспензии из обработанной сырьевой воды отбирали пробу, чтобы проконтролировать щелочность, мутность, удельную проводимость, pH, температуру. В качестве целевой для реминерализации сырьевой воды была выбрана конечная концентрация кальция, выраженная в CaCO3, 125 мг/л. Для каждой пробы мутность реминерализованной воды измеряли сразу после перемешивания и после отстаивания в течение минимум 60 мин. Измерение мутности отстоявшихся образцов проводили, чтобы обнаружить влияние осаждения на процесс реминерализации.
Мутность измеряли на лабораторном турбидиметре Hach Lange 2100AN IS, калибровку осуществляли, используя стандарты мутности StabCal (формазиновые стандарты) <0,1, 20, 200, 1000, 4000 и 7500 NTU.
Общую щелочность измеряли на титраторе Mettler-Toledo T70, используя соответствующую программу LabX Light Titration. Для этого титрования использовали электрод для измерения pH DGil 11-SG согласно соответствующему методу M415 фирмы Mettler-Toledo брошюра 37 руководства по применению (анализ воды). Калибровку pH-электрода проводили, используя стандарты Mettler-Toledo со значениями pH 4,01, 7,00 и 9,21.
Пример 1 - Суспензия A
Две суспензии с концентрацией карбоната кальция 0,5 и 5 вес.%, в расчете на полный вес суспензии, готовили из полученного из мрамора тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего размер частиц 3,5 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, 0,2 вес.% в расчете на полный вес карбоната кальция.
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают близкие показатели мутности для обоих процессов реминерализации с 0,5 вес.% и 5 вес.% суспензии CaCO3. После периода отстаивания пробы имели показатели мутности ниже 0,5 NTU.
Пример 2 - Суспензия B
Три суспензии с концентрацией карбоната кальция 0,5, 1 и 10 вес.%, в расчете на полный вес суспензии, готовили из полученного из мрамора тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего размер частиц 2,8 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, 1,5 вес.% в расчете на полный вес карбоната кальция.
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают близкие показатели мутности для всех трех процессов реминерализации. Однако показатели мутности, измеренные для отстоявшихся образцов, отобранных после двух минут реминерализации, выше, чем в примере 1, что может быть объяснено разницей в содержании веществ, не растворимых в HCl, в карбонате кальция из мрамора.
Пример 3 - Суспензия C
Суспензию, имеющую концентрацию карбоната кальция 5 вес.% в расчете на полный вес суспензии, готовили из полученного из известняка тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего размер частиц 3 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, 0,1 вес.% в расчете на полный вес карбоната кальция.
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают, что показатели мутности, измеренные для отстоявшегося образца, намного ниже, чем значения для примеров 1 и 2, что может быть связано с разной геологической структурой карбонатных пород.
| Таблица 1 | ||||
| Суспензия | Концентрация суспензии (вес.%) | Мутность (NTU) | Щелочность свежего образца (мг/л, CaCO3) | |
| Свежий образец | Отстоявшийся образец | |||
| A | 0,5 | 35 | 0,44 | 100 |
| A | 5,0 | 32 | 0,45 | 120 |
| B | 0,5 | 26 | 3,90 | 115 |
| B | 1,0 | 25 | 3,50 | 112 |
| B | 10,0 | 24 | 3,30 | 119 |
| C | 5,0 | 20 | 0,21 | 117 |
Пример 4 - Разные размеры частиц
Были приготовлены три суспензии, имеющие концентрацию карбоната кальция 5 вес.% в расчете на полный вес суспензии, из полученного из мрамора тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего размер частиц 3,5, 9 и 20 мкм, соответственно, и содержание веществ, не растворимых в HCl, 0,2 вес.%, в расчете на полный вес карбоната кальция.
Результаты, приведенные в таблице 2, показывают, что после периода отстаивания мутность воды, реминерализованной частицами большего размера, т.е., 20 мкм, была ниже, чем мутность воды, реминерализованной частицами меньшего размера, т.е., 3,5 мкм.
| Таблица 2 | |||
| Средний размер частиц (мкм) | Мутность (NTU) | Щелочность свежего образца (мг/л CaCO3) | |
| Свежий образец | Отстоявшийся образец | ||
| 3,5 | 32 | 0,45 | 120 |
| 9 | 22 | 0,36 | 78 |
| 20 | 27 | 0,31 | 67 |
Примеры полупромышленного масштаба
Следующие полупромышленные примеры иллюстрируют различные опыты по минерализации с использованием водных суспензий карбоната кальция. Тонкоизмельченный карбонат кальция, используемый для приготовления всех суспензий для этих пилотных испытаний, является известняком, имеющим размер частиц 3 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, 0,1 вес.% в расчете на полный вес карбоната кальция. Он соответствует карбонату кальция, использовавшемуся для получения суспензии C, представленной в примере 3. Содержание твердых веществ в водных суспензиях тонкоизмельченного карбоната кальция составляло от 0,4 до 20 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Водной средой, используемой для приготовления суспензий тонкоизмельченного карбоната кальция, была вода, полученная обратным осмосом. В дальнейшем термины "вода, полученная обратным осмосом," и "вода обратного осмоса" или "RO-вода" будут использоваться как синонимы.
В пилотных испытаниях добавляли 50 или 100 мг/л CaCO3 в воду, полученную обратным осмосом (RO).
Пилотные испытания проводили в смесителе Flashmix FM30 от фирмы Silverson при нормальном давлении, используя избыточное количество CO2. Испытания на реминерализацию проводили в периодическом или в непрерывном режиме, используя в обоих случаях буферную емкость объемом 400 л. Суспензии тонкоизмельченного карбоната кальция добавляли с помощью питательного клапана для периодического режима и с помощью шлангового насоса для опытов с поточной реминерализацией.
Растворение карбоната кальция, дозированно добавляемого в воду, подкисленную CO2, изучали путем измерения pH, удельной проводимости и мутности. В соответствии с уменьшением мутности и повышением удельной проводимости можно было оценить время реакции для полного растворения CaCO3 в конкретных условиях, например, в зависимости от начального качества RO-воды, температуры, избытка CO2, чтобы достичь намеченного качества воды, например, мутности ниже 1 NTU.
1. Периодические испытания на реминерализацию RO-воды путем добавления 100 мг/л CaCO3 при разных расходах CO2
Испытания на реминерализацию с использованием суспензии тонкоизмельченного CaCO3, проводили сначала в периодическом режиме, чтобы изучить растворение CaCO3 в зависимости от дозировки CO2. Это осуществляли, перекачивая 400 л воды, полученной обратным осмосом и содержащейся в буферной емкости, через смеситель по замкнутому контуру. Для этих периодических испытаний дозировку CO2 проводили перед насосом и мешалкой Flashmix при давлении CO2 4,5 бар в течение заданного периода времени.
Использованная суспензия тонкоизмельченного карбоната кальция имела содержание твердых веществ 20 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Для реминерализации в RO-воду за один раз через питательный клапан добавлялось 100 мг/л CaCO3.
| RO-вода, используемая для этих испытаний, имела следующие параметры: | |||
| pH | Температура (°C) |
Удельная проводимость (мкСм/см) | |
| RO-вода | 5,4-5,5 | 25 | 14-18 |
Удельную проводимость, pH и мутность измеряли для каждого опыта, при этом наблюдался экспоненциальный характер снижения мутности и повышения удельной проводимости. Таким образом, для каждого добавления CO2 можно было оценить время реакции, необходимое для достижения целевой мутности.
Таблица 3 показывает различные результаты, полученные для реминерализации RO-воды добавлением 100 мг/л CaCO3, используя суспензию тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющую содержание твердых веществ 20 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция, и используя разные скорости подачи CO2.
| Таблица 3 | ||||
| Опыт № | Скорость подачи CO2 (мл/мин) | Оценка времени, необходимого для достижения требуемой мутности (мин) | ||
| <2 NTU | <1 NTU | <0,5 NTU | ||
| 1 | 2 | 79 | 93 | 106 |
| 2 | 4 | 52 | 61 | 70 |
| O | 8 | 32 | 38 | 43 |
Как можно видеть из таблицы 3 и как ожидалось, растворение CaCO3 можно ускорить, используя избыток CO2, добавляемого во время опытов. Мутности ниже 1 NTU удалось достичь через примерно 90 мин, 60 мин и 40 мин для скорости подачи CO2 2, 4 и 8 л/мин, соответственно.
2. Периодические испытания на реминерализацию RO-воды добавлением 50 мг/л CaCO3 при разных временах дозирования CO2
Все опыты проводились, используя тот же протокол, что и в описанных выше пилотных испытаниях, однако концентрация кальция, добавляемого в обработанную RO-воду, была 50 мг/л вместо 100 мг/л.
Для этих периодических испытаний место, где CO2 вводился в систему, было тем же, что и в прежних испытаниях, например, перед насосом и мешалкой Flashmix. Дозирование CO2 проводилось при давлении 4,5 бар и с постоянной скоростью подачи 4 л/ч для разных продолжительностей дозировки. Все испытания проводились с использованием избыточного количества CO2 относительно количества CaCO3, добавленного в RO-воду. Наблюдалось влияние времени добавления CO2, т.е., избытка CO2, введенного во время этих периодических опытов, на мутность реминерализованной воды.
Таблица 4 показывает разные результаты, полученные для реминерализации RO-воды добавлением 50 мг/л CaCO3 с использованием суспензии тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющей содержание твердых веществ 10 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция, и используя постоянную скорость подачи CO2 4 л/ч для разных продолжительностей дозировки.
| Таблица 4 | |||
| Опыт № | Продолжительность дозировки CO2 (мин) | Оценка времени, необходимого для достижения требуемой мутности (мин) | |
| <2 NTU | <1 NTU | ||
| 4 | непрерывное добавление CO2 | 28 | 39 |
| 5 | 10 мин добавления CO2 | 55 | 87 |
| 6 | 20 мин добавления CO2 | 33 | 56 |
| 7 | 10 мин предварительного введения CO2 (полное время дозировки CO2 равно 20 мин) | 44 | - |
В опыте 4 CO2 непрерывно вводили в RO-воду, а в опытах 5 и 6 CO2 добавляли только в первые 10 или 20 минут опыта. В опыте 7 RO-воду сначала обрабатывали 10 минут CO2 без добавления CaCO3. Затем добавляли суспензию тонкоизмельченного кальция и дополнительно добавляли CO2 еще 10 минут опыта.
Для опыта 7 обнаружилось, что предварительная дозировка CO2 давала более быстрое снижение мутности в начале эксперимента, чем в других опытах 4-6, когда предварительная дозировка не проводилась. Однако, после прекращения дозировки CO2 никакого дальнейшего улучшения не наблюдалось. Кроме того, время, необходимое для достижения целевого уровня мутности, для всех опытов было пропорционально времени дозации CO2. Самым быстрым был опыт 4, когда CO2 добавлялся непрерывно. Самым медленным был опыт 5, когда CO2 добавляли всего 10 минут. Мутности <1 NTU удалось достичь после приблизительно 90 мин, 60 мин и 40 мин для времени дозации 10 мин, 20 мин и непрерывной дозации CO2, соответственно.
3. Непрерывные испытания на реминерализацию для реминерализации RO-воды добавлением 50 мг/л CaCO3 при разных скоростях подачи CO2
Используя ту же установку, какая описана для периодических испытаний, проводили два опыта реминерализации в непрерывном режиме.
Чтобы инициировать опыты в непрерывном режиме, сначала одну порцию RO-воды объемом 400 л обрабатывали 50 мг/л CaCO3, используя суспензию тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющую содержание твердых веществ 10 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция. Когда мутность опускалась ниже <1 NTU, начинали процесс непрерывной реминерализации, добавляя с помощью шлангового насоса водную суспензию тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющую содержание твердых веществ 0,4 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция, со скоростью подачи 0,15 л/мин. Реминерализованную воду получали с производительностью 12 л/мин.
Следует подчеркнуть, что опыты на непрерывную реминерализацию имели очень стабильные условия в отношении pH, удельной проводимости и мутности в течение всего периода продолжительностью более одного часа.
Таблица 5 показывает результаты для непрерывной реминерализации RO-воды добавлением 50 мг/л CaCO3, используя суспензию тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющую содержание твердых веществ 0,4 вес.%, в расчете на вес тонкоизмельченного карбоната кальция, и используя разные скорости подачи CO2.
| Таблица 5 | ||||
| Опыт № | Скорость подачи CO2 (мл/мин) | Конечное качество обработанной воды | ||
| pH | Удельная проводимость (мкСм/см) | Мутность (NTU) | ||
| 8 | 2 | 5,5 | 65 | 12 |
| 9 | 4 | 5,2 | 55 | 4 |
1. Способ реминерализации воды, включающий этапы:
a) подача сырьевой воды и
b) введение газообразного диоксида углерода и суспензии в сырьевую воду, причем суспензия содержит тонкоизмельченный карбонат кальция, при этом карбонат кальция имеет размер частиц от 0,1 до 100 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,05 до 1,5 вес.% в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция и при этом концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 2 до 20 вес.%.
2. Способ по п. 1, причем концентрация карбоната кальция в суспензии составляет предпочтительно от 3 до 15 вес.% и наиболее предпочтительно от 5 до 10 вес.% в расчете на полный вес суспензии.
3. Способ по п. 1 или 2, причем карбонат кальция имеет размер частиц от 0,5 до 50 мкм, от 1 до 15 мкм, предпочтительно от 2 до 10 мкм, наиболее предпочтительно от 3 до 5 мкм.
4. Способ по п. 1 или 2, причем карбонат кальция имеет содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,1 до 0,6 вес.% в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция.
5. Способ по п. 1 или 2, в котором карбонат кальция является измельченным карбонатом кальция, модифицированным карбонатом кальция, где модифицированный карбонат кальция представляет собой измельченный или осажденный карбонат кальция с модификацией поверхности и/или внутренней структуры, или осажденным карбонатом кальция, или их смесями.
6. Способ по п. 1 или 2, причем суспензия дополнительно содержит минералы, содержащие магний, калий или натрий, предпочтительно карбонат магния, карбонат кальция-магния, например доломитовый известняк, известковый доломит, доломит или полуобожженный доломит, оксид магния, такой как обожженный доломит, сульфат магния, гидрокарбонат калия или гидрокарбонат натрия.
7. Способ по п. 6, причем период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии составляет менее 48 часов, менее 24 часов, менее 12 часов, менее 5 часов, менее 2 часов или менее 1 часа.
8. Способ по п. 1 или 2, причем полученная реминерализованная вода имеет концентрацию кальция, выраженную на карбонат кальция, от 15 до 200 мг/л, предпочтительно от 50 до 150 мг/л и наиболее предпочтительно от 100 до 125 мг/л, или от 15 до 100 мг/л, предпочтительно от 20 до 80 мг/л и наиболее предпочтительно от 40 до 60 мг/л.
9. Способ по п. 6, причем полученная реминерализованная вода имеет концентрацию магния от 5 до 25 мг/л, предпочтительно от 5 до 15 мг/л и наиболее предпочтительно от 8 до 12 мг/л.
10. Способ по п. 1 или 2, причем реминерализованная вода имеет показатель мутности ниже 5,0 NTU, ниже 1,0 NTU, ниже 0,5 NTU или ниже 0,3 NTU.
11. Способ по п. 1 или 2, причем реминерализованная вода имеет индекс насыщения Ланжелье от -1 до 2, предпочтительно от -0,5 до 0,5 и наиболее предпочтительно от -0,2 до 0,2.
12. Способ по п. 1 или 2, причем реминерализованная вода имеет индекс плотности осадка SDI15 ниже 5, предпочтительно ниже 4 и наиболее предпочтительно ниже 3.
13. Способ по п. 1 или 2, причем реминерализованная вода имеет показатель загрязненности воды MFI0,45 ниже 4, предпочтительно ниже 2,5 и наиболее предпочтительно ниже 2.
14. Способ по п. 1 или 2, причем сырьевая вода является обессоленной морской водой, слабоминерализованной водой или рассолом, очищенной сточной водой или природной водой, такой, как грунтовая вода, поверхностная вода или дождевой сток.
15. Способ по п. 1 или 2, причем диоксид углерода вводят на первом этапе, а суспензию вводят позже на втором этапе, или суспензию вводят на первом этапе, а диоксид углерода вводят позже на втором этапе, или диоксид углерода и суспензию вводят одновременно.
16. Способ по п. 1 или 2, причем диоксид углерода вводят в воду, используемую для приготовления суспензии.
17. Способ по п. 1 или 2, причем реминерализованную воду смешивают с сырьевой водой.
18. Способ по п. 1 или 2, причем способ дополнительно включает этап удаления частиц.
19. Способ по п. 1 или 2, причем способ дополнительно включает этапы:
с) измерение значения параметра реминерализованной воды, причем параметр выбран из группы, содержащей щелочность, удельную проводимость, концентрацию кальция, pH, полное содержание растворенных веществ и мутность реминерализованной воды,
d) сравнение измеренного значения параметра с заданным значением параметра, и
e) определение количества вводимого диоксида углерода и/или суспензии на основе разности между измеренным и заданным значением параметра.
20. Способ по п. 19, причем заданным значением параметра является величина pH, причем величина pH составляет от 5,5 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5.
21. Применение тонкоизмельченного карбоната кальция в форме суспензии с концентрацией карбоната кальция от 2 до 2 0 вес.% для реминерализации воды, причем указанная реминерализация включает этап, на котором в сырьевую воду вводят газообразный диоксид углерода и при этом карбонат кальция имеет размер частиц от 0,1 до 100 мкм и содержание веществ, не растворимых в HCl, от 0,05 до 1,5 вес.% в расчете на полный вес тонкоизмельченного карбоната кальция.
22. Применение по п. 21, причем реминерализованная вода выбрана из питьевой воды, воды для рекреационного водопользования, например вода для плавательных бассейнов, технической воды для прикладных процессов, воды для орошения или воды для подпитки водоносных горизонтов или скважин.
