RU2186034C1 - Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing - Google Patents

Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing Download PDF

Info

Publication number
RU2186034C1
RU2186034C1 RU2001114609/12A RU2001114609A RU2186034C1 RU 2186034 C1 RU2186034 C1 RU 2186034C1 RU 2001114609/12 A RU2001114609/12 A RU 2001114609/12A RU 2001114609 A RU2001114609 A RU 2001114609A RU 2186034 C1 RU2186034 C1 RU 2186034C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
vessel
freezing
ice
desalting
Prior art date
Application number
RU2001114609/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.М. Полежаев
А.А. Русинова
А.И. Матерн
Original Assignee
Уральский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Уральский государственный технический университет filed Critical Уральский государственный технический университет
Priority to RU2001114609/12A priority Critical patent/RU2186034C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2186034C1 publication Critical patent/RU2186034C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination

Landscapes

  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Materials Applied To Surfaces To Minimize Adherence Of Mist Or Water (AREA)

Abstract

FIELD: technology of water treatment. SUBSTANCE: invention relates to methods of water desalting in industry and in homes. Method of desalting water or salt solutions by freezing and thawing involves water freezing water or salts solution in a vessel in the ratio of vessel height to transverse section ≥ 2 being a vessel is fitted with a heater by is axis. After complete liquid freezing in a vessel a hole is made in vessel bottom center and ≥ 15% of ice is melted by means of axis heater obtaining a saline mother liquid and remained ice is melted in an arbitrary regime and purified water is prepared. For a single cycle 80 vol. % of liquid is obtained that is desalted by 30-40% and 20% of concentrate. Invention can be used for water treatment and desalting in homes, treatment of drinking water, industrial flows and concentration of waters and solutions. EFFECT: improved method of desalting. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к технологии очистки и обессоливания воды, растворов солей в промышленности и быту, а также может быть использовано для очистки питьевой воды, промышленных стоков. The invention relates to a technology for purification and desalination of water, salt solutions in industry and at home, and can also be used to purify drinking water, industrial effluents.

Вымораживание можно проводить в конусообразных сосудах, расширяющихся кверху, либо в наклонно расположенной, вращающейся вокруг своей оси колбе. Для получения фазы концентрата и обессоленной жидкости используют также метод зонной плавки [Стадник А.С., Дедков Ю.М. Вымораживание как метод концентрирования примесей в водах. /Химия и технология воды. 1981. Т.3. 3. С. 227-233] . Автор работы [Пучко В.И. Новый способ опреснения воды методом вымораживания. /Гидротехника и мелиорация. 1949. 3. С.46-55] рекомендует намораживать ледяные бурты, при последующем плавлении которых получают опресненную воду. Физико-химические процессы, происходящие при опреснении вымораживанием и плавлением льда, описаны в работе [Митин М.Ф. Опреснение воды методом естественного вымораживания. /Гидротехника и мелиорация. 1963. 2. С. 20-27]. Freezing can be carried out in cone-shaped vessels, expanding upward, or in an oblique bulb that rotates around its axis. To obtain the phase of the concentrate and desalted liquid, the zone melting method is also used [Stadnik AS, Dedkov Yu.M. Freezing as a method of concentration of impurities in water. / Chemistry and technology of water. 1981. T. 3. 3. S. 227-233]. The author of the work [Puchko V.I. A new way to desalinate water by freezing. / Hydrotechnics and land reclamation. 1949. 3. P.46-55] recommends freezing ice piles, during subsequent melting of which receive desalinated water. Physico-chemical processes that occur during desalination by freezing and melting ice are described in [Mitin M.F. Desalination of water by natural freezing. / Hydrotechnics and land reclamation. 1963. 2. S. 20-27].

В заявке [Способ получения талой воды и генератор талой воды. Заявка 97100446/13. Россия. МПК6 C 02 F 1/22 / Кузнецов Э.С., Соловьев Е.Ф. Заявл. 14.01.97., опубл. 10.11.98 г. Бюлл. 31] предлагается комбинированный способ, отличающийся тем, что процесс замораживания воды и оттаивания льда осуществляется частично и попеременно в двух емкостях. Способ сложен в аппаратурном и технологическом содержании.In the application [Method for producing melt water and a generator of melt water. Application 97100446/13. Russia. IPC 6 C 02 F 1/22 / Kuznetsov E.S., Soloviev E.F. Claim 01/14/97., Publ. November 10, 1998, Bull. 31] proposes a combined method, characterized in that the process of freezing water and thawing ice is carried out partially and alternately in two containers. The method is complicated in hardware and technological content.

Более простой комбинированный способ, наиболее близкий предлагаемому в данной заявке, предложен в патенте [Способ улучшения качества питьевой воды вымораживанием /Пат. 2077160. Сосновский А.В., Ивлев С.А., Самойлов B.C., Герман В. В. Заявка 94011389/26. Заявл. 01.04.94 г., опубл. 10.04.97 г]. В этом патенте описан способ улучшения качества питьевой воды вымораживанием, заключающийся в ее замораживании, дроблении льда и его таянии, отличающийся тем, что замораживание льда ведут до 70-90% объема воды, таяние льда осуществляют при теплоизоляции его боковых и нижних поверхностей до образования 30-55% от объема льда талого стока с последующим его удалением. Оставшийся чистый лед плавят полностью и получают 15-60% чистой воды от первоначально взятого ее объема на опреснение. A simpler combined method closest to that proposed in this application is proposed in the patent [Method for improving the quality of drinking water by freezing / Pat. 2077160. Sosnovsky A.V., Ivlev S.A., Samoilov B.C., German V.V. Application 94011389/26. Claim 04/01/94, publ. 04/10/97 g]. This patent describes a method for improving the quality of drinking water by freezing, which consists in freezing, crushing and melting ice, characterized in that ice is frozen up to 70-90% of the water volume, ice melting is carried out by thermal insulation of its side and lower surfaces to form 30 -55% of the volume of ice melt runoff with its subsequent removal. The remaining pure ice is melted completely and 15-60% of pure water from its originally taken volume for desalination is obtained.

Недостатки метода:
1. Необходимо контролировать степень замораживания, что в естественных условиях (когда температура воздуха и скорость ветра изменяются) вести затруднительно.
The disadvantages of the method:
1. It is necessary to control the degree of freezing, which is difficult under natural conditions (when air temperature and wind speed change).

2. Необходимо дробление льда. 2. It is necessary to crush ice.

3. Необходим контроль степени плавления льда в условиях его теплоизоляции. 3. It is necessary to control the degree of melting of ice in the conditions of its thermal insulation.

4. Относительно низкий выход (15-60%) чистой воды. 4. Relatively low yield (15-60%) of pure water.

Предлагается свободный от этих недостатков способ улучшения качества воды. Способ основан на том, что при замораживании воды в цилиндрическом сосуде (отвод тепла осуществлялся извне) слой льда растет от стенок к центру сосуда. При этом вначале вымерзает чистая вода, а жидкость, оставшаяся внутри ледяной зоны, постепенно концентрируется по растворенным компонентам коллоидам и взвесям. В результате этого рассол, образующийся в ходе постепенного концентрирования, сосредоточивается в осевой зоне и замерзает последним. Зона концентрирования после полного промораживания жидкости обычно отчетливо видна невооруженным глазом: при окрашенных примесях внутри виден дендритный ствол в виде "морковки", а при неокрашенных примесях образуется молочно-белый ствол. Если процесс таяния льда осуществляют от центра к периферии, то в первых порциях жидкости вытечет рассол, а затем будет плавиться чистый лед. A method for improving water quality that is free of these disadvantages is proposed. The method is based on the fact that when freezing water in a cylindrical vessel (heat was removed from the outside), the ice layer grows from the walls to the center of the vessel. In this case, at first clean water freezes, and the liquid remaining inside the ice zone gradually concentrates on the dissolved components of colloids and suspensions. As a result of this, the brine formed during gradual concentration is concentrated in the axial zone and freezes last. The concentration zone after complete freezing of the liquid is usually clearly visible to the naked eye: with colored impurities, a dendritic trunk in the form of a “carrot” is visible inside, and with unpainted impurities a milky-white trunk is formed. If the process of ice melting is carried out from the center to the periphery, then brine will flow out in the first portions of the liquid, and then pure ice will melt.

Для подтверждения вышеизложенного проведены следующие эксперименты. В стандартный пластиковый сосуд вместимостью 1,5 л заливали 1,3 л водопроводной воды и погружали в воду трубчатый электрический нагреватель так, чтобы он располагался по всей высоте оси сосуда. To confirm the above, the following experiments were carried out. 1.3 l of tap water was poured into a standard plastic vessel with a capacity of 1.5 l and a tubular electric heater was immersed in water so that it was located along the entire height of the axis of the vessel.

Схематически конструкция устройства показана на фиг.1, где приведен источник питания нагревателя 1, сосуд в виде бутылки 2, осевой нагреватель 3 и место для сливного отверстия 4. Трубчатый электрический нагреватель (фиг.2) представлял собой запаянную с одного конца кварцевую трубку 1 внешним диаметром 8 мм, в которую помещалась трубка 2 диаметром 4 мм, на внешнюю поверхность которой была намотана нихромовая спираль 3 в качестве нагревателя. Schematically, the design of the device is shown in figure 1, which shows the power source of the heater 1, a vessel in the form of a bottle 2, an axial heater 3 and a place for a drain hole 4. The tubular electric heater (figure 2) was a quartz tube 1 sealed at one end with an external 8 mm in diameter, into which a tube 2 with a diameter of 4 mm was placed, on the outer surface of which a nichrome spiral 3 was wound as a heater.

При замораживании воды сосуд находился неподвижно в вертикальном положении. Таким образом, нагреватель оказывался вмороженным в осевой зоне ледяной були. Затем в центре дна сосуда горячей металлической трубкой прорезали отверстие, закрепляли его вертикально и под отверстие в дне сосуда устанавливали пробоотборный сосуд. Нагреватель подключали к вариатору переменного напряжения и при темно-красном калении спирали производили оттаивание, отбирая последовательно порции жидкости по 50-70 мл. В качества меры суммарного солесодержания порций воды использовали удельную электропроводность. Зависимость удельной электропроводности талой воды от объема вытаявшей жидкости представлена на фиг.3. Из фиг.3 видно, что при вымораживании первых порций жидкости объемом 200-250 мл удаляется загрязненная часть льда, оставшийся лед плавят в любом режиме и получают 1150-200 мл очищенной воды. Таким образом, выход очищенной воды составляет 82-86% от первоначально взятого ее объема. Так при замораживании и оттаивании 1,4 л водопроводной воды с удельной электропроводностью 297 мкС/см было получено 1200 мл воды с удельной электропроводностью 180 мкС/см. В данном примере степень очистки составила 39,6%. Для вытаивания рассола из сосуда емкостью 1,5 л требуется 20-25 мин, скорость плавления оставшегося очищенного льда будет зависеть от температурного режима плавления. Для полного растапливания льда из сосуда такой же емкости при постоянно включенном нагревателе требуется около 1,5 ч. Эксперименты были повторены нами несколько раз и указанные выше результаты отчетливо воспроизводились. When freezing water, the vessel was motionless in an upright position. Thus, the heater turned out to be frozen in the axial zone of the ice boule. Then, a hole was cut in the center of the bottom of the vessel with a hot metal tube, it was fixed vertically, and a sampling vessel was installed under the hole in the bottom of the vessel. The heater was connected to an alternating voltage variator and, with a dark red heat of the spiral, thawing was performed, sequentially taking 50-70 ml portions of liquid. As a measure of the total salt content of portions of water, specific electrical conductivity was used. The dependence of the conductivity of melt water on the volume of the melted liquid is presented in figure 3. Figure 3 shows that when freezing the first portions of a liquid with a volume of 200-250 ml, the contaminated part of the ice is removed, the remaining ice is melted in any mode and 1150-200 ml of purified water is obtained. Thus, the yield of purified water is 82-86% of its originally taken volume. So, when freezing and thawing 1.4 L of tap water with a specific electrical conductivity of 297 μS / cm, 1200 ml of water with a specific electrical conductivity of 180 μS / cm was obtained. In this example, the degree of purification was 39.6%. It takes 20-25 minutes to melt the brine from a vessel with a capacity of 1.5 l, the melting rate of the remaining purified ice will depend on the melting temperature. It takes about 1.5 hours to completely melt ice from a vessel of the same capacity with the heater constantly on. We repeated the experiments several times and the above results were clearly reproduced.

Такие же закономерности наблюдаются при замораживании и плавлении растворов солей. На рисунках 4-7 представлены кривые осевого плавления льда для растворов КNО3 с начальной удельной электропроводностью 1,13 мС/см (фиг. 4), MgSO4 с начальной удельной электропроводностью 3,2 мС/см (фиг.5), BaCl2 с начальной удельной электропроводностью 1,8 мС/см (фиг.6) и FeCl3 с начальной удельной электропроводностью 133 мкС/см (фиг.7). Как видно из фиг. 4-7, все кривые однотипны и подобны кривой для водопроводной воды (фиг.3). Таким образом, и для растворов солей после осевого вытаивания 200-250 мл жидкости (при первоначальном замороженном объеме 1300 мл) получают 1150-1200 мл частично обессоленного раствора.The same patterns are observed during freezing and melting of salt solutions. Figures 4-7 show the axial melting curves of ice for KNO 3 solutions with an initial specific conductivity of 1.13 mS / cm (Fig. 4), MgSO 4 with an initial specific conductivity of 3.2 mS / cm (Fig. 5), BaCl 2 with an initial specific conductivity of 1.8 mS / cm (FIG. 6) and FeCl 3 with an initial specific conductivity of 133 μS / cm (FIG. 7). As can be seen from FIG. 4-7, all the curves are of the same type and are similar to the curve for tap water (figure 3). Thus, for salt solutions, after axial melting of 200-250 ml of liquid (with an initial frozen volume of 1300 ml), 1150-1200 ml of partially desalted solution are obtained.

Предлагаемый способ можно с равным успехом использовать и для концентрирования растворов солей, так как при осевом плавлении льда получают концентрат и обессоленную жидкость. Для повышения степени обессоливания или концентрирования процесс повторяют, используя соответственно частично обессоленную фазу или концентрат. The proposed method can equally well be used for concentration of salt solutions, since axial melting of ice produces a concentrate and desalted liquid. To increase the degree of desalination or concentration, the process is repeated using a correspondingly partially desalted phase or concentrate.

Описанные выше закономерности распределения солей при осевом плавлении льда наблюдаются тогда, когда замораживание жидкости в сосуде идет от периферии к центру. Для обеспечения этого необходимо, чтобы отношение высоты сосуда к его диаметру составляло не менее 2.2 The above-described regularities of the distribution of salts during axial melting of ice are observed when the freezing of the liquid in the vessel goes from the periphery to the center. To ensure this, it is necessary that the ratio of the height of the vessel to its diameter be at least 2.2

Claims (2)

1. Способ обессоливания воды или растворов солей путем замораживания и последующего оттаивания, отличающийся тем, что перед процессом замораживания в сосуд помещают осевой нагреватель, после чего проводят полное замораживание воды или раствора соли, затем проделывают отверстие в дне сосуда и с помощью осевого нагревателя расплавляют не более 15% льда, получая концентрат, а оставшийся лед плавят в произвольном режиме, получая очищенную воду. 1. The method of desalination of water or salt solutions by freezing and subsequent thawing, characterized in that before the freezing process, an axial heater is placed in the vessel, after which the water or salt solution is completely frozen, then a hole is made in the bottom of the vessel and the axial heater is not melted more than 15% of ice, receiving a concentrate, and the remaining ice is melted in a random mode, receiving purified water. 2. Способ обессоливания воды или растворов солей путем замораживания и последующего оттаивания по п. 1 отличается тем, что процесс ведут преимущественно в сосуде с отношением высоты сосуда к диаметру поперечного сечения ≥2. 2. The method of desalination of water or salt solutions by freezing and subsequent thawing according to claim 1 is characterized in that the process is carried out mainly in a vessel with a ratio of the height of the vessel to the diameter of the cross section of ≥2.
RU2001114609/12A 2001-05-28 2001-05-28 Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing RU2186034C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001114609/12A RU2186034C1 (en) 2001-05-28 2001-05-28 Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001114609/12A RU2186034C1 (en) 2001-05-28 2001-05-28 Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2186034C1 true RU2186034C1 (en) 2002-07-27

Family

ID=20250161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001114609/12A RU2186034C1 (en) 2001-05-28 2001-05-28 Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2186034C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100347095C (en) * 2006-03-28 2007-11-07 天津大学 Apparatus and method for sprinkling and desalting sea ice
US9458030B2 (en) 2013-08-13 2016-10-04 S.G.B.D. Technologies Ltd. Methods of desalination and rinsing, and systems therefor
EA025715B1 (en) * 2013-07-10 2017-01-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Method for water purification

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100347095C (en) * 2006-03-28 2007-11-07 天津大学 Apparatus and method for sprinkling and desalting sea ice
EA025715B1 (en) * 2013-07-10 2017-01-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа А8" Method for water purification
US9458030B2 (en) 2013-08-13 2016-10-04 S.G.B.D. Technologies Ltd. Methods of desalination and rinsing, and systems therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11254589B2 (en) Systems and methods for separating surface materials from a fluid using acoustic pressure shock waves
RU2393996C1 (en) Method of purifying water and apparatus for realising said method
Rahman et al. Freezing‐melting process and desalination: I. Review of the state‐of‐the‐art
Moharramzadeh et al. Parametric study of the progressive freeze concentration for desalination
JP2002507935A (en) Purification of water by gas hydrate
RU2186034C1 (en) Method of water or salt solution desalting by freezing and thawing
RU2432320C2 (en) Water treatment apparatus
RU2186033C1 (en) Method of improvement of drinking water quality by freezing and thawing
WO2010087731A1 (en) Water purification method and a device for carrying out said method
BRPI0621079A2 (en) method for making silicon suitable for solar, silicon disc and solar cell applications
KR20070100981A (en) Method for the treatment of wastewater using freeze concentration
RU83068U1 (en) WATER TREATMENT UNIT
RU2404132C2 (en) Water purification method
RU2404131C2 (en) Method and device for purifying water
RU2820313C1 (en) Water treatment method
RU2509514C1 (en) Device for liquid food products concentration
JPH10267477A (en) Pure ice making system
Ahmad et al. Solid layer freeze crystallization processes for desalting saline waters
SU1613435A1 (en) Method of purifying waste water from petroleum products
RU2142914C1 (en) Method of cleaning water by freezing it and device for realization of this method
RU61704U1 (en) DEVICE FOR CLEANING WATER BY FREEZING
RU85468U1 (en) WATER TREATMENT DEVICE
CN101626981A (en) The reactor and the method that are used for removing the calcium of water and remove pollutent simultaneously
Rashid et al. Progressive Freeze Concentration for Leachate Treatment using Vertical Finned Crystallizer
CN214936732U (en) Improvement type sewage desalination integrated system

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 34-2004