RU2208594C1

RU2208594C1 - Water softening and deferrization process

Info

Publication number: RU2208594C1
Application number: RU2002123390A
Authority: RU
Inventors: М.Я. Алферов; А.В. Косс; Р.А. Пензин; И.Г. Ищенко; Н.П. Кузьмина; В.М. Гелис
Original assignee: Пензин Роман Андреевич
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: process is realized in liquid-gas ejector with air at excess pressure no higher than 0.03 atm and water supply velocity by 25% exceeding sound speed in water-air system. Water is further filtered and, if necessary, subjected to disinfecting UV irradiation. When air treatment is conducted, process proceeds at reduced absolute pressure equal to 0,3-0.7 atm. In cases of high iron content and low carbonate hardness, air is fed under atmospheric pressure and, in cases of high carbonate hardness and low iron content, air is fed under excess pressure no higher than 0.3 atm. Treated water contains Fe ≤ 0.3 mg/l and Ca ≤ 80 mg/l. EFFECT: increased softening and deferrization efficiency. 5 cl, 1 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для приготовления вод для промышленных нужд и для получения питьевой воды. The invention relates to the field of water treatment and water purification and can be used to prepare water for industrial needs and to produce drinking water.

Известен ряд способов водоподготовки для теплоснабжения, в которых проводят деаэрацию воды с использованием в установках водоструйных эжекторов (см., например, [1], [2], [3])
Общим недостатком этих методов является наличие дополнительных емкостей бака-газоотделителя и вакуумного деаэратора - декарбонизатора, что увеличивает массогабаритные характеристики рассматриваемых устройств. Кроме того, в устройстве [3] использованы парожидкостный струйный аппарат и циклон, что еще больше ухудшает массогабаритные характеристики и требует наличия источника пара, необходимого для работы парожидкостного струйного аппарата.A number of water treatment methods for heat supply are known, in which water is deaerated using water-jet ejectors in plants (see, for example, [1], [2], [3])
A common drawback of these methods is the presence of additional capacities of the gas separator tank and vacuum deaerator - decarbonizer, which increases the overall dimensions of the devices under consideration. In addition, the device [3] used a vapor-liquid jet apparatus and a cyclone, which further worsens the weight and size characteristics and requires a steam source necessary for the operation of the vapor-liquid jet apparatus.

Известен способ очистки воды, включающий перемешивание очищаемой воды с озоновоздушной смесью, осуществляемое в многоствольном эжекторе при относительной объемной концентрации смеси 0,35-0,65 путем ее разгона до сверхзвуковой скорости с последующим торможением до дозвуковой скорости при переходе смеси через скачок уплотнения [4]. A known method of water purification, including mixing purified water with an ozone-air mixture, carried out in a multi-barrel ejector at a relative volume concentration of the mixture 0.35-0.65 by accelerating to supersonic speed with subsequent braking to subsonic speed when the mixture passes through a shock wave [4] .

Однако реализация сверхзвукового течения смеси, судя по описанию [4], возможна только при давлении смеси, меньшем 0,14 МПа. Кроме того, указанный диапазон относительных объемных концентраций 0,35-0,65 достаточно узок, что делает указанный способ недостаточно эффективным и экономичным. However, the implementation of the supersonic flow of the mixture, judging by the description [4], is possible only at a mixture pressure less than 0.14 MPa. In addition, the specified range of relative volumetric concentrations of 0.35-0.65 is quite narrow, which makes this method not effective and economical.

Известен способ очистки воды от железа, включающий ее смешение с воздухом при атмосферном давлении, обработку в контактном резервуаре, фильтрацию с постоянным отбором воды на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и циркуляцией через контактный резервуар, причем исходную воду контактируют на насадке с большой удельной поверхностью с водовоздушной смесью, подаваемой на смешение циркуляционным насосом через эжектор, объем которой равен или в 2-3 раза превышает объем потока воды, подаваемой на очистку [5]. A known method of water purification from iron, including its mixing with air at atmospheric pressure, processing in a contact tank, filtering with constant selection of water for mixing with dispersed air at a certain pressure of the water-air mixture and saturation time and circulation through the contact tank, and the source water is contacted nozzle with a large specific surface with a water-air mixture supplied to the mixing by a circulation pump through an ejector, the volume of which is equal to or 2-3 times the volume of the flow water supplied for purification [5].

Недостатком указанного способа является наличие насадки с большой удельной поверхностью и необходимость в рециркуляции водовоздушной смеси, что повышает энергозатраты. The disadvantage of this method is the presence of nozzles with a large specific surface area and the need for recirculation of the water-air mixture, which increases energy consumption.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ умягчения и обезжелезивания воды, включающий обработку воды кислородом воздуха с использованием эжектора с последующим фильтрованием [6] . По данному способу проводят смешение воды с воздухом при атмосферном давлении, затем ее обрабатывают в контактном резервуаре, фильтруют, причем при обработке воды в контактном резервуаре часть воды постоянно отбирают, подают на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и возвращают в контактный резервуар, осуществляя циркуляцию воды, при этом размер диспергированных пузырьков воздуха, давление водовоздушной смеси и время насыщения связаны между собой определенной математической зависимостью, по которой можно рассчитать необходимые параметры процесса, и путем изменения скорости истечения жидкости настроить работу установки на очистку конкретной воды [6]. The closest in technical essence and the achieved result is a method of softening and iron removal of water, including the treatment of water with atmospheric oxygen using an ejector with subsequent filtering [6]. In this method, water is mixed with air at atmospheric pressure, then it is treated in a contact tank, filtered, and when water is treated in a contact tank, part of the water is constantly taken, mixed with dispersed air at a certain pressure of the air-water mixture and saturation time, and returned to contact tank, circulating water, while the size of the dispersed air bubbles, the pressure of the water-air mixture and the saturation time are interconnected by a certain dependence, by which it is possible to calculate the necessary process parameters, and by changing the flow rate of the fluid to configure the installation to clean a specific water [6].

Недостатками известного способа являются повышенные энергозатраты, материалоемкость и сложность. Эжектор в данном способе играет вспомогательную роль подачи воздуха из атмосферы в трубопровод, а основной процесс дегазации исходной воды и насыщения ее воздухом происходит в смесителе, который в совокупности с диспергатором не способен обеспечить создание пузырьков воздуха субмикронного размера. The disadvantages of this method are increased energy consumption, material consumption and complexity. The ejector in this method plays the auxiliary role of supplying air from the atmosphere to the pipeline, and the main process of degassing the source water and saturating it with air takes place in a mixer, which together with the dispersant is not able to provide air bubbles of submicron size.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа обезжелезивания и декарбонизации с одновременным умягчением воды, интенсификация процесса очистки, уменьшение энергозатрат. The objective of the present invention is to develop a method of iron removal and decarbonization with simultaneous softening of water, the intensification of the cleaning process, reducing energy consumption.

Поставленная задача решается описываемым способом умягчения и обезжелезивания воды, включающим обработку воды кислородом воздуха в жидкостно-газовом эжекторе с многосопловой насадкой при подаче воды в эжектор под давлением, обеспечивающим скорость подачи воды, не менее чем на 25% превышающую скорость звука в образовавшейся равновесной двухфазной смеси вода - воздух, и фильтрование воды. The problem is solved by the described method of softening and iron removal of water, including the treatment of water with oxygen in the air in a liquid-gas ejector with a multi-nozzle nozzle when supplying water to the ejector under pressure, providing a water supply rate of at least 25% higher than the speed of sound in the resulting equilibrium two-phase mixture water is air, and water is filtered.

Предпочтительно обработку воздухом осуществляют, дозируя его в воду при пониженном давлении, равном 0,3-0,7 ата. Preferably, the air treatment is carried out by dosing it into water at a reduced pressure of 0.3-0.7 at.

Однако при высоком содержании железа в воде и невысокой карбонатной жесткости воздух подают под атмосферным давлением, а при высокой карбонатной жесткости воды и невысоком содержании железа подачу воздуха осуществляют при пониженном давлении, не превышающем 0,3 ата. Кроме того, после фильтрования возможно воду подвергнуть ультрафиолетовому облучению (для обеззараживания). However, with a high content of iron in water and low carbonate hardness, air is supplied under atmospheric pressure, and with a high carbonate hardness of water and a low iron content, air is supplied under reduced pressure not exceeding 0.3 at. In addition, after filtering, it is possible to expose the water to ultraviolet radiation (for disinfection).

Пример 1
Обезжелезивание воды проводили на установке, схема которой приведена на чертеже. Вода с давлением 0,45 МПа по патрубку 1 подается в эжектор 2 и засасывает атмосферный воздух через кран 3. Образовавшаяся водовоздушная смесь течет в эжекторе со скоростью 30 м/с при значении скорости звука в смеси на уровне 22,5 м/с, (т.е. обеспечивается сверхзвуковое течение смеси в эжекторе) и истекает из него в бак - 4, сообщающийся с атмосферой. Вода из бака 4 по патрубку 5 подводится к насосу 6 и по патрубку 7 направляется на фильтрацию. Весь процесс смешения воды с кислородом воздуха происходит в эжекторе при торможении сверхзвукового водовоздушного потока.Example 1
Water deferrization was carried out on the installation, a diagram of which is shown in the drawing. Water with a pressure of 0.45 MPa through pipe 1 is fed into the ejector 2 and draws in atmospheric air through the faucet 3. The resulting air-water mixture flows in the ejector at a speed of 30 m / s at a sound velocity in the mixture of 22.5 m / s, ( i.e., the supersonic flow of the mixture in the ejector is ensured) and flows out of it into the tank - 4, communicating with the atmosphere. Water from the tank 4 through the pipe 5 is supplied to the pump 6 and through the pipe 7 is sent to the filtration. The whole process of mixing water with oxygen in the air occurs in the ejector during braking of a supersonic air-water flow.

Пример 2
Умягчение воды проводили на той же установке. В отличие от способа, описанного в примере 1, кран 3 прикрывают, обеспечивая подвод воздуха к эжектору с давлением, меньшем 0,03 МПа, что приводит к массовому выделению растворенных в воде газов в эжекторе и разрушению гидрокарбонатной жесткости. Воду после фильтрации дополнительно направляют на ультрафиолетовое облучение для ее обеззараживания.Example 2
Water softening was carried out on the same installation. In contrast to the method described in example 1, the valve 3 is closed, providing air supply to the ejector with a pressure less than 0.03 MPa, which leads to the mass release of gases dissolved in water in the ejector and the destruction of hydrocarbon hardness. Water after filtration is additionally directed to ultraviolet irradiation for its disinfection.

Традиционные методы обессоливания (ионитное умягчение по схеме катионит-анионит или в фильтрах типа ФСД-фильтрах смешанного действия, обратноосмотического обессоливания, нанофильтрационного снижения солей жесткости) не являются эффективными применительно к часто встречающемуся составу воды с избытком карбонатной жесткости, поскольку одновременное удаление ионов Са²⁺ и связанных с ними НСО₃ ^- (которое происходит при применении этих методов) не позволяет достичь стабильного состояния растворенных примесей. При последующем длительном стоянии либо при кипячении наблюдается появление пленки или мелкодисперсного осадка карбоната кальция. При осуществлении заявленного способа достигается снижение содержания кальция в воде до нормы (25-80 мг/л) без появления вышеуказанных нежелательных последствий.Traditional methods of desalination (ionic softening according to the cation exchanger – anion exchange resin scheme or in filters such as FSD filters with mixed action, reverse osmosis desalination, nanofiltration reduction of hardness salts) are not effective for the often encountered water composition with excess carbonate hardness, since the simultaneous removal of Ca ^{2+ ions} and related HCO ₃ ^- (which occurs when these methods are applied) does not allow to achieve a stable state of dissolved impurities. With subsequent prolonged standing or during boiling, the appearance of a film or a finely divided precipitate of calcium carbonate is observed. When implementing the inventive method, a decrease in the calcium content in water to the norm (25-80 mg / l) is achieved without the appearance of the above undesirable consequences.

В таблице приведены результаты очистки воды. The table shows the results of water treatment.

По результатам испытаний установлено, что установка обеспечивает снижение содержания растворенного железа и кальция до требуемого уровня (Fе≤0,3 мг/л и Са⁺⁺≤80 мг/л).According to the test results, it was found that the installation provides a decrease in the content of dissolved iron and calcium to the required level (Fe ≤ 0.3 mg / L and Ca ⁺⁺ ≤80 mg / L).

Источники информации
1. Патент RU 2174100, 2001.Sources of information
1. Patent RU 2174100, 2001.

2. Патент RU 2177449, 2001. 2. Patent RU 2177449, 2001.

3. Патент RU 2132004, 1998. 3. Patent RU 2132004, 1998.

4. Патент RU 2034799, 1995. 4. Patent RU 2034799, 1995.

5. Патент RU 2181109, 2001. 5. Patent RU 2181109, 2001.

6. Патент RU 2119892, 2001. 6. Patent RU 2119892, 2001.

Claims

1. A method of softening and iron removal of water, comprising treating the water with atmospheric oxygen using an ejector, followed by filtering, characterized in that the treatment is carried out in a liquid-gas ejector with a multi-nozzle nozzle when water is supplied to the ejector under pressure, providing a water flow rate of not less than 25% higher than the speed of sound in the resulting two-phase mixture of water - air.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air treatment is carried out by dosing it into water at a reduced pressure of 0.3-0.7 ata.

3. The method according to claim 1, characterized in that with a high content of iron in water and low carbonate hardness, air is supplied under atmospheric pressure.

4. The method according to claim 1, characterized in that at high carbonate hardness of water and a low iron content, air is supplied at a pressure not exceeding 0.3 ata.

5. The method according to claim 1, characterized in that after filtering the water is further subjected to ultraviolet irradiation.