RU2522602C1 - Method of water softening - Google Patents

Method of water softening Download PDF

Info

Publication number
RU2522602C1
RU2522602C1 RU2012151290/05A RU2012151290A RU2522602C1 RU 2522602 C1 RU2522602 C1 RU 2522602C1 RU 2012151290/05 A RU2012151290/05 A RU 2012151290/05A RU 2012151290 A RU2012151290 A RU 2012151290A RU 2522602 C1 RU2522602 C1 RU 2522602C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
diameter
sediment
softening
water softening
Prior art date
Application number
RU2012151290/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Косинцев
Наталья Викторовна Маланова
Александр Иванович Сечин
Сергей Петрович Журавков
Николай Александрович Яворовский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2012151290/05A priority Critical patent/RU2522602C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522602C1 publication Critical patent/RU2522602C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes mechanical activation by passing a water flow through a membrane system with holes with d diameter not larger than 1 mm with a ratio of a flow section to 10%, with pressure variation from 0.05 to 0.5 MPa, water alkalisation with a water ammonia solution in an amount of 0.003÷0.05 wt % and separation of an insoluble sediment from the processed water. The length of hole channel L is selected by condition L≥10d, where d is a diameter of one hole. Separation of the insoluble sediment from the processed water is performed in centrifuges of a setting type with pulsing or auger discharge of the sediment.
EFFECT: increased efficiency of the water softening process, reduction of energy consumption and reduction of concentration of an introduced alkalising solution.
3 cl, 1 tbl

Description

Предлагаемый способ относится к водоподготовке и может быть использован как в домашних, так и в производственных условиях для умягчения воды, содержащей большое количество солей жесткости, а также для осветления и очистки оборотных и сточных вод сельского хозяйства, пищевой и химической промышленности.The proposed method relates to water treatment and can be used both at home and in production conditions for softening water containing a large amount of hardness salts, as well as for clarification and purification of recycled and waste water from agriculture, food and chemical industries.

Известен способ умягчения воды [Патент РФ 2106316, опубл. 10.03.1998], путем введения при перемешивании соединений кальция, например гидроокиси кальция, с последующим введением при перемешивании соединения щелочного металла, отстаивания осадка, отделения от осадка осветленной воды. В качестве соединения щелочного металла используют смесь K2СО3 и KОН, причем K2СО3 используют в количестве, определяемом зависимостью 48-53 Жп, где Жп - постоянная жесткость исходной воды, а KОН используют в количестве не более 50 мг/л, при этом KОН вводят при перемешивании в умягчаемую воду не ранее чем через 30 мин после введения K2СО3. После отстаивания и отделения отстоявшейся воды от осадка умягченную воду нейтрализуют кислотой, например, фосфорной, до рН 8. С целью интенсификации способа умягчаемую воду предварительно нагревают до 35-50°С.A known method of water softening [RF Patent 2106316, publ. 03/10/1998], by introducing with stirring calcium compounds, for example calcium hydroxide, followed by introducing with stirring alkali metal compounds, sedimentation of sediment, separation of clarified water from the precipitate. A mixture of K 2 CO 3 and KOH is used as an alkali metal compound, with K 2 CO 3 used in an amount determined by the dependence 48-53 Zh, where Zh is the constant hardness of the source water, and KOH is used in an amount of not more than 50 mg / l, while KOH is introduced with stirring into softened water not earlier than 30 minutes after the introduction of K 2 CO 3 . After settling and separating the settled water from the precipitate, the softened water is neutralized with an acid, for example phosphoric acid, to pH 8. In order to intensify the method, the softened water is preheated to 35-50 ° C.

Недостатками данного способа являются многостадийность, повышающая длительность процесса умягчения воды, а также медленное снижение жесткости умягчаемой воды.The disadvantages of this method are multi-stage, increasing the duration of the process of water softening, as well as a slow decrease in the hardness of the softened water.

Наиболее близким к предлагаемому способу, является способ умягчения воды [Патент РФ №2462422, опубл. 27.09.2012], включающий подщелачивание воды водным раствором аммиака в количестве 0,072 мас.%, подогрев воды до 40°С, перемешивание в интервале от 1650 об/мин до 17000 об/мин в течение 45 с, отстаивание в течение 2-10 мин и фильтрацию через волокнистый фильтр из термопластов с диаметром волокон 2,8 мкм. Вследствие перемешивания в воде создаются условия для развития кавитационных процессов, при развитой кавитации в одном миллилитре кавитирующей жидкости содержится от 103 до 105 пузырьков воздуха. Происходит дегазация. В результате механического воздействия облегчаются реакции с молекулами среды и другими твердыми телами, вода становится нестабильной и выпадает осадок СаСО3, MgCO3, Fе(ОН)3.Closest to the proposed method is a method of water softening [RF Patent No. 2462422, publ. 09/27/2012], including alkalization of water with an aqueous solution of ammonia in an amount of 0.072 wt.%, Heating water to 40 ° C, stirring in the range from 1650 rpm to 17000 rpm for 45 s, settling for 2-10 minutes and filtering through a fiber filter of thermoplastics with a fiber diameter of 2.8 μm. Due to mixing in water, conditions are created for the development of cavitation processes, with developed cavitation in one milliliter of cavitating liquid contains from 10 3 to 10 5 air bubbles. There is a degassing. As a result of mechanical action, reactions with molecules of the medium and other solids are facilitated, water becomes unstable, and CaCO 3 , MgCO 3 , Fe (OH) 3 precipitate.

Основными недостатками способа-прототипа являются низкий уровень дегазации растворенных газов, проходящей в условиях развития кавитационных процессов, высокие энергозатраты на механическое перемешивание и подогрев воды до 40ºС и необходимость в специальном волокнистом фильтре из термопластов с диаметром волокон 2,8 мкм. Кроме того, отстаивание раствора в течение 10 минут приводит к увеличению длительности процесса.The main disadvantages of the prototype method are the low level of degassing of dissolved gases, which takes place under the development of cavitation processes, high energy consumption for mechanical mixing and heating of water to 40 ° C, and the need for a special fiber filter made of thermoplastics with a fiber diameter of 2.8 μm. In addition, settling the solution for 10 minutes leads to an increase in the duration of the process.

Задачей настоящего изобретения является создание способа умягчения воды, позволяющего повысить качество питьевой воды, ускорение процесса умягчения и снижение энергозатрат.The present invention is the creation of a method of water softening, which allows to improve the quality of drinking water, accelerate the process of softening and reduce energy consumption.

Технический результат заключается в увеличении эффективности процесса умягчения воды, в снижении энергозатрат и уменьшении концентрации вводимого подщелачивающего раствора.The technical result consists in increasing the efficiency of the process of water softening, in reducing energy consumption and reducing the concentration of the introduced alkalizing solution.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе умягчения воды, включающем, как и прототип, подщелачивание водным раствором аммиака, механическую активацию и выделение из обработанной воды нерастворимого осадка, в отличие от прототипа, механическую активацию проводят путем пропускания потока воды через мембранную систему с отверстиями диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа, затем подщелачивают водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%.The specified technical result is achieved in that in the method of water softening, including, like the prototype, alkalization with an aqueous solution of ammonia, mechanical activation and the release of insoluble precipitate from the treated water, unlike the prototype, mechanical activation is carried out by passing a stream of water through a membrane system with holes with a diameter d of not more than 1 mm with a flow ratio of up to 10%, with a pressure drop of 0.05 to 0.5 MPa, then alkalized with an aqueous solution of ammonia in an amount of 0.003 ÷ 0.05 wt.%.

Целесообразно, чтобы длина канала отверстий L мембранной системы была выбрана из условия L≥10d, где d - диаметр одного отверстия, что соответствует установившемуся режиму движения газожидкостного потока при заданной температуре.It is advisable that the length of the channel of the holes L of the membrane system be selected from the condition L≥10d, where d is the diameter of one hole, which corresponds to the established mode of gas-liquid flow at a given temperature.

Целесообразно, выделение из обработанной воды нерастворимого осадка проводить в центрифугах отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка.It is advisable to isolate insoluble sludge from the treated water in centrifuges of a settling type with pulsating or screw discharge of sludge.

Для ускорения процесса умягчения воды нами предлагается проводить водоподготовку с помощью увеличения площади поверхности контакта фаз, осуществляемого путем получения микропузырьковых газожидкостных сред повышенного газосодержания, при прохождении водного потока через мембранную систему происходит переход гидростатического давления в динамический напор и осуществляется извлечение растворенных газов из воды. Способ умягчения воды от солей жесткости включает увеличение площади поверхности контакта фаз за счет выделения газовой фазы из исходного раствора в виде пузырьков газа от 5 до 50 мкм, подщелачивание воды до рН 8-10 водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%. Увеличение площади поверхности контакта фаз позволяет избежать процесса подогрева воды до 40°С, необходимого в известных способах.To accelerate the process of water softening, we propose to carry out water treatment by increasing the contact surface area of the phases, which is carried out by obtaining microbubble gas-liquid media of increased gas content, when the water flows through the membrane system, the hydrostatic pressure passes into the dynamic pressure and the dissolved gases are extracted from the water. A method of softening water from hardness salts involves increasing the contact surface area of the phases by isolating the gas phase from the initial solution in the form of gas bubbles from 5 to 50 μm, alkalizing water to pH 8-10 with aqueous ammonia in an amount of 0.003 ÷ 0.05 wt.% . The increase in the surface area of the contact of the phases avoids the process of heating water to 40 ° C, which is necessary in the known methods.

Многие физические свойства воды могут обратимо изменяться в результате ее наполнения пузырьками воздуха. Вследствие прохождения водным потоком мембранной системы, в которой за счет перехода гидростатического давления в динамический напор (реализовывается переход потенциальной энергии в кинетическую) и осуществляется извлечение растворенных газов из воды, тем самым создаются условия для развития газожидкостной среды с большой площадью удельной поверхности контакта фаз. Происходит дегазация. Известно, что избыточная свободная углекислота, в отличие от равновесной, очень активна и называется агрессивной, являясь одной из главных причин коррозии трубопроводов. Часть ее, действуя на карбонат кальция, превращает его в гидрокарбонат, а другая переходит в равновесную угольную кислоту для удержания его в растворе. В результате увеличения площади поверхности контакта фаз облегчаются реакции с молекулами среды и другими твердыми телами, нарушается кристаллическая решетка, и вода становится нестабильной и в результате химической реакции выпадает осадок CaCO3, MgCO3, Fe(OH)3.Many of the physical properties of water can reversibly change as a result of its filling with air bubbles. Due to the passage of the membrane system by the water flow, in which, due to the transfer of hydrostatic pressure to dynamic pressure (the potential energy is converted into kinetic energy), the dissolved gases are extracted from water, thereby creating conditions for the development of a gas-liquid medium with a large specific contact surface area of the phases. There is a degassing. It is known that excess free carbon dioxide, in contrast to equilibrium, is very active and is called aggressive, being one of the main causes of pipeline corrosion. Part of it, acting on calcium carbonate, turns it into hydrogen carbonate, and the other goes into equilibrium carbonic acid to keep it in solution. As a result of the increase in the surface area of the phase contact, reactions with molecules of the medium and other solids are facilitated, the crystal lattice is broken, and water becomes unstable and a precipitate of CaCO 3 , MgCO 3 , Fe (OH) 3 precipitates.

Способ умягчения воды заключается в следующем. Исходная вода при комнатной температуре подается в газожидкостной реактор, где проводят механическую активацию исходного водного раствора путем пропускания потока воды через систему отверстий диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа. При пропускания потока воды через систему отверстий диаметром d 0,25-0,5 мм наблюдали забивание каналов растущими кристаллами осадка карбоната кальция, что согласуется с результатами анализа осадка, выделенного в процессе кристаллизации, проведенные на интерференционном микроскопе NewView 5022 (Zygo Inc. США), которые свидетельствуют о том, что размеры кристаллов, их эквивалентный диаметр, изменяется в интервале от 834 нм до 20 мкм, а размеры агрегатов достигают до 750 мкм, поэтому нами выбран диаметр отверстия, исключающий забивку отверстий с диаметром не более 1 мм. Указанное соотношение проходного сечения до 10% использовано потому, что при таком соотношении угол раскрытия струи газожидкостного потока не превышает 13%, что соответствует, согласно законам гидродинамики, оптимальному истечению газожидкостных систем и подтверждается практическими результатами. Далее, для очистки от солей жесткости, вода подщелачивается водным раствором аммиака NH4OH, подаваемым дозатором, в количестве 0,003÷0,05 мас.% (см. таблицу). Необходимость уменьшения количества гидроксида аммония, добавляемого для интенсификации процесса кристаллизации, связано с санитарными нормами и правилами на питьевую воду. В результате проведенных расчетов равновесных и рабочих концентраций гидроксида аммония в растворе экспериментально установлены следующие значения концентраций гидроксида аммония, приведенные в таблице: где минимальному значению концентрации 0,002% соответствует степень умягчения 47%, а максимальное значение степени умягчения в 93% достигается, начиная с концентрации гидроксида аммония 0,03% и далее. При концентрации гидроксида аммония 0,05%, кривая степени умягчения выходит на «плато» и поэтому добавление избыточного количества гидроксида аммония нецелесообразно.A method of water softening is as follows. The source water at room temperature is fed into a gas-liquid reactor, where the initial aqueous solution is mechanically activated by passing a water stream through a system of holes with a diameter d of not more than 1 mm with a flow ratio of up to 10%, with a pressure drop of 0.05 to 0.5 MPa . When a water flow passed through a system of holes with a diameter of 0.25-0.5 mm in diameter, clogging of channels was observed by growing crystals of calcium carbonate precipitate, which is consistent with the analysis of the precipitate isolated during crystallization using an NewView 5022 interference microscope (Zygo Inc. USA) , which indicate that the size of the crystals, their equivalent diameter, varies in the range from 834 nm to 20 μm, and the sizes of the aggregates reach up to 750 μm, so we chose a hole diameter that excludes clogging of holes with a diameter of n e more than 1 mm. The indicated ratio of the flow cross section up to 10% was used because, with this ratio, the opening angle of the gas-liquid stream jet does not exceed 13%, which corresponds, according to the laws of hydrodynamics, to the optimal flow of gas-liquid systems and is confirmed by practical results. Further, in order to remove hardness salts, water is made alkaline with an aqueous solution of ammonia NH 4 OH supplied by the dispenser in an amount of 0.003 ÷ 0.05 wt.% (See table). The need to reduce the amount of ammonium hydroxide added to intensify the crystallization process is associated with sanitary norms and rules for drinking water. As a result of the calculations of the equilibrium and working concentrations of ammonium hydroxide in the solution, the following values of the concentrations of ammonium hydroxide are shown in the table: where the minimum concentration value of 0.002% corresponds to a degree of softening of 47%, and the maximum value of the degree of softening to 93% is achieved starting from the concentration of hydroxide ammonia 0.03% and further. When the concentration of ammonium hydroxide is 0.05%, the curve of the degree of softening goes to a "plateau" and therefore the addition of excess ammonium hydroxide is impractical.

При таких условиях обработки осадок солей жесткости кристаллизуется при отстаивании в течение до 3 минут, образуя арагонитовую форму карбоната кальция. Хрупкий и рыхлый арагонитовый осадок легко разрушается и смывается потоком воды. Появление в воде арагонита приводит к разрушению уже образовавшейся накипи, благодаря тому, что эти кристаллы становятся центрами перекристаллизации. Далее образовавшийся осадок арагонита удаляется путем фугования в центрифуге отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка. Следуя заявляемому способу, удается достичь степени умягчения воды в количестве от 47 до 93% при комнатной температуре.Under such processing conditions, the precipitate of hardness salts crystallizes upon standing for up to 3 minutes, forming an aragonite form of calcium carbonate. The brittle and loose aragonite sediment is easily destroyed and washed off by a stream of water. The appearance of aragonite in water leads to the destruction of the already formed scale, due to the fact that these crystals become centers of recrystallization. Next, the resulting aragonite precipitate is removed by centrifugation in a settling type centrifuge with pulsating or auger discharge of the sediment. Following the claimed method, it is possible to achieve a degree of water softening in an amount of from 47 to 93% at room temperature.

После отделения осадка, для снижения до рН 7-8, вода может фильтроваться через цеолит. Очищенная вода подается потребителю.After separation of the precipitate, to reduce to pH 7-8, water can be filtered through zeolite. Purified water is supplied to the consumer.

Предлагаемый способ очистки экономичен, повышает степень очистки воды от солей жесткости и может использоваться как самостоятельно для умягчения воды, так и в качестве одной из стадий водоподготовки.The proposed method of cleaning is economical, increases the degree of purification of water from hardness salts, and can be used both independently to soften water and as one of the stages of water treatment.

ТаблицаTable Массовая концентрация раствора аммиака, %Mass concentration of ammonia solution,% Степень умягчения, %The degree of softening,% 0,0020.002 4747 0,0030.003 6767 0,0060.006 7777 0,0120.012 9090 0,0180.018 9191 0,0230,023 9292 0,030,03 9393 0,050.05 9393 0,060.06 9393

Claims (3)

1. Способ умягчения воды, включающий подщелачивание водным раствором аммиака, механическую активацию и выделение из обработанной воды нерастворимого осадка, отличающийся тем, что механическую активацию проводят путем пропускания потока воды через мембранную систему с отверстиями диаметром d не более 1 мм с соотношением проходного сечения до 10%, при перепаде давления от 0,05 до 0,5 МПа, затем подщелачивают водным раствором аммиака в количестве 0,003÷0,05 мас.%.1. A method of water softening, including alkalization with an aqueous solution of ammonia, mechanical activation and the release of insoluble precipitate from the treated water, characterized in that the mechanical activation is carried out by passing a water stream through a membrane system with holes with a diameter d of not more than 1 mm with a passage ratio of up to 10 %, with a pressure drop from 0.05 to 0.5 MPa, then alkalized with an aqueous solution of ammonia in an amount of 0.003 ÷ 0.05 wt.%. 2. Способ умягчения воды по п.1, отличающийся тем, что длина канала отверстий L выбирается из условия L≥10d, где d - диаметр одного отверстия.2. The method of water softening according to claim 1, characterized in that the length of the channel of the holes L is selected from the condition L≥10d, where d is the diameter of one hole. 3. Способ умягчения воды по п.1, отличающийся тем, что выделение из обработанной воды нерастворимого осадка ведут в центрифугах отстойного типа с пульсирующей или шнековой выгрузкой осадка. 3. The method of water softening according to claim 1, characterized in that the isolation of insoluble sediment from the treated water is carried out in centrifuges of a settling type with pulsating or screw discharge of the sediment.
RU2012151290/05A 2012-11-30 2012-11-30 Method of water softening RU2522602C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151290/05A RU2522602C1 (en) 2012-11-30 2012-11-30 Method of water softening

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151290/05A RU2522602C1 (en) 2012-11-30 2012-11-30 Method of water softening

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2522602C1 true RU2522602C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51217433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012151290/05A RU2522602C1 (en) 2012-11-30 2012-11-30 Method of water softening

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522602C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU998392A1 (en) * 1980-12-18 1983-02-23 Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова Process for softening water
WO1993020013A1 (en) * 1992-03-30 1993-10-14 Meg S.N.C. Di Scopelliti Sofia & C. Water compositions
RU2345958C1 (en) * 2007-09-19 2009-02-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method for water softening
US7972532B2 (en) * 2003-12-02 2011-07-05 Siemens Industry, Inc. Composition for odor control
RU2462422C1 (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of softening water from hardness salts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU998392A1 (en) * 1980-12-18 1983-02-23 Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова Process for softening water
WO1993020013A1 (en) * 1992-03-30 1993-10-14 Meg S.N.C. Di Scopelliti Sofia & C. Water compositions
US7972532B2 (en) * 2003-12-02 2011-07-05 Siemens Industry, Inc. Composition for odor control
RU2345958C1 (en) * 2007-09-19 2009-02-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method for water softening
RU2462422C1 (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of softening water from hardness salts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105439395A (en) Zero-discharge treatment method of salt-containing organic wastewater
JP5166034B2 (en) Method for crystallizing soluble salt of divalent anion from salt water
EA025954B1 (en) Plant waste water treatment methods and treatment systems
EP3693345B1 (en) Treatment system for reverse osmosis concentrated water having high permanent hardness
US10752520B2 (en) Water treatment process employing dissolved air flotation to remove suspended solids
CN104445812A (en) Treatment method of waste liquor obtained after alcohol mother liquor purifying in doxycycline hydrochloride production
CN111499066A (en) Combined membrane salt separation system and method for high-salt-content wastewater
JP2009095774A (en) Apparatus for recovering waste water
US11634348B2 (en) System and method for treating hydrocarbon-containing feed streams
RU2522602C1 (en) Method of water softening
CN100357445C (en) Separation of biomass from lactic-acid containing fermentation products by means of flocculation
JP7100482B2 (en) Organic waste treatment method and organic waste treatment equipment
JP5801769B2 (en) Method and apparatus for anaerobic digestion treatment of organic wastewater
Pervov et al. Removal of calcium carbonate from reverse osmosis concentrate by seed crystallization
EP3036346B1 (en) Improved process including a carbonatation step
CN111233208A (en) Desulfurization waste water resource recovery system
CN113929121B (en) Method for extracting magnesium sulfate from seawater
CN111635050A (en) Method and device for treating high-salinity mine water
RU2462422C1 (en) Method of softening water from hardness salts
KR100473532B1 (en) Purifying system for hollow yarn membran and operation method of the purifying system
CN211896410U (en) Desulfurization waste water resource recovery system
Pervov et al. Membrane techniques in groundwater treatment
WO2020036960A1 (en) Recycling of sodium sulfate in process water from starch processing
JP7297122B2 (en) Organic waste treatment method and organic waste treatment apparatus
WO2021117309A1 (en) Water treatment device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161201